數(shù)控技術(shù)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用

王春風(fēng) 錢(qián)利斌 王勝利

摘要：數(shù)控加工技術(shù)在現(xiàn)階段的國(guó)內(nèi)制造企業(yè)中已經(jīng)成為了中堅(jiān)力量，數(shù)控加工技術(shù)具有精準(zhǔn)、高效、穩(wěn)定的工作特點(diǎn)，相關(guān)技術(shù)人員為了提升我國(guó)各個(gè)行業(yè)的工作效率和工作質(zhì)量，將數(shù)控加工技術(shù)與不同領(lǐng)域合作，實(shí)現(xiàn)了行業(yè)內(nèi)部的聯(lián)動(dòng)、融合發(fā)展，促進(jìn)我國(guó)工業(yè)、制造業(yè)、加工業(yè)的全面升級(jí)。本文對(duì)數(shù)控技術(shù)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用進(jìn)行分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)控技術(shù)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用

引言

機(jī)械加工技術(shù)作為一種傳統(tǒng)形式下的加工技術(shù)，隨著時(shí)代的發(fā)展也在不斷與時(shí)俱進(jìn)，推陳出新，不斷與科技的發(fā)展相結(jié)合，因此數(shù)控加工技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。由于數(shù)控加工技術(shù)本身存在的技術(shù)優(yōu)先性使得數(shù)控加工技術(shù)在機(jī)械制造行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。對(duì)于機(jī)械零件的加工而言，為了更好地保證零件的加工精度，生產(chǎn)單位必須在加工設(shè)備和加工技術(shù)上進(jìn)行改進(jìn)，以適應(yīng)如今多變的零件構(gòu)造。數(shù)控加工技術(shù)利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和操作，從而大大降低了操作工人的體力勞動(dòng)，提高了零件的加工精度，但是在具體的加工環(huán)節(jié)，依然會(huì)有許多因素影響，為了降低各種因素對(duì)零件加工的影響，更好地提高零件的加工精度和加工效率，科學(xué)化降低誤差是數(shù)控加工一直追求的重要方向之一。

1數(shù)控加工技術(shù)簡(jiǎn)介

數(shù)控加工技術(shù)指的是數(shù)控技術(shù)、數(shù)控機(jī)床與數(shù)控編程有機(jī)結(jié)合的整體。數(shù)控技術(shù)是一種近幾年來(lái)由于國(guó)家信息技術(shù)的快速發(fā)展而新興的由計(jì)算機(jī)技術(shù)與軟件技術(shù)協(xié)調(diào)運(yùn)作，共同控制機(jī)械運(yùn)動(dòng)過(guò)程的自動(dòng)化技術(shù);數(shù)控機(jī)床指的是能夠?yàn)閿?shù)控技術(shù)的材料加工提供自動(dòng)化器械的加工設(shè)備;而數(shù)控編程指的是為了能夠讓數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作過(guò)程而對(duì)器械的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行一定的手工或自動(dòng)編碼的方法讓數(shù)控系統(tǒng)識(shí)別并執(zhí)行相關(guān)的指令，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的工作過(guò)程。這三者之間有機(jī)結(jié)合，密不可分。相較于傳統(tǒng)機(jī)械加工技術(shù)，數(shù)控加工技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)就是在信息技術(shù)發(fā)展的背景下，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動(dòng)化、智能化的先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了零件加工的自動(dòng)化，解放了人力，大大簡(jiǎn)化了零件加工的工藝過(guò)程。

2數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)組成

數(shù)控機(jī)床的基本部件包括加工程序載體、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動(dòng)裝置、機(jī)床本體等輔助裝置。數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心，包括輸入、加工和輸出三個(gè)基本部分。控制面板是最典型的輸入設(shè)備。它是數(shù)控機(jī)床中與操作者相互作用最頻繁的部件之一，是機(jī)床人機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵對(duì)象。

3國(guó)內(nèi)數(shù)控加工技術(shù)的現(xiàn)狀

隨著我國(guó)機(jī)械加工領(lǐng)域、制造業(yè)領(lǐng)域的全面發(fā)展，需要高新技術(shù)支持其加工工作。數(shù)控技術(shù)則是對(duì)傳統(tǒng)生產(chǎn)加工技術(shù)的革新發(fā)展，轉(zhuǎn)變了人工操作設(shè)備存在的風(fēng)險(xiǎn)和問(wèn)題，利用現(xiàn)代化的調(diào)節(jié)和控制技術(shù)增強(qiáng)設(shè)備生產(chǎn)加工的質(zhì)量和水平，一定程度上革新了我國(guó)生產(chǎn)加工領(lǐng)域的原動(dòng)力。現(xiàn)階段，我國(guó)數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)十分成熟，在各個(gè)行業(yè)中均能夠看到數(shù)控技術(shù)的身影，使得制造業(yè)、加工業(yè)的工藝更為完善。數(shù)控加工技術(shù)的廣泛應(yīng)用，為機(jī)械加工行業(yè)提供了必要的保障，推進(jìn)了衍生行業(yè)、上下游行業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展。可見(jiàn)，數(shù)控技術(shù)是機(jī)械加工制造領(lǐng)域發(fā)展的必經(jīng)之路、必然趨勢(shì)。

4數(shù)控技術(shù)與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)之所以受到加工設(shè)計(jì)行業(yè)的關(guān)注和認(rèn)可，是因?yàn)橛?jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的功能相對(duì)強(qiáng)大，對(duì)于一些復(fù)雜而困難的加工設(shè)計(jì)內(nèi)容可以很容易地處理。例如，在數(shù)控加工設(shè)計(jì)過(guò)程中會(huì)涉及大量的數(shù)據(jù)和信息。這些內(nèi)容的數(shù)量是巨大的，工作人員在搜索和比較分析過(guò)程中會(huì)浪費(fèi)大量的時(shí)間和精力。但通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，通過(guò)相應(yīng)的設(shè)備充分顯示設(shè)計(jì)和處理過(guò)程中所涉及的信息數(shù)據(jù)。對(duì)計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行處理后，相關(guān)信息數(shù)據(jù)也可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)編程，不僅有效地提高了數(shù)控操作系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值，而且為數(shù)控設(shè)計(jì)領(lǐng)域的發(fā)展和發(fā)展提供了有利條件。此外，計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)還具有許多有利于設(shè)計(jì)和處理的功能，如刀具位置補(bǔ)償功能和仿真處理功能，其中系統(tǒng)故障診斷功能對(duì)數(shù)控設(shè)計(jì)和處理的影響最大。由于數(shù)控加工設(shè)計(jì)過(guò)程中會(huì)涉及許多儀器設(shè)備，但這些儀器設(shè)備會(huì)受到外界因素或人為因素的影響。如果相關(guān)工作人員不能及時(shí)處理，將大大影響設(shè)計(jì)加工的效率和質(zhì)量。然而，計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)中的故障診斷功能可以在故障發(fā)生時(shí)及時(shí)將故障信息傳遞給相關(guān)主管的設(shè)備，然后對(duì)故障進(jìn)行相應(yīng)的診斷。以期為相關(guān)維修工作的開(kāi)展提供重要依據(jù)。數(shù)控仿真屬于虛擬設(shè)計(jì)范疇。它集數(shù)控理論、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAM）和建模仿真技術(shù)于一體。在數(shù)控加工方案實(shí)施前進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，檢測(cè)數(shù)控代碼的合理性和準(zhǔn)確性。在零件的真正加工之前，經(jīng)常通過(guò)試切來(lái)驗(yàn)證數(shù)控代碼的準(zhǔn)確性以及被加工零件是否符合設(shè)計(jì)人員和用戶(hù)的要求。利用數(shù)控仿真技術(shù)模擬真實(shí)的數(shù)控加工環(huán)境和工藝，可以幫助設(shè)計(jì)人員檢查設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，部分或完全取代試切環(huán)節(jié)，縮短設(shè)計(jì)周期，降低設(shè)計(jì)成本。降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高加工設(shè)備效率。

5未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

5.1高性能

數(shù)控機(jī)床發(fā)展過(guò)程中，一直在努力追求更高的加工精度、切削速度、生產(chǎn)效率和可靠性。未來(lái)數(shù)控機(jī)床將通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化的整機(jī)結(jié)構(gòu)、先進(jìn)的控制系統(tǒng)和高效的數(shù)學(xué)算法等，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜曲線(xiàn)曲面的高速高精直接插補(bǔ)和高動(dòng)態(tài)響應(yīng)的伺服控制;通過(guò)數(shù)字化虛擬仿真、優(yōu)化的靜動(dòng)態(tài)剛度設(shè)計(jì)、熱穩(wěn)定性控制、在線(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)大幅度提高可靠性和精度保持性。

5.2綠色化

技術(shù)面向未來(lái)可持續(xù)發(fā)展的需求，具有生態(tài)友好的設(shè)計(jì)、輕量化的結(jié)構(gòu)、節(jié)能環(huán)保的制造、最優(yōu)化能效管理、清潔切削技術(shù)、宜人化人機(jī)接口和產(chǎn)品全生命周期綠色化服務(wù)等。切削機(jī)床是利用刀具或磨具通過(guò)機(jī)械能作用于工件，實(shí)現(xiàn)材料去除的各種工藝（如車(chē)削、銑削、鏜削、鉆削、磨削等），其本質(zhì)問(wèn)題可以歸結(jié)為兩點(diǎn)，一是用什么能量去除材料。二是如何控制能量使用，機(jī)床1.0是以蒸汽動(dòng)力直接給機(jī)床提供機(jī)械能以實(shí)現(xiàn)各種切削工藝，控制方式是手動(dòng)控制;機(jī)床2.0將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能以驅(qū)動(dòng)機(jī)床，并帶來(lái)數(shù)字控制機(jī)床的出現(xiàn)，控制方式是自動(dòng)控制;機(jī)床3.0則是計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)帶來(lái)的計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床，它改變了機(jī)床控制方式和生產(chǎn)組織方式，使其數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化。展望未來(lái)，機(jī)床4.0將面臨新的革命性變化，表現(xiàn)在一是材料去除過(guò)程直接所用的能量由以機(jī)械能為主變化為機(jī)械能、電能、光能、化學(xué)能等多種能場(chǎng)及其組合。二是能量使用的控制方式，一方面智能化控制是未來(lái)機(jī)床近期發(fā)展的最主要特征和趨勢(shì)，它使得機(jī)床更高（精度）、更快（效率）、更強(qiáng)（功能）、更省（綠色）;另一方面，即將出現(xiàn)的量子計(jì)算和量子計(jì)算機(jī)，就如同當(dāng)年電子計(jì)算機(jī)給數(shù)控機(jī)床帶來(lái)革命性跨越一樣，重新定義一代數(shù)控機(jī)床，催生出全新原理和全新概念的數(shù)控機(jī)床和生產(chǎn)過(guò)程。

結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于數(shù)控加工技術(shù)中存在的精度影響因素，相關(guān)人員要抓住細(xì)節(jié)，在技術(shù)發(fā)展的同時(shí)也要做好自我提升，有效地利用數(shù)控加工技術(shù)的反饋?zhàn)饔茫私馕磥?lái)的發(fā)展方向，彌補(bǔ)缺點(diǎn)與不足，不斷優(yōu)化數(shù)控加工技術(shù)，促進(jìn)數(shù)控加工技術(shù)在新時(shí)代地更好發(fā)展。

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