機(jī)床數(shù)控技術(shù)在智能制造中的應(yīng)用探討

段好運(yùn)

（商丘技師學(xué)院，河南 商丘 476000）

當(dāng)前，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革孕育興起，5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)加速向制造業(yè)滲透融合，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化已成為制造業(yè)發(fā)展的主要趨勢。世界上工業(yè)發(fā)達(dá)國家都在積極謀篇布局，相繼出臺了制造業(yè)振興戰(zhàn)略，其中智能制造備受關(guān)注。機(jī)床數(shù)控技術(shù)作為一種先進(jìn)的制造技術(shù)被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、汽車工業(yè)、航空航天以及智能機(jī)器人自動化生產(chǎn)等領(lǐng)域，在智能制造中發(fā)揮著重要作用。

1 智能制造的界定和基本特征

1.1 智能制造的界定

目前，智能制造在國際上沒有統(tǒng)一的定義，各國表述不一?！吨悄苤圃彀l(fā)展規(guī)劃(2016-2020年)》提出：“智能制造是基于新一代信息通信技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)深度融合，貫穿于設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動的各個環(huán)節(jié)，具有自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行、自適應(yīng)等功能的新型生產(chǎn)方式。”智能制造的實(shí)現(xiàn)將會改變制造業(yè)的生產(chǎn)模式，形成一批智能制造裝備產(chǎn)業(yè)，提升我國制造業(yè)的國際競爭力。

1.2 智能制造的基本特征

當(dāng)今時代，智能制造方興未艾、前景廣闊，它作為制造業(yè)的一種全新的生產(chǎn)方式，深度融合了新一代信息通信技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)、自動化技術(shù)和人工智能技術(shù)，他使制造業(yè)的產(chǎn)品形態(tài)、設(shè)計(jì)和制造過程、管理方法和組織結(jié)構(gòu)、制造模式、商務(wù)模式發(fā)生了重大變革，將制造業(yè)帶入一個嶄新的發(fā)展階段，具有顯著特征。

（1）智能制造以智能工廠為載體。智能制造以制造為本，智能是實(shí)現(xiàn)制造的手段，沒有制造的加工過程，智能化便無從談起。智能工廠作為智能制造的載體，以構(gòu)建高效、節(jié)能、綠色、環(huán)保、舒適的人性化工廠為目標(biāo)，將智能化融入整個生產(chǎn)制造過程中，構(gòu)建智能化生產(chǎn)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)化分布生產(chǎn)設(shè)施，將人機(jī)物料多維度融合，高效完成智能化生產(chǎn)控制中心、智能化生產(chǎn)過程管控以及智能化倉儲運(yùn)輸和物流等工作。

（2）智能制造以生產(chǎn)關(guān)鍵制造環(huán)節(jié)智能化為核心。生產(chǎn)關(guān)鍵制造環(huán)節(jié)包含產(chǎn)品、裝備、生產(chǎn)過程、管理以及服務(wù)等內(nèi)容，各環(huán)節(jié)的智能化要同步實(shí)施，相互融合，密不可分，缺一不可。

（3）智能制造以端到端數(shù)據(jù)流為基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)實(shí)時流通共享是實(shí)現(xiàn)智能制造的重要條件，是數(shù)字化的具體體現(xiàn)。智能制造的系統(tǒng)層級自下而上共有五層，分別為設(shè)備層、控制層、車間層、企業(yè)層和協(xié)同層，不同層級之間數(shù)據(jù)暢通，實(shí)現(xiàn)信息協(xié)同共享，為各層級生產(chǎn)管理提供依據(jù)。

（4）智能制造以網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)為支撐。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是數(shù)字經(jīng)濟(jì)時代的重要基礎(chǔ)設(shè)施，智能制造用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)把設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)上，用大數(shù)據(jù)驅(qū)動制造智能化，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間、設(shè)備與控制系統(tǒng)之間、企業(yè)之間的互聯(lián)互通。

2 機(jī)床數(shù)控技術(shù)的概念及其在智能制造中的優(yōu)勢

2.1 機(jī)床數(shù)控技術(shù)的概念

機(jī)床數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字化信息對機(jī)床運(yùn)動及其加工過程進(jìn)行控制的一種技術(shù)。機(jī)床數(shù)控技術(shù)是數(shù)控機(jī)床的核心，是機(jī)床自動化加工的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)的推廣應(yīng)用改變了制造業(yè)的傳統(tǒng)生產(chǎn)方式，有利于制造業(yè)降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率、提升核心競爭力。

2.2 機(jī)床數(shù)控技術(shù)在智能制造中的優(yōu)勢

與普通機(jī)械加工相比，機(jī)床數(shù)控技術(shù)具有明顯優(yōu)勢。

（1）加工精度高。數(shù)控加床是按照零件圖樣要求的設(shè)定程序進(jìn)行自動加工的，人為因素影響較少，數(shù)控系統(tǒng)具有自動檢測和誤差補(bǔ)償功能，加工精度主要依靠機(jī)床系統(tǒng)來保證，零件在同一數(shù)控設(shè)備上進(jìn)行批量加工，能獲得較高的加工精度，重復(fù)精度高，質(zhì)量穩(wěn)定。

（2）加工效率高。機(jī)床數(shù)控加工自動化程度較高，可實(shí)現(xiàn)工件一次裝夾多道工序加工，使復(fù)雜的生產(chǎn)過程變得簡單化，減少生產(chǎn)準(zhǔn)備、機(jī)床調(diào)整、工序更換以及半成品轉(zhuǎn)移等輔助工作，極大地提高工作效率。

（3）勞動強(qiáng)度低。數(shù)控加工可以自動換刀、自動變速、自動開關(guān)切削液等，加工工序集中，多數(shù)工作不需要人工完成，改善了勞動條件，降低了勞動強(qiáng)度。

（4）加工零件適應(yīng)性強(qiáng)。數(shù)控機(jī)床適應(yīng)性強(qiáng)，適宜加工更新?lián)Q代快、批量小、復(fù)雜程度高的產(chǎn)品。同時，數(shù)控機(jī)床具有多軸聯(lián)動功能，借助CAD/CAM技術(shù)能高質(zhì)量地完成普通機(jī)床難以完成的復(fù)雜型面的加工，甚至能加工一些無法直接監(jiān)測的部位。

（5）生產(chǎn)管理水平高。在數(shù)控機(jī)床上加工生產(chǎn)，可以準(zhǔn)確計(jì)算零件加工時間，科學(xué)評估生產(chǎn)周期，產(chǎn)品交付時間。另外，借助局域網(wǎng)與機(jī)床通訊接口連接形成在線監(jiān)控系統(tǒng)，可以遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)控每臺設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)和生產(chǎn)現(xiàn)場情況。

3 數(shù)控加工技術(shù)在智能制造中的應(yīng)用分析

3.1 機(jī)械制造領(lǐng)域

隨著時代發(fā)展和社會進(jìn)步，人民的生活水平不斷提高，新產(chǎn)品更新?lián)Q代周期越來越短，需要加工各種不同需求的零件，對機(jī)械精密零件的需求越來越多樣化，個性化，如光電通訊精密零件、醫(yī)療設(shè)備機(jī)械零件、精密汽車零件、精密機(jī)床零件、精密模具零件、精密鐘表零件等。應(yīng)用數(shù)控加工技術(shù)在數(shù)控加工設(shè)備上可以實(shí)現(xiàn)這些零件的精密加工，適應(yīng)產(chǎn)品更新快、精度高的需求。

3.2 汽車工業(yè)領(lǐng)域

汽車產(chǎn)業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)的主要支柱產(chǎn)業(yè)，隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車產(chǎn)業(yè)逐步邁向智能化、電動化、輕量化、網(wǎng)聯(lián)化，汽車產(chǎn)業(yè)的全面升級與重塑即將到來，對汽車零部件及加工設(shè)備提出了更高的要求。高端數(shù)控機(jī)床制造企業(yè)緊跟汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展形式，在汽車零配件加工領(lǐng)域業(yè)研發(fā)不同的數(shù)控機(jī)床，比如，對稱性零件加工的對頭鏜銑復(fù)合加工中心，立式線性導(dǎo)軌加工中心，五軸立式加工中心等，機(jī)床數(shù)控加工技術(shù)升級換代，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜生產(chǎn)工藝的制定、汽車零件的制造。

3.3 航空航天領(lǐng)域

我國的航空航天事業(yè)發(fā)展迅速，在世界上處于領(lǐng)先地位，高精尖差異化的零件需求日益劇增，涉及到機(jī)翼、機(jī)身等大型零件，螺旋槳、渦輪葉片等復(fù)雜曲面加工，薄壁和薄筋等零件，這些零件對強(qiáng)度、剛度和可靠性要求很高，但材料性能剛度差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在普通機(jī)床上無法完成，高檔數(shù)控機(jī)床就能滿足高速、高精和高柔性的加工要求。

3.4 智能機(jī)器人自動化生產(chǎn)領(lǐng)域

科技快速發(fā)展，機(jī)器人代替工人作業(yè)逐步進(jìn)入不同行業(yè)。在智能機(jī)器人自動化生產(chǎn)中，數(shù)控技術(shù)也有著出色表現(xiàn)，比如在汽車制造過程中，智能機(jī)器人與數(shù)控技術(shù)有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了零部件制造、自動焊接、自動組裝，改變了傳統(tǒng)的汽車生產(chǎn)環(huán)境，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，減少現(xiàn)場工作人員數(shù)量，節(jié)約了企業(yè)生產(chǎn)成本。

4 機(jī)床數(shù)控技術(shù)在智能制造中的發(fā)展趨勢

隨著《中國制造2025》深入實(shí)施，制造業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域智能化水平顯著提升，機(jī)械產(chǎn)品的形狀和結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，加工質(zhì)量越來越高，對用數(shù)控技術(shù)實(shí)施控制的機(jī)床提出了更高要求，加快高檔數(shù)控系統(tǒng)、伺服電機(jī)、軸承、光柵等主要功能部件及關(guān)鍵應(yīng)用軟件研發(fā)，把高精高速、高柔性、高可靠性、集成復(fù)合化、智能網(wǎng)絡(luò)化作為未來數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢。

4.1 高速化和高精度化

高速可通過高速運(yùn)算、快速插補(bǔ)、超高速通訊以及高速主軸等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，數(shù)控機(jī)床的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)讀入加工指令數(shù)據(jù)后，能高速處理并計(jì)算出伺服系統(tǒng)的移動量，伺服系統(tǒng)能高速做出反應(yīng)。高精度是保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提，科技越發(fā)達(dá)，產(chǎn)品越尖端，質(zhì)量越高。

4.2 高柔性和高可靠性

數(shù)控機(jī)床適應(yīng)加工對象變化的能力強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)逐步由單機(jī)柔性化向單元柔性化和系統(tǒng)柔性化發(fā)展。比如，升級拓展數(shù)控機(jī)床功能，在數(shù)控機(jī)床上增加大容量刀具庫、自動換刀機(jī)械手、交換工作臺等裝置，配以工業(yè)機(jī)器人和自動運(yùn)輸小車，組成新的加工中心、柔性制造單元或柔性制造系統(tǒng)。通過采用抗干擾技術(shù)、提高元器件和系統(tǒng)的可靠性、提高自診斷和保護(hù)能力等技術(shù)，來保證數(shù)控機(jī)床在高負(fù)荷狀態(tài)下長時間地連續(xù)工作。目前，衡量數(shù)控機(jī)床可靠性主要參數(shù)的平均無故障工作時間越來越長，平均修復(fù)時間越來越短，有效度更接近100%。

4.3 集成化和復(fù)合化

數(shù)控機(jī)床要進(jìn)行高效加工，就要對具有單一功能設(shè)備進(jìn)行集成和復(fù)合，實(shí)現(xiàn)機(jī)床本體與數(shù)控系統(tǒng)集成，工序和功能復(fù)合，加工檢測一體化，如車削中心、車銑復(fù)合數(shù)控機(jī)床，五軸加工中心等設(shè)備就是集成復(fù)合化的成功案例。通過集成和復(fù)合，在數(shù)控機(jī)床上，工件一次裝夾可以完成車、銑、鏜、鉆、攻螺紋等多道工序的加工，甚至能完成除裝夾面以外的各個表面的加工。

4.4 智能化和網(wǎng)絡(luò)化

數(shù)控設(shè)備通過應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù)、引入專家系統(tǒng)指導(dǎo)加工、故障診斷專家系統(tǒng)、智能化伺服驅(qū)動裝置等措施，推動數(shù)控加工智能化程度不斷提高。數(shù)控機(jī)床通過多種通迅協(xié)議組建通訊網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，完成加工進(jìn)程自適應(yīng)、自診斷、自調(diào)整。

5 結(jié)語

機(jī)床數(shù)控技術(shù)在智能制造業(yè)中應(yīng)用領(lǐng)域廣、發(fā)展空間大，它的推廣應(yīng)用有利于提升企業(yè)的生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品的加工質(zhì)量,助力智能制造早日實(shí)現(xiàn)，推動制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級。