數控技術在自動化機械制造中的應用

張丙臣

摘要：數控技術作為推動我國工業經濟發展，推動自動化機械制造業前進的關鍵技術，既能夠有效的提高企業的生產效率和產品質量，還在一定程度上起到了安全、穩定的作用。本文簡要分析了數控技術的基本概念，闡述了信息時代數控技術在機械制造領域的應用、數控技術的關鍵特點以及存在的困難，最后結合我國數控技術的發展現狀，對其未來的主要發展方向進行了探究，希望對我國的自動化機械制造領域提供助力。

Abstract： As a key technology to promote the development of my country's industrial economy and the advancement of the automation machinery manufacturing industry， numerical control technology can not only effectively improve the production efficiency and product quality of enterprises， but also play a safe and stable role to a certain extent. This paper briefly analyzes the basic concepts of numerical control technology， expounds the application of numerical control technology in the field of machinery manufacturing in the information age， the key features and difficulties of numerical control technology， and finally combines the development status of my country's numerical control technology， and its main development direction in the future We hope to provide assistance to the field of automated machinery manufacturing in our country.

關鍵詞：數控技術;自動化機械制造;應用

Key words： numerical control technology;automated machinery manufacturing;application

中圖分類號：TG659 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2022）03-0163-03

0 ?引言

數控技術是基于信息化技術與控制技術所誕生的新型技術，其在機械制造領域有著廣泛的應用空間，能夠實現機械制造加工的全過程控制，進而達到提高機械制造精度、效率與質量的目的。就目前數控技術在自動化機械制造領域的應用現狀可以看出，其目前依然存在一定的問題，而通過對數控技術在自動化機械制造中的應用研究，對于進一步推動數控技術的發展以及自動化機械制造企業的進步有著一定的現實意義。

1 ?數控技術的概念及應用

數控技術顧名思義主要分為兩部分，數字信息技術以及控制技術，在生產過程中通過數字信息對機械制造和機械加工環節進行高精度、高質量、高效率的控制，以提高產業的自動化進度。數控技術是一項集成技術，用到了不同行業的學科知識，包括機械制造、電子信息、自動化控制、傳感、光電等，將這些先進知識進行有機融合，最終呈現出我們現在所廣泛了解的數控技術。隨著信息全球化和電子信息技術的不斷發展，數控技術也在不斷地發展、進步。尤其是發達國家，對數控技術的重視程度尤其突出，例如美國、日本、德國三個國家，目前在數控技術應用方面可以說是遙遙領先，他們率先使用的數控機床技術對于機械制造業的自動化、規模化有著極大的推動作用。我們應當借鑒學習這些發達國家的經驗，結合我國工業經濟的特點，將數控技術應用到行業的方方面面[1]。

2 ?數控技術的發展

數控技術最早可以追溯至上個世紀中期階段，根據相關資料記載，1948年時，美國空軍在生產直升機螺旋槳葉片時，由于螺旋槳葉片的結構和形狀復雜，且對于加工精度的要求較高，故特意委托美國帕森斯公司制造一臺可以批量化生產螺旋槳葉片的設備。而在四年之后，帕森斯公司與美國麻省理工學院共同研究，最終制作了第一臺三坐標數控銑床，這一臺由電子管元件構成控制系統的數控設備成為了數控加工領域的先驅者。而在后續的1959年，數控機床才正式進入到了第二發展階段。這一時期的數控機床不僅具有了自動換刀的功能，且整個控制系統也得到了大幅度的概念和優化，原有的電子管被替換成了晶體管和電路板，控制效果與加工精度進一步提升。而在1965年時，集成電路開始在數控機床控制系統中得到了廣泛的應用，這不僅從根本上提高了數控機床的整體穩定性，且大幅度降低了數控機床的整體體積，其整體性能也得到了進一步提升，而量化生產也在這一階段得到了實現。最后一個階段出現在上個世紀80年代中期，彼時的數控機床主要通過計算機進行控制，且可以同步控制多臺數控機床。后續還有研發隊伍將半導體儲存器和微處理器應用于數控機床的操控系統當中。而在80年代的末期階段，隨著計算機技術的高速發展，數控機床的人機交互系統開始逐步呈現出人性化發展趨勢，整個數控機床的體積和規格也趨向于小型化發展，其自動化程度進一步提升，并具有了自動刀具檢測等諸多的新型功能。到二十一世紀以來，數控技術出現了更多的實用功能，例如，PC+CNC智能控制系統，它通過使用PC機安裝NC軟件系統，控制數控系統的正常運行，這種方式簡單而且便于維護，而且能實現網絡化控制操作。給機械制造行業的不斷發展制作了更多的發展方向[2]。

3 ?數控技術對于自動化機械制造的意義

國家的發展與繁榮富強離不開制造業的發展和進步，制造業不僅可以滿足社會發展和日常生活的必需品需求，同時也能夠帶來諸多的就業崗位，這不僅關乎社會發展和國民經濟水平的提高，且與我國的綜合國力之間有著密切的聯系性。數控技術在制造業中的應用不僅是對制造業整體的革新，同時也從根本上實現了生產力的提升。盡管與歐美等發達國家相比，我國在機械制造領域方面存在一定的不足之處，但在經濟全球化、技術全球化的發展趨勢之下，我國能夠以數控技術為指導，進一步提高我國制造業的整體水平，進而推動我國經濟實力的進一步提升。

數控技術在自動化機械加工機床設備方面。從傳統的加工機床不斷的向自動化及遠程控制的方向發展，向著高效率高精加工的方向發展。在機械制造過程中一般會經過很多工序的過程，而這個過程包括加工前設計準備階段、設計階段、審核階段、審核通過后材料的選擇、預處理，產品的預加工，而這些在以往可能會更多的是人工的完成。而數控技術的進入，讓這些工作變得更加高效方便，而且有很多問題都可以讓設備來代替人工的操作，從而大大減少因人工而造成的操作失誤風險。此外，數控技術的應用也從根本上對制造業的傳統加工制造流程帶來了改變。在傳統的制造加工過程中，人工參與的環節較多，包括設計、生產、檢驗等，而數控技術的應用則可以參與到其中的若干個環節當中，且基本上可以實現自動化，這也在一定程度上節約了人力成本。

4 ?數控技術在機械制造中的特點

4.1 智能化

信息技術的不斷發展，全球經濟化的腳步不斷加快，傳統的機械制造生產模式已經無法滿足我國人民日益增長的生活需求。不僅如此，各個行業對于機械制造的生產效率和生產質量也提出了新的要求，因此機械制造行業的自動化改革迫在眉睫。數控技術為機械制造行業的改革打了一針強心劑。數控技術通過引進先進的電子信息技術和數字信息技術、傳感技術等，將它們進行有機的結合，加入到機械制造的生產環節中。數控技術凝聚了新時代先進的計算機技術和各個領域人才、專家的智慧。而數控技術的一大重點特征就是智能化，通過計算機的智能控制來取代傳統生產模式中的人工操作，以實現高效率、高精度的工作模式。不僅如此，在傳統生產模式中，工作人員無法對生產環節的全程實時監控，而智能化很好地解決了這一難題。通過計算機對各個環節進行實時監控，一旦發現問題可以及時處理，極大地提高了生產環節的安全性。

4.2 多技術集成化

機械制造的另一個鮮明的特點就是多技術集成化。機械制造行業作為我國工業的重要組成部分，并不是一種單一的技術可以支撐的，而是多種技術在各個環節進行協調和配合，最終合成機械制造的整體。傳統的機械制造模式通常需要解決多種技術融合的協調問題，即如何將這些技術進行統籌規劃，在合適的環節發揮最大的作用。數控技術的加入很好地解決了這個難題，數控技術通過計算機的統籌控制，對各項技術進行集中、高效的管理，對機械制造各個環節需要用到的設備、系統、網絡等進行協調，充分發揮了多技術集成化的優勢。

4.3 虛擬化

除了上述提到的智能化和多技術集成化，數控技術還具備虛擬化的特點。數控技術的核心是數字信息技術，通過計算機對機械制造進行控制，而虛擬化則是由一臺計算機延伸出去，形成多臺虛擬的邏輯計算機。邏輯計算機受計算機的統一控制，同時可以單獨地運行不同的操作系統和不同的應用程序。這種并行計算的模式大大提高了數控系統的工作效率。

4.4 低適應度

盡管數控技術具備各種遠超傳統生產模式的優勢，在我國的機械制造業應用范圍依然不是很大，其主要原因就是數控技術在機械制造領域的適應度不高。首先，數控技術對于規模較小的小型機械制造企業適配度較低，多出現在機床制造等大型工業中;除此之外，數控技術在極端工作環境下無法較好地對系統進行控制，例如高壓、高溫等，數控材料在極端環境下很容易發生變形老化的問題，影響工作精度。這些問題都阻礙了數控技術的前進步伐，需要繼續深入研究以解決。

5 ?數控技術在自動化機械制造行業的具體應用

5.1 工業生產領域

數控技術目前廣泛應用于工業生產領域。隨著電子信息技術的不斷發展，我國的自動化機械制造業正在追求由智能控制來代替人工操作，以更好地推動行業朝著自動化、機械化的方向發展。自動化控制主要由控制單元、驅動單元和執行單元三部分組成，計算機作為中樞神經下達指令，最終呈現出一套自動化的生產系統。將數控技術應用到流水線生產過程中，不僅可以有效地提高生產效率和生產精度，還能夠代替嚴峻環境下的人工操作，大大提高工業生產的安全性，推動工業生產現代化、規范化。

數控技術將控制單元和數控單元進行有機結合，大大提高了企業的生產效率，提高了企業的經濟效益，因此在信息時代，越來越多的機械制造企業開始將數控技術引入生產車間，以推動企業現代化、自動化發展。但是數控技術依賴于電子控制單元，因此不可避免地會出現短路等意外情況，為了應對這種突發狀況，數控技術必須和傳感技術相結合，一旦發現意外，就通過傳感系統進行危險預警，對短路部位進行及時地檢修，盡最大可能降低損失，避免安全事故的發生[3]。

5.2 煤礦機械領域

隨著現代技術的飛速發展，傳統的煤礦機械已經無法滿足人們對煤礦日益增長的需求。傳統煤礦機械主要面臨的難題有采煤效率和切割效率低下，且需要高昂的人力成本，對企業造成了極大的負擔。數控技術的出現及時地解決了這個難題，數控技術通過自動化控制煤礦機械，實現采煤、切割自動化，不僅提高了企業的工作效率，還大幅度提高了企業的工作質量和工作精度。除此以外，數控技術取代了傳統煤礦機械中的人力操作，大大降低了企業原本高昂的人力成本，降低了煤礦開采的難度。

數控技術對傳統煤礦機械的作用不僅僅體現在煤礦開采和煤礦切割方面，數控技術還起到了防范安全事故的作用。數控技術通過對機械高精度地操作，極大地避免了煤礦企業生產過程中可能發生的意外狀況，增加了煤礦企業的安全系數，只需要通過對數控技術加大管控力度、實時監控就能夠大大降低風險。由此可見，數控技術對實現煤礦機械領域自動化、規模化、標準化有著推動作用，企業應當學習先進的數控技術和工作經驗，嚴格遵循數控技術的工作流程，將數控技術加入到自身的煤礦開采、煤礦切割環節中，以提高企業的工作效率和經濟效益，為全社會提供更高質量的煤礦[3]。

5.3 自動化機械制造汽車領域

近年來，隨著我國的經濟水平和工業水平逐漸提高，國民的生活質量和生活需求也隨之上升，因此汽車行業在新時代取得了長足的發展，進入了追求可持續發展、行業轉型升級的關鍵節點。工業化的發展也導致我國的汽車行業的質量要求水漲船高，國產汽車想要在競爭激烈的市場上占據一席之地，將先進的數控技術和傳統的汽車制造進行有機融合是提高企業核心競爭力的關鍵。數控技術通過數字信息和計算機來對生產環節進行控制，在汽車零件加工和零配件組裝環節已經得到了廣泛的應用。數控技術通過以高精度的計算機操控來代替傳統的人工組裝的方法，既有效提高了汽車制造行業自動化的腳步，也大大提高了最終產品的質量和企業的生產效率，從而滿足了消費者的核心需求，提高了企業的經濟效益，促進整個汽車制造行業的快速發展[4]。

數控技術不僅大幅度提高了企業的生產效率，還改變了企業的生產模式。隨著數控技術的普及，企業的生產模式也隨之發生改變，從傳統的大規模、低效率的粗放式生產經營模式轉變為現代化的小規模、高效率的生產經營模式，對企業樹立良好的企業形象、提高企業的自動化程度都有著積極影響。由此可見，數控技術對于汽車制造業的發展意義重大，數控技術通過應用先進的計算機技術和虛擬現實技術，對企業的生產環節進行干預，推動了整個行業的前進和發展。因此汽車制造行業應當抓住機遇，企業可以通過成立專門的科研小組，學習研究先進的數控技術，將其應用到生產環節中來。

5.4 在航空航天工業中的應用

我國的航空航天事業處于世界領先水平，航空航天工業的發展離不開數控技術的支持與幫助。在航空航天設備當中，每一個零件均需要系統、復雜的計算、設計和加工過程，尤其是對加工精度提出了較高的要求，而傳統的機械加工機床則無法滿足其精度需求。此外，在航空航天設備的組裝環節當中，人工組裝和裝備無法保證力度控制的準確性，這也會導致設備的整體質量下降。而從材料角度來看，航空航天領域的發展趨勢決定了其對于設備的重量控制要求較高，大部分航空航天設備的零部件均為鋁制材料或者鋁合金材料，且薄壁類大型零件的數量較多，加工難度大，精度要求高，人工加工無法滿足實際的應用需求。數控技術的應用則從根本上解決了航空航天設備加工的一切問題，其能夠制造出高精度、高強度的零部件，從而為推動我國航空航天事業的持續發展奠定基礎條件[5]。

6 ?我國數控技術的不足與發展方向

受到國家經濟發展因素的影響，數控技術在我國的起步時間較晚，且發展的初期階段主要依賴進口。進入新世紀之后，我國的經濟發展速度迅速，數控技術的整體水平與發達國家之間的距離也在持續性縮短，但這并不意味著我國已經實現了對發達國家的反超。從數控技術的發展現狀來看，我國的數控技術目前依然處于低速發展過程中，低端設備已經完全實現了自主生產，中端設備的發展速度較快，與國家差距較小，而高端設備依然依賴進口，尤其是部分高精密設備，依然需要通過高價進口的方式來滿足國內的供需。而從技術研發的角度來看，在中高端設備研發進度尚不完全的情況下，高精端數控設備的研發速度緩慢。導致這些問題存在的主要原因在于國內的數控系統加工制造企業的發展速度緩慢，多數企業依然停留在低位快速發展階段，其生產技術水平、精度、質量和性能方面與國際領先企業相比依然存在不小的差異性，整體上落后了10-20年左右。此外，我國的計算機基礎和集成電路技術與國外相比也存在一定的差異性，這也間接性影響到了我國數控技術的高精端發展。

考慮到我國數控技術的發展問題，后續應當進一步加強研發投資力度，并結合我國的基本國情逐步對相關標準規范制度進行完善，進一步打造國有品牌。同時，需要進一步給予數控設備制造企業一定的扶持，鼓勵相關企業加大投資和研發力度，實現創新性生產，組建獨立的技術研發團隊，逐步提高我國的綜合研發水平。其次，考慮到我國數控技術的整體滯后性，除了要進一步加強技術研發以及技術投入之外，還應當構建技術共享平臺，促進數控技術在不同領域的技術共享，這不僅可以加快數控技術的研發速度與效率，同時也能夠幫助各個企業節約技術投入資金，實現共同發展。此外，我國企業還應當積極借鑒、參考國外的先進技術，通過技術引進、人才引進的方式來逐步提升我國數控技術的綜合水平。最后，還應當進一步擴大數控技術的應用范圍。與歐美等發達國家相比較，我國數控技術的應用范圍較小。一方面是因為我國數控技術的整體自動化程度較低，應用范圍有限，另一方面則是企業不重視數控技術的應用，過于重視傳統的生產加工方式。對于機械制造企業而言，其應當加快數控技術與機械制造流程的相互融合，通過技術融合與優勢融合的方式，來獲取更好的效果。

7 ?小結

隨著工業的不斷發展，將數控技術應用到機械制造領域中成為了信息時代的風向標。數控技術對于我國機械制造行業的生產制造、煤礦開采、汽車制造等都有著推動作用，其智能化、多技術集成化、虛擬化的特點也極大地滿足了新時代的產業需求。但是數控技術也具備著應用的困難，還需要多方協同努力，早日解決。

參考文獻：

[1]龔春芬.數控技術在自動化機械制造中的應用對策[J].山東工業技術，2016（16）：30.

[2]盛湘.數控技術在自動化機械制造中的應用探究[J].2021（15）：56-57.

[3]劉彩花.數控技術在自動化機械制造中的應用分析[J].內燃機與配件，2020（10）：105-106.

[4]劉克榮.數控技術在自動化機械制造中的運用研究[J].內燃機與配件，2020（2）：67-68.

[5]張正.數控技術在自動化機械制造中的運用[J].商品與質量，2019（5）：112.