數控技術在機械制造中的實踐運用

袁蕊

（山東省輕工工程學校，山東 青島 266000）

CNC技術是基于計算機和控制技術發展起來的一門新興技術，其應用范圍非常廣泛，能夠實現對機床的整體控制，提高機床的精度、效率和質量。根據目前數控技術在自動化加工中的應用現狀，指出了其存在的問題，并將其應用到自動化加工中，以推動CNC技術的進步和自動化企業的發展。

1 數控技術的概念界定

1.1 數控技術的概念

數控技術顧名思義就是由數字信息技術和控制技術組成的，它是利用數字化信息技術實現對機器和機器的高精度、高質量、高效率的控制，從而加快工業的自動化進程。數控技術是一門綜合技術，涉及各個領域的專業知識，將其結合起來，形成目前已知的CNC技術。隨著信息全球化和電子信息技術的飛速發展，CNC技術也在飛速發展。尤其是在發達國家，對于數控技術的研究尤其重視，美國、日本、德國等國家，都是世界上最先進的。他們率先采用了CNC技術，極大地促進了整個行業的自動化和規?；?。在此基礎上，我們應該借鑒國外先進的先進技術，并根據我國的產業特征，把數控技術運用到各個領域。

1.2 數控技術的發展

CNC技術起源于20世紀中葉，據有關資料顯示，美國空軍在1948年生產直升飛機的螺旋槳葉片時，由于螺旋槳葉片的形狀和結構比較復雜，而且需要很高的加工精度，所以專門委托美國帕森斯公司進行批量生產。直到1959年，才算是真正地進入了二次開發。這一階段的數控機床不但具備了自動換刀的功能，同時，對整個控制系統進行了改進和優化，由原來的電子管變成了晶體管和電路板，提高了控制效率和加工精度。1965年，IC被大量地應用于CNC的控制系統，它不但使整個數控機床的整體穩定性得到了極大的改善，而且總體性能也得到了極大的改善，并在此基礎上實現了批量生產。到了80年代中期，CNC主要由電腦來完成，并能同時對多臺CNC進行控制。接下來，還組織了一支研究團隊，將半導體存儲裝置和微處理器，用于控制數控機床。到了80年代末，隨著電腦技術的飛速發展，數控機床的人機交互技術也逐漸走上了人性化的道路，整體尺寸都朝著微型化方向發展，自動化程度不斷提高，同時還具備了許多新的功能。

新中國成立后，我們對機械制造業的重視程度就很高，從一貧如洗的爛攤子，到東風汽車的開動，再到東方紅拖拉機的問世，再到首顆人造衛星的升空，無不體現出我國在工業發展方面的努力。新中國成立后，我們的制造業雖然取得了巨大的進步，但與歐洲的先進資本主義國家相比，還是有很大的差距，美國最早在40年代就發明了三軸銑床。周期長只是缺點，最麻煩的是，它的品質極不穩定，例如，它的大小可以控制在一定的范圍內，但它的大小會變得不穩定，形狀也會變得不穩定。而表面粗糙度等參數則無法保證。針對上述問題，我國在有關方面的關注和指導下，開始引進和開發數控系統，例如，廣州數控，北京凱恩帝數控，沈陽I10數控，華中數控等，其中華中數控為最具有代表的數控系統。將CNC與機器的完美結合，就形成了一臺CNC。現在國內不僅有數控車床、數控銑床、數控刨床、數控磨床等設備，還有五軸數控機床的制造能力。

1.3 數控技術對于自動化機械制造的意義

雖然相對于歐美等發達國家來說，我們在機械制造領域還有些欠缺，但是，在經濟全球化和技術全球化的大背景下，我們可以通過CNC技術來進一步提高我們的制造業水平，從而促進我們的經濟發展。數控技術在機床的自動化加工中的應用。由傳統的機械加工設備向自動化、遙控、高效率、高精度發展。在機械制造中，通常要經歷許多的工藝過程，其中包括預設計、設計、審核、材料選擇、預處理等，而過去往往需要手工操作。但是，隨著CNC技術的出現，這種工作就變得簡單、快捷，并且許多問題都可以由機器來解決，可以極大地降低人為因素帶來的錯誤。在傳統的生產工藝中，設計、生產、檢驗等多個環節都需要大量的人工參與，而NC技術可以參與各個工序中，并且能夠實現基本的自動化，從而節省大量的人力資源。

2 數控技術在機械制造中的特點

2.1 智能化

隨著信息化和全球化進程的加速，傳統的機械制造方式已不能適應人們對生活的要求。此外，各行業對機械產品的生產效率、產品品質的要求也越來越高，因而對其進行自動化改造已成為當務之急。數控技術是我國機械制造業改革的一大亮點。數控技術是將現代電子信息技術、數字信息技術、傳感技術等多種技術相結合，應用于機械制造的各個環節。數控技術是當今世界計算機技術的結晶，是各個領域的人才和專家智慧的結晶。而NC技術的一個重要特點就是智能化，它可以代替傳統的手工操作，實現高效率和高精度的工作方式。此外，在傳統的生產模式下，員工不可能對整個生產過程進行實時的監測，而智能技術可以有效地解決這個問題。采用電腦對各環節進行實時監測，發現問題后能及時處理，使生產過程中的安全得到很大的改善。

2.2 多技術集成化

多項技術的集成化是機械制造業的一個顯著特征。機械制造業是國家的一個重要產業，它不能依靠某一項技術來支持，而是需要各種技術的協同作用，從而形成一個完整的機器制造業。傳統的機械加工方式往往要解決多項技術之間的協同問題，也就是如何將各種技術有機地結合起來，使其在適當的環節中發揮出最大的效用。數控技術的引入為解決這一問題提供了有力的支持，它是利用計算機的綜合控制技術，實現對各種技術的集中和高效管理，實現了對設備、系統、網絡的統一管理，實現了多技術的一體化。

2.3 低適應度

雖然在很多方面都比傳統的生產方式要好，但是，在國內的機械制造業中，它的應用并不廣泛，這主要是因為它不適合機械制造。首先，NC技術不適合小規模的小型機械制造業，主要集中在機床等大型行業；另外，NC技術在高溫、高壓等極端條件下，很容易產生變形、老化等問題，從而影響加工精度。這些問題制約著數控技術的發展，必須進一步深入地研究和解決。

3 數控技術在自動化機械制造行業的具體應用

3.1 工業生產領域

自動控制系統由傳感器、驅動、控制3大模塊構成，以電腦為核心，發出各種指令，最后形成一個完整的自動化生產體系。然而，CNC技術主要依靠電子設備，難免會出現短路等突發事件，所以在遇到緊急情況時，數控技術要與傳感器技術結合起來，在發現故障的時候，通過檢測系統來進行報警，對故障進行處理，盡量減少故障，減少安全隱患。

3.2 煤礦機械領域

隨著科學技術的迅速發展，煤礦機械已不能適應煤礦生產的要求。傳統的煤礦機械存在著開采效率低、切割效率低、人工費用高等問題，給企業帶來了很大的壓力。NC技術的出現，為煤礦采掘、切割自動化提供了一種新的途徑。此外，在傳統的煤礦機器中，NC代替了人工作業，使企業原來的高人工成本大幅下降，使煤礦的生產難度大為降低。數控技術對傳統煤礦機械的影響，不僅表現在煤礦的采掘領域，而且在預防安全事故中發揮著重要的作用。

3.3 自動化機械制造汽車領域

近幾年，隨著我國經濟、工業的不斷發展，人民對生活的要求越來越高，汽車行業也迎來了新的發展時期，進入了轉型升級、可持續發展的重要時期。隨著工業化進程的加快，國內的汽車工業對品質的要求也越來越高，為了在激烈的競爭中占有一席之地，必須把先進的數控技術與傳統的汽車制造業相結合，才能真正地提升自己的競爭力。

數控技術是利用數字化技術和電腦技術來實現對制造過程的控制，目前已被廣泛地用于汽車零部件的制造、裝配等各個環節。從這一點可以看出，數控技術在汽車工業中的地位是非常重要的，它是將現代計算機技術與虛擬技術運用到生產中，達到了促進汽車工業發展的目的。所以，汽車工業應該把握這個機會，組建一個專門的科研團隊，學習和研究先進的NC技術，并將其運用到生產中。

3.4 在航空航天工業中的應用

我國的航空航天技術在國際上居于世界前列，而我國的發展需要借助CNC技術。在航空航天裝備中，每個部件都需要復雜的計算、設計和加工，特別是加工精度的要求更高，常規的加工機床已不能滿足這些要求。另外，由于在航天器裝配過程中，由于手工裝配不能保證對力量的精確控制，從而造成了設備的整體質量降低。而在材料方面，由于航天技術發展的需要，其對設備的質量要求也越來越高，絕大多數的飛機裝備都是采用鋼合金、鋁合金等材質，并且由于薄壁型大零件的存在，使得其制造工藝的難度和精度都有很大的提高。利用CNC技術，可以從根本上解決航空航天裝備的所有問題，使之具有高精度、高強度的零件性能，為我國航天工業的可持續發展打下了堅實的基礎。

3.5 在模具制造中的融合應用

模具的結構十分復雜，需要很高的匹配精度，而且所需的材料具有很高的硬度，這就需要很高的生產工藝。常規的生產工藝和方法，不僅不能保證產品的品質，而且生產周期也很長，而且往往會延遲交貨，從而影響產品的銷售。在目前的階段，模具生產企業急需一種高質量、高精度、高效率的加工方法來實現模具的生產。由于其精度高、效率高、操作簡單等優點，在模具加工中得到了廣泛的應用。

3.6 機器人制造領域

數控技術在工業機器人制造中的應用越來越廣泛。數控技術取代了傳統的人工控制，極大地改變了工業機器人的生產與制造方式。NC技術是利用模擬人工操作來提高機器的生產效率，并改善其加工品質。以機械替代手工，加強與互聯網的連接，實現工業自動化生產。這是一個真正的工業信息化，也是我國工業發展的一大進步，推動了工業的進一步發展，為實現工業的全面信息化奠定了理論和實踐的基礎。

4 我國數控技術的不足與發展方向

由于受國內經濟發展的制約，我國的數控技術起步較晚，發展初期主要依靠進口。新世紀以來，我國經濟快速發展，總體上，我國的數控技術與世界先進國家的差距不斷縮小，但這并不代表我們就能超越發達國家。從當前的發展狀況來看，我國的CNC技術還處在一個緩慢的發展階段，低端設備基本都是自己制造，中端設備的發展也比較迅速，與國外的差距也不大，但高端產品仍然是依靠進口，特別是一些高精度的儀器，還得靠高價進口。而在技術開發方面，由于中高端裝備的開發進度并不成熟，因此，我國高精度的數控裝備研發工作進展較慢。造成上述問題的主要原因是我國CNC系統加工企業發展較慢，大部分企業仍處于較低的高速發展狀態，生產工藝、精度、質量、性能等指標均與世界先進水平有較大差距，總體上落后10～20年。

首先，我國的計算機基礎和IC技術水平與國外有較大的差距，從而間接地制約著國內的高精度發展。鑒于國內數控技術發展的現狀，今后應該加大研發投入，并根據我國的實際情況，逐步完善相關的標準和制度，以進一步塑造國家品牌。同時，還要對數控裝備制造業進行更多的支持，鼓勵其加大投入、研發、創新、建立獨立的技術研發隊伍，逐步提高我國的綜合研發水平。

其次，鑒于目前國內的數控技術發展滯后，在加大技術研發和技術投資的同時，還應該建立一個技術共享平臺，推動多個行業的技術共享，這樣既可以加速數控技術的開發速度，又可以為各大公司節省技術投資，實現協同發展。同時，要積極借鑒和借鑒國外的技術，通過引進技術和人才，逐步提高我國的數控技術水平。

最后，應該把CNC技術應用到更廣泛的領域。在歐美等發達國家中，數控技術在國內的應用還不夠廣泛。一方面，由于國內的CNC技術總體水平不高、使用范圍不大，另一方面，由于國內企業對CNC技術的運用不夠重視，對傳統的工藝方法也過分強調。對機械制造企業來說，應該加速數控技術和生產工藝的結合，以此實現數控技術的結合和機械制造的結合。

5 結語

隨著工業的快速發展，在機械制造領域中使用數控技術已成為當今信息時代的潮流。CNC技術在國內的工業生產、煤礦開采、汽車制造等領域發揮了重要的作用，其智能化、多技術集成和虛擬化的特征也為工業的發展提供了有力的支持。然而，數控技術在實際應用中也存在一定的難度，還需各方共同努力，對其進行深入研究。