机械加工中数控技术的运用及其发展

　　摘要：随着制造行业的快速发展，对产品的精度、质量、性能方面有了更高的要求，传统的机械加工已经无法满足制造企业高精度、多样化的发展需求。数控技术可以利用数字信息技术对机械运动和加工进行智能控制，可以提高机械加工的精度、质量。因此，数控技术在航天航空、汽车、船舶等制造领域广泛应用，对提高产品生产质量和生产效率具有重要意义。本文主要分析了数控技术的特点，数控技术在机械加工领域的应用以及未来的发展前景。

　　关键词：数控技术; 机械加工制造; 精度;

　　0 引言

　　数控技术是伴随着电力电子技术、微电子技术、计算机技术、信息技术等现代先进技术发展起来的产物。数控技术综合了传统机械制造技术、计算机技术、网络通信技术、控制技术、传感技术以及光电技术等各种先进技术，具有高精度、高效率、柔性化等特点，对实现制造业自动化、智能化、集成化发展具有重要意义。我国数控技术发展比较晚，1958年研发出第一台数控机床，经过六十多年的发展，我国的数控机床数量和种类依然无法满足市场需求，设计制造水平远远落后发展国家。目前我国正处于制造业的转型升级，数控技术的发展，改变了传统制造业，对实现制造业向智造发展发挥着关键作用[1]。目前数据控技术已经广泛应用在现代军事装备加工、汽车生产智造领域以及焊接、装备机器人环节，对提高机械加工质量和精度具有重要意义。

　　1 数控技术特点

　　数控技术主要由机床本体、数控系统以及外围技术三部分构成，机床本体指机床床身、立柱、导轨、刀具、夹具等基础件和附件；数控系统主要由计算机、输入/输出设备、可编辑控制器、测量装置、驱动装置等构成，计算机系统是数控系统的核心技术；外围技术主要指管理技术、刀具系统以及变成技术等内容。数据技术具有以下特点：

　　1.1 提高机械加工精度

　　数控机床作为现代制造业的重要设备，对提高产品生产质量和生产效率具有重要意义。将数控技术应用在机械制造加工环节，可以提高加工精度。数控机床是机电一体化产品，主要由高精度机械设备和自动化控制系统构成，自动化控制系统可以实现精准定位和重复定位进度[2]。数控机床在运行过程中，如果夹具或者刀具的温度过高，造成零部件高温变形时，数控机床控制系统会发出警报，并及时启动降温程序，对系统进行降温，避免因为刀具或者夹具温度过高，导致零部件加工变形问题，从而提高零部件加工的一致性和稳定性，提高产品的质量和合格率。

　　1.2 提高机械加工的生产效率

　　数控机床在加工过程中，可以选择比较大的切削量，加快生产进度。数控机床还可以根据生产实际情况，实现自动换速、自动换刀具以及其他自动化操作命令，减少人工换速、换刀具以及其他自动化操作时间，提高了设备生产效率。一旦数控机床形成了稳定的机械加工过程，则不需进行供需检验和测量。其次，数控机床采用现代集成技术，可以实现一机多用。在一次装夹的情况，一台数控机床可以代替几台普通机床的加工需求，这样避免了数控机床装夹的误差一机装夹的时间，企业不需要采购多台机床，降低了企业的生产成本。数控机床加工效率是普通机床的3-5倍[3]。

　　1.3 满足零部件多样化生产需求

　　随着我国制造业转型升级，各个行业对数控机床需求越来越多样化。传统的机床设备形式固定，无法满足机械加工多样化和个性化的需求。数控采用自动化控制系统对产品进行加工，如果加工产品的参数发生变化，数控机床控制系统只需要改变控制程序，不需要增加加工模板等一些专用设备，就可以完成生产，这样极大缩短了产品的生产周期，加快产品更新换代的速度，有利于提高产品的竞争力。一些复杂曲线或者曲面的零部件，采用常规的加工方式，无法完成加工。数控机机床采用多坐标轴联动，可以完成复杂曲线和曲面零部件的加工。

　　2 数控技术在机械制造业的应用

　　2.1 数控技术在工业生产中的应用

　　随着社会经济的发展，对我国的机械制造业提出了新的要求。将数控技术应用在工业生产环节，可以提高产品生产效率，降低作业人员的工作强度，提高产品生产精度，为工业自动化发展奠定基础。目前，我国很多企业开始应用工业机器人进行作业。工业机器人是由多关节机械手和多自由度机械装置构成，利用自身动力和控制能力实现作业需求。工业机械人内部安装了控制程序和自动化系统，可以按照人预先设置的程序运行，可以实现生产柔性化。在小批量多品种加工生产中发挥重要作用。工业机器人具有拟人化的特点，编程系统按照人的行为特点进行设计，可以完成行走、手抓、转身等动作。工业机器人可以应用在机械设备的生产线上，实现装配、焊接、喷漆、搬运等工作。同时，还可以将工业机器人运用到一些生产环境比较恶劣的环境，利用机器人完成人类无法完成的深水作业或者太空作业，极大地改善了工业生产条件，确保工人人身生产安全。工业机器人是通过控制机器人在工作空间内的运动位置、姿态、轨迹、操作顺序以及动作时间等程序完成控制命令[4]。工业机器人主要由主体、驱动系统以及控制系统三部分构成，主体也就是机座和执行单元，包括机器人的臂、腕以及手关节；驱动系统主要由动力装置和传动装置构成，可以完成执行控制系统的命令；控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行装置发出指令，并对机器人进行控制。在一些大型集装箱以及仓储物流过程中，已开始采用工业机器人作业。工业机器人在运输产品的时候，可以实现产品工装板在各个装配工位的精准定位，提高装配精准率和效率。同时机器人还可以根据运输环节的要求自动调整相关参数，满足工艺生产各项参数要求。

　　2.2 数控机床在航空领域的应用

　　随着我国航空制造业的发展，对飞机零部件的精度、品质有了更高的要求，飞机零部件逐渐向复杂化、整体化以及高精度发展，这对飞机机械制造加工提出了更高的要求。飞机机身主要由梁、框、蒙皮、接头、滑轨、肋板等构成，这些零件结构将机翼、尾翼、起落架、发动机等连接在一起，构成完成的飞机。由于飞机的结构比较复杂，零部件比较多，对零部件的生产技术要求各不相同。梁类零部件为扁平、细长构件，一些梁类零部件的长度超过了13米；框类零部件比较重，大型飞机的框零件总量占飞机总量的50%；蒙皮材料为铝合金，铝合金材料在加工过程中，容易出现高温变形等问题；接头、滑轨的结构比较复杂，一般采用整体毛坯件进行加工，加工后容易出现毛刺等问题，无法用人工去除。飞机零部件的加工要求比较高，将数控技术应用在飞机制造领域，可以实现飞机零部件加工个性化和多样化需求。在加工过程中，可以根据飞机零部件加工需求，设置相关的精度、耐磨、减震、零部件尺寸大小、规格等一些参数，提高零部件加工的切削能力，做好飞机零部件加工工艺设计，形成一套相对标准的飞机零部件加工工艺流程，从而提高飞机零部件加工效率和质量[5]。

　　2.3 数控技术在汽车行业的应用

　　汽车制作工艺流传多、工艺复杂、作业环境复杂，对作业人员的要求比较高。随着人们生活水平的提高，对汽车的舒适度、安全性和稳定性提出了更高的要求，汽车结构越来越复杂。将数控技术应用汽车制造过程中的焊接、涂装、装配等各个环节，提高汽车制造业的生产精度、工作效率、生产品质。以汽车焊接为例，根据统计每一台汽车车身上拥有4000多个焊接点，人工焊接方式不仅无法保障焊接质量，而且危害到工人的身体健康[6]。采用焊接机器人则可以克服人工焊接的缺点，焊接机器人采用激光传感技术和视觉传感技术，可以实现焊接环节的实时监测、跟踪，及时发现焊接过程中的焊缝、焊眼，并自动修正机器人的运动轨迹，确保在任何工况下焊接质量。

　　3 数控技术在机械加工中的发展前景

　　随着工业转型升级，对产量的制造加工要求不断提高，推进我国数控技术的进步。目前我国数控技术逐渐向自动化、智能化方向发展，比如无人机、无人驾驶汽车等发明，实现了机械设备无人作业。其次，各种新技术、新材料等应用在数控技术领域。随着机床高精度、高速度等工作需求，机床的结构越来越简单，越来越轻，这样可以最大限度降低机床零部件的惯性运动影响到加工精度。因此，目前数控机床采用有限元技术和灰色神经网络理念对机床结构进行优化，提高数控机床的精度。机床的箱中结构采用空心焊接方式或者使用铝合金材料，可以达到设计要求[7]。同时，计算机仿真技术开始应用在机床设计与制造过程中，及时发现数控机床存在的问题，不断优化数控机床各项程序，可以降低企业开发周期和成本。

　　4 结束语

　　数控技术已经成为机械制造加工重要的设备，数控技术的发展直接关系到工业转型升级。目前，我国数控技术还存在不少问题，需要进一步加强数控技术的研究发展，提高数控技术的自动化、智能化水平，利用新技术、新理念设计开发数控设备，提高我国数控技术水平。

　　参考文献

　　[1]何静.模拟仿真技术在数控加工过程的应用[J].中国新技术新产品，2019(1):19-20.

　　[2] 王涛.数控技术在轧辊孔型加工中的应用[J].百科论坛电子杂志，2018(11):721.

　　[3]吕名伟，阮娟娟.CAXA软件在机械数控加工技术中的应用[J].山东工业技术，2018(1):123.

　　[4] 秦启玉.数控技术在机械加工中的应用及其发展前景[J].建筑工程技术与设计，2019(9):397-398.

　　[5]明成勇.数控技术在机械加工中的应用及其发展前景[J].内燃机与配件，2019(1):61-62.

　　[6] 甄晓敏.数控技术在机械加工中的应用及其发展前景[J].建筑工程技术与设计，2018(32):4194-4195.

　　[7] 周元超.数控技术在机械加工中的应用及其发展[J].军民两用技术与产品，2018(2):135.