數(shù)控機(jī)床的發(fā)展及改進(jìn)

李小君

（陜西寶雞忠誠(chéng)機(jī)床集團(tuán)， 陜西 寶雞 721000）

數(shù)控機(jī)床即是以數(shù)字控制為核心的機(jī)床，其已經(jīng)普遍應(yīng)用于機(jī)械制造行業(yè)，適用于加工品種多樣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及有較高精度要求的零件。依據(jù)數(shù)控機(jī)床的操作難度，其可以被劃分為簡(jiǎn)單型、專業(yè)型與加工中心三種，其中簡(jiǎn)易型機(jī)床用于加工無(wú)嚴(yán)格精度要求的產(chǎn)品，專業(yè)型數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化水平、精度要求更高，而加工中心則可以實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)加工。近些年來(lái)，我國(guó)數(shù)控技術(shù)與數(shù)控產(chǎn)業(yè)取得了相當(dāng)大的成果，然而在產(chǎn)品加工方面，數(shù)控機(jī)床還要繼續(xù)向著高速化、柔性化、開(kāi)放化邁進(jìn)，用以適應(yīng)生產(chǎn)加工的實(shí)際需求[1]。

1 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)與地位

現(xiàn)代社會(huì)當(dāng)中，人們對(duì)產(chǎn)品的要求越來(lái)越高，尤其體現(xiàn)在產(chǎn)品的種類、數(shù)量和精度、形狀等方面，傳統(tǒng)加工設(shè)備以及難以適應(yīng)這種變化。數(shù)控機(jī)床是普通機(jī)床的現(xiàn)代化表現(xiàn)，能夠有效解決復(fù)雜零件的加工問(wèn)題?？偟膩?lái)說(shuō)，數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用了大量現(xiàn)代技術(shù)，比如計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)、微電子技術(shù)等等，數(shù)控機(jī)床主要具備精度高、效率高、柔性高的特點(diǎn)，是機(jī)械加工現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用不僅可以提高企業(yè)的市場(chǎng)適應(yīng)能力，促進(jìn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，而且能讓自動(dòng)化生產(chǎn)得到實(shí)現(xiàn)，有效節(jié)約人力物力資源，加快科技進(jìn)步。數(shù)控加工技術(shù)也是軍事工業(yè)不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)，像飛機(jī)、導(dǎo)彈等武器裝備中需要的零件，都需要借助數(shù)控機(jī)床完成，因此數(shù)控機(jī)床在國(guó)防現(xiàn)代化建設(shè)中也起到了重要作用。

2 數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，數(shù)控機(jī)床已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域獲得了應(yīng)用，推動(dòng)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。數(shù)控加工的應(yīng)用主要有兩個(gè)方面：第一，數(shù)控機(jī)床可以加工常規(guī)零件，目的是有效提升生產(chǎn)加工效率，規(guī)避人為誤差，同時(shí)縮減生產(chǎn)成本。第二，數(shù)控機(jī)床可以加工復(fù)雜形狀的零件，如渦輪葉片等。由于復(fù)雜形狀的零件與機(jī)床產(chǎn)品的質(zhì)量密切相關(guān)，數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用可以有效控制產(chǎn)品質(zhì)量，保障產(chǎn)品性能與功能的穩(wěn)定性?？梢哉f(shuō)小到機(jī)械產(chǎn)品的加工制作，大到工廠化生產(chǎn)、航天航空工程等，生活中隨處可以見(jiàn)到數(shù)控機(jī)床的身影，如若人們的生活中沒(méi)有數(shù)控機(jī)床，現(xiàn)代化生產(chǎn)也將陷入困境。

數(shù)控機(jī)床的誕生解放了人們的雙手，讓勞動(dòng)力密集的傳統(tǒng)生產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在的高精度、高效率生產(chǎn)，不僅能夠滿足生產(chǎn)需求，而且能有效避免人為操作引發(fā)的不良事故。數(shù)控機(jī)床以現(xiàn)代化技術(shù)為支撐，和普通機(jī)床不同的是，其工作效率更高、數(shù)據(jù)誤差更小，可塑性更強(qiáng)，未來(lái)的應(yīng)用范圍會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。但是需要注意的是，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用過(guò)程中還暴露了一些問(wèn)題：第一，國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床缺乏核心技術(shù)。雖然國(guó)內(nèi)部分制造商已經(jīng)打造出專屬自身的產(chǎn)品，但對(duì)應(yīng)產(chǎn)品的性能、功能等均無(wú)法與國(guó)外相提并論，究其原因，國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的技術(shù)水平與國(guó)外還存在一定差距。第二，數(shù)控機(jī)床的制造水平與管理手段有待完善，當(dāng)前部分國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床制造商沒(méi)有充分關(guān)注制造水平的提升，因此加工產(chǎn)品時(shí)仍舊以過(guò)去的機(jī)床、道具為依據(jù)，產(chǎn)品的質(zhì)量無(wú)法得到有序提高。第三，服務(wù)水平存在欠缺。商品經(jīng)濟(jì)背景下，利益對(duì)于各個(gè)企業(yè)有巨大的吸引力，有的制造企業(yè)會(huì)將注意力集中于數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)方面，但是沒(méi)有完善的售后服務(wù)，導(dǎo)致客戶的認(rèn)同度不高。數(shù)控機(jī)床的發(fā)展日新月異，對(duì)此企業(yè)應(yīng)明確數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)，及時(shí)改進(jìn)相關(guān)技術(shù)和管理手段[2-4]。

3 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)

未來(lái)數(shù)控機(jī)床會(huì)向著更加利于生產(chǎn)生活的方向發(fā)展，具體而言：

（1）高精度發(fā)展。數(shù)控機(jī)床加工零件必須保證產(chǎn)品的高精度，尤其像鐘表、儀表等精度要求高的裝備，再比如渦輪葉片、陀螺框架等，產(chǎn)品的尺寸基本都是以微米、亞微米為單位，后續(xù)數(shù)控機(jī)床對(duì)產(chǎn)品的精度要求越來(lái)越高，因此加工類似零件必須強(qiáng)調(diào)高精度。比如設(shè)法提高CNC系統(tǒng)的控制精度，或者使用仿真技術(shù)預(yù)測(cè)機(jī)床加工的精度，

（2）高速度發(fā)展。相比普通機(jī)床，數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)效率更高，尤其是主軸旋轉(zhuǎn)、運(yùn)算與換刀等環(huán)節(jié)，對(duì)應(yīng)的處理器會(huì)加速機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)，讓機(jī)床能在最短時(shí)間內(nèi)加工出數(shù)量充足、精度更高的零部件。未來(lái)數(shù)控機(jī)床需要進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率，因此改進(jìn)刀具、電機(jī)等也就成為發(fā)展的必然。

（3）高柔性化。所謂柔性是指機(jī)床對(duì)于加工對(duì)象的適應(yīng)能力，產(chǎn)品的多樣化發(fā)展也就使得機(jī)床要進(jìn)行多樣化轉(zhuǎn)變，才能最大程度滿足生產(chǎn)需求。這里所說(shuō)的柔性化包含中、小批量生產(chǎn)，大批量生產(chǎn)當(dāng)中也要適當(dāng)引入可編程控制器等，保障高效率的柔性加工。

（4）高自動(dòng)化。自動(dòng)化生產(chǎn)解放了人們的雙手，但是過(guò)去的自動(dòng)化技術(shù)還不夠完善，依據(jù)需要人的介入，后續(xù)機(jī)械制造業(yè)引入的自動(dòng)化水平更高，必須應(yīng)用自動(dòng)變成來(lái)完成自動(dòng)檢索、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)傳輸?shù)?，減少人力干預(yù)。

（5）復(fù)合化發(fā)展。一臺(tái)數(shù)控設(shè)備如果能同時(shí)配備不同刀具，并完成不同的操作工藝，就能有效精簡(jiǎn)加工工序，提高生產(chǎn)效率。早在2005年的國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)當(dāng)中，就有不少國(guó)內(nèi)外機(jī)床制造商展示了多種多樣的加工機(jī)床，當(dāng)時(shí)的機(jī)床就已經(jīng)表現(xiàn)出功能復(fù)合化的發(fā)展趨勢(shì)。

（6）智能化。人工智能是整個(gè)時(shí)代的口號(hào)，自然也可以被應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床中。智能化的產(chǎn)品加工需要憑借智能化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，在加工產(chǎn)品之時(shí)，工作人員只要設(shè)置對(duì)應(yīng)的加工參數(shù)化，就可以讓設(shè)備進(jìn)入最佳運(yùn)行狀態(tài)，機(jī)床就能自動(dòng)完成加工過(guò)程。除了加工的智能化之外，設(shè)備的故障診斷、自我修復(fù)等均會(huì)向著智能化發(fā)展，保障機(jī)械故障的快速定位與解決。

（7）網(wǎng)絡(luò)化。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，數(shù)控西永的網(wǎng)絡(luò)化也越來(lái)越重要。在企業(yè)管理當(dāng)中，網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控系統(tǒng)能促進(jìn)企業(yè)內(nèi)部的信息共享與交流，同時(shí)加強(qiáng)企業(yè)之間的聯(lián)系溝通，帶動(dòng)制造業(yè)及相關(guān)行業(yè)的高速發(fā)展。

（8）可靠性。數(shù)控機(jī)床的可靠性是衡量產(chǎn)品指標(biāo)的重要指標(biāo)，如果機(jī)床能生產(chǎn)出精度高、性能強(qiáng)大的商品，其產(chǎn)品質(zhì)量自然也就得到了保障。目前國(guó)外的數(shù)控系統(tǒng)可以保證7～10萬(wàn)個(gè)小時(shí)不會(huì)出現(xiàn)故障，而我國(guó)的系統(tǒng)僅能有序利用10000多個(gè)小時(shí)，因此也應(yīng)多加關(guān)注。

（9）加工過(guò)程的綠色化。資源環(huán)境保護(hù)已經(jīng)成為企業(yè)的社會(huì)責(zé)任之一，鑒于我國(guó)的資源問(wèn)題、環(huán)境問(wèn)題日益突出，國(guó)家部門專門提出綠色制造的發(fā)展理念，旨在削弱制造加工對(duì)環(huán)境的不良影響?？偠灾磥?lái)數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用前景不可估量。

4 數(shù)控機(jī)床的改進(jìn)

（1）選擇適合的工藝技術(shù)。

首先，應(yīng)盡可能提高數(shù)控機(jī)床的加工效率。一方面深入挖掘內(nèi)部潛力，像某些硬度高、脆性大的材料，應(yīng)依據(jù)其實(shí)際加工要求確定加工方法，比如利用激光深孔加工的方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)操作。而制造毛坯零部件時(shí)，可以利用粉末冶金、風(fēng)力鑄造等方式來(lái)增強(qiáng)毛坯的精度，降低生產(chǎn)加工成本。另一方面購(gòu)買新的生產(chǎn)設(shè)備，當(dāng)然這更加適用于經(jīng)濟(jì)實(shí)力更強(qiáng)的制造商。另外確定加工量時(shí)需要依據(jù)零件的特點(diǎn)進(jìn)行。對(duì)于零件的粗加工，應(yīng)將工作效率作為重點(diǎn)關(guān)注目標(biāo)，利用數(shù)控機(jī)床與刀具的切削能力來(lái)調(diào)整背吃刀量、進(jìn)給量。對(duì)于零件的精加工，需要精心選擇加工用材，把握好背吃刀量、進(jìn)給量與切削速度。同時(shí)為了保證零件的加工效率，建議盡量一次性完成粗加工，節(jié)約時(shí)間，而精加工盡可能設(shè)置更低的進(jìn)給速度，保障每一次操作的有效性。

（2）節(jié)省單件產(chǎn)品的加工時(shí)間。

單件產(chǎn)品的加工可以采取以下措施：第一，縮短切削行程，提高切削用量。當(dāng)前刀具的類型眾多，各種刀具的應(yīng)用讓切削、磨削速度明顯提升，企業(yè)可以應(yīng)用聚晶立方氮化硼材料制造的刀具來(lái)進(jìn)行切削，并結(jié)合寬砂輪作切入發(fā)進(jìn)行磨削，降低切削操作的形成。第二，采用多軸、多件同時(shí)加工。依據(jù)零件的自身特點(diǎn)，推薦進(jìn)行多軸機(jī)床的同時(shí)加工，減少工序耗費(fèi)的工時(shí)。多件同時(shí)加工的過(guò)程中，應(yīng)靈活選擇順序多件加工和平行多件加工，或者將這兩種加工方式結(jié)合起來(lái)，節(jié)約單件的加工時(shí)長(zhǎng)。第三，采用多臺(tái)數(shù)控機(jī)床看管模式，即由一名工作人員全權(quán)負(fù)責(zé)多臺(tái)機(jī)床的管理。這種管理模式的應(yīng)用主要是實(shí)現(xiàn)人力資源的有效配置，需要注意的是，想要高效應(yīng)用多臺(tái)數(shù)控機(jī)床看管模式，應(yīng)為每臺(tái)幾臺(tái)設(shè)置自動(dòng)報(bào)警與自動(dòng)停車，同時(shí)錯(cuò)開(kāi)每臺(tái)機(jī)床的手動(dòng)作業(yè)時(shí)間，防止增加工作人員的操作難度。

（3）提高產(chǎn)品的加工精度。

數(shù)控機(jī)床為人們帶來(lái)便利的同時(shí)，也要不斷改進(jìn)完善用以承受人們對(duì)現(xiàn)代化加工的要求。就產(chǎn)品的精度來(lái)看，應(yīng)從以下方面進(jìn)行改進(jìn)：首先，明確目前已有的加工手段，合理設(shè)置加工的先后順序，減少工件的重復(fù)安裝次數(shù)，防止機(jī)械磨損影響零件精度。其次，把握伺服系統(tǒng)的誤差。伺服系統(tǒng)與加工結(jié)果密切相關(guān)，工作人員應(yīng)高度重視伺服系統(tǒng)的精度。一方面避免出現(xiàn)軸開(kāi)環(huán)增益方位不準(zhǔn)的問(wèn)題，把握好產(chǎn)品的停留位置，另一方面在機(jī)床的軸與軸之間預(yù)留足夠位置，保障加工的準(zhǔn)確性。另外以零件的材質(zhì)、加工要求等謹(jǐn)慎選擇刀具，工作人員應(yīng)加強(qiáng)操作技術(shù)的練習(xí)，提高數(shù)控機(jī)床的操作水平，確保數(shù)據(jù)機(jī)床的幾何精度。

（4）提高數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化水平。

自動(dòng)化是數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)加工的必然發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)此企業(yè)應(yīng)以多種專業(yè)的軟件技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)為基礎(chǔ)，積極引入監(jiān)控設(shè)備，進(jìn)而提高數(shù)控機(jī)床的智能化水平，降低操作人員的工作壓力。數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化與國(guó)家強(qiáng)調(diào)的節(jié)能環(huán)保相呼應(yīng)，企業(yè)應(yīng)用之后能明顯降低污染物的處理成本，體現(xiàn)企業(yè)的社會(huì)責(zé)任，對(duì)此企業(yè)應(yīng)依據(jù)自身情況促進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)與數(shù)控機(jī)床機(jī)械加工的有機(jī)融合，提升零部件的生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)的安全性。

5 結(jié)語(yǔ)

數(shù)控機(jī)床對(duì)人們的積極影響有目共睹，后續(xù)其會(huì)在更多領(lǐng)域發(fā)揮應(yīng)用價(jià)值，為人們的生產(chǎn)生活帶來(lái)福音。然而數(shù)控機(jī)床的實(shí)際應(yīng)用還存在一些問(wèn)題，比如核心技術(shù)、服務(wù)水平等均有所欠缺，對(duì)此企業(yè)應(yīng)結(jié)合自身實(shí)際提出有效的改進(jìn)方案，促使數(shù)控機(jī)床能向著高精度、高速度、高柔性發(fā)展，推進(jìn)機(jī)械加工產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。