數控技術在機械制造中的應用和發展

杜延霞

【摘 要】制造業是國民經濟和國防工業發展的基礎，而數控技術水平的高低，很大程度上決定了一個國家的制造業水準。數控技術是基于計算機、傳感器、通信網絡等現代電子技術而出現的典型的機電一體化技術。相對于傳統的機械制造技術，其在加工精度、效率等方面有著巨大的優勢。基于數控技術的機床制造、煤礦機械、工業機器人技術等也取得了飛速的發展。隨著數控技術的不斷完善，相關研究領域又對數控技術提出了高速高精度加工、智能制造、柔性制造等多種未來發展方向。

【關鍵詞】數控技術；機械制造；應用發展

裝備制造業是國家工業發展的重要基礎。而以數控機床為代表的數控與智能制造設備，對于裝備制造業的振興做出了重要的貢獻。尤其是隨著計算機技術的飛速進步，數控設備的開發迎來熱潮，數控技術的應用范圍也越來越廣。我國自上個世紀五十年代開始研發數控技術，歷經了封閉式發展、引進技術、產業化、出口競爭等多個階段，取得了令人矚目的成就。能夠完成數十種高精尖數控機床的研發制造，基本掌握了世界水平的現代數控技術，相關技術規范也在逐漸完善過程中。

1 數控技術的基本概念

1.1 數控技術的定義

現代數控技術是基于計算機技術而興起的一項機械自動化技術。它是通過預先編程、數字控制的方法對機床、自動化生產線、機器人等設備實現自動控制的一項技術。數控技術得益于機械制造理論、計算機技術、傳感器技術、網絡通信等多項技術的發展與成熟。

1.2 數控技術的主要特點

相比起傳統的電氣和機械控制手段，數控技術的加工精度更好、對加工對象具有良好的適應性，具備更高的生產效率。數控設備可以更快捷地對機械加工參數進行修改，方便地生產出不同基本參數的工件；對于曲面等復雜表面零件可以很好地保證加工精度；換刀和進給速度高于傳統機床，使得加工效率大大提高。

2 數控技術在機械制造技術中的應用

2.1 數控技術在機床設備中的應用

數控機床是最典型的機電一體化產品，是當今世界工業化國家制造業的主流設備。數控機床的技術水平，是國家制造業工藝水平的重要衡量標準，而數控機床也是關系到國家經濟和國防工業發展的戰略物資。數控機床系統主要由核心控制系統和機床系統組成。在核心控制系統里，由嵌入式計算機裝置完成對數控指令的輸入、測定、編譯，并將執行代碼發送給可編程控制設備（PLC），再通過數控伺服單元對機床各個機構進行驅動，以執行主運動、進給運動等。數控機床按照工藝用途可以分為切削加工、成型加工、特種加工等多種類型

2.2 數控技術在機器人自動化生產中的應用

數字控制技術在機器人工業中的應用，最先體現在汽車工業中。汽車工業是研發實力雄厚的傳統工業，也是依靠機器人技術最先實現高度自動化的重工業。尤其是在汽車及其配件的流水化生產線中，以數控機床、加工中心和工業機器人為代表的數控系統，使得多品種、小批量、個性化的產品生產制造成為可能。同時，隨著經濟的不斷發展，以數控技術為代表的自動化制造技術也幫助企業很好地應對了勞動力價格上漲帶來地挑戰。可以說，正是由于數控加工技術的出現，使得現代工業機器人產業取得了長足的發展，使制造業和數控技術成為密不可分的整體。

2.3 數控技術在煤礦機械制造中的應用

煤礦機械屬于重型機械，其中有許多具有特殊加工要求的零部件，其加工制造難度相對較大。因此高效和高精度的數控技術再煤礦機械制造領域也取得了較為廣泛的應用。例如對于有密封要求的浮動油封，必須保證足夠精確的加工曲面精度，才能更好地保障密封地可靠性，而采用數控加工技術以后，油封地加工效率提高了5倍以上。而數控焊機、氣割機等設備也為采煤機地制造成型節省了大量的時間。

3 數控技術在機械制造技術中的發展

3.1 高速高精度加工

數控設備，尤其是數控機床，未來將會向著高速高精度加工發展。自上個世紀90年代以來，高性能機床伺服系統取得了長足的發展，高速主軸單元的轉速可達100000r/min以上，橫向切削進給運動速度可達60m/min，快移速度可達兩倍以上。高速切削可以明顯提高數控機床的加工效率，且根據切削物理學家Salomon的高速切削理論，當切削速度超過一定范圍以后，切削溫度和切削力反而會有所降低，對于性能特殊的現代化刀具和工件材料而言，這樣的高速加工可以提高表面加工的質量及精度，起到保護刀具的作用。

3.2 智能制造技術

對于數控技術，智能化是近年來發展的一個熱點。智能制造技術在數控技術上的應用，可以體現為兩個方面：第一是加工、診斷和編程的智能化，傳統的數控加工技術，在環境溫度、切削材料等加工條件發生變化時，只能由操作人員對加工參數進行手動調整而智能化編程控制技術，可以判斷加工過程的變化，通過自動編程對切削用量、方案進行優化，當加工出現問題時，還可以對故障進行自動診斷；第二是交互的智能化，傳統的數控設備，其與操作人員的交互行為主要通過計算機數據接口和機械、電氣按鍵，對非專業用戶而言不是十分友好，而智能化圖形交互界面可以通過文字、圖形、菜單、窗口的形式與用戶進行交互，大大方便了用戶的共工作。另外，在智能制造領域還有一些更加前沿的技術理論，如科學設計、計算的可視化技術，其可以采用多媒體、三維建模、虛擬樣機等將工件的設計制造過程可視化，大大縮短了設計、制造、加工的周期。

3.3 柔性制造技術

柔性制造技術是數控技術發展過程中出現的一個重要概念。它最早由美國和日本的制造企業提出，是指以統一的信息控制系統為基礎，對多臺數控加工設備、物流設備進行管理和調控，從而形成的一套隨加工對象的變化而不斷變換適應的自動化機械制造系統。柔性制造技術具有很高的自動化程度，其可以根據零件的加工要求自動對刀具、夾具進行更換，并對加工過程進行實時監測，以控制相關的運輸工作。柔性制造技術依據其規模大小，可以分為柔性制造單元、系統、生產線三個層級。而整個柔性制造體系又包含了加工、物流、信息等多個層級，是一項綜合程度很高的數控應用技術。

結束語

總而言之，我國數控技術是現代制造業發展的基礎性技術，只有充分掌握數控技術，才能將其更好地應用與汽車、航空航天、船舶、兵器制造等多個領域。雖然我國的數控技術水平在過去的幾十年間取得了很大地提高，但與世界頂尖水平仍然存在一定差距。如何提高數控技術的產業化水平，將我國從數控產業的制造大國轉型為制造強國，是相關研究領域和企業需要考慮的問題。本文僅對數控技術在制造業中的應用和發展進行了簡單梳理，對于相關研究工作的進行具有一定的參考意義。