機床數控技術在智能制造中的應用探討

段好運

（商丘技師學院，河南 商丘 476000）

當前，新一輪科技革命和產業變革孕育興起，5G、工業互聯網、人工智能、大數據、云計算、物聯網等新一代信息技術加速向制造業滲透融合，數字化、網絡化、智能化已成為制造業發展的主要趨勢。世界上工業發達國家都在積極謀篇布局，相繼出臺了制造業振興戰略，其中智能制造備受關注。機床數控技術作為一種先進的制造技術被廣泛應用于機械制造、汽車工業、航空航天以及智能機器人自動化生產等領域，在智能制造中發揮著重要作用。

1 智能制造的界定和基本特征

1.1 智能制造的界定

目前，智能制造在國際上沒有統一的定義，各國表述不一。《智能制造發展規劃(2016-2020年)》提出：“智能制造是基于新一代信息通信技術與先進制造技術深度融合，貫穿于設計、生產、管理、服務等制造活動的各個環節，具有自感知、自學習、自決策、自執行、自適應等功能的新型生產方式。”智能制造的實現將會改變制造業的生產模式，形成一批智能制造裝備產業，提升我國制造業的國際競爭力。

1.2 智能制造的基本特征

當今時代，智能制造方興未艾、前景廣闊，它作為制造業的一種全新的生產方式，深度融合了新一代信息通信技術、先進制造技術、自動化技術和人工智能技術，他使制造業的產品形態、設計和制造過程、管理方法和組織結構、制造模式、商務模式發生了重大變革，將制造業帶入一個嶄新的發展階段，具有顯著特征。

（1）智能制造以智能工廠為載體。智能制造以制造為本，智能是實現制造的手段，沒有制造的加工過程，智能化便無從談起。智能工廠作為智能制造的載體，以構建高效、節能、綠色、環保、舒適的人性化工廠為目標，將智能化融入整個生產制造過程中，構建智能化生產系統、網絡化分布生產設施，將人機物料多維度融合，高效完成智能化生產控制中心、智能化生產過程管控以及智能化倉儲運輸和物流等工作。

（2）智能制造以生產關鍵制造環節智能化為核心。生產關鍵制造環節包含產品、裝備、生產過程、管理以及服務等內容，各環節的智能化要同步實施，相互融合，密不可分，缺一不可。

（3）智能制造以端到端數據流為基礎。數據實時流通共享是實現智能制造的重要條件，是數字化的具體體現。智能制造的系統層級自下而上共有五層，分別為設備層、控制層、車間層、企業層和協同層，不同層級之間數據暢通，實現信息協同共享，為各層級生產管理提供依據。

（4）智能制造以網絡互聯為支撐。工業互聯網是數字經濟時代的重要基礎設施，智能制造用工業物聯網把設備連接到網絡上，用大數據驅動制造智能化，實現設備之間、設備與控制系統之間、企業之間的互聯互通。

2 機床數控技術的概念及其在智能制造中的優勢

2.1 機床數控技術的概念

機床數控技術是用數字化信息對機床運動及其加工過程進行控制的一種技術。機床數控技術是數控機床的核心，是機床自動化加工的基礎。數控技術的推廣應用改變了制造業的傳統生產方式，有利于制造業降低生產成本、提高生產效率、提升核心競爭力。

2.2 機床數控技術在智能制造中的優勢

與普通機械加工相比，機床數控技術具有明顯優勢。

（1）加工精度高。數控加床是按照零件圖樣要求的設定程序進行自動加工的，人為因素影響較少，數控系統具有自動檢測和誤差補償功能，加工精度主要依靠機床系統來保證，零件在同一數控設備上進行批量加工，能獲得較高的加工精度，重復精度高，質量穩定。

（2）加工效率高。機床數控加工自動化程度較高，可實現工件一次裝夾多道工序加工，使復雜的生產過程變得簡單化，減少生產準備、機床調整、工序更換以及半成品轉移等輔助工作，極大地提高工作效率。

（3）勞動強度低。數控加工可以自動換刀、自動變速、自動開關切削液等，加工工序集中，多數工作不需要人工完成，改善了勞動條件，降低了勞動強度。

（4）加工零件適應性強。數控機床適應性強，適宜加工更新換代快、批量小、復雜程度高的產品。同時，數控機床具有多軸聯動功能，借助CAD/CAM技術能高質量地完成普通機床難以完成的復雜型面的加工，甚至能加工一些無法直接監測的部位。

（5）生產管理水平高。在數控機床上加工生產，可以準確計算零件加工時間，科學評估生產周期，產品交付時間。另外，借助局域網與機床通訊接口連接形成在線監控系統，可以遠程實時監控每臺設備的運轉和生產現場情況。

3 數控加工技術在智能制造中的應用分析

3.1 機械制造領域

隨著時代發展和社會進步，人民的生活水平不斷提高，新產品更新換代周期越來越短，需要加工各種不同需求的零件，對機械精密零件的需求越來越多樣化，個性化，如光電通訊精密零件、醫療設備機械零件、精密汽車零件、精密機床零件、精密模具零件、精密鐘表零件等。應用數控加工技術在數控加工設備上可以實現這些零件的精密加工，適應產品更新快、精度高的需求。

3.2 汽車工業領域

汽車產業作為國民經濟的主要支柱產業，隨著汽車工業的快速發展，汽車產業逐步邁向智能化、電動化、輕量化、網聯化，汽車產業的全面升級與重塑即將到來，對汽車零部件及加工設備提出了更高的要求。高端數控機床制造企業緊跟汽車產業發展形式，在汽車零配件加工領域業研發不同的數控機床，比如，對稱性零件加工的對頭鏜銑復合加工中心，立式線性導軌加工中心，五軸立式加工中心等，機床數控加工技術升級換代，實現了復雜生產工藝的制定、汽車零件的制造。

3.3 航空航天領域

我國的航空航天事業發展迅速，在世界上處于領先地位，高精尖差異化的零件需求日益劇增，涉及到機翼、機身等大型零件，螺旋槳、渦輪葉片等復雜曲面加工，薄壁和薄筋等零件，這些零件對強度、剛度和可靠性要求很高，但材料性能剛度差、結構復雜，在普通機床上無法完成，高檔數控機床就能滿足高速、高精和高柔性的加工要求。

3.4 智能機器人自動化生產領域

科技快速發展，機器人代替工人作業逐步進入不同行業。在智能機器人自動化生產中，數控技術也有著出色表現，比如在汽車制造過程中，智能機器人與數控技術有機結合，實現了零部件制造、自動焊接、自動組裝，改變了傳統的汽車生產環境，提高了生產效率和產品質量，減少現場工作人員數量，節約了企業生產成本。

4 機床數控技術在智能制造中的發展趨勢

隨著《中國制造2025》深入實施，制造業重點領域智能化水平顯著提升，機械產品的形狀和結構不斷改進，加工質量越來越高，對用數控技術實施控制的機床提出了更高要求，加快高檔數控系統、伺服電機、軸承、光柵等主要功能部件及關鍵應用軟件研發，把高精高速、高柔性、高可靠性、集成復合化、智能網絡化作為未來數控機床的發展趨勢。

4.1 高速化和高精度化

高速可通過高速運算、快速插補、超高速通訊以及高速主軸等技術來實現，數控機床的計算機系統讀入加工指令數據后，能高速處理并計算出伺服系統的移動量，伺服系統能高速做出反應。高精度是保證產品質量的前提，科技越發達，產品越尖端，質量越高。

4.2 高柔性和高可靠性

數控機床適應加工對象變化的能力強，實現逐步由單機柔性化向單元柔性化和系統柔性化發展。比如，升級拓展數控機床功能，在數控機床上增加大容量刀具庫、自動換刀機械手、交換工作臺等裝置，配以工業機器人和自動運輸小車，組成新的加工中心、柔性制造單元或柔性制造系統。通過采用抗干擾技術、提高元器件和系統的可靠性、提高自診斷和保護能力等技術，來保證數控機床在高負荷狀態下長時間地連續工作。目前，衡量數控機床可靠性主要參數的平均無故障工作時間越來越長，平均修復時間越來越短，有效度更接近100%。

4.3 集成化和復合化

數控機床要進行高效加工，就要對具有單一功能設備進行集成和復合，實現機床本體與數控系統集成，工序和功能復合，加工檢測一體化，如車削中心、車銑復合數控機床，五軸加工中心等設備就是集成復合化的成功案例。通過集成和復合，在數控機床上，工件一次裝夾可以完成車、銑、鏜、鉆、攻螺紋等多道工序的加工，甚至能完成除裝夾面以外的各個表面的加工。

4.4 智能化和網絡化

數控設備通過應用自適應控制技術、引入專家系統指導加工、故障診斷專家系統、智能化伺服驅動裝置等措施，推動數控加工智能化程度不斷提高。數控機床通過多種通迅協議組建通訊網絡，進行遠程控制，完成加工進程自適應、自診斷、自調整。

5 結語

機床數控技術在智能制造業中應用領域廣、發展空間大，它的推廣應用有利于提升企業的生產效率，提高產品的加工質量,助力智能制造早日實現，推動制造業轉型升級。