陈元博

(河南工业职业技术学院,河南 南阳 473000)

0 引言

随着信息化和自动化技术的快速发展,数控技术在近几十年来得到了迅猛进步,该技术融入了计算机、机械电子、自动控制系统等,是一种新型的现代化加工制造技术。相对于传统机械制造行业,现代化加工制造技术具有高生产率、高质量、高精度等优点。数控技术涉及多个领域的专业知识,融合了UG、Hypermill、Mastercam等建模及加工软件,一定程度上提高了生产力,同时数控技术加工出来的产品美观、精准且耐用。

1 数控技术概述及现状分析

1.1 概述

数控技术是通过数字信息转换技术控制机器工作过程,再通过编程技术将信号输入计算机设备,实现自动控制,设计参数包含角度、位置、速度等[1]。在国家标准《工业自动化系统 机床数值控制》(GB/T 8129—1997)中,也明确定义了机床数字控制概念,即在数字控制运行中不断引入数字代码,完成自动控制,叫数字控制(numerical control);计算机数控(computerized numerical control,CNC),就是借助电脑系统控制工件的加工[2]。数控技术可实现产品批量化、自动化生产,数控技术作为当今制造业高集成应用,智能化、开放式、网络化将成为当代数控系统发展的主要趋势,融合了加工制造业、电子化技术、新型材料等,未来有更大的应用价值[2]。

1.2 数控技术特点

1.2.1 高效性

1)能够快捷有效地进行生产参数的修改,为生产创新提供可能。2)能够更好地按照生产要求进行产品加工,生产更精确。3)在生产中使用的工具都趋于标准化,加速了机械生产标准化进程。4)能快速、高效地实现对复杂零部件的加工。数控技术的高效性同样体现在安装和换刀时间的长短上,一体化成型大大提高了加工产品的生产效率,更能保证工件的精度要求[3]。

1.2.2 经济性

机械制造产品采用数控技术进行批量生产加工时,其工件更加标准化、规范化,提高单位时间内生产率的同时,还能缩短工作时间,大大降低了操作过程中的故障率[4]。此外,数控技术在汽车、电子等自动化行业中的应用,已经基本实现了无人化或半无人化加工,降低了生产成本,产生更高的经济效益,使得企业利润最大化。

1.3 发展现状

数控机床诞生于20世纪40—50年代,历经70年的发展变化,数控技术已具备高集成化、高智能化、高效率、高精度、高便捷性等方面的特点。此技术最早应用于航空领域,由美国帕森斯公司提出,为研究飞机螺旋桨叶片而提出的一种控制机床的设想,后来成为现实,直至20世纪60年代生产出的第四代机床,就可以基本实现计算机对机床的控制,推动了数控技术的进一步升级[5]。20世纪80年代初,研制了自动编程数控系统装置,使数控产品有了检测的功能。20世纪末随着网络信息化、智能化的发展,数控机床技术有了质的飞跃,空前解放了生产力。

我国数控技术发展与西方发达国家相比仍然较为落后,缺乏自主创新能力。自20世纪80年代初开始,随着我国改革开放的推进,在国家的大力发展支持下,数控机床技术有了较快地发展,如武汉华中数控、广州数控设备公司、北京机床研究所等,已经有了较大的技术进步,研制的机床具有质量可靠、经济实用等特点,但与国外相比,技术精度不高[6]。直到2000年,在我国宁夏银川和北京建立了中日合资数控机床设备厂,生产的数控机床达到当时国内甚至世界先进水平。近年来,我国自主研发能力有所提高,拥有自己的数控机床技术,但仍有较大差距,国内一些技术人员认为,通过进口设备同样可以达到世界先进加工水平,但国外的技术垄断会长期影响我国自主机床的发展。此外,我国缺乏技术创新环境,短时间内谋求效益最大化,不太注重人才及技术的支持,导致我国数控技术创新性水平不强,很长一段时间存在发展缓慢的现象。

截至2023年,我国数控机床有了飞速的发展,研制出七轴六联动机床,代表了当今世界机床的顶尖水平,也标志着我国数控机床企业已具备和欧美国家抗衡的实力,但在高端机床的精度、质量和稳定性方面,与日本、德国还有一定差距,这些都是未来需要努力追赶的方向。

2 数控技术在机械加工技术中的价值分析

2.1 加快机械加工技术的发展

我国当前进入了信息化社会,为符合现代化社会的发展要求,在工业技术领域,信息技术的应用范围也不段加大。将数控技术合理地应用到机械加工领域中,可全面提高我国工业领域的技术水平,保障工业领域技术的前沿性、先进性,促进我国工业稳定、持续性发展。高精尖零部件生产加工时,应用数控技术可显著提高生产质量及效率,简化机械加工流程,对机械加工技术的发展有一定的促进作用。

2.2 增强机床的控制力

机械加工过程中,机床设备占比较高,将数控技术科学合理地应用到机械加工中,可增强对机床的控制力,减少加工过程中的安全隐患。因此,通过应用数控技术对传统机械加工流程进行简化,提高机械加工技术的同时,安全性也得到了有效保障,使设备能够安全、稳定、高效的运转。

3 数控技术在机械制造行业中的应用

3.1 汽车工业中应用数控技术

近年来,随着经济快速发展,我国汽车行业也保持了良好的发展势头,现在数控技术应用于完整的汽车生产线加工。在整车生产中,开设了4条生产线,通过融合数控技术来完成汽车零部件加工。数控技术也应用于焊接生产线和冲压生产线中,工人师傅们通过冲压工序完成各种汽配零件成型冲压,在数控技术下通过各零件装配协调完成总装。这些工序应用数控技术,加入运动单元,编入加工制造程序,操控机械手按指定坐标运动,不需要人工干预便可完成整个汽车的生产制造,具有操控精准、高效的特点[7]。

此外,通过数控技术可以使小批量、小规模的产品完成生产目标,糅合现代柔性制造技术、虚拟仿真控制技术,为汽车制造工业提供进一步发展。例如,汽车发动机的缸体制造,作为发动机的重要支撑体,需要利用数控机床进行端面和孔的铣刻加工与抛光,再进行最后的细节加工与精磨。对于精度要求较高的凸轮轴,在制造中需要较高的平衡度,发动机的缸盖、变速箱等重要零部件,尤其涉及较多曲面加工时,需要多轴复合数控机床来完成这些复杂的工艺加工,轴类零件已基本实现数控机床机械自动化的生产制造。

3.2 模具工业加工中应用数控技术

将模具数据融入数控程序,是一种新型加工方法,可借助Mastercam、UG等软件进行加工应用,在电火花、线切割、数控加工编程方面具有很好的应用价值。通过模具加工软件,导入螺旋加工工具,可有效降低刀具间的速度,提高刀具的使用寿命,对加工设备起到较好的保护作用。

3.3 机床设备中应用数控技术

目前,数控技术应用极为广泛,各种机器零部件或机械产品的加工都可以通过数控技术完成,对生产制造起到至关重要的作用。借助计算机软件加强系统的控制能力,对主轴转速、刀具变换、工艺面切换等通过程序代码输入到计算机系统,通过计算机控制并操作机床加工工件。随着机床设备不断更新发展,数控技术应用逐渐成熟,生产加工精准度、精细化程度不断提高,可以满足更高的生产需求[8]。

3.4 航空工业中应用数控技术

21世纪以来,世界各国的工业技术有了突飞猛进的进步,信息技术、制造技术同样有质的飞跃,极大地加快了航空工业的发展,数控技术已经广泛应用于航空工业材料及零部件制造、航空模型制造,以及航空器结构制造。利用数控技术,可以制作带有复杂几何形状的零部件和飞机模型,减少了制造过程中的人工干预,具有轻量化、高强度等特点。复杂几何形状的航天器结构,如外壳、机翼等也可进行特殊精细化加工。数控技术已经深度融合到航空制造领域,并发挥着不可代替的作用,通过不断发展,数控技术将为航空制造业提供更多发展和机遇。

4 数控技术未来发展方向

4.1 高智能化

通常来说,数控加工的生产指标涉及生产速度、加工效率及精度,未来要想使数控技术朝着更高端的方向发展,就应围绕这3个方面进行革新。未来机械制造行业以数控技术、计算机技术作为基础,朝智能化生产线发展,对整个生产过程智能化远程控制,随时收集并处理信息。

在高端数控领域进行切削加工时,多轴数控机床通过多轴联动、车铣复合加工等,使加工出来的零部件质量和加工效率有质的提高。应用多轴机床生产加工出的工件产品精度高、外观好、光洁度高,多轴技术还可实现零件产品加工全过程的实时监测,一旦出现问题第一时间预警报告,便于及时解决。例如,我国自主研发的华中818系列数控机床,将PC总线技术应用于数控机床和PC通讯之中,极大加快了传输速度。

4.2 高精密化

在加工制造业中,精度水平是体现加工质量好坏的重要指标之一,是机床性能的集中体现。在数控机床制造同质化的现状下,加工精度及稳定性越来越直观地体现一个国家重型数控机床的制造水平,如今现代数控机床的加工精度将继续朝着微米级、纳米级前进。未来,提高数控机床的稳定性,将大规模采用混合式集成电路的方式或更高集成度的芯片控制,提高数控系统的集成度,满足用户的个性化需求。

4.3 高度一体化

借鉴当今机电一体化技术发展,数控技术未来也可能会朝着一体化方向发展,以此实现机械生产各个环节的有机统一,促进细小零件的精细加工,方便进行集中监督,让数控机械加工过程在统一有效的管理中展开。此外,一体化方向也可促进未来开放式发展,适应不同的设备需求,实现更高效的生产。

5 结语

机械制造业的发展代表了一个国家的工业水平,数控技术将会有很大的发展前景,越来越向精准化、人性化、智能化发展,在各行各业中凸显其优势。随着社会经济的发展,对数控技术提出了更大挑战。机械电子信息技术的融合将是数控技术未来的发展趋势,不论是智能化、精准化、人性化,数控技术必须不断提升自身控制能力,更好地服务于社会生产,以满足市场的生产需要。