倪 莉 朱雪明 謝朝慧 王子杰 曹 剛

(1.江漢大學(xué)機(jī)電與建筑工程學(xué)院，湖北 武漢 430056；2.江漢大學(xué)工程訓(xùn)練中心，湖北 武漢 430056)

1 數(shù)控技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用

機(jī)械制造和加工行業(yè)是最早引入數(shù)控技術(shù)的行業(yè)，因?yàn)閿?shù)控技術(shù)自身顯著的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，它已經(jīng)滲入我國(guó)相關(guān)行業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。如在汽車行業(yè)中為滿足汽車產(chǎn)量和零部件精度應(yīng)用的數(shù)控技術(shù)，現(xiàn)如今諸多汽車公司都擁有無人自動(dòng)化生產(chǎn)線，主要生產(chǎn)力在于數(shù)控技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)，工人只需監(jiān)管，無需親自加工作業(yè)，如此既提高了加工精度，也提高了生產(chǎn)效率。因此，可用于不同零件尤其是結(jié)構(gòu)復(fù)雜精度要求高零部件的加工。而在航空行業(yè)中，將剛度不強(qiáng)的合金制造成薄壁是最為重要的步驟，數(shù)控技術(shù)的引進(jìn)恰恰解決了這一用傳統(tǒng)技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)且存在較大誤差的難題，通過把誤差縮小到一個(gè)更小的范圍使航天技術(shù)更加精密，從而使中國(guó)航天事業(yè)不斷進(jìn)步成為世界佼佼者。

2 數(shù)控技術(shù)在發(fā)展過程中存在的問題

2.1 創(chuàng)新力欠缺

從我國(guó)引進(jìn)第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床至今，數(shù)控技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了60多年，通過引進(jìn)國(guó)外相對(duì)成熟的技術(shù)，初步解決了數(shù)控機(jī)床在可靠性和穩(wěn)定性方面的問題。但是，大幅度地依賴于國(guó)外的技術(shù)在提高發(fā)展速度的同時(shí)也產(chǎn)生了很多問題。比如數(shù)控機(jī)床中的某些元器件依賴于國(guó)外進(jìn)口，甚至需要從國(guó)外引進(jìn)各方面的專家人才，這在很大程度上限制了我國(guó)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展。面對(duì)這種問題，我國(guó)應(yīng)該大力培養(yǎng)一些數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)、制作、使用和維護(hù)等方面的人才，對(duì)國(guó)外成熟的數(shù)控技術(shù)仔細(xì)地研究，去其糟粕，取其精華，將這些轉(zhuǎn)變成自己的知識(shí)并加以補(bǔ)充，使我國(guó)在數(shù)控方面的技術(shù)提高一個(gè)層次。

2.2 穩(wěn)定性不足

我國(guó)的機(jī)床廠中1/3都生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床，雖然數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量日漸增加，但數(shù)量和品種遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求，尚且需要大量進(jìn)口。此外，由于我國(guó)在數(shù)控技術(shù)設(shè)計(jì)制造方面還處于學(xué)習(xí)階段，缺乏理論經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)機(jī)床的一些性能缺乏深入的研究，無故障時(shí)間遠(yuǎn)低于德美日等國(guó)的數(shù)控機(jī)床，因此我國(guó)在數(shù)控技術(shù)的可靠性上還有待提升。

2.3 創(chuàng)新環(huán)境的欠缺

我國(guó)是機(jī)床生產(chǎn)大國(guó)，但卻少有技術(shù)的創(chuàng)新，更多的是拿來主義，這有體制的問題，但更多的是市場(chǎng)選擇的結(jié)果。一方面，在低端數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)上機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)滿足于使用現(xiàn)有零部件和技術(shù)進(jìn)行機(jī)床的組裝。另一方面，企業(yè)研發(fā)新技術(shù)，可能需要投入大量的人力和物力，而生產(chǎn)出來的產(chǎn)品卻并不比國(guó)外進(jìn)口設(shè)備有競(jìng)爭(zhēng)力。長(zhǎng)此以往，必然造成數(shù)控機(jī)床制造領(lǐng)域創(chuàng)新環(huán)境的缺失，為了扭轉(zhuǎn)這樣的趨勢(shì)，必須要借助政府，通過引入激勵(lì)政策鼓勵(lì)企業(yè)創(chuàng)新，營(yíng)造良好的創(chuàng)新氛圍。而我國(guó)作為一個(gè)制造業(yè)大國(guó)，具備完整的制造產(chǎn)業(yè)鏈，我們的數(shù)控機(jī)床企業(yè)也應(yīng)該具有技術(shù)創(chuàng)新和自主開發(fā)的動(dòng)力，抓住現(xiàn)階段中國(guó)大國(guó)崛起的趨勢(shì)，努力提高人才培訓(xùn)力度并爭(zhēng)取進(jìn)行技術(shù)革新，提高企業(yè)的綜合素質(zhì)，從而縮小與國(guó)外數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)的差距，努力實(shí)現(xiàn)由中國(guó)制造向中國(guó)智造的轉(zhuǎn)變。

3 數(shù)控技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)

3.1 高性能化

隨著計(jì)算機(jī)研究領(lǐng)域的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)性能也將會(huì)有大幅度提升，未來數(shù)控系統(tǒng)將會(huì)結(jié)合模糊控制，自適應(yīng)學(xué)習(xí)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等先進(jìn)技術(shù)。零件的自動(dòng)編程，偏差校對(duì)，加工參數(shù)自設(shè)定，刀具補(bǔ)償?shù)淖詣?dòng)設(shè)定等功能也將實(shí)現(xiàn)，同時(shí)例如故障診斷系統(tǒng)，系統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等功能的配置也將更人性化。我國(guó)在航空航天，國(guó)防軍工制造業(yè)中需要高精度，多軸，大型的數(shù)控機(jī)床；在汽車家電等制造業(yè)中需要高速度高效率的機(jī)床和生產(chǎn)線；大量發(fā)展中的民營(yíng)企業(yè)都需要高性能的數(shù)控機(jī)床進(jìn)行裝備。精度、效率和速度是機(jī)械制造行業(yè)的關(guān)鍵性能指標(biāo)。其中精度主要是指定位精度、重復(fù)定位精度、加工精度，提高數(shù)控機(jī)床的精度就可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量。數(shù)控機(jī)床在加工時(shí)將同一工具在一臺(tái)機(jī)床上裝夾一次后，很多操作都可以自動(dòng)化，這樣不僅大幅度縮短了加工時(shí)間，也提高了人工利用率。在我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展中，人工系統(tǒng)和實(shí)時(shí)系統(tǒng)的結(jié)合，使整個(gè)系統(tǒng)都朝著智能方向發(fā)展。

3.2 高精、高速化

未來的高速和高精化主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

主軸轉(zhuǎn)速的提升，未來數(shù)控機(jī)床主軸最高轉(zhuǎn)速可能會(huì)達(dá)到20萬r/min。機(jī)床進(jìn)給速度的提升，在保證制造精度的前提下，機(jī)床的最大進(jìn)給速度將達(dá)到240m/min。換刀速度的提升，在進(jìn)行復(fù)雜零件的加工時(shí)，需要用到多把刀具。這時(shí)，機(jī)床的換刀速度直接關(guān)系到加工零件的總工時(shí)。而在未來，通過對(duì)機(jī)床布局的優(yōu)化和控制系統(tǒng)的提升，機(jī)床換刀速度有望將小于1s每次。

3.3 智能化

隨著人工智能的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)也將逐漸智能化。智能化技術(shù)在數(shù)控領(lǐng)域的應(yīng)用可以從3個(gè)方面來展開。首先可以通過一些智能化的手段來對(duì)比觀察歷史案件，將編程界面進(jìn)行一些簡(jiǎn)化，操作方式也可進(jìn)行優(yōu)化。其次為了完成驅(qū)動(dòng)電機(jī)相關(guān)參數(shù)的自適應(yīng)計(jì)算以及運(yùn)動(dòng)路徑的自動(dòng)識(shí)別優(yōu)化，可以通過改善驅(qū)動(dòng)性能以及提高接口的智能化水平來實(shí)現(xiàn)這一系列自主進(jìn)行的功能。最后，還可以針對(duì)診斷、監(jiān)控以及維修等方面展開研究，使其逐漸智能化。

3.4 一體化

在CNC技術(shù)的未來發(fā)展中，可以引入先進(jìn)的互連技術(shù)，并將半導(dǎo)體技術(shù)與表面貼裝技術(shù)相結(jié)合，使用高集成度的集成電路來縮短連接長(zhǎng)度，降低產(chǎn)品價(jià)格并提高產(chǎn)品性能，最終提高系統(tǒng)的可靠性，進(jìn)而提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。硬件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)將發(fā)展為模塊化，系統(tǒng)的模塊化將實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的集成化和標(biāo)準(zhǔn)化，數(shù)控系統(tǒng)的通用性將加強(qiáng)。數(shù)控系統(tǒng)的各種功能將通過各基本模塊來實(shí)現(xiàn)，通過功能模塊配置的增加和減少，形成不同類型的CNC系統(tǒng)的最終形式，數(shù)控機(jī)床和互聯(lián)網(wǎng)的連接可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和無人操作。通過互聯(lián)網(wǎng)，數(shù)控機(jī)床將實(shí)現(xiàn)在線編程和參數(shù)設(shè)置，實(shí)時(shí)對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行反饋，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)機(jī)床的控制和零件的加工。

4 結(jié)語

綜上所述，在中國(guó)的不斷發(fā)展中，數(shù)控技術(shù)在發(fā)展越來越快的趨勢(shì)中，挑戰(zhàn)也越來越大。本文通過分析現(xiàn)代科技的發(fā)展趨勢(shì)、國(guó)內(nèi)外數(shù)控技術(shù)的研究現(xiàn)狀以及相關(guān)應(yīng)用場(chǎng)景，并探討了我國(guó)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展方向。簡(jiǎn)而言之，大力發(fā)展數(shù)控技術(shù)是強(qiáng)化我國(guó)經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)、提高綜合國(guó)力的重要途徑。