数控技术在机械制造中的应用

　摘要

当下随着机械制造的不断发展，数控技术已经成为机械生产制造中不可或缺的一项关键技术。本文从数控技术的定义及概念入手，系统地阐述当下数控技术在机械机械生产制造中的特点、应用以及存在的困难，并探究其在未来机械设计制造的发展趋势，希望能够为数控技术应用水平的提升助力。

　关键词：数控技术；机械制造；机械生产

引言

工业现代化发展十分迅速，特别是在现代信息技术快速发展之后，工业发展更是如虎添翼，而在现代信息技术的加持下，现代工业也能够更好满足市场多样化需求。而相对于传统的机械制造，显然面对市场的多样化需求以及精细化需求，就显得力不从心。随着越来越多现代信息技术融入到传统的工业产业中，数控技术也就应运而生。豪不夸张地说，数控技术是传统工业在现代信息技术高速发展之时的重要契机。在此时代背景下，如何提升数控技术在机械制造领域中的应用质量是整个工业产业的从业者，特别是科研人员都面临着巨大的考验，也是行业要重点解决的问题。

随着机械工业的快速发展，高精度的仪器的需求越来越大，而传统的机械设备已经无法满足需求，数字加工技术在这种大环境下应运而生，极大提升了机械加工的精度，使得器械生产的效率和质量也大幅提升。随着人工机械、大数据技术的运用，数控加工技术将迎来新的发展机遇，如何能够把握新时代的机遇，走在制造业发展的前列，是我国制造行业的主要问题。在这一主要问题中又有很多细小问题是我们要考虑的。通过对社会和市场的调查，我们发现数控技术在其中的应用和发展对我国制造行业有着重要影响，其具有的背景和意义也很重大，提高数控加工技术对我国制造行业有很大意义，是势在必行的。

　1数控技术概述

数控技术是以数字信息技术和控制技术为基础的，通过计算机程序实现机械加工过程机械化的技术。数控技术是集机械制造技术、计算机技术、机械化控制技术、传感器检测技术、机电技术等为一体的现代加工技术。数控技术由机床本体、数控系统及外围技术，三部分组成。数控技术在机械设计制造中，可以实现机械制造与计算机的高度融合，以进行高精度、高效率的管控，大大促进了制造业的机械化。

2数控技术在机械机械制造中应用的意义

　　2.1提高机械加工的精细度

传统机床虽然可以进行精细化加工，但难以批量生产，而且同批零件加工一致性难以保证。随着机械加工对精度的要求越来越高，人工操作显然难以满足此要求。数控技术的进入，使得机床成为高度集成的机电一体化产品。机床的传动结构有很高的刚度和稳定性，并且在加工过程中，数控系统会进行机械补偿。所以数控机床具有了很高的定位精度，减小了人为因素的误差，使得高精度、批量化生产成为可能。

　2.2提高机械加工的机械化水平

通过计算机程序，加工过程中可以实现机械换刀、机械换速等操作，而且在加工中心稳定加工的过程中，无需对加工零件进行检验与测量。另外，机床内部的检测装备可以机械检测机床内部零件的损坏及磨损情况，第一时间向管理人员传输数据或信号，以便提醒操作人员进行维修或更换零件，极大减轻了操作人员的工作负担。数控技术的应用，解放了人们的双手，缩短了加工时间，提升了加工过程的机械化水平。

　2.3提高机械加工的适应性

数控技术的应用，使得机械加工全过程可以用简洁方便的计算机语言表示。加工对象发生改变时，只需要改变计算机程序，无需模板等生产装备，缩短了产品的准备周期，提高了加工的适应性。

3数控技术在机械生产制造中的具体应用

　　3.1数控技术在机械工业生产中的应用

工业生产环境较为复杂，传统的工业生产依靠人工进行加工，而且缺乏先进的保护措施或防护装置，极易引发各式各样的安全问题。数控技术的应用，可以为操作人员提供安全预警，可以对生产环境中的安全隐患进行机械排查。另外，通过数控技术，可以实现机械加工过程的机械化，大大减少了人工现场的操作任务，降低了安全事故的发生率，提高了生产效率，给企业带来较高的经济效益。

　3.2数控技术在军备生产中的应用

相较于普通工业产品，军事装备对加工的精细度具有更高的要求。对于一些精密零部件，还要考虑不同材料的特殊性。在加工过程中，一些材料会因压力过大或温度过高，而发生形变或断裂，从而影响零件的质量。应用数控技术能有效解决精度和材料问题。根据材料和零件的基本特征来将其提前编入至加工过程当中，通过数字化的方式调控加工过程中的切削速度和切削量。在加工过程中，还可以对零件的状况进行实时检测，使得管理人员能够根据加工中心传输的数据对加工过程进行调整，最大程度上确保精密零件的质量，促进我国军事装备的发展。

　3.3数控技术在煤矿开采中的应用

煤矿开采具有技术难度高，环境复杂恶劣以及作业危险等特点，同时与其他行业相比，由于长时间重复的动作，过度用力，极端的姿势，从事煤矿开采业的更容易患上肌肉骨骼疾病等职业病。数控切开技术的发展有效解决了上述问题且解决了传统人工开采单次采掘量小，单件下料难等生产效率问题。同时数控切开技术的机械补偿功用可以在保障设备操控的前提下，有效地降低毛坯的产出量，实现成本的降低。也可以避免传统的伤形法的弊端，可以为煤炭采掘作业提供多个备选方案，提高煤炭行业的效率。

　4当前数控技术在机械机械制造中存在的问题

随着数控技术逐渐渗透于机械设计与制造中，在大幅提高零件加工精度，生产效率，适应性及零件可加工性，并推动产生经济效益的同时，数控技术依然存在威胁新的安全隐患，数据处理分析交互不完善，难以与逆向工程结合，设备与技术不匹配等一系列或是自身资金不足导致或是整个数控技术未开发而缺失导致的问题。随着机械化的发展，人们对数控技术高效性，可靠性，准确性及实用性的要求越来越高，这些问题也就越发突出。这也就要求相关的机械设计制造的工作者必须及时发现并提出数控技术中存在的问题和不足，同时进一步研究数控数据和系统的交互，从而使数控技术向无人化，高效化方向发展。

　4.1存在新的安全隐患

虽然数控技术让操作者摆脱了传统机床上重复劳动带来的人为操作失误等常见隐患，但是由于数控技术依赖程序，操作者难以观测到机器内部运作逻辑及工作状态，因此也就产生了新的安全隐患。如以FANU Cseriesoi为系统的数控机床，生产厂家为了让操作者加工时便于调试，设置了后台编辑功能，可在不终止加工的情况下，在当前程序进行修改或对其他程序进行后台编辑但是却给操作者带来了严重的安全隐患，当选择控制方式为“机械循环”，且机床卡盘夹紧，尾架顶出，刚刚所选的循环启动命令有效，程序机械执行，如果操作者正在上料，手还未离开工件，程序中又存在主轴转动的指令时极易引发安全事故。单从系统程序来看这种隐患几乎不可避免，在为了操作者方便的同时只能以牺牲部分安全性为代价，但是这些类型的隐患可以从根本上解决，只要用能代替手操作的工具将工件固定在机床卡盘上就可以避免隐患，这就需要用到远程遥控操作及机械化机器人操作，但是此技术不成熟而且价格高昂难以进入实际生产，若此技术成本降低将会大幅增加生产效率，使操作者远离加工产生的危险。这就需要此方面的专家和学者将此技术普及化，低成本化。

　4.2数据处理交互不完善

数控技术主要使用原理是通过人机交互完成信息处理，并且能全程监控系统的运行状况。在系统运行过程当中，数控中心还可以快速将指令传输给系统，然后再将系统的信息重新返回到控制中心，通过使用这种方式可以使数控技术得到充分的监控和指导，保障机械加工过程稳定高效。如果在这一过程中只选用传统的数控方式，人为进行监控传输，就会导致信息传输不及时，或者信息没有办法及时收集，这就需要使用更高层次的数控技术，使信息可能发生的故障问题以及设施在发生紧急情况的时候，可以将信息迅速传输到中央系统当中从而快速解决使系统的安全运行得到保障。因此操作设备、信息采集传输设备和控制处理设备等需要相关专家和学者的补充。

4.3难以与逆向工程结合

逆向工程是一种以现有产品为样板使其再现的先进制造技术，通过对一项目标产品进行逆向分析和研究，从而演绎并得出该产品的处理流程，组织结构，功能特性及技术规格等设计要素，以制作出功能相近，但又不完全一样的产品。目前逆向工程主要采用人工丈量实际物体的尺寸并将其制作成3D模型，再通过数控等技术将零件生产出来，该过程不仅繁琐无法测量曲面，而且人工测量精密部件难免会产生较大误差，诸多因素导致仅仅是复制一个产品都十分困难。对于大型高精度产品的逆向工程往往利用激光扫描仪，结构光源转换仪，X射线断层成像之类的扫描仪技术进行模型点云数据获取，再通过云点拼接，杂点删除，ICP算法等操作构建曲面片，最终合并曲面生成模型，此过程精度较高可成本极其高昂且耗时较长，大多用于军事及科研。综上两者都导致了逆向工程难以与数控技术结合，因此如何高效将数控技术和逆向工程联系在一起应当加以研究。

　4.4设备与技术不匹配

由于数控设备购买成本较高，且硬件软件迭代速度较快，很多企业为了节约生产成本依然使用落后的数控设备导致落后的生产机器无法与新型技术相匹配，造成软件无法更新，新型快捷的操作无法使用，生产效率逐渐跟不上时代等等问题，这就需要生产数控设备的厂商将数控设备模块化，对于生产厂商模块化可以提高设计效率，采用模块化设计不仅可让设计思路更完善，不易遗漏，同时也利于快速应用。对于企业，模块化数控设备适用性更强，更换设备时可以只更换部分零件，以此达到节约成本提高生产效率的目的。

　5数控技术在机械生产制造中的发展趋势

目前数控技术已经实现通过数字化信息对机械运动和工作过程进行控制。但由于数控技术主要依然使用的是传统人工操作系统，导致零件加工效率，精度逐渐落伍，且数控车床操作相对繁琐，同时会产生很多安全隐患，因此数控技术未来依然需要改进和发展。对于数控技术在机械设计制造中未来的发展趋势，更应该注重信息化、网络化和机械化的协调发展，通过信息化网络化能够实现数据快速的传输和共享能力，能够面对当今大数据云平台进行综合信息工具进行更高精度和难度的机械设计制造。

5.1更高层次的人工机械化

从机械设备机械化运行方面来讲，机械设备的运行，可以将人工机械技术与机械化操控系统进行整合，通过机械化调控，实现信息的高效传输，设备便可以按照程序指令，机械完成相应的操控，以提高机械设备的机械化运行效率。安全性方面而言，机械设备的运行往往受到设备部件磨损、人工操控、加工环境等方面的影响，极易引发安全事故。目前数控技术已具有故障诊断系统，可以对设备的可靠性进行评估。人工机械技术的支撑下，数控技术将可以保证设备机械适应加工环境的变化，以及对操作人员的状态进行判断等等。人工机械化还将会使数控技术具有更机械的分析功能。利用监控、录像等，运用机械化的数控技术能够科学准确地分析视频中的信息，系统可以为工作人员提供数据参考，或可以调用数据库对已出现以及潜在问题经行机械处理。具体而言，可使用故障诊断系统，自主识别系统，模糊控制理论，BP神经网络等先进技术与数控技术相结合，以此达到更高层次的人工机械化。

　5.2高度集成化

将不同种类数控设备及质量监管系统、机械化制造系统和工程技术信息系统等科学系统的高度集成化是未来数控技术的必然趋势，更有利于对机械设计制造过程中的各方面进行集成控制且可以尽量减少站点之间的产品移动时间。以质量监管系统为例，生产出来机械零件质量可以通过质量管理系统进行监督，确保生产出的机械与相关标准要求相符合，让机械的质量得到有效保证。通过高度集成化的数控设备流动车间或者工作车间不仅可以最大限度地节省指令转换及工序切换期间所消耗的时间，而且可以为工作人员监督整个制造流程提供了便利。在机械设计制造过程中所用到的各种技术可以通过工程信息系统进行编排，还可以对工作人员的操作流程以及注意事项进行规范，使工作人员能顺利完成机械设计制造。

　5.3加工零件精密化高效化

不言而喻零件加工组合的精密程度，很大程度决定了元件的性能。随着现代加工业的发展，高成本，低精度的加工已经不能满足现代工厂的需求，低水平机械加工工艺正在逐渐淘汰，因此数控技术的精密化高效化也就成为了发展的必然趋势。

　结论

数控技术在工业生产、军事装备、煤矿工业等领域的应用，极大地提高机械设备的机械化水平，保证了生产精度，降低了安全事故的发生率。当前数控技术依旧存在一些问题，还需要在日后的发展中不断完善。其机械化、集成化、精密化的发展趋势，将进一步促进我国机械制造业的发展。

　致谢

毕业完成之际，首先我要感谢我的论文指导老师对我论文写作的指导，您严谨的学术作风、平易近人的态度对我有很大的影响，在您的影响下，我也认真地查阅文献，认真进行技术思考，这才有本文写作的顺利完成，我的毕业论文才会顺利完成。另外，我要感谢我的家人，是你们的支持使得是能够心无旁骛地进行再学习。感谢你们。

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