數(shù)控加工技術(shù)的推廣

霍志偉

摘?要：數(shù)控加工技術(shù)是一種數(shù)控機(jī)床加工零件的工藝方法，本文主要介紹數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床的區(qū)別，數(shù)控機(jī)床的工作原理以及數(shù)控機(jī)床的未來發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：數(shù)控?;加工技術(shù);推廣

目前，數(shù)控加工技術(shù)已然是現(xiàn)代制造加工業(yè)的基礎(chǔ)。一開始，數(shù)控機(jī)床就解決了普通機(jī)床無法解決的加工難題，加工復(fù)雜性高的飛機(jī)零件。數(shù)控加工的最大特別是采用磁帶或者穿孔帶控制機(jī)床自動(dòng)工作。數(shù)控機(jī)床的誕生提高了現(xiàn)代制造業(yè)的生產(chǎn)效率，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)、汽車制造業(yè)、飛機(jī)制造業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域。下面我們將具體討論數(shù)控加工技術(shù)的特征以及數(shù)控機(jī)床的構(gòu)造和工作過程。

1.數(shù)控加工的特征

所謂數(shù)控機(jī)床加工，其實(shí)從工藝流程上講與普通機(jī)床加工是相似的，都是在機(jī)床上加工零件的工藝方法，但在細(xì)節(jié)上又有顯著差別，前者用數(shù)字信息來控制零件并使用刀具位移，很好的解決了零件批量小、品種多樣、精度高、形狀復(fù)雜的問題，并且更加高效和自動(dòng)化。

1.1高精度、高效率

與普通機(jī)床加工相比，數(shù)控機(jī)床加工的生產(chǎn)效率高，零件加工的時(shí)間也縮短不少，加工精度也更高。而且數(shù)控機(jī)床的剛性良好，能加工出精度要求較高的零件，并方便進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償和人工補(bǔ)償。

1.2自動(dòng)化程度高

不同于普通機(jī)床加工，采用數(shù)控機(jī)床加工零件，操作員的勞動(dòng)強(qiáng)度減輕，無需進(jìn)行重復(fù)的手工操作，因?yàn)閿?shù)控機(jī)床是按照事先編輯好的程序自動(dòng)完成零件加工，故操作員只需進(jìn)行安放操作鍵盤或者控制介質(zhì)、裝卸零件以及測(cè)量關(guān)鍵程序和不定期觀察機(jī)床的運(yùn)行。

1.3適應(yīng)性強(qiáng)

普通機(jī)床加工零件時(shí)需要手工制作鉆模板、凸輪、模型以及其他一些工具，但是采用數(shù)控機(jī)床加工就不需要。比如加工螺旋漿、葉片、模具等曲面型的零件時(shí)，普通機(jī)床需要將曲面展開為平面，數(shù)控機(jī)床則可以使用球頭刀直接進(jìn)行加工。

2.數(shù)控機(jī)床的工作原理

2.1數(shù)控機(jī)床的構(gòu)成

數(shù)控機(jī)床主要包含數(shù)控部分和機(jī)床部分，其中數(shù)控部分又分為數(shù)控介質(zhì)、數(shù)控裝置和伺服系統(tǒng)三個(gè)小部分。數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí)，先依據(jù)被加工零件的相關(guān)信息，采用代碼形式編輯成加工程序存放在控制介質(zhì)上，后經(jīng)閱讀裝置將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，接下來數(shù)控裝置會(huì)對(duì)接收到的控制信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算與控制，并將結(jié)果發(fā)送給伺服系統(tǒng)，最后伺服系統(tǒng)經(jīng)功率放大后通過驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)來驅(qū)動(dòng)機(jī)床完成各種加工動(dòng)作。

2.2數(shù)控系統(tǒng)的工作過程

數(shù)控部分是數(shù)控機(jī)床的核心部分，而數(shù)控裝置是數(shù)控部分的關(guān)鍵組件，所以要進(jìn)一步了解數(shù)控機(jī)床加工的原理，必須要對(duì)數(shù)控裝置的構(gòu)成以及工作流程有全面的認(rèn)識(shí)。

隨著微型計(jì)算機(jī)的不斷發(fā)展，目前越來越多的數(shù)控系統(tǒng)也采用微型計(jì)算機(jī)作為控制單元，此類數(shù)控系統(tǒng)我們稱為微型機(jī)數(shù)控系統(tǒng)。微型機(jī)數(shù)控系統(tǒng)主要包括中央處理器（CPU）、輸入/輸出（I/O）接口電路、存儲(chǔ)器等部分。其中CPU是核心成分，它按順序從存儲(chǔ)器中取出指令，并對(duì)指令進(jìn)行翻譯和運(yùn)算，完成后將產(chǎn)生的控制信號(hào)再依次發(fā)送給數(shù)控系統(tǒng)的各個(gè)部分，保證數(shù)控系統(tǒng)的每個(gè)部分都各司其職，有條不紊的正常工作。I/O接口電路可以稱之為是數(shù)控系統(tǒng)和外界聯(lián)絡(luò)的橋梁，主要有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)緩沖隔離、通訊聯(lián)絡(luò)、數(shù)據(jù)鎖存和功率放大等的功能。像紙帶輸入型接口、紙帶穿孔機(jī)的接口、盒式磁帶輸入型接口、通訊接口、顯示器接口、進(jìn)給伺服控制的接口、數(shù)控操作面板和機(jī)床上的各種接口都屬于I/O接口的典型代表。至于存儲(chǔ)器，主要存儲(chǔ)數(shù)控零件的加工程序和相關(guān)的系統(tǒng)軟件，以及作為CPU運(yùn)算的中間結(jié)果和處理后結(jié)果的緩存站。

2.3插補(bǔ)原理

我們知道，零件是各式各樣的，有簡(jiǎn)單的也有復(fù)雜的，但不管如何都是由直線、圓弧等的一些簡(jiǎn)單的幾何元素構(gòu)成的，即便是形狀很復(fù)雜的曲面、自由曲線，也能通過樣條曲面、曲線擬合而成。顯然易見，數(shù)控機(jī)床只需要加工出直線、圓弧等的幾何元素即可進(jìn)而加工出各種各樣的復(fù)雜零件，在這里就要運(yùn)用到插值或者逼近的方法。

為了讓刀具和工件表面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡迎合零件直線、圓弧的需求，要首先根據(jù)要求將一些相關(guān)信息輸入控制介質(zhì)，包括直線的起點(diǎn)坐標(biāo)/終點(diǎn)坐標(biāo)、圓弧的起點(diǎn)坐標(biāo)/終點(diǎn)坐標(biāo)、圓心坐標(biāo)、半徑以及圓弧的走向等，控制系統(tǒng)根據(jù)這些信息進(jìn)行控制運(yùn)算，將直線或圓弧的形狀描繪出來，并且在運(yùn)算的同時(shí)，根據(jù)運(yùn)算得出的結(jié)果按比例向各個(gè)坐標(biāo)軸分配進(jìn)給脈沖，從而得到所需要的運(yùn)動(dòng)軌跡，這整個(gè)過程就稱之為插補(bǔ)運(yùn)算。插補(bǔ)運(yùn)算的方法有很多，但最終的目的都是在滿足零件加工精度的要求下，定出最大的插補(bǔ)間隔，并運(yùn)算得出各插補(bǔ)段在零件表面曲線的起點(diǎn)坐標(biāo)和終點(diǎn)坐標(biāo)。目前，使用最多的插補(bǔ)算法主要有逐點(diǎn)比較法、數(shù)字積分法、單步追蹤法、最小偏差法、目標(biāo)點(diǎn)跟蹤算法、數(shù)字脈沖相乘法以及一些高次的曲線插補(bǔ)法。

3.數(shù)控加工技術(shù)的推廣使用

最初，數(shù)控加工技術(shù)源于航空工業(yè)的需要，經(jīng)過國際專家組多年的苦心研究與開發(fā)，如今數(shù)據(jù)加工技術(shù)日漸成熟。我國的數(shù)控加工技術(shù)在經(jīng)歷了從無到有，再到現(xiàn)在的頗具規(guī)模，不僅掌握了現(xiàn)代先進(jìn)的數(shù)控技術(shù)，還創(chuàng)建了多處開發(fā)與生產(chǎn)基地，更涌現(xiàn)出了大批數(shù)控方面的專業(yè)人才。

據(jù)相關(guān)調(diào)查報(bào)告指出，自2009年起，中國已成為世界第一大機(jī)床生產(chǎn)國，相應(yīng)的國內(nèi)的機(jī)床使用范圍也由起先的航空領(lǐng)域延伸到各行各業(yè)，尤其在汽車制造行業(yè)的應(yīng)用范圍最廣，其次在高鐵等的交通領(lǐng)域和機(jī)械制造業(yè)中都普遍使用中，當(dāng)然在航空工業(yè)中的發(fā)展應(yīng)用更加是突飛猛進(jìn)。更有學(xué)者指出要用數(shù)控加工技術(shù)建造未來，意指數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展可以推動(dòng)建筑行業(yè)的升級(jí)和發(fā)展，提高我國整體建筑工藝的水平。

4.數(shù)控加工技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)

為了滿足科學(xué)技術(shù)及市場(chǎng)的需求，現(xiàn)代制造業(yè)對(duì)數(shù)控加工技術(shù)的要求也將越來越高，縱觀整個(gè)發(fā)展形勢(shì)，數(shù)控加工技術(shù)的未來發(fā)展基本可以歸納為以下幾個(gè)方面：

4.1智能化

數(shù)控系統(tǒng)的智能可以有效提高生產(chǎn)效率，并減少人工的出錯(cuò)率。數(shù)控系統(tǒng)的智能化主要體現(xiàn)為追求加工質(zhì)量及加工效率的智能化，提高驅(qū)動(dòng)性能和使用連接方面的智能，簡(jiǎn)化操作、簡(jiǎn)化編程方面的智能，以及智能監(jiān)控、智能診斷等。

4.2高精度、高效的加工技術(shù)和裝備

先進(jìn)的制造業(yè)最終追求的都是產(chǎn)品的高產(chǎn)量和高質(zhì)量，而高精度、高速的數(shù)控加工技術(shù)則可以很大程度的滿足這一需求，不僅能提高產(chǎn)品的質(zhì)量，還可以縮短生產(chǎn)周期，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

4.2兼容性和個(gè)性化

客戶是上帝，滿足客戶的需求是廠商的第一要素，那為了滿足不同客戶的不同要求，生產(chǎn)廠家除了要具備普通數(shù)控系統(tǒng)的能力，必要時(shí)還要能生產(chǎn)具有個(gè)性化的數(shù)控系統(tǒng)。但值得注意的是，在進(jìn)行個(gè)性化定制生產(chǎn)的同時(shí)，要考慮到產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的兼容性。

4.3復(fù)合化

復(fù)合化是指在一臺(tái)數(shù)控機(jī)床上實(shí)現(xiàn)從毛坯到成品的所有加工，即一條龍服務(wù)。此外，經(jīng)調(diào)查，極端化、綠色制造、集成化、柔性化等都將是數(shù)控加工技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)。

5.結(jié)語

從數(shù)控機(jī)床的各個(gè)特點(diǎn)上看，數(shù)控加工技術(shù)已是現(xiàn)代制造業(yè)的核心骨干技術(shù)，今后隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展還將繼續(xù)發(fā)展壯大，我們應(yīng)充分發(fā)揮數(shù)控加工技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，為我國各個(gè)領(lǐng)域的生產(chǎn)制造業(yè)帶來便利。

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