淺談數(shù)控技術(shù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用

馬晨棟

摘 要：數(shù)控技術(shù)在現(xiàn)代化機(jī)械加工中起到了舉足輕重的作用，提高數(shù)控技術(shù)能力，提高機(jī)械制造水平是我國(guó)與國(guó)際接軌提升綜合國(guó)力的一個(gè)重要方面。本文簡(jiǎn)述了數(shù)控技術(shù)與數(shù)控加工的主要概念和意義，分析我國(guó)數(shù)控加工技術(shù)的主要趨勢(shì)，介紹了數(shù)控技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)、汽車工業(yè)、煤礦機(jī)械以及機(jī)床設(shè)備等領(lǐng)域的應(yīng)用，最后提出數(shù)控技術(shù)即將朝著高速化、精密化和開放化方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞：數(shù)控技術(shù);機(jī)械手;機(jī)床加工

中圖分類號(hào)：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）02-0083-02

0 引言

數(shù)控技術(shù)是指工作人員事先在計(jì)算機(jī)環(huán)境中編譯好機(jī)械加工時(shí)所需要的程序，然后利用計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)械制造加工工序和工藝進(jìn)行控制的技術(shù)。現(xiàn)階段，數(shù)控技術(shù)和數(shù)控機(jī)床都是衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)技術(shù)是否發(fā)達(dá)的標(biāo)準(zhǔn)，也影響到國(guó)家戰(zhàn)略地位的高低[1]。基于此，世界各國(guó)都積極采取各種積極舉措提高數(shù)控加工能力，發(fā)展數(shù)控技術(shù)及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)[2-3]。數(shù)控技術(shù)包含設(shè)計(jì)，工藝等多個(gè)方面，在功能上，它將信息和設(shè)備同時(shí)結(jié)合起來(lái)，輔助對(duì)能量和物流狀態(tài)的監(jiān)視。因此，從這一方面來(lái)說(shuō)，數(shù)控技術(shù)可以算得上是信息技術(shù)與機(jī)械技術(shù)的交叉學(xué)科。現(xiàn)在信息化技術(shù)的的大背景下，數(shù)控技術(shù)也被賦予新的內(nèi)容，逐漸發(fā)展成為一種集計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)輔助工程和計(jì)算機(jī)輔助制造為一體的綜合學(xué)科。利用數(shù)控技術(shù)對(duì)機(jī)械加工和制造過(guò)程進(jìn)行控制，整個(gè)過(guò)程都可以利用計(jì)算機(jī)程序在模擬仿真的環(huán)境中進(jìn)行實(shí)施，簡(jiǎn)化了機(jī)械加工制造的靈活性，減少了實(shí)際加工實(shí)驗(yàn)中的材料浪費(fèi)，提高了工作效率[4]。因此，我們可以看到，數(shù)控技術(shù)的飛速發(fā)展為促使產(chǎn)品制造業(yè)朝著新技術(shù)的方向邁進(jìn)。

就我國(guó)而言數(shù)控技術(shù)發(fā)展較為緩慢，依舊采取封閉式的體系結(jié)構(gòu)，無(wú)法成為智能加工控制器。相交于智能加工設(shè)備，傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床和數(shù)控加工設(shè)備在軟件移植，設(shè)備維修和功能擴(kuò)展等方面都具有一定的局限性，降低我國(guó)數(shù)控技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)力，因此，我國(guó)正迎來(lái)數(shù)控技術(shù)和數(shù)控產(chǎn)品轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時(shí)期[5]。

1 在機(jī)械制造中的應(yīng)用

1.1 工業(yè)生產(chǎn)

現(xiàn)代工業(yè)的運(yùn)行和發(fā)展已經(jīng)離不開自動(dòng)化技術(shù)和數(shù)控技術(shù)，數(shù)控技術(shù)為工業(yè)生產(chǎn)提供了高精度加工的可能。以現(xiàn)代化工業(yè)車間為例，機(jī)械手已經(jīng)成為必不可少的生產(chǎn)工具，利用機(jī)械手或其他工業(yè)機(jī)器人可以完成對(duì)工人難度較大的一些工作，提高工業(yè)生產(chǎn)加工水平，完成工人無(wú)法完成的工作。工業(yè)機(jī)械手與其他智能加工設(shè)備類似，包括控制系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)忽然執(zhí)行系統(tǒng)三個(gè)部分組成。數(shù)控技術(shù)是控制系統(tǒng)能夠正常工作的前提，它根據(jù)事先寫入的指令對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作過(guò)程進(jìn)行規(guī)劃和控制，然后經(jīng)由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作，從而避免了人力直接參與生產(chǎn)加工的過(guò)程，減少勞動(dòng)力需求，減少了生產(chǎn)成本。對(duì)于注塑等困難的工作環(huán)境，借助數(shù)控技術(shù)對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制避免了人力進(jìn)行取料和送料，改善了工人勞動(dòng)條件，保證了工人人身安全，且盡可能減少了生產(chǎn)過(guò)程中的可能出現(xiàn)的誤差。

1.2 機(jī)床設(shè)備

機(jī)床設(shè)備是機(jī)械制造的重要核心，作為技術(shù)基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)顯得尤為重要。數(shù)控技術(shù)最初便是從機(jī)床設(shè)備商發(fā)展而來(lái)，數(shù)控機(jī)床機(jī)電一體化產(chǎn)品的重要代表，通過(guò)代碼編程設(shè)定作業(yè)流程，對(duì)刀具和工件進(jìn)行控制。例如選擇刀具、確定相對(duì)位置、主軸變速以及冷卻泵的啟停等操作，在執(zhí)行設(shè)定的程序時(shí)能夠使得數(shù)控機(jī)床按照程序進(jìn)行作業(yè)，生產(chǎn)出高質(zhì)量的零部件。

1.3 汽車產(chǎn)業(yè)

數(shù)控技術(shù)的迅速發(fā)展大大促進(jìn)了汽車制造業(yè)中零部件的加工行業(yè)，出現(xiàn)的高速柔性生產(chǎn)線具有高柔性和高效率的特點(diǎn)，能夠減小產(chǎn)品的更新周期，該生產(chǎn)線的工作效率和組合機(jī)床剛性的自動(dòng)生產(chǎn)線效率相當(dāng)，并且和傳統(tǒng)觀念的“經(jīng)濟(jì)模式”不同，對(duì)于多種類和小批量生產(chǎn)的生產(chǎn)計(jì)劃高速柔性生產(chǎn)線仍然具有較高的生產(chǎn)效率。這一生產(chǎn)技術(shù)的特點(diǎn)與汽車行業(yè)中的對(duì)零件的要求完全吻合。因此，使用該生產(chǎn)線技術(shù)進(jìn)行加工制造汽車的零部件，在保證生產(chǎn)效率不下降的情況下能夠減少生產(chǎn)線的投資，降低成本和建設(shè)周期。

1.4 煤礦機(jī)械

目前，煤炭作為一種能源資源，在我國(guó)仍然是主要的能源材料，因此國(guó)內(nèi)的煤機(jī)企業(yè)當(dāng)前的重要任務(wù)任然是要為煤炭開采行業(yè)提供生產(chǎn)效率高、安全性高的設(shè)備和裝置。當(dāng)前，普通機(jī)床和數(shù)控機(jī)床相結(jié)合是煤礦機(jī)械開采的主要生產(chǎn)方式。充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的優(yōu)勢(shì)，例如精度重復(fù)性高。生產(chǎn)質(zhì)量高等，再通過(guò)使用國(guó)產(chǎn)或者進(jìn)口的數(shù)控機(jī)床將舊機(jī)床進(jìn)行改造升級(jí)，加入數(shù)控方式將數(shù)控機(jī)床進(jìn)一步發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，這是當(dāng)前煤炭行業(yè)的總體趨勢(shì)。對(duì)設(shè)備進(jìn)行數(shù)控化升級(jí)改造，不僅投入資金少，而且升級(jí)后的設(shè)備便于操作，生產(chǎn)精度和功能都到了提升，能夠大大促進(jìn)煤炭行業(yè)的生產(chǎn)效率。

2 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)探析

2.1 高速化發(fā)展

計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展帶動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)的核心處理器得到了大規(guī)模改善，現(xiàn)階段數(shù)控機(jī)床在工作條件下，工件的進(jìn)給速度可達(dá)80m/min，在無(wú)工件夾持的條件下，機(jī)床的進(jìn)給速度為100m/min，達(dá)到了高速加工的速度。以我國(guó)通用汽車公司為例，傳統(tǒng)的組合機(jī)床加工已經(jīng)無(wú)法滿足加工要求，以改用高速加工機(jī)床。在國(guó)際環(huán)境內(nèi)，美國(guó)生產(chǎn)的HyperMach機(jī)床進(jìn)給速度、加速度，主軸轉(zhuǎn)速都已經(jīng)得到了大規(guī)模提高。測(cè)試證明，對(duì)于同一薄壁飛機(jī)零件，利用傳統(tǒng)銑床需要連續(xù)工作八個(gè)工時(shí)，而利用hypermach機(jī)床只需要30分鐘，大大縮短了加工周期，提高加工效率。Hypermach機(jī)床只是一個(gè)高速化機(jī)床的例子，但足以表明未來(lái)數(shù)控技術(shù)和數(shù)控加工機(jī)床將會(huì)朝著 高速化的方向發(fā)展，過(guò)去只適用于汽車和飛機(jī)的高速零件加工也將在普通機(jī)械產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用。

2.2 精密化發(fā)展

基于伺服控制技術(shù)的進(jìn)步，結(jié)合傳感器的高效準(zhǔn)確性的提高，數(shù)控技術(shù)的準(zhǔn)確度和精度也得以大幅度提高。以數(shù)控加工機(jī)床為例，現(xiàn)已經(jīng)可以完成在微米級(jí)上的準(zhǔn)確加工，精密加工的精度從之前的5微米漸漸提高至1～1.5微米。針對(duì)于一些特殊的加工作業(yè)要求，加工機(jī)床的精度也可以突破納米級(jí)。在未來(lái)的發(fā)展中，如何在提高精密化程度的基礎(chǔ)上保證生產(chǎn)成本也是一個(gè)非常重要的內(nèi)容。

2.3 開放化發(fā)展

計(jì)算機(jī)硬件和機(jī)械機(jī)構(gòu)的模塊化提高了不同機(jī)械產(chǎn)品之間的互換性，再加上計(jì)算機(jī)程序也開始趨向于模塊化方向的發(fā)展，保證一組特定的程序能夠?qū)崿F(xiàn)特定的功能，數(shù)控技術(shù)也逐漸趨向于開放化的發(fā)展階段。相較于傳統(tǒng)的封閉式發(fā)展，開放式數(shù)控系統(tǒng)在通用性和可擴(kuò)展性等方面都得到了大幅度提高。在國(guó)際市場(chǎng)上，美國(guó)、歐盟以及日本等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)簽訂相關(guān)協(xié)議，實(shí)施戰(zhàn)略發(fā)展計(jì)劃，共同研究和制定數(shù)控系統(tǒng)規(guī)范，這標(biāo)志著數(shù)控技術(shù)將會(huì)朝著越來(lái)越開放的方向發(fā)展。而我國(guó)數(shù)控技術(shù)較為薄弱，還需要緊跟世界發(fā)展的步伐，積極提高自身加工水平能力，然后尋求國(guó)際上的合作共贏。

3 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)階段，數(shù)控技術(shù)促進(jìn)自動(dòng)化程度的發(fā)展，也直接影響到工業(yè)加工的發(fā)展進(jìn)程。提高數(shù)控加工技術(shù)水平在提高我國(guó)綜合國(guó)力，實(shí)現(xiàn)國(guó)家智能工業(yè)化發(fā)展方面起到了舉足輕重的作用，大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的機(jī)械加工設(shè)備已經(jīng)成為目前必不可少的發(fā)展策略。所以本文中簡(jiǎn)要對(duì)數(shù)控加工技術(shù)的內(nèi)容進(jìn)行分析，說(shuō)明了其在機(jī)械加工制造領(lǐng)域的應(yīng)用，然后提出了數(shù)控技術(shù)會(huì)朝著高速化、精密化和開放化的發(fā)展趨勢(shì)。除此之外，為了保證我國(guó)在機(jī)械加工領(lǐng)域處于不敗的地位，積極培育相關(guān)專業(yè)人才，提升人才儲(chǔ)備也是非常重要的一個(gè)方面。如此，我國(guó)現(xiàn)代化制造業(yè)才能得到進(jìn)一步的繁榮發(fā)展。

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