數(shù)控技術(shù)與機(jī)械制造的融合發(fā)展探討

李志安

（山東省輕工工程學(xué)校，山東 青島 266112）

1 數(shù)控技術(shù)概述

1.1 數(shù)控技術(shù)的含義

數(shù)控技術(shù)是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)傳統(tǒng)機(jī)器進(jìn)行科學(xué)的控制，以提高機(jī)器的生產(chǎn)效率和質(zhì)量。它具有高精度、高效率和柔性自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。在機(jī)床上采用CNC技術(shù)，可以合理地控制機(jī)床的角度和速度，保證設(shè)備的高效性和高質(zhì)性。此外，它從某種意義上保證了機(jī)器制造的安全性和有效性。

1.2 數(shù)控技術(shù)的原理

在機(jī)械加工領(lǐng)域，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制、精密計(jì)算等技術(shù)，保證了機(jī)床的高效率和高精度?，F(xiàn)代CNC系統(tǒng)是CNC技術(shù)的重要組成部分，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)各種機(jī)器的控制，必須使用相應(yīng)的存儲(chǔ)軟件。在現(xiàn)代CNC系統(tǒng)中，它包含了CNC設(shè)備、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、速度控制設(shè)備和軟件。其中CNC設(shè)備是其中最關(guān)鍵的部件，它是一種專用的電子計(jì)算機(jī)，它能合理地控制軟件的工作，并能使系統(tǒng)的工作性能得到最好的發(fā)揮。其次，通過電子計(jì)算機(jī)來完成對(duì)設(shè)備的控制。

1.3 數(shù)控技術(shù)在機(jī)械制造中的發(fā)展

首先,是機(jī)械制造高性能，高速度、高精度已成為當(dāng)今世界科技發(fā)展的焦點(diǎn)，而CNC技術(shù)也在逐步向高精度、高速度發(fā)展。使用更精細(xì)、更精確的技術(shù)，可以很好地掌握工件的控制和加工精度，同時(shí)也可以提高機(jī)械設(shè)備工作狀態(tài)的信息收集和處理，使其工作的效率更高。

其次,是功能，最關(guān)鍵的一點(diǎn)是CNC可以在運(yùn)行的時(shí)候，實(shí)現(xiàn)多功能化，這也是數(shù)控技術(shù)未來的發(fā)展趨勢(shì)。尤其是在機(jī)械制造業(yè)中，CNC可以做到一機(jī)多用，也可以讓更多的設(shè)備發(fā)揮出更大的作用。這不僅可以達(dá)到很好的加工效果，而且可以提高機(jī)械利用率，達(dá)到三維加工的目的，具有很大的實(shí)用價(jià)值。

最后,是智能，這也是數(shù)控技術(shù)發(fā)展的一個(gè)特點(diǎn)，它不僅可以智能的完成加工，還可以進(jìn)行自動(dòng)的調(diào)整，從而達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)的目的。數(shù)控技術(shù)不僅具有自動(dòng)停止和自動(dòng)啟動(dòng)的能力，而且具有自我恢復(fù)的能力。若能配合警報(bào)系統(tǒng)，則可構(gòu)成一套完整的處理系統(tǒng)。

綜合以上內(nèi)容，我們要充分認(rèn)識(shí)到自己在數(shù)控技術(shù)上的缺陷和優(yōu)勢(shì)，并積極地吸收國外的先進(jìn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，以促進(jìn)我國機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展。針對(duì)目前國內(nèi)CNC技術(shù)發(fā)展中遇到的一些問題，需要相關(guān)的工作人員進(jìn)行深入的分析和研究，以使之能夠更好的實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控技術(shù)的優(yōu)化和應(yīng)用。另外，數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也要不斷拓展，要大力推廣其特性和價(jià)值。我們要積極地引進(jìn)國外的先進(jìn)數(shù)控機(jī)床，在實(shí)際應(yīng)用中也可以借鑒國外的先進(jìn)技術(shù)，將它們的核心功能結(jié)合起來，使生產(chǎn)成本更低和產(chǎn)品質(zhì)量更高，從而促進(jìn)我國機(jī)械工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

2 數(shù)控技術(shù)具備的特點(diǎn)

2.1 高效性

相對(duì)于傳統(tǒng)的手工生產(chǎn)，將CNC技術(shù)運(yùn)用于機(jī)械制造行業(yè)，可以極大地提升生產(chǎn)效率，讓手工的生產(chǎn)變得更方便，也更有效，人力難以完成的繁瑣工序，也可以由機(jī)器來完成，而且，CNC技術(shù)可以節(jié)省人力，減少人力的勞累，每一次的工作效率都會(huì)提升，大大縮短了生產(chǎn)的時(shí)間。

2.2 可靠性

在實(shí)際應(yīng)用中，CNC技術(shù)控制能力強(qiáng)，技術(shù)內(nèi)涵豐富，將其運(yùn)用于機(jī)械制造的生產(chǎn)中，不僅能豐富和優(yōu)化現(xiàn)有的機(jī)械制造技術(shù)，而且能提高產(chǎn)品的整體品質(zhì)，確保產(chǎn)品的工藝要求符合規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，從而使產(chǎn)品的生產(chǎn)、加工、銷售等環(huán)節(jié)得到極大的提高。

2.3 準(zhǔn)確性

在機(jī)械制造環(huán)節(jié)，利用CNC技術(shù)，可以根據(jù)現(xiàn)代技術(shù)自身的特性，對(duì)各類機(jī)器的零件進(jìn)行精確的加工，從而使有關(guān)的信息更加準(zhǔn)確、科學(xué)、全面地控制加工內(nèi)容，保證整個(gè)數(shù)控加工的精度。以此為基礎(chǔ)，推動(dòng)我國機(jī)械制造業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。

2.4 實(shí)用性

在現(xiàn)實(shí)中，可以將CNC技術(shù)運(yùn)用到各個(gè)領(lǐng)域，讓其在各個(gè)領(lǐng)域都有一定的應(yīng)用，比如將CNC技術(shù)運(yùn)用到汽車生產(chǎn)中，就可以生產(chǎn)出更多的精密部件，從而達(dá)到汽車的裝配和制造的目的。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，利用CNC技術(shù)對(duì)部分工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中的多種作業(yè)，從而達(dá)到提高工業(yè)自動(dòng)化程度的目的。此外，還可以在航空航天等領(lǐng)域中使用CNC技術(shù)。在航空航天行業(yè)中，對(duì)零件的精度有著非常高的要求，比如鈦合金、鋁合金等，利用CNC技術(shù)，可以讓零件的加工速度變得更快，而且質(zhì)量也更好。

3 我國數(shù)控技術(shù)目前應(yīng)用的情況以及面臨的問題

3.1 技術(shù)包含的范圍廣，實(shí)際操作水平低

機(jī)械制造工業(yè)的實(shí)踐表明，數(shù)控技術(shù)雖然可以提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量，但它的技術(shù)復(fù)雜程度和困難程度仍然很高，必須要將計(jì)算機(jī)、機(jī)械制造、自動(dòng)化等技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，才能更好地將數(shù)控技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)中去，這就需要專業(yè)的技術(shù)人員來完成。目前國內(nèi)大多數(shù)的公司，盡管擁有了一定的專業(yè)技能，但大多數(shù)都是從大學(xué)畢業(yè)后就直接到公司工作的，他們的工作經(jīng)驗(yàn)都是有限的，理論并不能很好的運(yùn)用到實(shí)踐中去。

3.2 數(shù)控技術(shù)的快速提升

近年來，隨著CNC技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，許多行業(yè)都能享受到它所帶來的方便，隨著生產(chǎn)效率的不斷提升，它的開發(fā)價(jià)值不斷提升，對(duì)數(shù)控技術(shù)的研究也越來越多，這對(duì)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展起到了積極的推動(dòng)作用，這樣，就形成了一個(gè)良性的循環(huán)，推動(dòng)了社會(huì)的發(fā)展，隨著科技的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)也從最初的單一化，逐步向智能化、實(shí)時(shí)的方向發(fā)展，主要體現(xiàn)在以往的CNC技術(shù)大多是以前端采集為主，造成了技術(shù)覆蓋面很窄，而現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，逐步拋棄了前端采集系統(tǒng)，使其覆蓋范圍更廣。并且我國的CNC技術(shù)發(fā)展也逐步走向國際并占有一席之地。

4 提高數(shù)控技術(shù)與機(jī)械制造融合水平的策略

4.1 機(jī)械制造企業(yè)加強(qiáng)對(duì)數(shù)控技術(shù)應(yīng)用

一些企業(yè)的管理者對(duì)CNC技術(shù)知識(shí)缺乏認(rèn)識(shí)，對(duì)CNC技術(shù)缺乏足夠的關(guān)注，而在實(shí)施CNC技術(shù)時(shí)，往往要在人力、物力、財(cái)力上進(jìn)行投資，有些公司會(huì)覺得這種技術(shù)投資太大、經(jīng)濟(jì)效益不高，從而放棄使用。所以，必須轉(zhuǎn)變觀念，對(duì)CNC技術(shù)有更深刻的理解，并通過不斷地學(xué)習(xí)，使其更好地運(yùn)用。

4.2 自動(dòng)編程的廣泛應(yīng)用

在傳統(tǒng)的機(jī)床生產(chǎn)和加工中，程序員必須按照產(chǎn)品的設(shè)計(jì)流程，通過人工編程來完成程序，這樣的工作效率和精度都不高，而且對(duì)某些復(fù)雜的零件，如曲面、螺旋面等，人工編程是很困難的。在這個(gè)時(shí)候，自動(dòng)化程序彌補(bǔ)了人工程序的缺陷，制造設(shè)計(jì)不再受人為誤差和人工誤差的干擾，生產(chǎn)和加工企業(yè)的發(fā)展也會(huì)受到很大的限制，同樣的問題也會(huì)發(fā)生。針對(duì)這一狀況，采用CNC技術(shù)可以很好地解決這個(gè)問題。采用電腦程序設(shè)計(jì)取代人工操作，既能減少零件的制造周期，又能進(jìn)一步提高產(chǎn)品的加工精度，確保各類資源的充分利用。通過對(duì)工藝路線的優(yōu)化，可以有效地減少產(chǎn)品的制造、加工費(fèi)用。

4.3 提高數(shù)控機(jī)床的經(jīng)濟(jì)性轉(zhuǎn)換

對(duì)某些中小型、加工產(chǎn)品精度不高的公司來說，采用經(jīng)濟(jì)型CNC是其急需的。對(duì)傳統(tǒng)的CNC進(jìn)行經(jīng)濟(jì)改造或采用新技術(shù)生產(chǎn)低成本的CNC機(jī)床，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。為適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)的需要，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床正以越來越快的速度發(fā)展。新世紀(jì)以來，中國機(jī)械制造業(yè)與加工領(lǐng)域的廣泛使用，使其應(yīng)用領(lǐng)域得到了很大的改善，對(duì)我國機(jī)床行業(yè)的發(fā)展起到了積極的促進(jìn)作用。

5 數(shù)控技術(shù)在機(jī)械制造業(yè)的實(shí)際應(yīng)用

5.1 汽車制造業(yè)中數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用

目前我國汽車行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)十分激烈，如何在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中取得更好的發(fā)展，需要汽車工業(yè)將重點(diǎn)放在各種零件的精確性控制上，只有部件的精確度得到了有效的保障，才能更好地滿足當(dāng)今市場(chǎng)和汽車工業(yè)的發(fā)展需要。在汽車制造領(lǐng)域，采用CNC技術(shù)，無疑可以很好地解決這個(gè)問題，從而有效地提高汽車工業(yè)的生產(chǎn)效率和質(zhì)量。比如，將CNC技術(shù)運(yùn)用到汽車連桿、活塞、曲軸的制造、汽車涂裝、焊接等方面，以上這些內(nèi)容使得數(shù)控技術(shù)有很大的發(fā)展空間。

5.2 工業(yè)生產(chǎn)中數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用

由于工業(yè)生產(chǎn)涉及的領(lǐng)域很廣泛，所以必須結(jié)合實(shí)際情況，加大對(duì)數(shù)控技術(shù)的運(yùn)用，現(xiàn)在最常用的就是工業(yè)機(jī)器人，它可以按照人的要求，完成所有的工作。當(dāng)前，應(yīng)當(dāng)重視各種先進(jìn)的CNC技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的各種優(yōu)勢(shì)，提高其在實(shí)際應(yīng)用中的自動(dòng)化水平，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和工作效率。另外，為了提高機(jī)床的結(jié)構(gòu)，提高加工精度和使用壽命，還必須對(duì)數(shù)控技術(shù)的控制系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化與提升。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越緊密，尤其是在高速性能控制、精密減速器開發(fā)等諸多關(guān)鍵技術(shù)的研究上，為提高產(chǎn)品的安全、可靠性提供了有力的保證。

5.3 航空航天領(lǐng)域中的數(shù)控技術(shù)應(yīng)用

我國的航天技術(shù)一直處于世界領(lǐng)先地位，顯示出我國科技進(jìn)步的迅速，在航空航天領(lǐng)域，CNC技術(shù)也起到了無可取代的作用，由于航天行業(yè)對(duì)零部件的精度要求比較高，所以大多數(shù)的航天器使用的都是重量較輕的材料，比如鈦合金、鋁合金等，這就加大了零件的加工難度，用常規(guī)的加工方法很難保證零件不會(huì)變形，也不能保證精度，然而，將CNC技術(shù)運(yùn)用于航空航天領(lǐng)域，不僅能提高切割速度，提高切割質(zhì)量，同時(shí)還能保證工件的動(dòng)態(tài)加工精度。

6 數(shù)控技術(shù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用案例

6.1 應(yīng)用實(shí)例分析

在某機(jī)械廠，要求生產(chǎn)一種具有圓弧等分型孔的孔群，其結(jié)構(gòu)圖見圖1。

圖1 該圓弧等分形式孔群的示意圖

從圖1可以看出，這個(gè)圓弧的中點(diǎn)坐標(biāo)為O，在A度開始角度以后，每隔B度進(jìn)行一次鉆探，總的鉆孔數(shù)量為H，鉆孔深度為Z。在機(jī)械制造廠制造這種孔群時(shí)，主要采用宏編程，先輸入各種參數(shù)，再調(diào)用XYZRFIABH、Pxxxx和G65語句。

6.2 具體應(yīng)用策略分析

6.2.1 應(yīng)用實(shí)例選擇

在利用CNC技術(shù)進(jìn)行加工時(shí)，機(jī)器的種類繁多，而每一種機(jī)器都是由零件構(gòu)成，因此要保證機(jī)器的生產(chǎn)與制造質(zhì)量，就需要對(duì)其進(jìn)行充分的加工。在具體的生產(chǎn)過程中，要依據(jù)生產(chǎn)需要，通過電腦技術(shù)對(duì)產(chǎn)品的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，保證產(chǎn)品的性能指標(biāo)符合生產(chǎn)要求。對(duì)復(fù)雜程度高的零件，必須在正式生產(chǎn)前進(jìn)行仿真，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問題，并根據(jù)最終的結(jié)果進(jìn)行數(shù)控加工。如此一來，既能保證生產(chǎn)效率，又能提高加工精度。

6.2.2 數(shù)控建立

在進(jìn)行CNC建模時(shí)，必須對(duì)零件的尺寸和幾何形狀進(jìn)行全面的分析，以便對(duì)工藝方案作出科學(xué)的判斷，從而為以后的生產(chǎn)工作的順利進(jìn)行提供技術(shù)支持。在特定的加工工藝中，為了充分利用CNC技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，必須根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際，合理地選取合適的刀點(diǎn)和切入方式，避免在移位等工序中耗費(fèi)大量的時(shí)間，同時(shí)保證加工的準(zhǔn)確性，提高加工效率。

6.2.3 數(shù)控程序的編制

一般來講，用CNC技術(shù)加工機(jī)械零件時(shí)，主要有3種方法：一是人工編程，二是用自動(dòng)編程，三是利用CAD/CAM進(jìn)行編程。

在進(jìn)行CNC技術(shù)的編程時(shí)，通常采用相應(yīng)的指令表、制造順序工程圖、結(jié)構(gòu)文檔等來編寫相應(yīng)的控制流程。在CNC編程中，建立相應(yīng)的零件庫，保證產(chǎn)品的精確輸出。

例如，在進(jìn)行攪拌設(shè)備的加工時(shí)，既可以對(duì)內(nèi)部的程序進(jìn)行人工控制，又可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，對(duì)每一個(gè)零件進(jìn)行最優(yōu)的加工，從而大大提高了CNC技術(shù)的靈敏度，方便了操作人員的使用。在這個(gè)過程中，自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)會(huì)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的工作參數(shù)來完成相應(yīng)的動(dòng)作，并利用PLC的PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)整個(gè)機(jī)械零件的數(shù)控加工進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并對(duì)機(jī)器零件的生產(chǎn)進(jìn)行及時(shí)的監(jiān)測(cè)和分析，一旦出現(xiàn)問題，系統(tǒng)就會(huì)及時(shí)預(yù)警。當(dāng)接到報(bào)警信號(hào)后，操作員將根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，及時(shí)作出相應(yīng)的處理。

在利用CNC技術(shù)進(jìn)行加工時(shí)，可以利用計(jì)算機(jī)歸零設(shè)定和輸出量重置設(shè)定等操作，從而有效地避免系統(tǒng)的誤操作，保證生產(chǎn)過程中數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。通過這種方法，可以有效地減少系統(tǒng)出錯(cuò)的概率，保證設(shè)備的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。

7 結(jié)語

總的來說，數(shù)控技術(shù)是現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)的一項(xiàng)前沿綜合技術(shù)，它解決了許多機(jī)械制造業(yè)的技術(shù)問題，尤其是對(duì)精度要求比較高的零件，數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用更加廣泛，尤其是在提高零件的品質(zhì)、效率和成本控制上，更是提高產(chǎn)品品質(zhì)的一個(gè)重要保障。數(shù)字化控制技術(shù)在航空航天、汽車零部件、煤炭、造船、電工等行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。在全球經(jīng)濟(jì)一體化的影響下，必須不斷地提高數(shù)控技術(shù)水平，保證數(shù)控技術(shù)的及時(shí)運(yùn)用，使之與國際接軌，從而促進(jìn)我國機(jī)械工業(yè)的快速、平穩(wěn)發(fā)展。