數控技術與機電一體化有機結合的探討

摘要：

數控技術是當前制造加工技術中最先進、最廣泛的加工技術。當前數控技術加工模式的弊端在于不能對加工中出現的問題及時的進行處理，只能“忠實”的執行加工程序。而機電—體化技術可以綜合運用多學科技術，實現加工中的智能化、自動化和柔性化。本文從數控技術的現狀和發展趨勢出發，結合機電—體化的相關優勢，來分析數控技術與機電一體化有機結合的方式。

1.數控技術概述

1.1發展現狀

數控技術給傳統制造業帶來了革命性的變化，而且使其成為工業化的代表。近年來隨著數控技術的不斷進步，數控機床的蟬聯也不斷的上升，北京市從今年一月份開始機床產量一直在上升，如圖所示。

數控技術近年來不斷的發展，應用領域也不斷擴大，對一些重要行業的發展也有促進作用。數控技術發展現狀如下。

1.1.1數控技術是用數字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術，數控裝備是以數控技術為代表的新技術對傳統制造產業和新興制造業的滲透形成的產品。

1.1.2目前社會快速發展，數控技術也在不斷的更新。由當初的專用型封閉式開環控制模式逐漸轉變為通用型開放式實時動態全閉環控制模式。以集成化為基礎，數控系統已經實現了小型化、簡單化；以智能化為基礎，數控系統綜合了計算機、電子等多學科技術，數控系統可以進行快速、精確、有效控制等，而且在加工中可以自動測量與修正，通過反饋可以補償各種參數，并可以通過在線進行加工診斷并智能化處理。以網絡化為基礎，通過計算機輔助設計功能CAD/CAM模塊，可以與數控系統有機結合在一起。在加工中，可以通過機床系統聯網，以便于中央控制系統進行集體控制。

1.1.3在傳統的數控加工中，加工都是事先思考好加工工藝、用量參數，然后編制好加工程序進行加工。加工過程中的刀具選擇、工件材料、主軸轉速、切削速率、切削深度、加工余量等加工參數都是固定好的。如果在加工中發現錯誤，則無法在現場環境下根據外部干擾因素和隨機因素進行實時動態調整。由此可見，傳統的方法這種固定程序的加工模式和封閉模式，限制了數控技術向多元化、智能化發展。因此需要對數控技術進行些變革。

1.2發展趨勢

當今數控技術的發展趨勢可分為以下幾點：

一是使數控加工性能實現高速高精高效化、柔性化、工藝復合性和多軸化；二是使數控加工的控制系統用戶界面圖形化、科學計算可視化，還可以運用多媒體技術進行信息處理；三是使數控系統的體系結構能夠集成化、模塊化和網絡化，能夠實現開放式的閉環控制系統。

對于一個國家來說，國民經濟的水平不是由國民生產總值來決定，而是由這個國家所擁有的裝備工業的技術水平以及裝備制造業的現代化程度來決定的。要想快速發展新興的高新技術產業和高端產業，比如軍事、航空等國防產業，就需要更先進更核心的技術。在當今社會，數控技術則是屬于比較先進的技術，而且在世界各國都廣泛運用，用以提高自己的制造能力和水平，以適應復雜多變的市場，提高自己的競爭能力。

2.機電一體化的優勢

2.1結合多種技術

機電一體化技術是將機械技術、電工電子技術、微電子技術、信息機電一體化技術、傳感器技術、接口技術、信號變換技術等多種技術進行有機地結合，并綜合應用到實際中去的綜合技術。它也是合理配置各功能單元，在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義上實現特定功能價值，并使整個系統最優化的系統工程技術。

2.2使數控技術先進化

先進的數控技術產業是以信息為主導，采用先進生產模式、先進制造系統、先進制造技術和先進組織管理形式的全新的產業。在機電一體化中，可以通過、電工電子技術、微電子技術以及相關的通信技術實現數控技術的先進化生產。

2.3具有分布式控制系統

通過分布式控制系統，我們可以集中對生產過程進行監控、管理和控制。不僅在生產過程中可以控制，而且可以實現在線最優化、生產過程實時調度、生產計劃統計管理等功能。

2.4具有開放式控制系統

開放控制系統通過工業通信網絡使計算機與控制設備互相連接，便于管理。能夠實現控制與經營、管理、決策的集成，實現測量與控制一體化。

3.數控技術與機電一體化結合

3.1數控技術與機電一體化結合的發展背景

3.1.1在當今的工業發達國家，數控機床不僅僅只是簡單的操作系統和功能，要完成復雜零件，特別是四軸以上甚至六軸的要求。因此就需要通過車削中心、加工中心、柔性制造單元、柔性制造系統以及計算機集成制造系統來綜合集成。

3.1.2到了20世紀末期，世界各發達國家均開始探索，將有限的數控技術進行多元化擴展。因此各國開始思考將數控技術和機電一體化進行結合，并且一起向智能化方向發展。這是因為網絡、通信等技術領域已經逐漸實現機電一體化，而精密加工技術也逐漸出現在機電一體化中，這些都能為數控技術的發展提供幫助。

3.1.3同時，由于人工智能技術及光纖技術等領域發展迅速，為機電一體化和數控技術都提供了有利的發展平臺，也為兩者的結合提供了有利的基礎。

3.2數控技術與機電一體化結合的發展方向

3.2.1制造加工智能化

在未來的制造加工業中，智能化已經成為發展的需求，這也是未來數控技術與機電一體化技術發展的一個重要發展方向。它需要在機床及數控系統的控制理論上，綜合運用人工智能、運籌分析、計算機輔助設計與制造、機械傳動學等多方面學科綜合結合。這些可以體現在性制造單元、柔性制造系統以及計算機集成制造系統中。這樣性制造單元、柔性制造系統以及計算機集成制造系統才能更有效的結合，達到更高的加工目的。如下圖，為智能化新一代PCNC數控系統。

3.2.2制造加工網絡化

（1）到了21實際，網絡技術已經發展成熟，而在網絡技術的迅速發展和普及過程中，給中國的許多市場都帶來了根本性的改變。這使得許多的產品、物料和制造等都可以在不同地域、不同國家進行。這可以說從另一個角度促進了企業加工的發展。（2）在制造業中，更多的需要多方面合作，多方面交流。在一個車間上百臺設備可以接受一臺總機控制，當指令通過網絡下達到相關執行單元時，就可以按照指令要求進行有序的加工配合。而在數控加工中要想實現網絡化控制，就需要通過電子化設計，將控制系統集合總成到控制總機中，而在每臺設備上需要有相關的電子控制單元。這也是數控技術與機電一體化結合的一個重要體現。

3.3制造加工自動化

3.3.1在普通的數控機床加工中，已經可以實現通過加工程序來進行機床的自動加工了。但是這種加工是模式化的，也就是程序是怎么編寫的，加工也就怎么進行。如果在加工中存在問題，機床仍然會“忠實”的執行程序，即使發生加工事故也不會事先自我停止。

3.3.2隨著世界化加工的高科技化、高效率化和高質量化。加工的要求逐漸上升為數控系統能夠自我進行分析測量，發現問題可以及時處理。而這些要求就需要相關的集成技術和系統技術。而在機電一體化中，就可以實現人機一體化制造系統。通過制造單元技術和柔性制造技術進行相關結合，可以創造出適應現代化自動化的生產模式。這可以為數控技術實現制造敏捷化、制造智能化、制造自動化提供有利條件。

4.總結

本文通過對數控技術的現狀和發展趨勢進行分析。傳統的數控加工只是簡單將零件的加工程序輸入到機床設備中，再由機床設備進行自動化的加工，這種加工方式不能實現真正意義上的智能化、網絡化和柔性化。