数控技术应用于自动化机械制造中的探讨

乔召

摘要：数控技术是机械制造自动化发展的基础。随着我国数控技术的进步，机械制造自动化水平也越来越高。本文简单介绍了数控机床及数控加工技术，分析了自动化机械制造中的数控技术。探讨了数控工艺的应用领域。最后分析了数控工艺技术的应用前景及发展趋势。旨在为机械制造自动化、智能化的建设提供一些参考。

Abstract： Numerical control technology is the basis of the development of mechanical manufacturing automation. With the development of numerical control technology in China， the automation level of mechanical manufacturing is getting higher and higher. This paper briefly introduces NC machine tools and NC machining technology， and analyzes the NC technology in automatic machinery manufacturing. The application fields of numerical control technology are discussed. Finally， the application prospect and development trend of numerical control technology are analyzed. The purpose is to provide some references for the construction of automation and intelligence of mechanical manufacturing.

关键词：数控技术;自动化;机械制造;智能化;应用

Key words： numerical control technology;automation;machinery manufacturing;intelligentization;application

中图分类号：TG659                                    文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）02-0059-02

0  引言

1952年，世界上第一台数控机床在美国诞生，它的诞生开启了机械制造自动化发展的大门，使程序控制成为机械制造控制管理的重要手段。自数控机床诞生以来，程序控制贯穿始终，成为自动化创新的源泉。程序员按照加工零件要求的几何形状、加工工艺及其他要求编制加工程序，再由数控系统读入加工程序后控制机床加工，就实现了自动化加工的过程。随着数控系统的更新与进步，数控系统的编码功能独立性越来越强。表现为自适应性越来越高、操作越来越简单、管理越来越现代化、故障诊断及监控越来越智能化。数控系统编码的独立性则为机械制造自动化向智能化的转型奠定了基础，也决定了未来机械制造智能化发展的方向。研究数控技术在自动化机械制造中应用对机械制造从自动化向智能化转型的发展有着重要的意义。

1  数控机床及数控加工技术概念界定

1.1 数控机床

①定义。数控机床是指一种综合运用计算机技术、自动控制、精密测量、机械设计等新兴技术的机电一体化产品。简而言之，是一种装有数控系统的自动化机床。

②组成。数控机床有数控程序、输入/输出装置、数控装置、伺服系统、位置反馈系统、机床本体等部分组成。

1.2 数控加工技术

①定义。数控加工技术指数字控制技术与计算机集成控制技术下的机械加工技术。

②数控系统。数控系统是指一种能自动完成信息处理（输入、译码、运算），从而控制机床的运动和加工过程的控制系统。

③数控编程。数控编码指对工件编写加工程序。包括零件图进行分析、工艺处理、数学处理、编程程序单、制造控制介质及程序检验的整个过程。分为手动编程和自动编程。

2  自动化机械制造中的数控技术

2.1 计算机数控系统技术

计算机数控系统指用计算机控制加工功能，实现数值控制的系统，简称CNC系统。CNC系统由程序、输入/输出装置、CNC裝置、PLC装置、主轴驱动装置、进给驱动装置组成。其中CNC装置中引入了计算机技术，从而使数控系统具备了软件功能。计算机系统运行的可靠性与远程通信功能有着紧密的关系。为了确保通信的可靠性，提高系统运行的效率，计算机数控系统中采用了多微处理机结构。微处理机的部件之间应用紧耦合技术构建了多种操作系统，是操作系统的功能更加集中。这样就可以实现多系统的并行控制与处理。CNC装置的结构分为四种，分别是共享存储器结构、共享总线结构、大阪式结构、功能模块结构。共享存储器结构采用了公共存储器设计形式，各个模块之间采用多端口连接的形式。这种设计形式能有效的防止存储器资源共享和系统多端控制时，系统多个模块之间信息传输的障碍与冲突，确保通信的可靠性。共享总线结构采用了总线-模块式设计。所有的模块都直接围绕系统总线连接，连接标准执行系统总线连接标准。这种方式能有效的防止多模块同时向系统发送请求时信息线路竞争的问题。大阪式结构的主电路板为大印刷电路板，其他电路为小印刷电路板。小印刷电路板直接插在大印刷电路的可槽内，从而实现多电路信息的同时运行与控制。功能模块结构采用了模块化的设计。每个模块制成印刷电路板，即实现硬件与软件的模块化设计和对多模块的同时控制。

2.2 数控机床进给伺服系统及主轴驱动技术

数控机床的伺服系统也叫随动系统。伺服系统设计为驱动、执行两部分。驱动部分用于控制主轴驱动和进给驱动。执行部分有计算机系统控制。伺服系统收到计算机控制装置的脉冲信号后自动将指令转化为数控设备移动部件的运行指令，执行机构负责驱动电机执行。根据控制形式，伺服系统分为开关控制、闭环控制、半闭环控制三种。开环控制信号脉冲传输流程参考如下：数控装置发出信号脉冲→指令进给脉冲→驱动电路→步进电动机→传动结构→工作台。闭环控制信号脉冲传输流程参考如下：数控装置发出信号脉冲→伺服放大器→伺服电机→工作台。工作台传输给检测装置形成反馈脉冲，在反馈给数控装置。整个控制过程中的控制作用包括指令位置、位置调节、速度调节、伺服方大、速度测量、位置测量。半闭环控制的信号脉冲循环过程与变换控制类型，只是信号脉冲循环到伺服电机就停止向工作台传输，而是直接转向位移检测装置，形成反馈脉冲，反馈给数控装置。半闭环控制过程中的作用包括指令位置、位置调节、速度调节、伺服方大、速度测量、角度测量。将数控机床的电机与主轴设计为一体化，利用伺服系统对数控机床的主轴进行驱动和控制。

2.3 可编程控制器技术

可编程控制器通过数字式或模拟的输入输出对执行机构的逻辑顺序控制实现的。在数控系统中引入PLC程序控制设备主轴转速功能、刀具功能及其他辅助功能，达到自动化控制的目的。这类设备一般分为PLC内装型和独立型两种。除开环控制和模拟量闭环控制外，PLC还引入了数字量的控制，通过接受或输出数字模块实现机械加工的曲线插补功能，自动控制加工结合参数的调整。PLC在机械制造现场控制中，通过自动采集和分析采集的信号，实现故障的自诊，确保及时发现机械制造过程中系统的故障。因此，该技术的应用对提高自动化机械制造过程中加工效率、加工精准性及确保交系统加工可靠性意义重大。

3  数控工艺的应用领域

数控技术在机械制造工艺系统中的应用，促使数控加工工艺的诞生。数控加工工艺在机械制造中的应用提高了机械加工的效率和精度，提升了加工产品的综合质量，同时也拓宽了自动化机械制造的应用领域。目前，数控加工工艺已经广泛应用于汽车制造、工业生产、煤矿生产、航天领域工件制造等等。

3.1 汽车制造领域的应用

数控加工工艺在汽车制造领域的应用实现了汽车制造的自动化无人流水线。在汽车制造加工过程中，各工序之间的联系性相应提升，每个工序余量也大量减少。汽车零部件的加工、装配在数控加工工艺系统下可以连续性的完成自动加工和装配。从这个角度讲，数控加工工艺在汽车制造领域的应用延长了机车加工的生产量，大幅的提高了汽车制造的自动化水平。

3.2 工业生产领域的应用

在工业生产领域，自动化制造的实现得益于数控技术与控制单元的结合。应用数控加工工艺使得很多高难度、高危险环境的加工得以通过自动化制造控制完成。工业制造系统在模块化设计下，总系统可以对工业生产的各个分系统进行操作和控制。系统操作指令通过数控通信传输给各个控制单元，再由控制单元自动控制各个环节的生产。在生产线上，通过传装置自动采集设备及线路运行的信息。将传感装置直接接入故障检测诊断系统。总控系统与故障诊断检测系统、自动报警系统通过总线设计连接。当故障检测诊断系统诊断到设备或线路故障时，就会想总控系统发送指令。同时，总线系统通过输出端向自动报警系统发送信号脉冲，自动报警系统立即发出故障报警，提醒管理人员采取措施排除故障。数控技术的应用，对确保工业生产的安全性有着重要的作用。

3.3 煤矿生产领域的应用

随着煤炭资源全国告竭，我国的煤矿资源已经进入深度开发阶段。数控技术在煤矿生产中的应用，成为煤炭老矿深度开采的重要技术支撑。在煤矿开采中，利用计算机数控系统技术、可编程控制器、伺服系统等设计煤矿自动化生产与管理系统。系统控制自动开采设备的生产参数，开采设备在伺服系统的辅助下驱动开采设备自动执行煤炭开采和运输。为确保煤炭开采的安全性，矿下设备一律安装信息采集装置，并采用分布式结构设计独立的数据库存储信息。生产线的各个子系统都配有独立的数据库和通信通道。在物联网、互联网技术支持下，可同时向管理平台发送信息。总管理平台可以同时向多个系统收发控制信息，控制矿下自动生产与管理。

4  应用前景及发展趋势

近十年，随着现代科学技术的发展，自动化机械制造加工的精度越来越高。普通加工件精度相对于过去提高了一倍，可达到5微米的精度。精密加工件精度相对过去提高了两个数量级。超精密加工件精度以及实现了纳米级。在数控系统方面，随着数控系统自适应能力的提高，在逐渐从自动化向智能化转变。最明显的变化是自适应控制系统调整进给速率提高。在可编程控制器方面，自动编程技术获得了跨越式的发展。从数控技术的发展情况来看，未来自动化机械制造将更多的面向智能化控制。在这种背景下，企业所该做的就是做好数控工艺系统的升级改造和相关技术人才的培养，努力迎接智能制造时代的到来。

5  結语

随着数控技术在自动化机械制造中的融合程度越来越深，数控加工工艺的自动化水平也越来越高，应用范围也越来越广。数控技术在自动化机械制造中的应用极大的提高了机械制造的效率和加工精度，为机械制造从自动化向智能化转型奠定了基础。未来，数控技术将与智能技术、网络控制技术相结合，推动机械制造向智能化发展。

参考文献：

[1]胡友祥.现代机械制造中数控技术的应用探究[J].科技风，2019（04）：142.

[2]杨亚南.自动化技术在机械设计制造中的应用探析[J].内燃机与配件，2019（02）：187-188.

[3]冯之见.数控技术在自动化机械制造中的应用[J].职业，2019（11）：115-116.

[4]李东原.数控技术在自动化机械制造中的运用分析[J].科技风，2020（11）：166.

[5]刘毅.自动化机械制造中数控技术的实践探析[J].科技经济导刊，2016（32）：73.

[6]梁子坚，黄腾辉，杨银花，彭宁涛，江涛.非标自动化机械设备的创新设计[J].南方农机，2020（15）：122-123.