基于數(shù)控技術(shù)在機械加工中的應(yīng)用及發(fā)展分析

陳旭娟

摘要：隨著制造行業(yè)的快速發(fā)展，對產(chǎn)品的精度、質(zhì)量、性能方面有了更高的要求，傳統(tǒng)的機械加工已經(jīng)無法滿足制造企業(yè)高精度、多樣化的發(fā)展需求。數(shù)控技術(shù)可以利用數(shù)字信息技術(shù)對機械運動和加工進行智能控制，可以提高機械加工的精度、質(zhì)量。因此，數(shù)控技術(shù)在航天航空、汽車、船舶等制造領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，對提高產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率具有重要意義。本文主要分析了數(shù)控技術(shù)的特點，數(shù)控技術(shù)在機械加工領(lǐng)域的應(yīng)用以及未來的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：數(shù)控技術(shù);機械加工制造;精度

0 ?引言

數(shù)控技術(shù)是伴隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)等現(xiàn)代先進技術(shù)發(fā)展起來的產(chǎn)物。數(shù)控技術(shù)綜合了傳統(tǒng)機械制造技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、控制技術(shù)、傳感技術(shù)以及光電技術(shù)等各種先進技術(shù)，具有高精度、高效率、柔性化等特點，對實現(xiàn)制造業(yè)自動化、智能化、集成化發(fā)展具有重要意義。我國數(shù)控技術(shù)發(fā)展比較晚，1958年研發(fā)出第一臺數(shù)控機床，經(jīng)過六十多年的發(fā)展，我國的數(shù)控機床數(shù)量和種類依然無法滿足市場需求，設(shè)計制造水平遠遠落后發(fā)展國家。目前我國正處于制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，改變了傳統(tǒng)制造業(yè)，對實現(xiàn)制造業(yè)向智造發(fā)展發(fā)揮著關(guān)鍵作用[1]。目前數(shù)據(jù)控技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在現(xiàn)代軍事裝備加工、汽車生產(chǎn)智造領(lǐng)域以及焊接、裝備機器人環(huán)節(jié)，對提高機械加工質(zhì)量和精度具有重要意義。

1 ?數(shù)控技術(shù)特點

數(shù)控技術(shù)主要由機床本體、數(shù)控系統(tǒng)以及外圍技術(shù)三部分構(gòu)成，機床本體指機床床身、立柱、導(dǎo)軌、刀具、夾具等基礎(chǔ)件和附件;數(shù)控系統(tǒng)主要由計算機、輸入/輸出設(shè)備、可編輯控制器、測量裝置、驅(qū)動裝置等構(gòu)成，計算機系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)的核心技術(shù);外圍技術(shù)主要指管理技術(shù)、刀具系統(tǒng)以及變成技術(shù)等內(nèi)容。數(shù)據(jù)技術(shù)具有以下特點：

1.1 提高機械加工精度

數(shù)控機床作為現(xiàn)代制造業(yè)的重要設(shè)備，對提高產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率具有重要意義。將數(shù)控技術(shù)應(yīng)用在機械制造加工環(huán)節(jié)，可以提高加工精度。數(shù)控機床是機電一體化產(chǎn)品，主要由高精度機械設(shè)備和自動化控制系統(tǒng)構(gòu)成，自動化控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)精準定位和重復(fù)定位進度[2]。數(shù)控機床在運行過程中，如果夾具或者刀具的溫度過高，造成零部件高溫變形時，數(shù)控機床控制系統(tǒng)會發(fā)出警報，并及時啟動降溫程序，對系統(tǒng)進行降溫，避免因為刀具或者夾具溫度過高，導(dǎo)致零部件加工變形問題，從而提高零部件加工的一致性和穩(wěn)定性，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和合格率。

1.2 提高機械加工的生產(chǎn)效率

數(shù)控機床在加工過程中，可以選擇比較大的切削量，加快生產(chǎn)進度。數(shù)控機床還可以根據(jù)生產(chǎn)實際情況，實現(xiàn)自動換速、自動換刀具以及其他自動化操作命令，減少人工換速、換刀具以及其他自動化操作時間，提高了設(shè)備生產(chǎn)效率。一旦數(shù)控機床形成了穩(wěn)定的機械加工過程，則不需進行供需檢驗和測量。其次，數(shù)控機床采用現(xiàn)代集成技術(shù)，可以實現(xiàn)一機多用。在一次裝夾的情況，一臺數(shù)控機床可以代替幾臺普通機床的加工需求，這樣避免了數(shù)控機床裝夾的誤差一機裝夾的時間，企業(yè)不需要采購多臺機床，降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本。數(shù)控機床加工效率是普通機床的3-5倍[3]。

1.3 滿足零部件多樣化生產(chǎn)需求

隨著我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級，各個行業(yè)對數(shù)控機床需求越來越多樣化。傳統(tǒng)的機床設(shè)備形式固定，無法滿足機械加工多樣化和個性化的需求。數(shù)控采用自動化控制系統(tǒng)對產(chǎn)品進行加工，如果加工產(chǎn)品的參數(shù)發(fā)生變化，數(shù)控機床控制系統(tǒng)只需要改變控制程序，不需要增加加工模板等一些專用設(shè)備，就可以完成生產(chǎn)，這樣極大縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，加快產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度，有利于提高產(chǎn)品的競爭力。一些復(fù)雜曲線或者曲面的零部件，采用常規(guī)的加工方式，無法完成加工。數(shù)控機機床采用多坐標軸聯(lián)動，可以完成復(fù)雜曲線和曲面零部件的加工。

2 ?數(shù)控技術(shù)在機械制造業(yè)的應(yīng)用

2.1 數(shù)控技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，對我國的機械制造業(yè)提出了新的要求。將數(shù)控技術(shù)應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，可以提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率，降低作業(yè)人員的工作強度，提高產(chǎn)品生產(chǎn)精度，為工業(yè)自動化發(fā)展奠定基礎(chǔ)。目前，我國很多企業(yè)開始應(yīng)用工業(yè)機器人進行作業(yè)。工業(yè)機器人是由多關(guān)節(jié)機械手和多自由度機械裝置構(gòu)成，利用自身動力和控制能力實現(xiàn)作業(yè)需求。工業(yè)機械人內(nèi)部安裝了控制程序和自動化系統(tǒng)，可以按照人預(yù)先設(shè)置的程序運行，可以實現(xiàn)生產(chǎn)柔性化。在小批量多品種加工生產(chǎn)中發(fā)揮重要作用。工業(yè)機器人具有擬人化的特點，編程系統(tǒng)按照人的行為特點進行設(shè)計，可以完成行走、手抓、轉(zhuǎn)身等動作。工業(yè)機器人可以應(yīng)用在機械設(shè)備的生產(chǎn)線上，實現(xiàn)裝配、焊接、噴漆、搬運等工作。同時，還可以將工業(yè)機器人運用到一些生產(chǎn)環(huán)境比較惡劣的環(huán)境，利用機器人完成人類無法完成的深水作業(yè)或者太空作業(yè)，極大地改善了工業(yè)生產(chǎn)條件，確保工人人身生產(chǎn)安全。工業(yè)機器人是通過控制機器人在工作空間內(nèi)的運動位置、姿態(tài)、軌跡、操作順序以及動作時間等程序完成控制命令[4]。工業(yè)機器人主要由主體、驅(qū)動系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)三部分構(gòu)成，主體也就是機座和執(zhí)行單元，包括機器人的臂、腕以及手關(guān)節(jié);驅(qū)動系統(tǒng)主要由動力裝置和傳動裝置構(gòu)成，可以完成執(zhí)行控制系統(tǒng)的命令;控制系統(tǒng)是按照輸入的程序?qū)︱?qū)動系統(tǒng)和執(zhí)行裝置發(fā)出指令，并對機器人進行控制。在一些大型集裝箱以及倉儲物流過程中，已開始采用工業(yè)機器人作業(yè)。工業(yè)機器人在運輸產(chǎn)品的時候，可以實現(xiàn)產(chǎn)品工裝板在各個裝配工位的精準定位，提高裝配精準率和效率。同時機器人還可以根據(jù)運輸環(huán)節(jié)的要求自動調(diào)整相關(guān)參數(shù)，滿足工藝生產(chǎn)各項參數(shù)要求。

2.2 數(shù)控機床在航空領(lǐng)域的應(yīng)用

隨著我國航空制造業(yè)的發(fā)展，對飛機零部件的精度、品質(zhì)有了更高的要求，飛機零部件逐漸向復(fù)雜化、整體化以及高精度發(fā)展，這對飛機機械制造加工提出了更高的要求。飛機機身主要由梁、框、蒙皮、接頭、滑軌、肋板等構(gòu)成，這些零件結(jié)構(gòu)將機翼、尾翼、起落架、發(fā)動機等連接在一起，構(gòu)成完成的飛機。由于飛機的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，零部件比較多，對零部件的生產(chǎn)技術(shù)要求各不相同。梁類零部件為扁平、細長構(gòu)件，一些梁類零部件的長度超過了13米;框類零部件比較重，大型飛機的框零件總量占飛機總量的50%;蒙皮材料為鋁合金，鋁合金材料在加工過程中，容易出現(xiàn)高溫變形等問題;接頭、滑軌的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，一般采用整體毛坯件進行加工，加工后容易出現(xiàn)毛刺等問題，無法用人工去除。飛機零部件的加工要求比較高，將數(shù)控技術(shù)應(yīng)用在飛機制造領(lǐng)域，可以實現(xiàn)飛機零部件加工個性化和多樣化需求。在加工過程中，可以根據(jù)飛機零部件加工需求，設(shè)置相關(guān)的精度、耐磨、減震、零部件尺寸大小、規(guī)格等一些參數(shù)，提高零部件加工的切削能力，做好飛機零部件加工工藝設(shè)計，形成一套相對標準的飛機零部件加工工藝流程，從而提高飛機零部件加工效率和質(zhì)量[5]。

2.3 數(shù)控技術(shù)在汽車行業(yè)的應(yīng)用

汽車制作工藝流傳多、工藝復(fù)雜、作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，對作業(yè)人員的要求比較高。隨著人們生活水平的提高，對汽車的舒適度、安全性和穩(wěn)定性提出了更高的要求，汽車結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜。將數(shù)控技術(shù)應(yīng)用汽車制造過程中的焊接、涂裝、裝配等各個環(huán)節(jié)，提高汽車制造業(yè)的生產(chǎn)精度、工作效率、生產(chǎn)品質(zhì)。以汽車焊接為例，根據(jù)統(tǒng)計每一臺汽車車身上擁有4000多個焊接點，人工焊接方式不僅無法保障焊接質(zhì)量，而且危害到工人的身體健康[6]。采用焊接機器人則可以克服人工焊接的缺點，焊接機器人采用激光傳感技術(shù)和視覺傳感技術(shù)，可以實現(xiàn)焊接環(huán)節(jié)的實時監(jiān)測、跟蹤，及時發(fā)現(xiàn)焊接過程中的焊縫、焊眼，并自動修正機器人的運動軌跡，確保在任何工況下焊接質(zhì)量。

3 ?數(shù)控技術(shù)在機械加工中的發(fā)展前景

隨著工業(yè)轉(zhuǎn)型升級，對產(chǎn)量的制造加工要求不斷提高，推進我國數(shù)控技術(shù)的進步。目前我國數(shù)控技術(shù)逐漸向自動化、智能化方向發(fā)展，比如無人機、無人駕駛汽車等發(fā)明，實現(xiàn)了機械設(shè)備無人作業(yè)。其次，各種新技術(shù)、新材料等應(yīng)用在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域。隨著機床高精度、高速度等工作需求，機床的結(jié)構(gòu)越來越簡單，越來越輕，這樣可以最大限度降低機床零部件的慣性運動影響到加工精度。因此，目前數(shù)控機床采用有限元技術(shù)和灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理念對機床結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，提高數(shù)控機床的精度。機床的箱中結(jié)構(gòu)采用空心焊接方式或者使用鋁合金材料，可以達到設(shè)計要求[7]。同時，計算機仿真技術(shù)開始應(yīng)用在機床設(shè)計與制造過程中，及時發(fā)現(xiàn)數(shù)控機床存在的問題，不斷優(yōu)化數(shù)控機床各項程序，可以降低企業(yè)開發(fā)周期和成本。

4 ?結(jié)束語

數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為機械制造加工重要的設(shè)備，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展直接關(guān)系到工業(yè)轉(zhuǎn)型升級。目前，我國數(shù)控技術(shù)還存在不少問題，需要進一步加強數(shù)控技術(shù)的研究發(fā)展，提高數(shù)控技術(shù)的自動化、智能化水平，利用新技術(shù)、新理念設(shè)計開發(fā)數(shù)控設(shè)備，提高我國數(shù)控技術(shù)水平。

參考文獻：

[1]何靜.模擬仿真技術(shù)在數(shù)控加工過程的應(yīng)用[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2019（1）：19-20.

[2]王濤.數(shù)控技術(shù)在軋輥孔型加工中的應(yīng)用[J].百科論壇電子雜志，2018（11）：721.

[3]呂名偉，阮娟娟.CAXA軟件在機械數(shù)控加工技術(shù)中的應(yīng)用[J].山東工業(yè)技術(shù)，2018（1）：123.

[4]秦啟玉.數(shù)控技術(shù)在機械加工中的應(yīng)用及其發(fā)展前景[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2019（9）：397-398.

[5]明成勇.數(shù)控技術(shù)在機械加工中的應(yīng)用及其發(fā)展前景[J].內(nèi)燃機與配件，2019（1）：61-62.

[6]甄曉敏.數(shù)控技術(shù)在機械加工中的應(yīng)用及其發(fā)展前景[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2018（32）：4194-4195.

[7]周元超.數(shù)控技術(shù)在機械加工中的應(yīng)用及其發(fā)展[J].軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品，2018（2）：135.