淺析數控機床自動化設計與制造

摘要：隨著社會經濟的不斷推進，我國的工業化發展水平持續攀升。在這種發展背景下，我國自動化技術也隨之快速發展，且已被廣泛應用到數控機床的設計與制造過程中，并有效促進了我國數控機床加工作業的整體質量。基于此，本文擬以數控機床為研究對象，在概述數控機床與數控機床自動化的基礎上，分析數控機床自動化設計與制造的優勢，提出數控機床自動化設計與制造路徑。旨在為相關研究提供有價值的參考與借鑒。

關鍵詞：數控機床;自動化;設計;制造

中圖分類號：TG519.1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）09-0087-02

0 ?引言

長期以來，世界諸多國家都非常重視機械制造產業，甚至將其作為國家經濟發展水平與工業化水平的重要衡量指標。步入新時代以來，精密化已成為機電產品的發展趨向，尤其是數控技術的誕生與廣泛應用，為設備的自動化作業與運行提供了至關重要的技術支撐，也為加工的柔性與高效率提供了關鍵性條件，促使機電制造業從傳統的人工作業轉向了智能化、自動化與集成化的現代作業。所以，本文針對數控機床自動化設計與制造的研究，具有一定的理論意義與經濟價值。

1 ?數控機床與數控機床自動化的基本概述

數控機床的概念。數控機床的全稱為數字控制機床，英文名為Computer numerical control machine tools，數控機床為簡稱，指的是裝有程序控制系統的一種自動化機床。其中，動化程序控制系統可以對具有控制編碼與其他符號指令規定程序予以邏輯性的處理，并能夠通過代碼化形式對其譯碼進行數字式的表示，并通過一系列信息載體進行數控裝置的輸入。究其原因，數控機床屬于集信息、微電子、液壓、機械等多領域原理與技術為一體的機電產品，所涵蓋的內容十分豐富，即便是在機械制造設備體系的整個領域中，也屬于自動化水平高、效率高、精度高的工作母機。[1]與大眾機床相比，數控機床獨具特色，不需要對夾具、模具進行更換與制造，也不需要對機床進行常態化的調整，故而數控機床在技工零件需要高頻率更換的狀態下更為適用，這樣能夠大大縮短生產準備周期，并節約工藝裝備所需的大量成本費用。與此同時，數控機床的加工密度通常可達到0.05～0.1mm，且控制方式為數字信號模式，每當數控裝置將一脈沖的信號輸出之后，機床就會移動部件一脈沖的當量，尤其是在此過程中由機床傳送給傳動鏈的絲桿螺距和反向間隙的誤差平均值可以通過數控裝置予以曲補償，故而數控機床與傳統機床相比，其精度更高。在工業生產能力與社會經濟發展水平的評估體系中，數控機床的發展程度以及數控機床在金屬切削加工機床產量中的占比也是可供參考的重要評估指標。由此可見，數控機床對工業的健康可持續發展有著不可替代的價值與影響。

數控機床的自動化內涵。在當前機床控制技術領域，數控車床自動化的應用范圍十分廣泛，但其更多的應用于盤類零件或軸類零件等諸多切削加工作業中，如軸類或者盤類零件的復雜回轉內外圓柱和曲面、內外圓柱面、圓錐螺紋、任意錐角的內外圓錐面等，同時還需要完成鏜孔、鉸孔、擴孔、鉆孔、切槽等一系列作業程序。從本質上講，數控機床自動化主要是前期予以設定好的具體加工流程，然后自動實現快速的零件加工程序。[2]在實際操作過程中，數控機床自動化技術工作者會根據零部件的加工路線、技術、位移量、工藝參數、輔助功能、切削參數等方面的指令性代碼予以高度整合，進而設計編制出有機統一的詳細加工程序單，羅列到該程序單上的有關內容能夠被進一步轉移到相關控制介質層面，進而最終在特定數控裝置內部進行錄入，此時加工作業指導任務也就完成了。借助于數字化技術，數控機床自動化控制的應用規模占數控機床總量的25%左右，是應用范圍最廣、普及程度最高的技術類型之一。

2 ?數控機床自動化設計與制造的優勢

2.1 減少機械制造所需成本

在以往的傳統機械制造領域，諸多工業類企業慣于借助人工操作方式實施工業產品的加工、生產與機床的制造等，因受多方面客觀因素的制約，導致人工操作的失誤率較高，機械制造質量與效率偏低，同時龐大繁重的工作量又同時給廣大工人帶來了巨大的壓力，促使其很容易發生疲勞狀態下生產作業的現象，這對生產制造的整體工作成本產生了直接影響，促使生產成本費用大大增加，而企業經濟效益也隨之顯著下降，市場競爭力也會弱化。然而，科學應用自動化技術，不僅可以有效彌補人工操作的多種不足之處，而且可以最大程度保證工業生產的質量與效率，且能夠促使產品精度更優更高。

2.2 提升機械制造質量與效率

隨著數控機床自動化技術的積極推廣，工業領域中的機械制造自動化水平也隨之迅速提升。同時，因產品生產能夠通過預設程序對自動運作進行指導，使得生產實際效率在無形之中得到優化與提升。加之，自動化技術的廣泛普及促使機械設計和制造技術得到大幅升級，進而在很大程度上規避了傳統機械制造模式帶來的消極影響，機械制造的質量和制造效率都得到明顯升級。

2.3 增強機械制造的資源利用率

自動化技術作為機械加工和機械制造流程中的重要技術資源之一，本身就具有人工操作所無法比擬的獨特優勢，如對人力資源的節約、降低物力和財力資源的消耗等。與此同時，還能夠通過多方面的自動化技術推廣、資源調配與優化使用得以最大化實現，有效增強了機械制造的資源利用率。

3 ?數控機床自動化設計與制造路徑

3.1 數控機床的主體設計與加工

主軸。數控機床的主軸回轉精度的實際參數值的大小，對最終的加工精度有著直接影響，主軸的回轉精度參數值高則加工精度高，主軸的回轉精度參數值低則加工精度低。與此同時，主軸的回轉速度和運行功率的參數，也是影響加工效率的重要因素和關鍵。[3]與傳統機床制造不同，數控機床的主軸變速自動化水平以及定位的精準性等，都對數控機床的自動化水平高低有著決定性的影響（如圖1所示）。究其原因，主軸箱主要負責機床的自動調速。截至目前，機械傳動式的變速裝置已經被取代，大范圍推廣與使用的是無級自動化調整，自動化加工程度大幅提升。

導軌。數控機床中的導軌主要負責引導和控制加工任務，是保證加工運動精準性的核心與關鍵，更是促進車床精度加工實現的重要部件。目前，我國在數控機床領域中多采用金屬型的滑動導軌，對于部分特定的數控機床，則采用新型的貼塑導軌。[4]與傳統導軌相比，貼塑導軌優勢十分突出，尤其具有良好的耐腐蝕性和耐磨性，最為突出的就是潤滑性極好，且摩擦系數較小。

3.2 數控機床的伺服系統和數控裝置

與普通機床不同，數控機床配置了伺服系統和數控裝置，同時機床檢測裝置也能對制造的全部過程進行測試與監督，而數控裝置在整個運作系統中起著至關重要的調配作用，伺服系統則需要對數控機床進行配合完成作業（如圖2所示）。具體而言，數控裝置的重要組成部件為計算機系統，其核心功能在于接受信息，再經對其他系統的精確調配和處理實現制造過程按照既定指揮有序執行，而數控裝置則用以反饋信息并發出新的指令。

伺服系統。傳統的普通機床借助于伺服電機對機床進行驅動，進而完成作業加工，這一機構就是所謂的伺服機構。[5]但數控機床主要是借助于運算電路產生強烈的脈沖信號，并通過這些信號實現驅動電路控制的伺服系統（如圖3所示）。數控機床中的伺服系統能夠將具體指令傳送給元件、其他設備或指示電路，進而實現精準一位，其在生產與控制數控機床的過程中發揮著重要角色。

綜上所述，數控機床能夠有效促進產品的高效率生產，提升零件設備的精密度，并減小勞動強度，一定程度上為研發機電新產品節約了諸多人力與物力等，大幅增強了相關企業的競爭力。尤其是近些年來，我國在數控機床領域取得了一定成績，不僅產量顯著上升，而且質量明顯改善，特別是在技術方面的重要突破，更是推動著我國數控機床行業進入快速發展軌道。然而，當前我國在數控機床方面的相關技術還有較大的創新與改進空間，自動化程度依然偏低，因而加大數控機床自動化設計與制造力度具有深遠意義。

參考文獻：

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作者簡介：朱麗華（1983-），女，江蘇南京人，本科，講師，研究方向為自動化（數控技術）。