数控技术在自动化机械制造中的运用

郝芳

【关键词】数控技术；自动化；机械制造；运用

引言

现阶段，我国工业化水平在科学技术发展的刺激下也有了进一步的提升，传统的机械生产加工已然无法适应实际需求，越来越多的机械制造企业开始转型升级。数控技术即数字化控制技术，将计算机技术、网络技术等多种技术充分融合，该技术也被广泛地应用到我国各项工程技术的发展过程中，其中应用最多的当属机械制造领域，既能够提高机械加工生产的效率，也明显降低工作人员的劳动强度。为全面系统地推动自动化机械制造的持续健康发展，也为了促进我国制造业的智能化发展，必须加强对数控技术的研究与应用。

一、 数控技术的应用优势与特点

数控技术顾名思义就是指利用计算机网络来实现控制的一种自动化技术，它能够实现机械制造的自动化、程序化，详见图1[1]。在机械加工中应用数控技术，对于提高机械加工的精度和生产质量有着重要意义。不仅如此，在生产过程中还能够有效降低人力劳动的强度，便于企业更好地进行生产管理。由于数控技术实现了电子计算机的自动化控制，在加工过程中，对于一些较为复杂的、精密的零件也能进行精确加工。因此该技术具有精度高，效率高的特点，也正是由于数控技术的这些优势，其在现代机械加工中得到了较为广泛的应用，这对于提升机械加工的效率和自动化有着重要意义，为企业带来了更高的效益。

图1 数控系统示意图

二、 数控技术在国内外的发展现状

（一）数控技术在国外的应用现状

现阶段国外在数控技术的应用上发展较快，主要原因是国外在这一方面的研究起步较早，并且已经建立起相对完善的人才培养体系，在发展的过程中也通过相关的政策鼓励企业不断进行创新，发展高端的数控技术。至今，国外已经拥有了较为高端的数控自主创新体系，德国、美国、日本都掌握着数控系统的领先技术，走在时代前列。如今人工智能、互联网、大数据等前沿信息技术相继与数控技术融合，推进工业化与信息化深度融合，促进机械制造产业优化升级。

（二）数控技术在国内的应用现状

长久以来我国对于数控技术的研究一直处于缓慢发展状态，与西方发达国家相比，我國数控技术早期在精确度与稳定性都存在明显差距，低端的数控技术正在不断发展中，而高端技术却依然需要从国外进口，这一现状对于我国的数控技术发展极为不利。造成这种结果的原因是我国多数企业在发展过程中对数控设备采取粗放式的管理，落后的生产设备加上企业管理人员对于数控技术发展的不重视，导致我国数控技术在发展过程中受到了严重的限制[2]。伴随着研究的持续深入，我国民营数控系统企业异军突起，中高端数控机床正在不断扩大市场份额，数控技术加工精度也已提升至微米级（0.001mm），国产数控技术呈多样化发展趋势。

三、数控技术在自动化机械制造中的运用

（一）利用数控技术构建自动化运行系统

传统的机械制造主要是依靠人力来进行的，虽也在制造与生产中运用数字编程进行辅助，机械制造自动化并未在真正意义上得以实现。而数控技术的出现，使机械制造业上升到了一个新的高度，也有了新的名称，即自动化机械制造。“自动化”是自动化机械制造的核心，它能代替人力进行机械制造与生产，大大提高了机械制造与生产的效率与完成质量，目前已被相关企业广泛应用。

数控技术在机械制造中最为常见的一项应用就是构建自动化运行系统。随着社会的进步和科学技术的迅猛发展，人们对于先进设备的需求量不断增加，越来越多的新型设备和仪器已被生产并投入使用，在这种大环境的影响下，传统的半编程程序已无法适应社会快速发展的需要，因此相关技术员开始利用数控技术进行构建自动化运行系统[3]。

在自动化运行系统开始构建之前，相关技术员要对企业内的生产设备进行了解与检查，对该企业的机械制造流程进行深入研究与分析，并针对企业自身的个性特征与实际情况进行详细的分析，比如企业规模大小、生产产品的种类、地理位置等，在此基础上利用数控技术在控制制造与生产的计算机中输入各种数据，对机械与生产的整个流程进行编程操作，以确保该企业拥有与自身最适配的自动化运行系统，保证机械制造与生产的顺利进行。

数控技术在机械制造自动化系统的主要应用流程（如图2[4]）如下：工作人员在总控制台将提前编好的程序输入进自动运行系统中，给其一定的反应时间，然后在此基础上输入运行指令，系统就会对数据与程序进行初步的译码和预处理，然后将信号传递给相关的机械制造设备，机械设备在收到信号指令后会自动开启生产与制造模式，从而完成全自动化的机械生产。利用数控技术构建自动化运行系统能大大提高设备的运行速度与效率，极大程度上减少了操作失误，为企业的发展开辟了新的方向与道路。

图2 数控技术在自动化机械制造的应用流程

（二）自动化机械制造中的监督与管理

1.安全管理

自动机械制造虽可以在具体生产中实现自动化，但也不可能完全放弃人力作业，因此机械制造中的人员和设备的安全性还无法完全保障。因此可以利用数控技术对自动化机械制造与生产的全过程进行安全监管，确保人员与设备的安全。

利用数控技术对自动化机械制造进行安全监管具体可分为两种情况。第一。若该企业仍依靠人力进行安全检查与管理，也可在此基础上在相关设备中安装自检程序，这个自检程序可以对设备进行定期检测，将设备的原有数据信息与一段时间内的新数据进行对比，得出偏差结果，若二者偏差较大，说明该设备已经出现安全问题，此时的自检程序会将数据信息发送至维修员或工程师的计算机中，使维修员能及时查看该设备的问题，并对其进行维修；第二，若该企业发展较为迅速，已在企业内部引进无人机、智能机器人[5]（如图3）等设备进行维修，则可以在此基础上利用数控技术对机器人的程序进行更新升级，加大智能机器人的检测范围和力度，与设备的自检程序不同，利用智能机器人等进行安全检查不仅能更加快速地找到安全隐患，还能对此处的安全隐患进行数据分析，形成一套最佳解决方案，并将数据分析结果与自动生成的最佳方案一起反馈给维修工程师，这样能有效避免维修工程师进行二次检测所造成的时间浪费，大大提高了工作效率，确保设备的安全性[6]。

图3 智能机器人

2.对生产过程的全面监管

除了可以利用数控技术对相关设备进行检查与维修，还能将其运用在制造与生产的监管中。自动化机械制造虽因其高精确、高效率的特性，在一定程度上代替了人力，但还是无法避免生产中操作失误等情况的出现，若没有及时发现错误之处，任由其继续运行下去，不仅会损害相关高价设备，情节严重的还可能导致整个生产的停滞，对该企业造成巨大的经济损失。

因此为了尽最大可能避免生产与制造过程中出现失误，必须对生产与制造全流程进行全面监管和控制，此时数控技术就是最好的选择。在新的编程指令正式投入使用之前，必须对其进行高强度的测试，其目的在于找寻编程中出现的漏洞，防止其对正式的生产与制造产生消极影响。可以先利用数控技术创造虚拟控制台，再将相关指令输入到虚拟控制台中，利用计算机对其进行运行模拟试验，若模拟实验中未出现异常，则可进行下一步测试，若模拟实验存在异常，则需对该指令进行修复。在关闭正常运行系统后，在总控制台中进行测试，若该测试通过，则可继续投入使用，若该程序在总控制台中出现运行错误，则应及时对其进行维修，以防正式运行中出现同类型的错误。若在虚拟运行测试中发现异常，则应及时修改编程指令直至正确，再将其输入总控制台进行下一步试验，最后将其投入使用。

（三）数控技术的勘探与检测功能

由于自动化机械生产与制造本身具有精密性和高准确性，因此对相关的材料、零件等具有较为严苛的要求标准。为了确保生产材料的准确使用，在进行具体制造与生产前，可利用数控技术对本次产品的相关性能等作出分析，并根据相关资料信息推算出最适合此次生产的相关材料、资源以及零件，比如各部分零件的材质要求、稳定性、耐热性等。这样一来就会在极大程度上避免因材料材质问题导致的生产失败，大大提高自动化机械制造与数控技术的准确性。

除此之外，对于需要户外作业的设备来说，当地的地理位置与自然环境通常是影响生产与制造实施效果的最主要因素。因此在进行生产制造时，可先利用数控技术对当地的自然环境进行分析，比如温度、风向、空气湿度等，并在此基础上推断出后续一段时间内的具体生产情况，帮助企业挑选出最为适宜的作业时间，防止因天气情况而导致生产的暂停，极大程度上缩短了生产与制造周期，提高了生产与制造效率。不仅如此，利用数控技术对自然地理环境进行勘测也是为数控技术的发展提供了一个新的思路，扩大了数控技术的适用范围，有利于其作用的完全发挥。

四、数控技术在自动化機械制造中的应用策略

（一）提高对数控技术的重视程度

为尽快摆脱西方国家对数控技术的封锁，企业必须提高对数控技术的关注程度，使之广泛地引入各类机械设备到生产环节之中。同时，政府需要制定出台具体的政策，以引导有关企业积极开展创新，并通过予以企业必要的经济补贴，减轻我国中小型公司开发和引入数控技术的资金压力。各厂商需要进一步树立前瞻视野，坚持与时代同步的原则，进一步发展高新科学，进一步优化机械设备生产的加工工艺，使数控技术充分地贯穿于机械制造中，进一步提升生产效率。

（二）大力发展自动编程

数控技术的显著特点是智能化，为了对生产工艺过程实现有效管理，应当注重自动编程。改变以往作业时技术人员根据图纸和工序卡片等判断整个生产过程的思维模式，以避免图纸分析出错和手动操作误差大等问题。自动程序则在生产加工过程中，能够按照生产标准自行调整正确的工艺方向和路线。而如果通过计算机技术可以获取合理的工艺参数，再通过计算机技术代替人工作业，则可以大大提高机械制造质量，从而确保生产资源得到优化分配，并尽可能节约成本。

（三）加强专业人才培养

数控技术对应用和研究该技术的人才有着较高的要求，企业应当定期开展培训工作。比如针对编程人员而言，在培训工作中需要以自动化编程的具体流程、编程的方法、重点要点问题、相关软件的操作方法等作为培训的主要内容；对于现场作业工作人员来说，培训工作主要内容应当包括数控系统监测、设备调试与监测等等；而对于设备维修人员来说，应当将设备主要结构、作用原理、设备常见的故障问题、诊断故障的方法、维修方法等作为培训的主要内容。

结语

我国机械制造领域要想不断在国际市场上提升竞争力，在综合比拼中脱颖而出，就要以现状和发展策略综合考虑，采用先进技术手段增强经济实力。同时，相关行业应不断培养优秀人才，充分发挥数控技术的优势特点，全面促进机械制造加工技术水平的提升，以实现制造过程自动化、安全生产标准化、生产效率最大化的预期目标，从而提高我国机械加工制造技术和工艺的创新与完善程度，最终顺利完成产业的升级转型。