数控技术在机械制造中的应用和发展

杜延霞

【摘 要】制造业是国民经济和国防工业发展的基础，而数控技术水平的高低，很大程度上决定了一个国家的制造业水准。数控技术是基于计算机、传感器、通信网络等现代电子技术而出现的典型的机电一体化技术。相对于传统的机械制造技术，其在加工精度、效率等方面有着巨大的优势。基于数控技术的机床制造、煤矿机械、工业机器人技术等也取得了飞速的发展。随着数控技术的不断完善，相关研究领域又对数控技术提出了高速高精度加工、智能制造、柔性制造等多种未来发展方向。

【关键词】数控技术；机械制造；应用发展

装备制造业是国家工业发展的重要基础。而以数控机床为代表的数控与智能制造设备，对于装备制造业的振兴做出了重要的贡献。尤其是随着计算机技术的飞速进步，数控设备的开发迎来热潮，数控技术的应用范围也越来越广。我国自上个世纪五十年代开始研发数控技术，历经了封闭式发展、引进技术、产业化、出口竞争等多个阶段，取得了令人瞩目的成就。能够完成数十种高精尖数控机床的研发制造，基本掌握了世界水平的现代数控技术，相关技术规范也在逐渐完善过程中。

1 数控技术的基本概念

1.1 数控技术的定义

现代数控技术是基于计算机技术而兴起的一项机械自动化技术。它是通过预先编程、数字控制的方法对机床、自动化生产线、机器人等设备实现自动控制的一项技术。数控技术得益于机械制造理论、计算机技术、传感器技术、网络通信等多项技术的发展与成熟。

1.2 数控技术的主要特点

相比起传统的电气和机械控制手段，数控技术的加工精度更好、对加工对象具有良好的适应性，具备更高的生产效率。数控设备可以更快捷地对机械加工参数进行修改，方便地生产出不同基本参数的工件；对于曲面等复杂表面零件可以很好地保证加工精度；换刀和进给速度高于传统机床，使得加工效率大大提高。

2 数控技术在机械制造技术中的应用

2.1 数控技术在机床设备中的应用

数控机床是最典型的机电一体化产品，是当今世界工业化国家制造业的主流设备。数控机床的技术水平，是国家制造业工艺水平的重要衡量标准，而数控机床也是关系到国家经济和国防工业发展的战略物资。数控机床系统主要由核心控制系统和机床系统组成。在核心控制系统里，由嵌入式计算机装置完成对数控指令的输入、测定、编译，并将执行代码发送给可编程控制设备（PLC），再通过数控伺服单元对机床各个机构进行驱动，以执行主运动、进给运动等。数控机床按照工艺用途可以分为切削加工、成型加工、特种加工等多种类型

2.2 数控技术在机器人自动化生产中的应用

数字控制技术在机器人工业中的应用，最先體现在汽车工业中。汽车工业是研发实力雄厚的传统工业，也是依靠机器人技术最先实现高度自动化的重工业。尤其是在汽车及其配件的流水化生产線中，以数控机床、加工中心和工业机器人为代表的数控系统，使得多品种、小批量、个性化的产品生产制造成为可能。同时，随着经济的不断发展，以数控技术为代表的自动化制造技术也帮助企业很好地应对了劳动力价格上涨带来地挑战。可以说，正是由于数控加工技术的出现，使得现代工业机器人产业取得了长足的发展，使制造业和数控技术成为密不可分的整体。

2.3 数控技术在煤矿机械制造中的应用

煤矿机械属于重型机械，其中有许多具有特殊加工要求的零部件，其加工制造难度相对较大。因此高效和高精度的数控技术再煤矿机械制造领域也取得了较为广泛的应用。例如对于有密封要求的浮动油封，必须保证足够精确的加工曲面精度，才能更好地保障密封地可靠性，而采用数控加工技术以后，油封地加工效率提高了5倍以上。而数控焊机、气割机等设备也为采煤机地制造成型节省了大量的时间。

3 数控技术在机械制造技术中的发展

3.1 高速高精度加工

数控设备，尤其是数控机床，未来将会向着高速高精度加工发展。自上个世纪90年代以来，高性能机床伺服系统取得了长足的发展，高速主轴单元的转速可达100000r/min以上，横向切削进给运动速度可达60m/min，快移速度可达两倍以上。高速切削可以明显提高数控机床的加工效率，且根据切削物理学家Salomon的高速切削理论，当切削速度超过一定范围以后，切削温度和切削力反而会有所降低，对于性能特殊的现代化刀具和工件材料而言，这样的高速加工可以提高表面加工的质量及精度，起到保护刀具的作用。

3.2 智能制造技术

对于数控技术，智能化是近年来发展的一个热点。智能制造技术在数控技术上的应用，可以体现为两个方面：第一是加工、诊断和编程的智能化，传统的数控加工技术，在环境温度、切削材料等加工条件发生变化时，只能由操作人员对加工参数进行手动调整而智能化编程控制技术，可以判断加工过程的变化，通过自动编程对切削用量、方案进行优化，当加工出现问题时，还可以对故障进行自动诊断；第二是交互的智能化，传统的数控设备，其与操作人员的交互行为主要通过计算机数据接口和机械、电气按键，对非专业用户而言不是十分友好，而智能化图形交互界面可以通过文字、图形、菜单、窗口的形式与用户进行交互，大大方便了用户的共工作。另外，在智能制造领域还有一些更加前沿的技术理论，如科学设计、计算的可视化技术，其可以采用多媒体、三维建模、虚拟样机等将工件的设计制造过程可视化，大大缩短了设计、制造、加工的周期。

3.3 柔性制造技术

柔性制造技术是数控技术发展过程中出现的一个重要概念。它最早由美国和日本的制造企业提出，是指以统一的信息控制系统为基础，对多台数控加工设备、物流设备进行管理和调控，从而形成的一套随加工对象的变化而不断变换适应的自动化机械制造系统。柔性制造技术具有很高的自动化程度，其可以根据零件的加工要求自动对刀具、夹具进行更换，并对加工过程进行实时监测，以控制相关的运输工作。柔性制造技术依据其规模大小，可以分为柔性制造单元、系统、生产线三个层级。而整个柔性制造体系又包含了加工、物流、信息等多个层级，是一项综合程度很高的数控应用技术。

结束语

总而言之，我国数控技术是现代制造业发展的基础性技术，只有充分掌握数控技术，才能将其更好地应用与汽车、航空航天、船舶、兵器制造等多个领域。虽然我国的数控技术水平在过去的几十年间取得了很大地提高，但与世界顶尖水平仍然存在一定差距。如何提高数控技术的产业化水平，将我国从数控产业的制造大国转型为制造强国，是相关研究领域和企业需要考虑的问题。本文仅对数控技术在制造业中的应用和发展进行了简单梳理，对于相关研究工作的进行具有一定的参考意义。