數(shù)控技術(shù)在機(jī)械制造方面的應(yīng)用探究

張成瑞 韓靈崗

山西航天清華裝備有限責(zé)任公司 山西 長(zhǎng)治 046012

在計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展的背景下,數(shù)控技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。該技術(shù)主要利用現(xiàn)代化的控制理念和信息技術(shù),通過(guò)自動(dòng)化控制的方式,達(dá)成某個(gè)功能目標(biāo)。在目前,該技術(shù)的應(yīng)用范圍十分廣泛,機(jī)械制造業(yè)也不例外。傳統(tǒng)機(jī)械制造業(yè)以人工勞作為主,這種制造方式不僅浪費(fèi)生產(chǎn)時(shí)間,還會(huì)造成極大的資源浪費(fèi)。隨著技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步,數(shù)控技術(shù)已經(jīng)在機(jī)械制造的過(guò)程中得到應(yīng)用,許多制造環(huán)節(jié)都需要進(jìn)行有效的控制和管理,利用數(shù)控技術(shù),可以提升制造環(huán)節(jié)的控制質(zhì)量,也能促進(jìn)機(jī)械制造業(yè)自動(dòng)化、機(jī)械化的發(fā)展。

一、數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

(一)應(yīng)用特點(diǎn)

數(shù)控技術(shù)以數(shù)控系統(tǒng)為核心,采用自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)等技術(shù),屬于自動(dòng)化技術(shù)的一種。該技術(shù)利用設(shè)計(jì)好的程序?qū)υO(shè)備進(jìn)行控制。目前,我國(guó)大部分機(jī)械制造行業(yè)都采取數(shù)控的方式,隨著技術(shù)的不斷完善,其應(yīng)用范疇也愈加廣泛。數(shù)控技術(shù)具有以下特點(diǎn)：首先,與普通機(jī)床相比,應(yīng)用該技術(shù)不僅可以加工復(fù)雜零件,還可以加工曲面形狀,且相對(duì)于普通機(jī)床其加工質(zhì)量和效率更高;其次,在利用該技術(shù)進(jìn)行加工時(shí),可以通過(guò)調(diào)整工藝參數(shù)來(lái)調(diào)整加工方式,進(jìn)而針對(duì)不同的產(chǎn)品、不同批次的零件采取不同的加工方式,便于新產(chǎn)品的研發(fā),也能夠改善加工質(zhì)量;最后,利用模塊化工具,可以提升工具標(biāo)準(zhǔn)化和管理水平,且無(wú)需消耗過(guò)多的時(shí)間?？梢?jiàn),數(shù)控技術(shù)對(duì)機(jī)械制造行業(yè)有很大的推動(dòng)作用。

(二)發(fā)展趨勢(shì)

隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展,傳統(tǒng)制造業(yè)產(chǎn)生了巨大的變革,其逐漸向著工業(yè)化的方向發(fā)展。隨著該技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)發(fā),其對(duì)IT、輕工業(yè)、汽車等行業(yè)都起到了一定的帶動(dòng)作用,實(shí)現(xiàn)了多個(gè)行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)變。從全世界的角度來(lái)看,數(shù)控技術(shù)具有以下發(fā)展趨勢(shì)：

第一,向高速、高精度加工和裝備方向發(fā)展。不論是在機(jī)械制造業(yè)還是在其它制造行業(yè)中,效率和質(zhì)量年都是研究和發(fā)展的核心。采用高速度、高效率的加工技術(shù),能夠全面提升產(chǎn)品加工效率和生產(chǎn)質(zhì)量,在縮短生產(chǎn)周期的同時(shí),就能有效提升產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。所以,日本線先端科技研究會(huì)已經(jīng)將該技術(shù)列入5大現(xiàn)代制造技術(shù)之中,國(guó)際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)也將其定位21世紀(jì)重點(diǎn)研究方向。

第二,著重發(fā)展五軸聯(lián)動(dòng)加工技術(shù)和復(fù)合加工機(jī)床。五軸聯(lián)動(dòng)加工技術(shù)可以加工三維曲面零件,能夠?qū)⒌毒叩膸缀涡螤钫{(diào)整到最佳狀態(tài)然后進(jìn)行切削,不僅提升產(chǎn)品的光潔度,還能增加加工效率。通常,1臺(tái)五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床與2臺(tái)三軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的加工效率相同,尤其在立方氮化硼等材料銑刀對(duì)硬鋼零件高速銑削淬時(shí),五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床可以發(fā)揮更大的效率,進(jìn)而增加生產(chǎn)效益。

第三,向智能化、網(wǎng)格化的方向發(fā)展。從目前的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看,大部分行業(yè)都在向著智能化的方向發(fā)展,數(shù)控系統(tǒng)也不例外。一方面,以提升加工效率和質(zhì)量進(jìn)行智能化優(yōu)化,例如自動(dòng)生成工藝參數(shù)。另一方面,以改善驅(qū)動(dòng)性能和連接方式為核心的智能化優(yōu)化,例如前饋控制。此外,編程簡(jiǎn)化、操作簡(jiǎn)化等方面也在不斷進(jìn)行智能化的優(yōu)化,如自動(dòng)變成等等。目前,許多國(guó)家都在研究開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng),如美國(guó)的NGC、中國(guó)的ONC等等。

第四,向著標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的方向發(fā)展。其主要包括兩個(gè)方面：一方面是對(duì)數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)進(jìn)行規(guī)范。根據(jù)前文所述,開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)是主要研究趨勢(shì),其具有通用性、擴(kuò)展性、柔性等特點(diǎn),許多國(guó)家都在對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行研究,其中包括開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)規(guī)范的制定,可見(jiàn)數(shù)控技術(shù)正在向新的變革時(shí)期邁進(jìn);另一方面,對(duì)數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范。在制造業(yè)信息化發(fā)展的過(guò)程中,數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)是發(fā)展的必然產(chǎn)物,數(shù)控技術(shù)雖然已經(jīng)出現(xiàn)了約50年,但信息交換標(biāo)準(zhǔn)始終以ISO6983為主,但在現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)不斷發(fā)展的過(guò)程中,該規(guī)范已經(jīng)逐漸無(wú)法滿足要求。所以,國(guó)際正在制定新的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃,主要為了提供一種中性機(jī)制,使其不再依賴具體系統(tǒng),并對(duì)產(chǎn)品的全生命周期數(shù)據(jù)模型進(jìn)行描述,從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品制造的全過(guò)程信息的標(biāo)準(zhǔn)化。

二、數(shù)控技術(shù)在機(jī)械制造方面的應(yīng)用

(一)應(yīng)用于航天制造

在航天制造方面,其對(duì)產(chǎn)品有很高的精密性要求,且時(shí)常需要對(duì)特殊材質(zhì)進(jìn)行加工。如果采用傳統(tǒng)加工方式,不僅生產(chǎn)效率低下,甚至根本無(wú)法滿足生產(chǎn)需求。所以,必須應(yīng)用數(shù)控技術(shù),利用該技術(shù)保障產(chǎn)品的精密性和生產(chǎn)質(zhì)量。例如,利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)方法評(píng)估,采取恰當(dāng)合理的生產(chǎn)工藝,從而不僅保障生產(chǎn)效率和質(zhì)量,還能使航天工業(yè)機(jī)械加工行業(yè)向高效、經(jīng)濟(jì)的方向發(fā)展。

(二)應(yīng)用于汽車機(jī)械制造

近幾年,我國(guó)經(jīng)濟(jì)上升速度比較平穩(wěn),人均收入也在不斷提升,大部分人對(duì)產(chǎn)品消費(fèi)的需求也在不斷增大。在這個(gè)背景下,市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈,面對(duì)這種情況,要增加汽車機(jī)械企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,就要積極應(yīng)用數(shù)控技術(shù)。數(shù)控技術(shù)可以全面改善汽車機(jī)械制造的質(zhì)量和效率,并推動(dòng)新的零件、產(chǎn)品的研發(fā)。與傳統(tǒng)模式相比,采用數(shù)控技術(shù)可以進(jìn)行大批量生產(chǎn),也能豐富產(chǎn)品演那個(gè)是。尤其在復(fù)雜配件加工方面,利用虛擬制造技術(shù)可以有效解決此類難題,使零件加工環(huán)節(jié)更加簡(jiǎn)單、快捷。此外,集成制造等技術(shù)也得到了廣泛應(yīng)用,全面帶動(dòng)了我國(guó)汽車行業(yè)的進(jìn)步。

(三)應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)

通常,工業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境十分惡劣,不僅存在煙塵等污染問(wèn)題,甚至?xí)欧乓恍┯卸疚镔|(zhì)或氣體,如果采用人工生產(chǎn)的而方式,不僅效率不足,還會(huì)危害人體健康。不僅如此,現(xiàn)代市場(chǎng)對(duì)工業(yè)產(chǎn)品的精度要求越來(lái)越高,數(shù)量需求也在不斷增大,傳統(tǒng)生產(chǎn)模式并不能滿足市場(chǎng)需求。所以,采用數(shù)控技術(shù),利用數(shù)控系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn),減少人力的投入,從而節(jié)省生產(chǎn)成本的同時(shí),提升生產(chǎn)效率。工業(yè)數(shù)控系統(tǒng)有3個(gè)模塊構(gòu)成,分別是控制模塊、驅(qū)動(dòng)模塊和執(zhí)行模塊。將編制好的生產(chǎn)程序輸入到計(jì)算機(jī)中,設(shè)備會(huì)根據(jù)程序指令運(yùn)行3個(gè)模塊,并采用傳感等檢測(cè)方式進(jìn)行在線檢測(cè),能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常和故障問(wèn)題。

(四)應(yīng)用于煤炭礦機(jī)

由于煤炭企業(yè)對(duì)煤礦機(jī)的要求不斷增加,為了生產(chǎn)更高精度、效率的煤炭機(jī),就必須要應(yīng)用數(shù)控技術(shù)。例如,采用數(shù)控氣割技術(shù),改善切割效率和質(zhì)量的同時(shí),有效控制加工件的剩余數(shù)量,進(jìn)而在很大程度上避免了資源的浪費(fèi)。此外,利用數(shù)控技術(shù)生產(chǎn)煤礦機(jī)械,也能提升生產(chǎn)機(jī)械的自動(dòng)化水平,進(jìn)而改善煤炭開(kāi)采效率。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述,數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用范圍愈加廣泛,其受到了世界各國(guó)的重視,在不斷的創(chuàng)新和完善。在機(jī)械制造業(yè)方面,應(yīng)用數(shù)控技術(shù)不僅能夠提升生產(chǎn)制造的效率和質(zhì)量,還能滿足自動(dòng)化、智能化的發(fā)展要求,從而推動(dòng)我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的全面進(jìn)步。