數(shù)控技術(shù)在機(jī)械制造中的實(shí)踐運(yùn)用

袁蕊

（山東省輕工工程學(xué)校，山東 青島 266000）

CNC技術(shù)是基于計(jì)算機(jī)和控制技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一門新興技術(shù)，其應(yīng)用范圍非常廣泛，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)機(jī)床的整體控制，提高機(jī)床的精度、效率和質(zhì)量。根據(jù)目前數(shù)控技術(shù)在自動(dòng)化加工中的應(yīng)用現(xiàn)狀，指出了其存在的問(wèn)題，并將其應(yīng)用到自動(dòng)化加工中，以推動(dòng)CNC技術(shù)的進(jìn)步和自動(dòng)化企業(yè)的發(fā)展。

1 數(shù)控技術(shù)的概念界定

1.1 數(shù)控技術(shù)的概念

數(shù)控技術(shù)顧名思義就是由數(shù)字信息技術(shù)和控制技術(shù)組成的，它是利用數(shù)字化信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器和機(jī)器的高精度、高質(zhì)量、高效率的控制，從而加快工業(yè)的自動(dòng)化進(jìn)程。數(shù)控技術(shù)是一門綜合技術(shù)，涉及各個(gè)領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)，將其結(jié)合起來(lái)，形成目前已知的CNC技術(shù)。隨著信息全球化和電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，CNC技術(shù)也在飛速發(fā)展。尤其是在發(fā)達(dá)國(guó)家，對(duì)于數(shù)控技術(shù)的研究尤其重視，美國(guó)、日本、德國(guó)等國(guó)家，都是世界上最先進(jìn)的。他們率先采用了CNC技術(shù)，極大地促進(jìn)了整個(gè)行業(yè)的自動(dòng)化和規(guī)?；?。在此基礎(chǔ)上，我們應(yīng)該借鑒國(guó)外先進(jìn)的先進(jìn)技術(shù)，并根據(jù)我國(guó)的產(chǎn)業(yè)特征，把數(shù)控技術(shù)運(yùn)用到各個(gè)領(lǐng)域。

1.2 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展

CNC技術(shù)起源于20世紀(jì)中葉，據(jù)有關(guān)資料顯示，美國(guó)空軍在1948年生產(chǎn)直升飛機(jī)的螺旋槳葉片時(shí)，由于螺旋槳葉片的形狀和結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且需要很高的加工精度，所以專門委托美國(guó)帕森斯公司進(jìn)行批量生產(chǎn)。直到1959年，才算是真正地進(jìn)入了二次開發(fā)。這一階段的數(shù)控機(jī)床不但具備了自動(dòng)換刀的功能，同時(shí)，對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化，由原來(lái)的電子管變成了晶體管和電路板，提高了控制效率和加工精度。1965年，IC被大量地應(yīng)用于CNC的控制系統(tǒng)，它不但使整個(gè)數(shù)控機(jī)床的整體穩(wěn)定性得到了極大的改善，而且總體性能也得到了極大的改善，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)。到了80年代中期，CNC主要由電腦來(lái)完成，并能同時(shí)對(duì)多臺(tái)CNC進(jìn)行控制。接下來(lái)，還組織了一支研究團(tuán)隊(duì)，將半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置和微處理器，用于控制數(shù)控機(jī)床。到了80年代末，隨著電腦技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的人機(jī)交互技術(shù)也逐漸走上了人性化的道路，整體尺寸都朝著微型化方向發(fā)展，自動(dòng)化程度不斷提高，同時(shí)還具備了許多新的功能。

新中國(guó)成立后，我們對(duì)機(jī)械制造業(yè)的重視程度就很高，從一貧如洗的爛攤子，到東風(fēng)汽車的開動(dòng)，再到東方紅拖拉機(jī)的問(wèn)世，再到首顆人造衛(wèi)星的升空，無(wú)不體現(xiàn)出我國(guó)在工業(yè)發(fā)展方面的努力。新中國(guó)成立后，我們的制造業(yè)雖然取得了巨大的進(jìn)步，但與歐洲的先進(jìn)資本主義國(guó)家相比，還是有很大的差距，美國(guó)最早在40年代就發(fā)明了三軸銑床。周期長(zhǎng)只是缺點(diǎn)，最麻煩的是，它的品質(zhì)極不穩(wěn)定，例如，它的大小可以控制在一定的范圍內(nèi)，但它的大小會(huì)變得不穩(wěn)定，形狀也會(huì)變得不穩(wěn)定。而表面粗糙度等參數(shù)則無(wú)法保證。針對(duì)上述問(wèn)題，我國(guó)在有關(guān)方面的關(guān)注和指導(dǎo)下，開始引進(jìn)和開發(fā)數(shù)控系統(tǒng)，例如，廣州數(shù)控，北京凱恩帝數(shù)控，沈陽(yáng)I10數(shù)控，華中數(shù)控等，其中華中數(shù)控為最具有代表的數(shù)控系統(tǒng)。將CNC與機(jī)器的完美結(jié)合，就形成了一臺(tái)CNC。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)不僅有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控刨床、數(shù)控磨床等設(shè)備，還有五軸數(shù)控機(jī)床的制造能力。

1.3 數(shù)控技術(shù)對(duì)于自動(dòng)化機(jī)械制造的意義

雖然相對(duì)于歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家來(lái)說(shuō)，我們?cè)跈C(jī)械制造領(lǐng)域還有些欠缺，但是，在經(jīng)濟(jì)全球化和技術(shù)全球化的大背景下，我們可以通過(guò)CNC技術(shù)來(lái)進(jìn)一步提高我們的制造業(yè)水平，從而促進(jìn)我們的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。數(shù)控技術(shù)在機(jī)床的自動(dòng)化加工中的應(yīng)用。由傳統(tǒng)的機(jī)械加工設(shè)備向自動(dòng)化、遙控、高效率、高精度發(fā)展。在機(jī)械制造中，通常要經(jīng)歷許多的工藝過(guò)程，其中包括預(yù)設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)、審核、材料選擇、預(yù)處理等，而過(guò)去往往需要手工操作。但是，隨著CNC技術(shù)的出現(xiàn)，這種工作就變得簡(jiǎn)單、快捷，并且許多問(wèn)題都可以由機(jī)器來(lái)解決，可以極大地降低人為因素帶來(lái)的錯(cuò)誤。在傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝中，設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、檢驗(yàn)等多個(gè)環(huán)節(jié)都需要大量的人工參與，而NC技術(shù)可以參與各個(gè)工序中，并且能夠?qū)崿F(xiàn)基本的自動(dòng)化，從而節(jié)省大量的人力資源。

2 數(shù)控技術(shù)在機(jī)械制造中的特點(diǎn)

2.1 智能化

隨著信息化和全球化進(jìn)程的加速，傳統(tǒng)的機(jī)械制造方式已不能適應(yīng)人們對(duì)生活的要求。此外，各行業(yè)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品品質(zhì)的要求也越來(lái)越高，因而對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)化改造已成為當(dāng)務(wù)之急。數(shù)控技術(shù)是我國(guó)機(jī)械制造業(yè)改革的一大亮點(diǎn)。數(shù)控技術(shù)是將現(xiàn)代電子信息技術(shù)、數(shù)字信息技術(shù)、傳感技術(shù)等多種技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)用于機(jī)械制造的各個(gè)環(huán)節(jié)。數(shù)控技術(shù)是當(dāng)今世界計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)晶，是各個(gè)領(lǐng)域的人才和專家智慧的結(jié)晶。而NC技術(shù)的一個(gè)重要特點(diǎn)就是智能化，它可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工操作，實(shí)現(xiàn)高效率和高精度的工作方式。此外，在傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式下，員工不可能對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，而智能技術(shù)可以有效地解決這個(gè)問(wèn)題。采用電腦對(duì)各環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后能及時(shí)處理，使生產(chǎn)過(guò)程中的安全得到很大的改善。

2.2 多技術(shù)集成化

多項(xiàng)技術(shù)的集成化是機(jī)械制造業(yè)的一個(gè)顯著特征。機(jī)械制造業(yè)是國(guó)家的一個(gè)重要產(chǎn)業(yè)，它不能依靠某一項(xiàng)技術(shù)來(lái)支持，而是需要各種技術(shù)的協(xié)同作用，從而形成一個(gè)完整的機(jī)器制造業(yè)。傳統(tǒng)的機(jī)械加工方式往往要解決多項(xiàng)技術(shù)之間的協(xié)同問(wèn)題，也就是如何將各種技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，使其在適當(dāng)?shù)沫h(huán)節(jié)中發(fā)揮出最大的效用。數(shù)控技術(shù)的引入為解決這一問(wèn)題提供了有力的支持，它是利用計(jì)算機(jī)的綜合控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種技術(shù)的集中和高效管理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備、系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)了多技術(shù)的一體化。

2.3 低適應(yīng)度

雖然在很多方面都比傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式要好，但是，在國(guó)內(nèi)的機(jī)械制造業(yè)中，它的應(yīng)用并不廣泛，這主要是因?yàn)樗贿m合機(jī)械制造。首先，NC技術(shù)不適合小規(guī)模的小型機(jī)械制造業(yè)，主要集中在機(jī)床等大型行業(yè)；另外，NC技術(shù)在高溫、高壓等極端條件下，很容易產(chǎn)生變形、老化等問(wèn)題，從而影響加工精度。這些問(wèn)題制約著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，必須進(jìn)一步深入地研究和解決。

3 數(shù)控技術(shù)在自動(dòng)化機(jī)械制造行業(yè)的具體應(yīng)用

3.1 工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域

自動(dòng)控制系統(tǒng)由傳感器、驅(qū)動(dòng)、控制3大模塊構(gòu)成，以電腦為核心，發(fā)出各種指令，最后形成一個(gè)完整的自動(dòng)化生產(chǎn)體系。然而，CNC技術(shù)主要依靠電子設(shè)備，難免會(huì)出現(xiàn)短路等突發(fā)事件，所以在遇到緊急情況時(shí)，數(shù)控技術(shù)要與傳感器技術(shù)結(jié)合起來(lái)，在發(fā)現(xiàn)故障的時(shí)候，通過(guò)檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行報(bào)警，對(duì)故障進(jìn)行處理，盡量減少故障，減少安全隱患。

3.2 煤礦機(jī)械領(lǐng)域

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，煤礦機(jī)械已不能適應(yīng)煤礦生產(chǎn)的要求。傳統(tǒng)的煤礦機(jī)械存在著開采效率低、切割效率低、人工費(fèi)用高等問(wèn)題，給企業(yè)帶來(lái)了很大的壓力。NC技術(shù)的出現(xiàn)，為煤礦采掘、切割自動(dòng)化提供了一種新的途徑。此外，在傳統(tǒng)的煤礦機(jī)器中，NC代替了人工作業(yè)，使企業(yè)原來(lái)的高人工成本大幅下降，使煤礦的生產(chǎn)難度大為降低。數(shù)控技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)煤礦機(jī)械的影響，不僅表現(xiàn)在煤礦的采掘領(lǐng)域，而且在預(yù)防安全事故中發(fā)揮著重要的作用。

3.3 自動(dòng)化機(jī)械制造汽車領(lǐng)域

近幾年，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)、工業(yè)的不斷發(fā)展，人民對(duì)生活的要求越來(lái)越高，汽車行業(yè)也迎來(lái)了新的發(fā)展時(shí)期，進(jìn)入了轉(zhuǎn)型升級(jí)、可持續(xù)發(fā)展的重要時(shí)期。隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快，國(guó)內(nèi)的汽車工業(yè)對(duì)品質(zhì)的要求也越來(lái)越高，為了在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中占有一席之地，必須把先進(jìn)的數(shù)控技術(shù)與傳統(tǒng)的汽車制造業(yè)相結(jié)合，才能真正地提升自己的競(jìng)爭(zhēng)力。

數(shù)控技術(shù)是利用數(shù)字化技術(shù)和電腦技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)制造過(guò)程的控制，目前已被廣泛地用于汽車零部件的制造、裝配等各個(gè)環(huán)節(jié)。從這一點(diǎn)可以看出，數(shù)控技術(shù)在汽車工業(yè)中的地位是非常重要的，它是將現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)與虛擬技術(shù)運(yùn)用到生產(chǎn)中，達(dá)到了促進(jìn)汽車工業(yè)發(fā)展的目的。所以，汽車工業(yè)應(yīng)該把握這個(gè)機(jī)會(huì)，組建一個(gè)專門的科研團(tuán)隊(duì)，學(xué)習(xí)和研究先進(jìn)的NC技術(shù)，并將其運(yùn)用到生產(chǎn)中。

3.4 在航空航天工業(yè)中的應(yīng)用

我國(guó)的航空航天技術(shù)在國(guó)際上居于世界前列，而我國(guó)的發(fā)展需要借助CNC技術(shù)。在航空航天裝備中，每個(gè)部件都需要復(fù)雜的計(jì)算、設(shè)計(jì)和加工，特別是加工精度的要求更高，常規(guī)的加工機(jī)床已不能滿足這些要求。另外，由于在航天器裝配過(guò)程中，由于手工裝配不能保證對(duì)力量的精確控制，從而造成了設(shè)備的整體質(zhì)量降低。而在材料方面，由于航天技術(shù)發(fā)展的需要，其對(duì)設(shè)備的質(zhì)量要求也越來(lái)越高，絕大多數(shù)的飛機(jī)裝備都是采用鋼合金、鋁合金等材質(zhì)，并且由于薄壁型大零件的存在，使得其制造工藝的難度和精度都有很大的提高。利用CNC技術(shù)，可以從根本上解決航空航天裝備的所有問(wèn)題，使之具有高精度、高強(qiáng)度的零件性能，為我國(guó)航天工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.5 在模具制造中的融合應(yīng)用

模具的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，需要很高的匹配精度，而且所需的材料具有很高的硬度，這就需要很高的生產(chǎn)工藝。常規(guī)的生產(chǎn)工藝和方法，不僅不能保證產(chǎn)品的品質(zhì)，而且生產(chǎn)周期也很長(zhǎng)，而且往往會(huì)延遲交貨，從而影響產(chǎn)品的銷售。在目前的階段，模具生產(chǎn)企業(yè)急需一種高質(zhì)量、高精度、高效率的加工方法來(lái)實(shí)現(xiàn)模具的生產(chǎn)。由于其精度高、效率高、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在模具加工中得到了廣泛的應(yīng)用。

3.6 機(jī)器人制造領(lǐng)域

數(shù)控技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人制造中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。數(shù)控技術(shù)取代了傳統(tǒng)的人工控制，極大地改變了工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)與制造方式。NC技術(shù)是利用模擬人工操作來(lái)提高機(jī)器的生產(chǎn)效率，并改善其加工品質(zhì)。以機(jī)械替代手工，加強(qiáng)與互聯(lián)網(wǎng)的連接，實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)。這是一個(gè)真正的工業(yè)信息化，也是我國(guó)工業(yè)發(fā)展的一大進(jìn)步，推動(dòng)了工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)工業(yè)的全面信息化奠定了理論和實(shí)踐的基礎(chǔ)。

4 我國(guó)數(shù)控技術(shù)的不足與發(fā)展方向

由于受國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的制約，我國(guó)的數(shù)控技術(shù)起步較晚，發(fā)展初期主要依靠進(jìn)口。新世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，總體上，我國(guó)的數(shù)控技術(shù)與世界先進(jìn)國(guó)家的差距不斷縮小，但這并不代表我們就能超越發(fā)達(dá)國(guó)家。從當(dāng)前的發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看，我國(guó)的CNC技術(shù)還處在一個(gè)緩慢的發(fā)展階段，低端設(shè)備基本都是自己制造，中端設(shè)備的發(fā)展也比較迅速，與國(guó)外的差距也不大，但高端產(chǎn)品仍然是依靠進(jìn)口，特別是一些高精度的儀器，還得靠高價(jià)進(jìn)口。而在技術(shù)開發(fā)方面，由于中高端裝備的開發(fā)進(jìn)度并不成熟，因此，我國(guó)高精度的數(shù)控裝備研發(fā)工作進(jìn)展較慢。造成上述問(wèn)題的主要原因是我國(guó)CNC系統(tǒng)加工企業(yè)發(fā)展較慢，大部分企業(yè)仍處于較低的高速發(fā)展?fàn)顟B(tài)，生產(chǎn)工藝、精度、質(zhì)量、性能等指標(biāo)均與世界先進(jìn)水平有較大差距，總體上落后10～20年。

首先，我國(guó)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)和IC技術(shù)水平與國(guó)外有較大的差距，從而間接地制約著國(guó)內(nèi)的高精度發(fā)展。鑒于國(guó)內(nèi)數(shù)控技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀，今后應(yīng)該加大研發(fā)投入，并根據(jù)我國(guó)的實(shí)際情況，逐步完善相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和制度，以進(jìn)一步塑造國(guó)家品牌。同時(shí)，還要對(duì)數(shù)控裝備制造業(yè)進(jìn)行更多的支持，鼓勵(lì)其加大投入、研發(fā)、創(chuàng)新、建立獨(dú)立的技術(shù)研發(fā)隊(duì)伍，逐步提高我國(guó)的綜合研發(fā)水平。

其次，鑒于目前國(guó)內(nèi)的數(shù)控技術(shù)發(fā)展滯后，在加大技術(shù)研發(fā)和技術(shù)投資的同時(shí)，還應(yīng)該建立一個(gè)技術(shù)共享平臺(tái)，推動(dòng)多個(gè)行業(yè)的技術(shù)共享，這樣既可以加速數(shù)控技術(shù)的開發(fā)速度，又可以為各大公司節(jié)省技術(shù)投資，實(shí)現(xiàn)協(xié)同發(fā)展。同時(shí)，要積極借鑒和借鑒國(guó)外的技術(shù)，通過(guò)引進(jìn)技術(shù)和人才，逐步提高我國(guó)的數(shù)控技術(shù)水平。

最后，應(yīng)該把CNC技術(shù)應(yīng)用到更廣泛的領(lǐng)域。在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家中，數(shù)控技術(shù)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用還不夠廣泛。一方面，由于國(guó)內(nèi)的CNC技術(shù)總體水平不高、使用范圍不大，另一方面，由于國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)CNC技術(shù)的運(yùn)用不夠重視，對(duì)傳統(tǒng)的工藝方法也過(guò)分強(qiáng)調(diào)。對(duì)機(jī)械制造企業(yè)來(lái)說(shuō)，應(yīng)該加速數(shù)控技術(shù)和生產(chǎn)工藝的結(jié)合，以此實(shí)現(xiàn)數(shù)控技術(shù)的結(jié)合和機(jī)械制造的結(jié)合。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著工業(yè)的快速發(fā)展，在機(jī)械制造領(lǐng)域中使用數(shù)控技術(shù)已成為當(dāng)今信息時(shí)代的潮流。CNC技術(shù)在國(guó)內(nèi)的工業(yè)生產(chǎn)、煤礦開采、汽車制造等領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用，其智能化、多技術(shù)集成和虛擬化的特征也為工業(yè)的發(fā)展提供了有力的支持。然而，數(shù)控技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中也存在一定的難度，還需各方共同努力，對(duì)其進(jìn)行深入研究。