基于數控技術的機械加工機床分析

范虹

摘要：隨著社會的發(fā)展，人們對各類機械設備的需求越來越高，機械加工機床面臨的考驗越來越嚴格，優(yōu)良的機床，必須能夠有效應對高精度、異型、復雜曲面的零件加工，傳統(tǒng)的人工操作已逐漸無法滿足這種需求，因此我們亟需將數控技術更為深入地引入到機械加工領域。本文立足于此，首先探討了數控技術的原理，隨即分析了其在機械加工領域的應用，觀點僅供參考。

關鍵詞：數控技術；機械加工；機床；應用展望

中圖分類號：TP29 文獻標識碼：A

一、數控技術簡介

本文討論的所謂數控技術，是指狹義概念上的在機械加工過程中，對加工運動過程進行控制，從而實現(xiàn)所需要的被加工件形狀及精度的切削、焊接或擠壓成型進行控制的技術，是基于數控控制理論。與傳統(tǒng)機械加工技術最大的差異在于，數控技術更為強調自動化的檢測與運動補償，因此會涉及到傳感檢測、計算機控制等多領域的技術。由于其具有極高的計算機親和性，因此還能有效促進CAD技術的發(fā)展。目前，數控技術已逐步成為先進機械加工的主要技術，受到了科研人員的密切關注，其性能在不斷提升、功能被大幅拓展，適用的領域越來越廣。

數控技術工作原理主要是通過計算機系統(tǒng)，按照編制好的程序，控制工作臺或刀具的移動。在開始加工前，一般需要利用外部輸入設備，將預先編制好的各種數據信息、加工程序輸入到計算機中；隨后計算機內部解碼系統(tǒng)逐步解碼各條指令，直接控制各驅動電機，以符合運動要求的參數控制加工運動，在此步驟中，插補功能極為重要，同時為了保證運動路徑的準確性，對各類夾具的固定效果也有極高的要求；在加工過程中，傳感檢測裝置會持續(xù)對加工對象進行數據采集和分析，及時將修正數據反饋給計算機系統(tǒng)，以此保證加工的精密度。

二、基于數控技術的機械加工機床分析

（一）數控技術在機械加工機床中的應用現(xiàn)狀

1 數控技術在機床設備中的應用

機床設備是直接參與各類零件加工的主要設備，實現(xiàn)數字化控制，能夠有效提升機床的工作效率。數控技術在機床設備上的應用，主要是將計算機控制裝置與機床設備聯(lián)系起來而實現(xiàn)的。計算機控制裝置分析輸入的數控程序，向機床中心系統(tǒng)發(fā)出一定的控制指令，使其按照一定的順序執(zhí)行加工操作，即能實現(xiàn)數字化加工。

數控技術的最大優(yōu)勢在于，可以對零件的幾何信息進行數字化處理，可以精確操作人眼無法有效識別的細微進給，能夠保證復雜曲面的精確度，同時還能實現(xiàn)零件加工的一體化操作，減少了頻繁更換夾具、機床造成的誤差。

以一個極為簡單的零件加工為例，如果我們需要加工一個底面為φ21mm圓、頂面為φ20mm圓、高度為10mm的均勻變化柱狀體，在傳統(tǒng)機床上，熟練的工人或許能夠保證底面和頂面的直徑，但肯定也無法保證沿母線方向的均勻變化，故而難以保證加工的有效性。但在數控機床下，計算機能精確計算出每次橫向進給時的縱向進給量，使其滿足加工精度要求。

以家具機械中的鉆床為例，目前已成功研制出具備鉆頭自動轉換功能的單排木工鉆床，其示意圖如下。該數控機床鉆頭庫中共包含8個鉆頭，通過更換主軸，能夠很方便地進行鉆頭的切換，使得數控機床能夠一次性完成全部鉆孔加工，能夠大幅降低操作人力消耗。

圖1 某數控木工鉆床

2 數控技術在機床生產線上的應用

數控技術在機床生產線上的應用，實現(xiàn)了零部件各個加工工序的有序組織，減少了人力參與，使得部分及其困難，甚至人工無法開展的工序實現(xiàn)了自動化操作，有效提升了生產線的工作效率。與此同時，當生產流水線出現(xiàn)故障時，設備能夠實現(xiàn)緊急停止，能夠有效保證正常的加工秩序不受大范圍打亂，同時還能保護加工機床，在維修方面，由于控制計算機記錄了相關的數據，能夠方便我們進行故障的排查、解決。

以汽車車身的生產與組裝為例，如果不能在流水線上實現(xiàn)數字控制，自動調整車身的方位，而以人力去翻轉，自然難以保證各點的對位準確度，從而也就無法保證零部件的組裝精確度。而通過編制好的程序，配合輔助機器人，則能夠大幅簡化這一階段的工作。

圖2所示，為某生產線上的開環(huán)數控轉臺示意圖。

3 數控技術在機械加工系統(tǒng)中的應用

隨著數控技術的發(fā)展，各類機械加工系統(tǒng)也逐漸實現(xiàn)了數字自動化操作，雖然具體的工藝領域不同，但實現(xiàn)了數控操作，最大的作用同樣在于降低最終的人力及物力投入。

以機殼毛坯制造為例，目前數控技術應用較為廣泛的機床是氣割機床，能夠有效進行單件下料，實現(xiàn)加工過程的連續(xù)性；又以數控銑床為例，相較于傳統(tǒng)銑床，其加工孔洞的外形更為廣泛，同時因為其全封閉加工，還能夠協(xié)助我們有效進行廢料回收，對于實現(xiàn)節(jié)能減排具有一定的積極意義。

（二）數控技術在機械加工機床中的發(fā)展方向分析

從上面的分析能夠看出，數控技術應用于機械加工機床，確實能夠在一定程度上滿足目前的零件加工需求，但是從長遠上看，還是需要我們繼續(xù)開展深入的研究與實踐的。具體而言，我們需要從以下幾方面做出改進。

首先，提升自動化技術在數控機床中的應用，早日實現(xiàn)機械加工的無人化生產。數控技術最大的優(yōu)勢在于提升了機床的工作效率，然而從目前的現(xiàn)狀看來，還是很少有機床能夠實現(xiàn)無人化生產。因此，數控技術未來的主要發(fā)展方向，應該是結合各種專家系統(tǒng)、智能化技術、神經網絡技術、學習控制技術，實現(xiàn)加工智能化，進而實現(xiàn)加工自動化。同時，智能化還將帶來更為全面的加工網絡系統(tǒng)，這對提升相關企業(yè)信息集成度具有一定的積極意義。

其次，數控系統(tǒng)需要從效率和質量兩方面入手進行優(yōu)化。效率和質量一直都是現(xiàn)代制造業(yè)強調的重中之重，基于此，速度和精度也一直都是數控系統(tǒng)的重要設計指標，可以預想，在未來了很長一段時間內，我們的主要研究方向依舊是提升數控機場的加工效率和加工精度。

再次，數控系統(tǒng)需要實現(xiàn)更為有效柔性化生產。柔性化對數控系統(tǒng)的要求主要體現(xiàn)在兩個方面上：第一，單一的數控系統(tǒng)需要具備較高的柔性，需要利用模塊化設計，提升功能覆蓋面，并提升系統(tǒng)的可裁剪性，以更好地滿足更多用戶的需求；第二，同一群控系統(tǒng)必須能夠適應不同的生產流程，動態(tài)調整物料和信息流動，保證生產的有序進行。

最后，數控機床還應向著開放化、提升兼容性，多軸化、提高設備利用率，集成化、減少設備體積并提升安全性等方向發(fā)展，以更好地促進機械制造領域的發(fā)展。

結語

機械制造屬于重要的基礎工業(yè)，能夠有效促進國家的發(fā)展。為了有效提升零件生產加工的精度及效率，我們應該在機械加工機床中大力引進各種數控技術?；诖?，本文重點分析了何謂數控技術，并就數控技術在機械加工領域的應用現(xiàn)狀做了深入淺出的探討，在文章的最后，對數控技術的未來發(fā)展方向做出了一定的展望，旨在提升該技術的應用效果，為我國數控產業(yè)和設備制造業(yè)可持續(xù)發(fā)展奠定基礎。

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