機(jī)電一體化數(shù)控技術(shù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用

談 潔

（江蘇省靖江中等專業(yè)學(xué)校， 江蘇 靖江 214500）

1 機(jī)電一體化數(shù)控技術(shù)概述

機(jī)電一體化數(shù)控技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)更高的制造任務(wù)和加工任務(wù)，解決了傳統(tǒng)機(jī)床在工作流程中不能解決的問題，突破了常規(guī)機(jī)床在使用中的限制。采用機(jī)電集成CNC 技術(shù)可以實(shí)時(shí)地對工藝過程中的參數(shù)進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)，從而使生產(chǎn)的工作更高效、更方便[1]。在實(shí)際生產(chǎn)中，只需一次裝夾就可以實(shí)現(xiàn)，而且現(xiàn)有的機(jī)床具有模塊化的優(yōu)點(diǎn)，可以提高機(jī)床的使用效果，其中集成了許多不同的技術(shù)類型，包括通信技術(shù)、信息技術(shù)、光電技術(shù)以及遠(yuǎn)程控制技術(shù)等，能夠通過控制程序?qū)庸ぴO(shè)備實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理，減少了人工成本的投入。

2 機(jī)電一體化數(shù)控技術(shù)在機(jī)械制造中應(yīng)用優(yōu)勢

2.1 保證機(jī)械制造精度

將機(jī)電集成CNC 技術(shù)引入到機(jī)器加工中，可以實(shí)時(shí)獲取加工過程中的各種數(shù)據(jù)和參數(shù)，保證加工工藝中的數(shù)據(jù)和工藝指標(biāo)的精確[2]。機(jī)電一體化CNC技術(shù)可以根據(jù)生產(chǎn)過程中的各種資料，及時(shí)地找出生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題，從而確保產(chǎn)品的生產(chǎn)品質(zhì)。CNC 技術(shù)可以有效地對生產(chǎn)工藝進(jìn)行控制，以確保機(jī)床生產(chǎn)的順利進(jìn)行。在機(jī)械制造的時(shí)候，會受到信號的影響，從而影響到機(jī)器的性能。CNC 技術(shù)還可以儲存加工中的數(shù)據(jù)，為工人們的生產(chǎn)提供參考，工人們可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)來調(diào)整加工工藝的參數(shù)，確保機(jī)器產(chǎn)品的品質(zhì)。

2.2 提高加工效率

將機(jī)電一體化CNC 技術(shù)運(yùn)用到機(jī)器加工中，不僅可以確保機(jī)床的加工質(zhì)量，還可以對加工工藝進(jìn)行精確的監(jiān)控，而且還可以確保加工過程的連續(xù)性。在機(jī)械制造過程中，可以將機(jī)械制造與機(jī)械加工之間的連接，從而達(dá)到改善機(jī)器制造工藝的效果[3]。在進(jìn)行機(jī)械部件的制造時(shí)，可以確保工件的加工品質(zhì)，并可有效地防止由于手工操作而造成的錯(cuò)誤，從而造成無法再利用的問題。數(shù)字控制技術(shù)應(yīng)用到機(jī)器生產(chǎn)中，可以大大減少機(jī)器生產(chǎn)的周期，從而使機(jī)器的生產(chǎn)效率得到明顯的提高。

2.3 完善工業(yè)化系統(tǒng)

目前，我國的工業(yè)機(jī)器制造業(yè)發(fā)展迅速，生產(chǎn)技術(shù)也得到了顯著提高，但總體上仍有許多缺陷，尤其是對機(jī)床的控制和加工等領(lǐng)域。將CNC 技術(shù)運(yùn)用到機(jī)器加工中，可以使機(jī)床的生產(chǎn)管理體系得到進(jìn)一步的改善，從而推動我國的機(jī)床生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展。將CNC 技術(shù)引入到機(jī)器制造領(lǐng)域，可以幫助技術(shù)工作者進(jìn)行分析和研究，找到生產(chǎn)過程中的問題和障礙，從而解決生產(chǎn)過程中的問題，不斷地改進(jìn)和優(yōu)化機(jī)器的生產(chǎn)工藝，確保機(jī)床的整體技術(shù)水平得到進(jìn)一步的提高。如圖1 所示是某機(jī)電一體化機(jī)械設(shè)備。

圖1 某機(jī)電一體化機(jī)械設(shè)備

3 機(jī)電一體化數(shù)控技術(shù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用

3.1 數(shù)控技術(shù)在機(jī)床中的應(yīng)用

利用CNC 技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對機(jī)器的生產(chǎn)和控制，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對每個(gè)零件進(jìn)行嚴(yán)格的控制。如圖2 所示，數(shù)控機(jī)床是一種全新的制造裝備，其工作方式是利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，將所有的數(shù)據(jù)都錄入計(jì)算機(jī)軟件，進(jìn)行分析和記錄，從而實(shí)現(xiàn)對機(jī)床的每一個(gè)細(xì)節(jié)的控制。通過計(jì)算機(jī)編程，可以有效地控制設(shè)備，從而保證機(jī)床的零件能夠達(dá)到生產(chǎn)要求。

圖2 某型號數(shù)控機(jī)床

3.2 機(jī)電一體化數(shù)控技術(shù)在航空領(lǐng)域的應(yīng)用

航空工業(yè)中CNC 技術(shù)的應(yīng)用，對各種零件的精確性有很高的需求，必須保證其產(chǎn)品的品質(zhì)。目前，我國航空工業(yè)的發(fā)展呈現(xiàn)出多元化、一體化的趨勢，對航空工業(yè)的生產(chǎn)和加工工作提出了更高的需求。飛行器機(jī)身主要包括梁、皮、接頭等部分；是將機(jī)翼、起落架、引擎等連接在一起的飛行器零件。因?yàn)轱w行器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，零件種類比較多，所以零件的制作要求也不一樣。橫桿上的零件一般是扁的或者是長的，許多橫桿上的零件超過13 m。像是大型客機(jī)的骨架，就占據(jù)了整個(gè)機(jī)身的50%以上。外殼的材質(zhì)一般是由鋁合金制成，但是由于是鋁合金材質(zhì)，在生產(chǎn)和使用時(shí)，由于溫度較高，容易發(fā)生變形。另外，飛機(jī)的關(guān)節(jié)和滑軌等結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，通常都是用整體的毛料進(jìn)行處理，這種處理很可能會產(chǎn)生一些毛刺，無法達(dá)到飛機(jī)零件的高精度。如圖3 所示，在航空零件生產(chǎn)中運(yùn)用CNC 技術(shù)，能有效地確保產(chǎn)品的整體質(zhì)量。采用CNC技術(shù)對零件的整體結(jié)構(gòu)、尺寸、精度等進(jìn)行整體的綜合分析，保證零件的設(shè)計(jì)科學(xué)化，采用CNC 技術(shù)進(jìn)行零件的加工，可以提高零件的加工效率，從而形成規(guī)范科學(xué)的飛機(jī)零部件加工工藝流程，確保零部件加工過程保持較高的精密度，提升零部件加工的生產(chǎn)效果與質(zhì)量。

圖3 紐威數(shù)控五軸機(jī)床生產(chǎn)國產(chǎn)客機(jī)C919 零部件

3.3 數(shù)控技術(shù)在汽車行業(yè)的應(yīng)用

在汽車制造業(yè)中采用CNC 技術(shù)，可以保證加工工藝的可靠性，保證零件的加工精度。目前，在汽車工業(yè)的發(fā)展過程中，主要采用了焊接、涂裝、裝配等工藝，這不但可以保證汽車工業(yè)的高精度，而且還可以提高工作的效率和工作品質(zhì)。從資料上看，在整個(gè)汽車的焊接過程中，每一臺車的焊點(diǎn)都超過了4 000個(gè)。采用手工焊接工藝，不但很難確保其質(zhì)量，而且對工人的健康也有一定的不利影響。通過對計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，可以很好地解決手工焊接作業(yè)中存在的問題。利用激光傳感器和可視傳感器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對焊接的跟蹤監(jiān)控，準(zhǔn)確地控制了焊縫，實(shí)現(xiàn)了對焊縫的控制。

3.4 數(shù)控技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

當(dāng)前，隨著我國工業(yè)的快速發(fā)展，產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)的競爭也越來越激烈，為了在激烈的競爭中占據(jù)一席之地，必須不斷提升企業(yè)的生產(chǎn)效能和增強(qiáng)自身的競爭能力。將數(shù)字控制技術(shù)引入到工業(yè)中，對提高企業(yè)的生產(chǎn)力和在市場上的競爭力具有重要意義。在實(shí)際的生產(chǎn)中，利用數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對工廠的控制，將命令傳遞給工廠，由工廠的生產(chǎn)裝置接受命令；實(shí)現(xiàn)了對工廠的自動化，使機(jī)器的工作同步進(jìn)行，從而提高了工廠的工作效率。將CNC 技術(shù)引入到工業(yè)制造中，可以對各種工藝過程中發(fā)生的問題進(jìn)行早期的報(bào)警，從而使工作人員可以及時(shí)的找到問題并對其進(jìn)行相應(yīng)的維護(hù)，從而使工廠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，保證了工業(yè)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。將CNC 技術(shù)運(yùn)用于工業(yè)制造，不但可以提升工廠的生產(chǎn)力，而且可以減少工廠的人力資源。實(shí)現(xiàn)了自動化，降低了對工人的勞動成本，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。CNC 技術(shù)提高了工廠各車間的連接，改變了傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)備制造方式，提高了工廠的市場競爭能力。

3.5 數(shù)控技術(shù)在煤礦機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用

由于國民經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展，人們的生活品質(zhì)和對煤炭的需求量越來越大，煤炭工業(yè)的發(fā)展速度也越來越快。在礦井開采過程中，采掘工作人員根據(jù)礦井的不同情況，選用適宜的采掘儀器。采用現(xiàn)代化的采掘機(jī)械，可以加速礦井的采掘作業(yè)，并提高采掘作業(yè)的效率。將數(shù)字控制技術(shù)用于礦井采掘機(jī)械，可以使采掘機(jī)械的結(jié)構(gòu)得到最優(yōu)化，從而使采掘機(jī)械的使用更加有效。利用CNC 技術(shù)可以提高采掘裝置的切削速率，提高采掘作業(yè)的效率。在礦井機(jī)器中采用CNC技術(shù)，可以提高礦井的采掘作業(yè)的效率，減輕采掘工人的工作負(fù)擔(dān)，同時(shí)也可以提高采掘作業(yè)的效率；同時(shí)，還可以在礦井內(nèi)進(jìn)行其他的采掘作業(yè)，使得礦井的采掘工作更為標(biāo)準(zhǔn)化。

4 數(shù)控技術(shù)工作原理和數(shù)控在機(jī)械加工中的應(yīng)用優(yōu)勢

4.1 數(shù)控技術(shù)工作原理

CNC 的核心功能是可以從多個(gè)角度對機(jī)床的各種運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控和調(diào)整，包括信號、運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)量、檢測與定位等。通過編寫數(shù)控系統(tǒng)控制軟件，可以按照軟件設(shè)定的控制流程，實(shí)現(xiàn)各種硬件和裝備的操作。CNC 會對所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的解析，并將解析的數(shù)據(jù)進(jìn)行反饋，從而生成相應(yīng)的指令，由CNC 的機(jī)器來執(zhí)行。為了提高控制效率，在某些精度要求高的場合，必須采用插值運(yùn)算，以提高控制效率，同時(shí)通過CPU 的響應(yīng)數(shù)目來調(diào)節(jié)各參數(shù)，以確保機(jī)器的工作效率和穩(wěn)定性。

4.2 數(shù)控在機(jī)械加工中的應(yīng)用優(yōu)勢

4.2.1 技術(shù)精細(xì)要求

現(xiàn)在，各種行業(yè)對零件的需求量越來越大，為了保證零件的質(zhì)量，手工制作的方法越來越不適應(yīng)市場的需要，逐漸被淘汰。通過數(shù)控機(jī)床，可以將各種零件的生產(chǎn)制造信息和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)錄入到控制系統(tǒng)，通過CNC 系統(tǒng)對各種零件進(jìn)行數(shù)據(jù)化處理，減少了生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的差錯(cuò)，同時(shí)也可以確保生產(chǎn)過程的精度。在目前的生產(chǎn)中，數(shù)字技術(shù)的運(yùn)用和機(jī)床的精密控制可以取得更好的效果，從而使得CNC 技術(shù)在機(jī)械加工中的地位越來越重要。在實(shí)際生產(chǎn)中，CNC 技術(shù)還可以與電子制圖技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了程序設(shè)計(jì)的最優(yōu)，將復(fù)雜的3D 產(chǎn)品分解成了更為直觀和細(xì)致的加工方法。

4.2.2 工作效率要求

利用CNC 技術(shù)，可以精確地對機(jī)床的平整度、形位公差等進(jìn)行精確的控制，對加工路徑進(jìn)行全方位的硬化處理，既能保證產(chǎn)品的品質(zhì)，又能減少工序，使刀具在切割工藝中起到很好的效果，縮短了進(jìn)、退料的花費(fèi)。利用CNC 可以對各種機(jī)床操作進(jìn)行控制，特別是對機(jī)床進(jìn)行切削時(shí)，可以達(dá)到對機(jī)床的要求。推動產(chǎn)品批量制造，使其在實(shí)際生產(chǎn)和使用中獲得較大的經(jīng)濟(jì)利益。

5 結(jié)語

機(jī)電一體化CNC 技術(shù)是當(dāng)前機(jī)床生產(chǎn)中普遍采用的一種工藝，它將改變傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法，使生產(chǎn)的效率和精確性得到了極大的改善，從而為各行各業(yè)的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。目前，我國的機(jī)電一體化CNC 剛剛起步，發(fā)展中還出現(xiàn)了一些不夠完美的問題，因此必須將先進(jìn)的思想和技術(shù)應(yīng)用于今后的發(fā)展。目前，機(jī)電一體化CNC 已被應(yīng)用于礦井機(jī)械制造、機(jī)床設(shè)備制造、汽車、航天、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域，促進(jìn)了機(jī)械制造領(lǐng)域的迅速發(fā)展，保障了機(jī)械制造的高品質(zhì)。在今后的發(fā)展中，將會朝著高精度、高效率和柔性方向發(fā)展。