淺談數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢及發(fā)展策略

褚麗賓

摘 要：改革開發(fā)以來，我國制造業(yè)發(fā)生了翻天覆地的變化，尤其是隨著汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展（產(chǎn)量從21世紀(jì)初的百萬量級(jí)增長到20年代的千萬量級(jí)），以及之后3C行業(yè)（以智能手機(jī)制造產(chǎn)業(yè)為代表）的興起（產(chǎn)量從21世紀(jì)初的百萬部量級(jí)到20年代的10億部量級(jí)，其中，手機(jī)的玻璃、框架和鏡頭支架等小金屬零件都需數(shù)控加工），中國已成長為世界第一大機(jī)床消費(fèi)與制造市場。第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床起源于麻省理工大學(xué)（1952年），短短70年，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展經(jīng)歷了巨大的變化。本文簡述數(shù)控機(jī)床的主要發(fā)展階段，重點(diǎn)描述了數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢。最后，對(duì)比國際國內(nèi)在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢，也對(duì)我國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展策略做了淺顯的分析。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床;技術(shù);發(fā)展

引言

數(shù)控技術(shù)以及機(jī)床是一個(gè)國家從事高端制造的技術(shù)以及裝備支撐，國內(nèi)的很多尖端行業(yè)都需要以數(shù)控技術(shù)作為基礎(chǔ)技術(shù)，同時(shí)以數(shù)控機(jī)床作為生產(chǎn)精密零部件的基本裝備。數(shù)控技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步是推動(dòng)一個(gè)國家的制造水平以及制造裝備邁上新臺(tái)階的重要技術(shù)力量。數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用能確保我國的生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)大批量、多品種、高精度的模式，促使我國的制造行業(yè)從傳統(tǒng)的制造轉(zhuǎn)換成信息化、數(shù)字化、集成化、柔性化、網(wǎng)絡(luò)化的生產(chǎn)模式，這些年來，我國通過投入大量人力、物力、財(cái)力來研究數(shù)控機(jī)床及數(shù)控技術(shù)，取得了十分喜人的成績，但我國的數(shù)控技術(shù)與發(fā)達(dá)國家相比，還存在很大差距，本文通過對(duì)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢的研究，對(duì)我國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展策略做了淺顯的分析。

1.數(shù)控機(jī)床工作原理及組成

實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的運(yùn)轉(zhuǎn)工作需要以下幾個(gè)步驟，首先應(yīng)了解數(shù)控機(jī)床加工零件最終的相關(guān)尺寸和對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，將實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)和相關(guān)的變量進(jìn)行系統(tǒng)的控制，因此通過計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)進(jìn)行加工零件工序的編程，形成具有較好邏輯的加工程序。通過這一程序，相當(dāng)于對(duì)數(shù)控機(jī)床提供了加工指引，然后對(duì)機(jī)床的加工狀況和控制模式進(jìn)行調(diào)整，檢查機(jī)床的工作環(huán)境以及具體設(shè)備運(yùn)行狀況，確保冷卻系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)、夾具系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)等多個(gè)系統(tǒng)能夠正常工作。最后通過不同部件的協(xié)調(diào)配合，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)加工順序和軌跡的移動(dòng)，從而得到圖紙中設(shè)計(jì)的零件。以上為數(shù)控機(jī)床的基本組成及工作原理，隨著電子技術(shù)、信息技術(shù)的進(jìn)步和革新，數(shù)控機(jī)床技術(shù)也得到了迅猛的發(fā)展，下面重點(diǎn)描述數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢。

2.數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢

2.1高精密和超精密

隨著航空航天、軍工、汽車等工業(yè)的技術(shù)進(jìn)展，對(duì)零件的加工精密度和加工工藝的要求也越來越高。高精密加工的精密級(jí)別，要求尺寸公差在0.1至3μm之間，相互配合的兩個(gè)零件的配合精度要保持在2μm范圍內(nèi)，在批量生產(chǎn)時(shí)尺寸的一致性也要保持在5μm的范圍內(nèi)。而超精密加工的尺寸精度要求更高，基本要達(dá)到100nm以內(nèi)的范圍，多用來加工高質(zhì)量成像的光學(xué)系統(tǒng)。

2.2微型機(jī)床和袖珍工廠

微小化制造是下一代制造的愿景，期望能以節(jié)約場地、能源、人力等最小的投入，來獲得最高的回報(bào)。歐美和日本等制造強(qiáng)國都已把微小化制造作為未來若干年制造發(fā)展規(guī)劃的重點(diǎn)。對(duì)于微小型零件，采用微型機(jī)床和袖珍工廠代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)床和傳統(tǒng)工廠進(jìn)行加工，是節(jié)約資源并獲得高效益及可持續(xù)發(fā)展的最佳路徑。

2.3高效率

為了實(shí)現(xiàn)更高的加工效率，現(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速越來越高，電機(jī)功率越來越大。此外，傳統(tǒng)的工序分散模式是將工序分散在不同位置的不同機(jī)床上，這種模式的效率和質(zhì)量一般都得不到保證。通過開發(fā)與應(yīng)用銑車復(fù)合加工中心、車銑復(fù)合加工中心以及各種增減材復(fù)合加工中心可以實(shí)現(xiàn)工序集成，從而將加工效率大大提升。

2.4設(shè)計(jì)制作綠色化

數(shù)控機(jī)床的綠色設(shè)計(jì)可以考慮的因素有機(jī)床的材料、節(jié)能、包裝、可回收等方面。隨著環(huán)保的觀念日益深入人心，各行各業(yè)開始注重生產(chǎn)的環(huán)保性，因此在數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)過程中也需要融入環(huán)保理念來適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的潮流，在生產(chǎn)過程中需要充分考慮環(huán)境保護(hù)以及資源節(jié)約等兩個(gè)方面的因素，在不影響產(chǎn)品的性能和質(zhì)量的基礎(chǔ)上，充分考慮數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)行對(duì)環(huán)境的影響，通過調(diào)整相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案以及選取適當(dāng)?shù)纳a(chǎn)材料，從而使設(shè)計(jì)出的機(jī)床對(duì)環(huán)境的影響達(dá)到最小化，這樣能有效的資源，達(dá)到提高我國資源的使用效率的目的。

3.數(shù)控機(jī)床發(fā)展策略淺析

3.1大力研究與優(yōu)化數(shù)控系統(tǒng)

我國數(shù)控機(jī)床中的數(shù)控系統(tǒng)可以分為兩類，一種是直接引用國外的數(shù)控系統(tǒng)，比如采用日本、德國等公司的成熟數(shù)控器件，直接安裝在國產(chǎn)的機(jī)床架構(gòu)上，從而實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的制備。另一種是在引用國外先進(jìn)數(shù)控裝置和技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行自主的研發(fā)和制備，比如國內(nèi)華中數(shù)控等企業(yè)，通過不斷的吸收國外數(shù)控經(jīng)驗(yàn)，目前制備出的數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。針對(duì)這兩類數(shù)控系統(tǒng)而言，國外直接引進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)價(jià)格較高，如果對(duì)傳統(tǒng)機(jī)床進(jìn)行數(shù)控升級(jí)，采用國外的數(shù)控系統(tǒng)，雖然能夠保證性能的可靠強(qiáng)勁，并且該數(shù)控系統(tǒng)擁有較長的壽命和穩(wěn)定性。國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)雖然經(jīng)過較長時(shí)間的發(fā)展，但對(duì)于伺服控制、曲面插補(bǔ)及大功率伺服電機(jī)控制的能力仍有待加強(qiáng)。因此，有必要加大對(duì)國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)及其軟硬件的研究與開發(fā)力度，努力擺脫受制于人的局面。

3.2以加工工藝革新為引領(lǐng)，不斷提升機(jī)床性能

傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床在加工過程中，主要是通過機(jī)械化操作、人工化操作來完成對(duì)機(jī)械部件的加工，在信息化技術(shù)以及各類先進(jìn)理論的支撐下，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床可以通過程序設(shè)定來完成自動(dòng)化、智能化操控，且整個(gè)加工過程無需人工進(jìn)行參與，進(jìn)而有效保證整個(gè)加工的精準(zhǔn)性與質(zhì)量性。為進(jìn)一步強(qiáng)化數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)質(zhì)量，必須對(duì)現(xiàn)階段加工工序所呈現(xiàn)出的整體化效果進(jìn)行分析，查證出與刀具相關(guān)聯(lián)的各個(gè)操控目標(biāo)所具備的參數(shù)，然后將不同類組件在加工過程中的參數(shù)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行綜合考慮，以得出基于加工成本加工時(shí)間與加工性能相整合的整體化策略，便可進(jìn)一步為整個(gè)加工過程的實(shí)現(xiàn)提供數(shù)據(jù)支撐。針對(duì)不斷提高的加工工藝需求，需要努力開發(fā)出各種高性能、集成度高的復(fù)合加工機(jī)床。另外，隨著節(jié)能減排（特別是中國對(duì)全世界做出的碳中和的莊嚴(yán)承諾）、綠色環(huán)保的要求不斷加強(qiáng)，也要努力開發(fā)出環(huán)境友好，綠色節(jié)能的數(shù)控設(shè)備。

3.3多功能、定制化

隨著科技的不斷向前邁進(jìn)和市場個(gè)性化需求的不斷增加，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展會(huì)日益趨向于多功能和定制化。數(shù)控機(jī)床的多功能主要包括將傳統(tǒng)的CAD、CAE、CAM以信息化等功能集于一體，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多能。為了滿足市場和用戶不斷增加的個(gè)性化需求，數(shù)控機(jī)床的定制化開發(fā)是一個(gè)大趨勢。在開發(fā)數(shù)控機(jī)床時(shí)，不僅要滿足功能和性能方面的相關(guān)要求，還要充分考慮客戶在實(shí)際使用時(shí)的個(gè)性化需求。

結(jié)語

數(shù)控技術(shù)作為衡量一個(gè)國家科技制造能力強(qiáng)弱的重要指標(biāo)，高超的數(shù)控技術(shù)是制造出高端精密產(chǎn)品的前提，數(shù)控技術(shù)的好壞代表著一個(gè)國家制造能力的強(qiáng)弱，同時(shí)也是一個(gè)國家綜合國力強(qiáng)弱的重要體現(xiàn)，關(guān)系到國內(nèi)制造業(yè)產(chǎn)品的國際競爭力。我國數(shù)控技術(shù)雖取得了一定的發(fā)展，但與發(fā)達(dá)國家相比還存在很大的差距，需要繼續(xù)加大研發(fā)投入來提升我國的數(shù)控技術(shù)，縮小與發(fā)達(dá)國家之間的技術(shù)水平差距?？梢灶A(yù)見到，借助5G技術(shù)及互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，3D打印技術(shù)和新材料的不斷突破，實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床綠色化、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、云診斷以及高度的定制化開發(fā)就真正離我們不遠(yuǎn)了。

參考文獻(xiàn)：

[1]高安生.我國數(shù)控機(jī)床計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展策略探討[J].湖北汽車工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，1994（02）：68-70.

[2]葉佩青，張勇，張輝.數(shù)控技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r及策略綜述[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2015，51（021）：113-120.

[3]郭華標(biāo).數(shù)控技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].電子元器件與信息技術(shù)，2020（09）.