摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷推進(jìn)，我國的工業(yè)化發(fā)展水平持續(xù)攀升。在這種發(fā)展背景下，我國自動(dòng)化技術(shù)也隨之快速發(fā)展，且已被廣泛應(yīng)用到數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)與制造過程中，并有效促進(jìn)了我國數(shù)控機(jī)床加工作業(yè)的整體質(zhì)量?；诖耍疚臄M以數(shù)控機(jī)床為研究對象，在概述數(shù)控機(jī)床與數(shù)控機(jī)床自動(dòng)化的基礎(chǔ)上，分析數(shù)控機(jī)床自動(dòng)化設(shè)計(jì)與制造的優(yōu)勢，提出數(shù)控機(jī)床自動(dòng)化設(shè)計(jì)與制造路徑。旨在為相關(guān)研究提供有價(jià)值的參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床;自動(dòng)化;設(shè)計(jì);制造

中圖分類號(hào)：TG519.1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-957X（2021）09-0087-02

0 ?引言

長期以來，世界諸多國家都非常重視機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)，甚至將其作為國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與工業(yè)化水平的重要衡量指標(biāo)。步入新時(shí)代以來，精密化已成為機(jī)電產(chǎn)品的發(fā)展趨向，尤其是數(shù)控技術(shù)的誕生與廣泛應(yīng)用，為設(shè)備的自動(dòng)化作業(yè)與運(yùn)行提供了至關(guān)重要的技術(shù)支撐，也為加工的柔性與高效率提供了關(guān)鍵性條件，促使機(jī)電制造業(yè)從傳統(tǒng)的人工作業(yè)轉(zhuǎn)向了智能化、自動(dòng)化與集成化的現(xiàn)代作業(yè)。所以，本文針對數(shù)控機(jī)床自動(dòng)化設(shè)計(jì)與制造的研究，具有一定的理論意義與經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

1 ?數(shù)控機(jī)床與數(shù)控機(jī)床自動(dòng)化的基本概述

數(shù)控機(jī)床的概念。數(shù)控機(jī)床的全稱為數(shù)字控制機(jī)床，英文名為Computer numerical control machine tools，數(shù)控機(jī)床為簡稱，指的是裝有程序控制系統(tǒng)的一種自動(dòng)化機(jī)床。其中，動(dòng)化程序控制系統(tǒng)可以對具有控制編碼與其他符號(hào)指令規(guī)定程序予以邏輯性的處理，并能夠通過代碼化形式對其譯碼進(jìn)行數(shù)字式的表示，并通過一系列信息載體進(jìn)行數(shù)控裝置的輸入。究其原因，數(shù)控機(jī)床屬于集信息、微電子、液壓、機(jī)械等多領(lǐng)域原理與技術(shù)為一體的機(jī)電產(chǎn)品，所涵蓋的內(nèi)容十分豐富，即便是在機(jī)械制造設(shè)備體系的整個(gè)領(lǐng)域中，也屬于自動(dòng)化水平高、效率高、精度高的工作母機(jī)。[1]與大眾機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床獨(dú)具特色，不需要對夾具、模具進(jìn)行更換與制造，也不需要對機(jī)床進(jìn)行常態(tài)化的調(diào)整，故而數(shù)控機(jī)床在技工零件需要高頻率更換的狀態(tài)下更為適用，這樣能夠大大縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，并節(jié)約工藝裝備所需的大量成本費(fèi)用。與此同時(shí)，數(shù)控機(jī)床的加工密度通?？蛇_(dá)到0.05～0.1mm，且控制方式為數(shù)字信號(hào)模式，每當(dāng)數(shù)控裝置將一脈沖的信號(hào)輸出之后，機(jī)床就會(huì)移動(dòng)部件一脈沖的當(dāng)量，尤其是在此過程中由機(jī)床傳送給傳動(dòng)鏈的絲桿螺距和反向間隙的誤差平均值可以通過數(shù)控裝置予以曲補(bǔ)償，故而數(shù)控機(jī)床與傳統(tǒng)機(jī)床相比，其精度更高。在工業(yè)生產(chǎn)能力與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的評估體系中，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展程度以及數(shù)控機(jī)床在金屬切削加工機(jī)床產(chǎn)量中的占比也是可供參考的重要評估指標(biāo)。由此可見，數(shù)控機(jī)床對工業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展有著不可替代的價(jià)值與影響。

數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化內(nèi)涵。在當(dāng)前機(jī)床控制技術(shù)領(lǐng)域，數(shù)控車床自動(dòng)化的應(yīng)用范圍十分廣泛，但其更多的應(yīng)用于盤類零件或軸類零件等諸多切削加工作業(yè)中，如軸類或者盤類零件的復(fù)雜回轉(zhuǎn)內(nèi)外圓柱和曲面、內(nèi)外圓柱面、圓錐螺紋、任意錐角的內(nèi)外圓錐面等，同時(shí)還需要完成鏜孔、鉸孔、擴(kuò)孔、鉆孔、切槽等一系列作業(yè)程序。從本質(zhì)上講，數(shù)控機(jī)床自動(dòng)化主要是前期予以設(shè)定好的具體加工流程，然后自動(dòng)實(shí)現(xiàn)快速的零件加工程序。[2]在實(shí)際操作過程中，數(shù)控機(jī)床自動(dòng)化技術(shù)工作者會(huì)根據(jù)零部件的加工路線、技術(shù)、位移量、工藝參數(shù)、輔助功能、切削參數(shù)等方面的指令性代碼予以高度整合，進(jìn)而設(shè)計(jì)編制出有機(jī)統(tǒng)一的詳細(xì)加工程序單，羅列到該程序單上的有關(guān)內(nèi)容能夠被進(jìn)一步轉(zhuǎn)移到相關(guān)控制介質(zhì)層面，進(jìn)而最終在特定數(shù)控裝置內(nèi)部進(jìn)行錄入，此時(shí)加工作業(yè)指導(dǎo)任務(wù)也就完成了。借助于數(shù)字化技術(shù)，數(shù)控機(jī)床自動(dòng)化控制的應(yīng)用規(guī)模占數(shù)控機(jī)床總量的25%左右，是應(yīng)用范圍最廣、普及程度最高的技術(shù)類型之一。

2 ?數(shù)控機(jī)床自動(dòng)化設(shè)計(jì)與制造的優(yōu)勢

2.1 減少機(jī)械制造所需成本

在以往的傳統(tǒng)機(jī)械制造領(lǐng)域，諸多工業(yè)類企業(yè)慣于借助人工操作方式實(shí)施工業(yè)產(chǎn)品的加工、生產(chǎn)與機(jī)床的制造等，因受多方面客觀因素的制約，導(dǎo)致人工操作的失誤率較高，機(jī)械制造質(zhì)量與效率偏低，同時(shí)龐大繁重的工作量又同時(shí)給廣大工人帶來了巨大的壓力，促使其很容易發(fā)生疲勞狀態(tài)下生產(chǎn)作業(yè)的現(xiàn)象，這對生產(chǎn)制造的整體工作成本產(chǎn)生了直接影響，促使生產(chǎn)成本費(fèi)用大大增加，而企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益也隨之顯著下降，市場競爭力也會(huì)弱化。然而，科學(xué)應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)，不僅可以有效彌補(bǔ)人工操作的多種不足之處，而且可以最大程度保證工業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量與效率，且能夠促使產(chǎn)品精度更優(yōu)更高。

2.2 提升機(jī)械制造質(zhì)量與效率

隨著數(shù)控機(jī)床自動(dòng)化技術(shù)的積極推廣，工業(yè)領(lǐng)域中的機(jī)械制造自動(dòng)化水平也隨之迅速提升。同時(shí)，因產(chǎn)品生產(chǎn)能夠通過預(yù)設(shè)程序?qū)ψ詣?dòng)運(yùn)作進(jìn)行指導(dǎo)，使得生產(chǎn)實(shí)際效率在無形之中得到優(yōu)化與提升。加之，自動(dòng)化技術(shù)的廣泛普及促使機(jī)械設(shè)計(jì)和制造技術(shù)得到大幅升級，進(jìn)而在很大程度上規(guī)避了傳統(tǒng)機(jī)械制造模式帶來的消極影響，機(jī)械制造的質(zhì)量和制造效率都得到明顯升級。

2.3 增強(qiáng)機(jī)械制造的資源利用率

自動(dòng)化技術(shù)作為機(jī)械加工和機(jī)械制造流程中的重要技術(shù)資源之一，本身就具有人工操作所無法比擬的獨(dú)特優(yōu)勢，如對人力資源的節(jié)約、降低物力和財(cái)力資源的消耗等。與此同時(shí)，還能夠通過多方面的自動(dòng)化技術(shù)推廣、資源調(diào)配與優(yōu)化使用得以最大化實(shí)現(xiàn)，有效增強(qiáng)了機(jī)械制造的資源利用率。

3 ?數(shù)控機(jī)床自動(dòng)化設(shè)計(jì)與制造路徑

3.1 數(shù)控機(jī)床的主體設(shè)計(jì)與加工

主軸。數(shù)控機(jī)床的主軸回轉(zhuǎn)精度的實(shí)際參數(shù)值的大小，對最終的加工精度有著直接影響，主軸的回轉(zhuǎn)精度參數(shù)值高則加工精度高，主軸的回轉(zhuǎn)精度參數(shù)值低則加工精度低。與此同時(shí)，主軸的回轉(zhuǎn)速度和運(yùn)行功率的參數(shù)，也是影響加工效率的重要因素和關(guān)鍵。[3]與傳統(tǒng)機(jī)床制造不同，數(shù)控機(jī)床的主軸變速自動(dòng)化水平以及定位的精準(zhǔn)性等，都對數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化水平高低有著決定性的影響（如圖1所示）。究其原因，主軸箱主要負(fù)責(zé)機(jī)床的自動(dòng)調(diào)速。截至目前，機(jī)械傳動(dòng)式的變速裝置已經(jīng)被取代，大范圍推廣與使用的是無級自動(dòng)化調(diào)整，自動(dòng)化加工程度大幅提升。

導(dǎo)軌。數(shù)控機(jī)床中的導(dǎo)軌主要負(fù)責(zé)引導(dǎo)和控制加工任務(wù)，是保證加工運(yùn)動(dòng)精準(zhǔn)性的核心與關(guān)鍵，更是促進(jìn)車床精度加工實(shí)現(xiàn)的重要部件。目前，我國在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域中多采用金屬型的滑動(dòng)導(dǎo)軌，對于部分特定的數(shù)控機(jī)床，則采用新型的貼塑導(dǎo)軌。[4]與傳統(tǒng)導(dǎo)軌相比，貼塑導(dǎo)軌優(yōu)勢十分突出，尤其具有良好的耐腐蝕性和耐磨性，最為突出的就是潤滑性極好，且摩擦系數(shù)較小。

3.2 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)和數(shù)控裝置

與普通機(jī)床不同，數(shù)控機(jī)床配置了伺服系統(tǒng)和數(shù)控裝置，同時(shí)機(jī)床檢測裝置也能對制造的全部過程進(jìn)行測試與監(jiān)督，而數(shù)控裝置在整個(gè)運(yùn)作系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的調(diào)配作用，伺服系統(tǒng)則需要對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行配合完成作業(yè)（如圖2所示）。具體而言，數(shù)控裝置的重要組成部件為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其核心功能在于接受信息，再經(jīng)對其他系統(tǒng)的精確調(diào)配和處理實(shí)現(xiàn)制造過程按照既定指揮有序執(zhí)行，而數(shù)控裝置則用以反饋信息并發(fā)出新的指令。

伺服系統(tǒng)。傳統(tǒng)的普通機(jī)床借助于伺服電機(jī)對機(jī)床進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，進(jìn)而完成作業(yè)加工，這一機(jī)構(gòu)就是所謂的伺服機(jī)構(gòu)。[5]但數(shù)控機(jī)床主要是借助于運(yùn)算電路產(chǎn)生強(qiáng)烈的脈沖信號(hào)，并通過這些信號(hào)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電路控制的伺服系統(tǒng)（如圖3所示）。數(shù)控機(jī)床中的伺服系統(tǒng)能夠?qū)⒕唧w指令傳送給元件、其他設(shè)備或指示電路，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)一位，其在生產(chǎn)與控制數(shù)控機(jī)床的過程中發(fā)揮著重要角色。

綜上所述，數(shù)控機(jī)床能夠有效促進(jìn)產(chǎn)品的高效率生產(chǎn)，提升零件設(shè)備的精密度，并減小勞動(dòng)強(qiáng)度，一定程度上為研發(fā)機(jī)電新產(chǎn)品節(jié)約了諸多人力與物力等，大幅增強(qiáng)了相關(guān)企業(yè)的競爭力。尤其是近些年來，我國在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域取得了一定成績，不僅產(chǎn)量顯著上升，而且質(zhì)量明顯改善，特別是在技術(shù)方面的重要突破，更是推動(dòng)著我國數(shù)控機(jī)床行業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展軌道。然而，當(dāng)前我國在數(shù)控機(jī)床方面的相關(guān)技術(shù)還有較大的創(chuàng)新與改進(jìn)空間，自動(dòng)化程度依然偏低，因而加大數(shù)控機(jī)床自動(dòng)化設(shè)計(jì)與制造力度具有深遠(yuǎn)意義。

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作者簡介：朱麗華（1983-），女，江蘇南京人，本科，講師，研究方向?yàn)樽詣?dòng)化（數(shù)控技術(shù)）。