機械自動化在數控機床中的應用

李鴻源

(西安思源學院，西安 710038)

機械制造產業發展水平是反映國家經濟軟實力和科學技術發展水平的重要標志之一。機床產業為汽車、船舶、軍工、機械工程等各個裝備制造產業提供裝備，其下游是機械制造，因此機床產業與機械制造業關系緊密。機械產品的性能、形狀、結構和材料不斷完善，精度不斷提高，生產類型由大批量生產向多品種小批量生產轉化，機械制造產品日益精密復雜。數控技術是結合了計算機系統、自動控制、電機、電氣傳動、測量、監控等學科領域最新成果而形成的一門科學技術。目前，數控機床是車削加工較全能的數控機床，其可以把車、銑、螺紋加工等集中到一臺機床上，使其具有多種工藝手法。數控機床能夠很好地解決煩瑣、精密、小批量、多品種的零件加工問題，是一種柔韌的、高效的自動化機床。在傳統機械制造加工中，單件小批量生產約占70%以上，使用數控車床進行加工可在很大程度上提高產品質量，保證加工零件精度，減少勞動，為新產品的研制和改型換代節省大量時間和成本，提高企業產品競爭力。

1 數控機床發展現狀

數控機床又稱自動化機床，是一種使用程序控制其系統的自動化機床。數控機床由人機交互設備、輸入裝置設備、數控裝置設備、輔助機能控制裝置組成。2021年全年國內生產總值同比增長8.1%，兩年平均增長5.1%。貨物進出口同比增長21.4%。規模以上工業增加值同比增長9.6%，兩年平均增長6.1%。其中，裝備制造業增加值比上年增長12.9%。在良好的宏觀經濟條件下，2021年機床產業延續了2020年下半年以來的增長態勢，市場需求持續改善，進出口大幅度增長。機床產業運行繼續保持向好趨勢。2021年1-12月，金屬加工機床進口來源前十位的國家和地區，進口金額合計占比為93.6%。其中，日本、德國和中國臺灣占居前三位，三者金額合計占比高達70%以上(詳見表1)。

表1 2021年1-12月金屬加工機床進口來源前十位的國家和地區Tab.1 Top 10 countries and areas of metal-working machine tool import source from Jan. to Dec., 2021

進口來源前十的國家和地區，除新加坡之外，同比均呈增長態勢，泰國同比增長最高(185.9%)。其中，從日本進口額同比增長32.7%，增幅較1-9月收窄10.5%。從德國進口額同比增長10.8%，增幅較1-9月擴大8.8%。

2021年1-12月金屬加工機床出口去向前十位的國家，出口額合計占比為51.4%。其中，越南、美國和印度依次占居前三位，三者合計占比22.7%(詳見表2)。

出口去向前十的國家和地區，除越南之外，同比均呈增長的態勢，出口墨西哥金額同比增長最高(68.4%)。其中，出口美國金額同比增長28.7%，增幅較1-9月份收窄4.5%。出口印度金額同比增長55.2%，增幅較1-9月份收窄8.8%。

表2 2021年1-12月金屬加工機床出口去向前十位的國家Tab.2 Top 10 countries and areas of metal-working machine tool of export from Jan. to Dec., 2021

2021年我國機床工具行業延續了2020年下半年以來的回穩向好趨勢。受上年基數影響，營業收入等主要經濟指標同比增速前高后低，但全年同比增速仍處高位。同時，2021年機床工具各分行業的增長也比較均衡，各行業普遍實現了明顯增長。行業近十年來的下行走勢有望扭轉。

近年來，隨著新興產業的蓬勃發展，我國工業自動化控制技術、產業和應用有了很大發展，促進我國工業自動化市場規模不斷增長。數據顯示，2019年我國工業自動化行業市場規模達到1 895億元，同比增長1.61%。2021年我國工業自動化行業市場規模將達1 976億元，2022年將進一步達到2 087億元。數據如圖1所示。

圖1 2016-2022年中國工業自動化市場規模預測統計Fig.1 Statistics of market size forecasting of China’s industry automation from 2016 to 2020

2 數控機床與傳統機床的區別

更精確、更精密。傳統機床由于配件普通，在工作過程中，不一定能達到嚴絲合縫的效果。傳統機床為手工操作，精確度不準，存在重復操作的可能性。數控車床選用高科技的精密配件，轉動過程中無間隙，編碼控制器可以進行準確的位置測量，因此更為精確、精密。

成本低。傳統的機床需要大量的手工操作，因此熟練的操作工人必不可少，而培養一個熟練工人所花費的時間和金錢成本難以估量。操作過程中，傳統機床需要時刻緊盯，不能放松，極大消耗了時間成本。而數控車床只需要掌握操作技術，一個工人即可操作兩臺甚至兩臺以上的車床，大大降低了人工及時間成本。

3 自動化機床的價值意義

應提高生產水平，滿足市場和人們的需求。目前，制造業已經實現了科技化發展，各種數控式機床不斷涌現，作為現代制造業基本設備的數控車床，其發展和技術水平關系著我國制造業的整體發展。我國出臺了以“高檔經濟型數控機床與基礎制造裝備”為主要內容的科技重大專項，表明我國制造業高科技、高新技術發展升溫，數控車床將具有更大的發展空間。

目前，對于機械關鍵部件和大型關鍵模件的要求，已經由可以使用升級為精細、精密、優質、低成本、使用壽命長等。在部件或模件鍛造過程中，不僅需要高水平的鍛造工藝，還需要高科技、高效能的鍛造設備，數控車床的出現和使用將使我國制造業獲得巨大的收益。

我國的工業自動化行業起步較晚，早期在產品的可靠性上與國外企業存在較大的差距，但經過多年的發展，國內一些優秀廠商技術水平在不斷提高，逐步縮小了與國外品牌的差距，國內制造業升級帶來的機床、電子制造設備、紡織機械、醫療設備等領域發展的新契機，加快了對國外品牌的替代速度，國內廠商的市場份額持續擴大。我國相關領域對核心部件的“自主、安全、可控”提出了迫切需求，提高國產化率已成為我國產業鏈各企業的共識，這為工業自動化設備實現進口替代提供了良好的發展機遇。智能化數控機床使生產更安全，智能化數控機床的出現，大大節約了生產成本，可以為企業增收減支。

工業機器人機械手可以實現加工中心、數控車床、數控磨床、沖床、剪板機、折彎機、鑄造鍛造等機床設備的自動化加工，具有生產質量穩定、減少機床及刀具損耗、工作節奏可調、運行平穩可靠、維修方便等特點，可以同時滿足不同種類產品的生產，對用戶來說，只需作出有限調整，就可以很快進行產品結構的調整和擴大產能，大大降低產業工人的勞動強度。

4 結語

終端消費者對產品的需求多樣化和定制化程度在不斷提升，生產環節、工藝難度和制造水平都在增加，制造業廠商對產品質量、效率、精度及成本的要求越來越高，傳統人工操作的誤差及安全性風險導致制造業廠商對自動化生產需求強烈。我國制造業與工業發達國家相比，其差距主要體現在自動化水平方面。發達國家在大批量生產技術基礎上不斷向訂制化、智能化、集成化方向發展，采用從生產加工到檢測包裝的全程自動化控制技術，保證了產品質量，提高了生產效率。國內企業要縮小這部分差距，在自動化產品和技術方面不斷加大投入。未來，我國制造產業將不斷升級，實現工業產業自動化和智慧化發展。