機(jī)械自動化在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用

李鴻源

(西安思源學(xué)院，西安 710038)

機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平是反映國家經(jīng)濟(jì)軟實(shí)力和科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。機(jī)床產(chǎn)業(yè)為汽車、船舶、軍工、機(jī)械工程等各個(gè)裝備制造產(chǎn)業(yè)提供裝備，其下游是機(jī)械制造，因此機(jī)床產(chǎn)業(yè)與機(jī)械制造業(yè)關(guān)系緊密。機(jī)械產(chǎn)品的性能、形狀、結(jié)構(gòu)和材料不斷完善，精度不斷提高，生產(chǎn)類型由大批量生產(chǎn)向多品種小批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)化，機(jī)械制造產(chǎn)品日益精密復(fù)雜。數(shù)控技術(shù)是結(jié)合了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、自動控制、電機(jī)、電氣傳動、測量、監(jiān)控等學(xué)科領(lǐng)域最新成果而形成的一門科學(xué)技術(shù)。目前，數(shù)控機(jī)床是車削加工較全能的數(shù)控機(jī)床，其可以把車、銑、螺紋加工等集中到一臺機(jī)床上，使其具有多種工藝手法。數(shù)控機(jī)床能夠很好地解決煩瑣、精密、小批量、多品種的零件加工問題，是一種柔韌的、高效的自動化機(jī)床。在傳統(tǒng)機(jī)械制造加工中，單件小批量生產(chǎn)約占70%以上，使用數(shù)控車床進(jìn)行加工可在很大程度上提高產(chǎn)品質(zhì)量，保證加工零件精度，減少勞動，為新產(chǎn)品的研制和改型換代節(jié)省大量時(shí)間和成本，提高企業(yè)產(chǎn)品競爭力。

1 數(shù)控機(jī)床發(fā)展現(xiàn)狀

數(shù)控機(jī)床又稱自動化機(jī)床，是一種使用程序控制其系統(tǒng)的自動化機(jī)床。數(shù)控機(jī)床由人機(jī)交互設(shè)備、輸入裝置設(shè)備、數(shù)控裝置設(shè)備、輔助機(jī)能控制裝置組成。2021年全年國內(nèi)生產(chǎn)總值同比增長8.1%，兩年平均增長5.1%。貨物進(jìn)出口同比增長21.4%。規(guī)模以上工業(yè)增加值同比增長9.6%，兩年平均增長6.1%。其中，裝備制造業(yè)增加值比上年增長12.9%。在良好的宏觀經(jīng)濟(jì)條件下，2021年機(jī)床產(chǎn)業(yè)延續(xù)了2020年下半年以來的增長態(tài)勢，市場需求持續(xù)改善，進(jìn)出口大幅度增長。機(jī)床產(chǎn)業(yè)運(yùn)行繼續(xù)保持向好趨勢。2021年1-12月，金屬加工機(jī)床進(jìn)口來源前十位的國家和地區(qū)，進(jìn)口金額合計(jì)占比為93.6%。其中，日本、德國和中國臺灣占居前三位，三者金額合計(jì)占比高達(dá)70%以上(詳見表1)。

表1 2021年1-12月金屬加工機(jī)床進(jìn)口來源前十位的國家和地區(qū)Tab.1 Top 10 countries and areas of metal-working machine tool import source from Jan. to Dec., 2021

進(jìn)口來源前十的國家和地區(qū)，除新加坡之外，同比均呈增長態(tài)勢，泰國同比增長最高(185.9%)。其中，從日本進(jìn)口額同比增長32.7%，增幅較1-9月收窄10.5%。從德國進(jìn)口額同比增長10.8%，增幅較1-9月擴(kuò)大8.8%。

2021年1-12月金屬加工機(jī)床出口去向前十位的國家，出口額合計(jì)占比為51.4%。其中，越南、美國和印度依次占居前三位，三者合計(jì)占比22.7%(詳見表2)。

出口去向前十的國家和地區(qū)，除越南之外，同比均呈增長的態(tài)勢，出口墨西哥金額同比增長最高(68.4%)。其中，出口美國金額同比增長28.7%，增幅較1-9月份收窄4.5%。出口印度金額同比增長55.2%，增幅較1-9月份收窄8.8%。

表2 2021年1-12月金屬加工機(jī)床出口去向前十位的國家Tab.2 Top 10 countries and areas of metal-working machine tool of export from Jan. to Dec., 2021

2021年我國機(jī)床工具行業(yè)延續(xù)了2020年下半年以來的回穩(wěn)向好趨勢。受上年基數(shù)影響，營業(yè)收入等主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)同比增速前高后低，但全年同比增速仍處高位。同時(shí)，2021年機(jī)床工具各分行業(yè)的增長也比較均衡，各行業(yè)普遍實(shí)現(xiàn)了明顯增長。行業(yè)近十年來的下行走勢有望扭轉(zhuǎn)。

近年來，隨著新興產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，我國工業(yè)自動化控制技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用有了很大發(fā)展，促進(jìn)我國工業(yè)自動化市場規(guī)模不斷增長。數(shù)據(jù)顯示，2019年我國工業(yè)自動化行業(yè)市場規(guī)模達(dá)到1 895億元，同比增長1.61%。2021年我國工業(yè)自動化行業(yè)市場規(guī)模將達(dá)1 976億元，2022年將進(jìn)一步達(dá)到2 087億元。數(shù)據(jù)如圖1所示。

圖1 2016-2022年中國工業(yè)自動化市場規(guī)模預(yù)測統(tǒng)計(jì)Fig.1 Statistics of market size forecasting of China’s industry automation from 2016 to 2020

2 數(shù)控機(jī)床與傳統(tǒng)機(jī)床的區(qū)別

更精確、更精密。傳統(tǒng)機(jī)床由于配件普通，在工作過程中，不一定能達(dá)到嚴(yán)絲合縫的效果。傳統(tǒng)機(jī)床為手工操作，精確度不準(zhǔn)，存在重復(fù)操作的可能性。數(shù)控車床選用高科技的精密配件，轉(zhuǎn)動過程中無間隙，編碼控制器可以進(jìn)行準(zhǔn)確的位置測量，因此更為精確、精密。

成本低。傳統(tǒng)的機(jī)床需要大量的手工操作，因此熟練的操作工人必不可少，而培養(yǎng)一個(gè)熟練工人所花費(fèi)的時(shí)間和金錢成本難以估量。操作過程中，傳統(tǒng)機(jī)床需要時(shí)刻緊盯，不能放松，極大消耗了時(shí)間成本。而數(shù)控車床只需要掌握操作技術(shù)，一個(gè)工人即可操作兩臺甚至兩臺以上的車床，大大降低了人工及時(shí)間成本。

3 自動化機(jī)床的價(jià)值意義

應(yīng)提高生產(chǎn)水平，滿足市場和人們的需求。目前，制造業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了科技化發(fā)展，各種數(shù)控式機(jī)床不斷涌現(xiàn)，作為現(xiàn)代制造業(yè)基本設(shè)備的數(shù)控車床，其發(fā)展和技術(shù)水平關(guān)系著我國制造業(yè)的整體發(fā)展。我國出臺了以“高檔經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”為主要內(nèi)容的科技重大專項(xiàng)，表明我國制造業(yè)高科技、高新技術(shù)發(fā)展升溫，數(shù)控車床將具有更大的發(fā)展空間。

目前，對于機(jī)械關(guān)鍵部件和大型關(guān)鍵模件的要求，已經(jīng)由可以使用升級為精細(xì)、精密、優(yōu)質(zhì)、低成本、使用壽命長等。在部件或模件鍛造過程中，不僅需要高水平的鍛造工藝，還需要高科技、高效能的鍛造設(shè)備，數(shù)控車床的出現(xiàn)和使用將使我國制造業(yè)獲得巨大的收益。

我國的工業(yè)自動化行業(yè)起步較晚，早期在產(chǎn)品的可靠性上與國外企業(yè)存在較大的差距，但經(jīng)過多年的發(fā)展，國內(nèi)一些優(yōu)秀廠商技術(shù)水平在不斷提高，逐步縮小了與國外品牌的差距，國內(nèi)制造業(yè)升級帶來的機(jī)床、電子制造設(shè)備、紡織機(jī)械、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域發(fā)展的新契機(jī)，加快了對國外品牌的替代速度，國內(nèi)廠商的市場份額持續(xù)擴(kuò)大。我國相關(guān)領(lǐng)域?qū)诵牟考摹白灾?、安全、可控”提出了迫切需求，提高國產(chǎn)化率已成為我國產(chǎn)業(yè)鏈各企業(yè)的共識，這為工業(yè)自動化設(shè)備實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代提供了良好的發(fā)展機(jī)遇。智能化數(shù)控機(jī)床使生產(chǎn)更安全，智能化數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)，大大節(jié)約了生產(chǎn)成本，可以為企業(yè)增收減支。

工業(yè)機(jī)器人機(jī)械手可以實(shí)現(xiàn)加工中心、數(shù)控車床、數(shù)控磨床、沖床、剪板機(jī)、折彎機(jī)、鑄造鍛造等機(jī)床設(shè)備的自動化加工，具有生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定、減少機(jī)床及刀具損耗、工作節(jié)奏可調(diào)、運(yùn)行平穩(wěn)可靠、維修方便等特點(diǎn)，可以同時(shí)滿足不同種類產(chǎn)品的生產(chǎn)，對用戶來說，只需作出有限調(diào)整，就可以很快進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整和擴(kuò)大產(chǎn)能，大大降低產(chǎn)業(yè)工人的勞動強(qiáng)度。

4 結(jié)語

終端消費(fèi)者對產(chǎn)品的需求多樣化和定制化程度在不斷提升，生產(chǎn)環(huán)節(jié)、工藝難度和制造水平都在增加，制造業(yè)廠商對產(chǎn)品質(zhì)量、效率、精度及成本的要求越來越高，傳統(tǒng)人工操作的誤差及安全性風(fēng)險(xiǎn)導(dǎo)致制造業(yè)廠商對自動化生產(chǎn)需求強(qiáng)烈。我國制造業(yè)與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比，其差距主要體現(xiàn)在自動化水平方面。發(fā)達(dá)國家在大批量生產(chǎn)技術(shù)基礎(chǔ)上不斷向訂制化、智能化、集成化方向發(fā)展，采用從生產(chǎn)加工到檢測包裝的全程自動化控制技術(shù)，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，提高了生產(chǎn)效率。國內(nèi)企業(yè)要縮小這部分差距，在自動化產(chǎn)品和技術(shù)方面不斷加大投入。未來，我國制造產(chǎn)業(yè)將不斷升級，實(shí)現(xiàn)工業(yè)產(chǎn)業(yè)自動化和智慧化發(fā)展。