淺談數(shù)控技術(shù)的發(fā)展新趨勢

章家祺

煙臺工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院數(shù)控技術(shù)系，山東 煙臺 264006

1 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是以電子計(jì)算機(jī)為主要特征的信息技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械制造業(yè)發(fā)生了翻天腹地的變化，傳統(tǒng)的加工方法、工藝面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。加工制造業(yè)大力采用新技術(shù)，改造傳統(tǒng)制造業(yè)是在競爭中立于不敗之地的關(guān)鍵。

為滿足多品種、小批量的自動化生產(chǎn)，迫切需要一種靈活的、通用的、能適應(yīng)產(chǎn)品頻繁變化的柔性自動化機(jī)床。數(shù)控機(jī)床就是在這樣的背景下誕生于發(fā)展起來的。它為單件、小批量的精密復(fù)雜零件提供了自動化加工的手段。

2 數(shù)控技術(shù)的特點(diǎn)

數(shù)控加工技術(shù)是將普通金屬切削加工、計(jì)算機(jī)數(shù)控、計(jì)算機(jī)輔助制造等技術(shù)綜合的一門先進(jìn)加工技術(shù)。在以上各個(gè)領(lǐng)域進(jìn)步的推動下，尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展下，數(shù)控加工技術(shù)正從深度、廣度上對機(jī)械加工技術(shù)進(jìn)行革命性的變革。數(shù)控加工技術(shù)有許多顯著的特點(diǎn)，綜合起來可以概括為以下幾個(gè)方面：

1）工藝復(fù)合化和功能集成化

所謂“工藝復(fù)合化”，簡單的說，就是“一次裝夾、多工序加工”。“功能集成化”主要是指數(shù)控機(jī)床的自動換刀機(jī)構(gòu)和自動托盤交換裝置的功能集成化。隨著數(shù)控機(jī)床向柔性化和無人化發(fā)展，功能集成化的水平更高地體現(xiàn)在工件自動定位、機(jī)內(nèi)對刀、刀具破損監(jiān)控、機(jī)床與工件精度檢測和補(bǔ)償?shù)裙δ苌稀?/p>

2）數(shù)控加工的應(yīng)用范圍

數(shù)控機(jī)床存在一般機(jī)床所不具備的許多優(yōu)點(diǎn)，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍正在不斷擴(kuò)大，但目前它并不能完全代替普通機(jī)床，也還不能以最經(jīng)濟(jì)的方式解決機(jī)械加工中的所有問題。數(shù)控機(jī)床最適合加工具有以下特點(diǎn)的工件：（1）多品種小批量生產(chǎn)的工件；（2）形狀結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的工件；（3）需要頻繁改型的工件；（4）價(jià)值昂貴，不允許報(bào)廢的關(guān)鍵工件；（5）需要最少周期的急需工件；（6）批量較大精度要求較高的工件。

3）良好的經(jīng)濟(jì)效益

數(shù)控機(jī)床雖然設(shè)備昂貴，加工時(shí)分?jǐn)偟矫總€(gè)工件上的設(shè)備折舊費(fèi)較高，但在單件、小批量生產(chǎn)情況下，使用數(shù)控機(jī)床加工，可節(jié)省劃線工時(shí)，減少調(diào)整、加工和檢驗(yàn)時(shí)間，節(jié)省直接生產(chǎn)費(fèi)用；同時(shí)還節(jié)省了工藝裝備費(fèi)用；數(shù)控機(jī)床加工精度穩(wěn)定、減少了廢品率，是生產(chǎn)成本進(jìn)一步下降。此外，數(shù)控機(jī)床可實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，節(jié)省廠房面積、節(jié)省建廠投資。因此，使用數(shù)控機(jī)床仍可獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。除以上外，數(shù)控加工還具備加工精度高、生產(chǎn)效率高、自動化程度高等特點(diǎn)。

3 數(shù)控技術(shù)發(fā)展新趨勢

隨著國際上計(jì)算機(jī)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)正不斷采用計(jì)算機(jī)、控制理論等領(lǐng)域的最新技術(shù)成就，使其朝著高速化、高精化、復(fù)合化、智能化、高柔性化及信息網(wǎng)絡(luò)化等方向發(fā)展。

3.1 高速切削

為滿足高生產(chǎn)率的需要，高速化是現(xiàn)代機(jī)床技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。機(jī)床高速化既表現(xiàn)在主軸轉(zhuǎn)速上，也體現(xiàn)在工作臺快速移動和進(jìn)給速度的提高，以及刀具交換、托盤交換時(shí)間的縮短上。

目前一些超高速數(shù)控立式銑床，主軸最高轉(zhuǎn)速達(dá)100000r/min，換刀時(shí)間可達(dá)0.9s，這些數(shù)據(jù)的進(jìn)步都大的提高了加工效率，也顯示出數(shù)控機(jī)床的發(fā)展方向。

3.2 高精度加工

高精度加工實(shí)際上是高速加工技術(shù)和數(shù)控機(jī)床的廣泛應(yīng)用的必然結(jié)果。隨著計(jì)算機(jī)硬盤、高精度液壓軸承等精密零件的增多，精整加工所需精度已提高到0.0001mm，加工精度進(jìn)入了亞微米的世界。

提高數(shù)控設(shè)備的加工精度，除通過提高機(jī)械設(shè)備的制造精度和裝配精度外，還可通過減小數(shù)控系統(tǒng)的控制誤差和采用補(bǔ)償技術(shù)來達(dá)到。在采用補(bǔ)償技術(shù)方面，除采用齒隙補(bǔ)償、絲杠螺距補(bǔ)償誤差和刀具誤差補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)外，近年來設(shè)備的熱變形誤差和空間誤差綜合補(bǔ)償技術(shù)的研究已成為設(shè)計(jì)范圍的研究熱點(diǎn)。研究結(jié)果表明，綜合誤差補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用可將加工誤差減少60%～80%。

3.3 復(fù)合化加工

復(fù)合化加工有兩重含義：一是工序和工藝的集中，即在一臺機(jī)床上一次裝夾可完成多工種、多工序的任務(wù)；二是指工藝的成套。機(jī)床高速化主要是從提高機(jī)床的運(yùn)行速度來提高機(jī)床的加工生產(chǎn)率，而機(jī)床的復(fù)合化加工則是通過增加機(jī)床的功能，減少工件加工過程中的多次裝夾、重新定位、對刀等輔助工藝時(shí)間，來提高機(jī)床利用率的，因此復(fù)合化加工是現(xiàn)代機(jī)床技術(shù)發(fā)展的另一重要方面。復(fù)合化加工減少了輔助工序，減少夾具和所需機(jī)床數(shù)量，因此降低了整體加工和機(jī)床維護(hù)費(fèi)用。

3.4 方便使用

數(shù)控機(jī)床制造廠把建立友好的人機(jī)界面，提高數(shù)控機(jī)床的可靠性作為提高競爭能力的重要方面。

3.5 控制智能化

隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，并為滿足制造業(yè)生產(chǎn)柔性化、制造自動化的發(fā)展需求，數(shù)控技術(shù)智能化程度不斷提高，具體體現(xiàn)在：1）加工過程中自適應(yīng)控制技術(shù)；2）加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇；3）故障自診斷功能；4）智能化交流伺服驅(qū)動裝置。

隨著世界各國數(shù)控技術(shù)的不斷飛躍，我國也引進(jìn)、借鑒了他國的經(jīng)驗(yàn)。現(xiàn)在我國已經(jīng)建立了以中、低檔數(shù)控機(jī)床為主的產(chǎn)業(yè)體系。20世紀(jì)90年代開始了高檔數(shù)控機(jī)床的研發(fā)和生產(chǎn)。21世紀(jì)的未來，將為我國各種數(shù)控機(jī)床的開發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用，開辟更加廣闊的前景。未來幾十年，我國將成為數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)、使用大國。

[1]熊光華.數(shù)控機(jī)床.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001，3.

[2]肖云山.最新數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)及優(yōu)化技術(shù)手冊.中國知識出版社，2009，4.

[3]孫漢卿.數(shù)控機(jī)床維修技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001，3.