机械自动化在数控机床中的应用

李鸿源

(西安思源学院，西安 710038)

机械制造产业发展水平是反映国家经济软实力和科学技术发展水平的重要标志之一。机床产业为汽车、船舶、军工、机械工程等各个装备制造产业提供装备，其下游是机械制造，因此机床产业与机械制造业关系紧密。机械产品的性能、形状、结构和材料不断完善，精度不断提高，生产类型由大批量生产向多品种小批量生产转化，机械制造产品日益精密复杂。数控技术是结合了计算机系统、自动控制、电机、电气传动、测量、监控等学科领域最新成果而形成的一门科学技术。目前，数控机床是车削加工较全能的数控机床，其可以把车、铣、螺纹加工等集中到一台机床上，使其具有多种工艺手法。数控机床能够很好地解决烦琐、精密、小批量、多品种的零件加工问题，是一种柔韧的、高效的自动化机床。在传统机械制造加工中，单件小批量生产约占70%以上，使用数控车床进行加工可在很大程度上提高产品质量，保证加工零件精度，减少劳动，为新产品的研制和改型换代节省大量时间和成本，提高企业产品竞争力。

1 数控机床发展现状

数控机床又称自动化机床，是一种使用程序控制其系统的自动化机床。数控机床由人机交互设备、输入装置设备、数控装置设备、辅助机能控制装置组成。2021年全年国内生产总值同比增长8.1%，两年平均增长5.1%。货物进出口同比增长21.4%。规模以上工业增加值同比增长9.6%，两年平均增长6.1%。其中，装备制造业增加值比上年增长12.9%。在良好的宏观经济条件下，2021年机床产业延续了2020年下半年以来的增长态势，市场需求持续改善，进出口大幅度增长。机床产业运行继续保持向好趋势。2021年1-12月，金属加工机床进口来源前十位的国家和地区，进口金额合计占比为93.6%。其中，日本、德国和中国台湾占居前三位，三者金额合计占比高达70%以上(详见表1)。

表1 2021年1-12月金属加工机床进口来源前十位的国家和地区Tab.1 Top 10 countries and areas of metal-working machine tool import source from Jan. to Dec., 2021

进口来源前十的国家和地区，除新加坡之外，同比均呈增长态势，泰国同比增长最高(185.9%)。其中，从日本进口额同比增长32.7%，增幅较1-9月收窄10.5%。从德国进口额同比增长10.8%，增幅较1-9月扩大8.8%。

2021年1-12月金属加工机床出口去向前十位的国家，出口额合计占比为51.4%。其中，越南、美国和印度依次占居前三位，三者合计占比22.7%(详见表2)。

出口去向前十的国家和地区，除越南之外，同比均呈增长的态势，出口墨西哥金额同比增长最高(68.4%)。其中，出口美国金额同比增长28.7%，增幅较1-9月份收窄4.5%。出口印度金额同比增长55.2%，增幅较1-9月份收窄8.8%。

表2 2021年1-12月金属加工机床出口去向前十位的国家Tab.2 Top 10 countries and areas of metal-working machine tool of export from Jan. to Dec., 2021

2021年我国机床工具行业延续了2020年下半年以来的回稳向好趋势。受上年基数影响，营业收入等主要经济指标同比增速前高后低，但全年同比增速仍处高位。同时，2021年机床工具各分行业的增长也比较均衡，各行业普遍实现了明显增长。行业近十年来的下行走势有望扭转。

近年来，随着新兴产业的蓬勃发展，我国工业自动化控制技术、产业和应用有了很大发展，促进我国工业自动化市场规模不断增长。数据显示，2019年我国工业自动化行业市场规模达到1 895亿元，同比增长1.61%。2021年我国工业自动化行业市场规模将达1 976亿元，2022年将进一步达到2 087亿元。数据如图1所示。

图1 2016-2022年中国工业自动化市场规模预测统计Fig.1 Statistics of market size forecasting of China’s industry automation from 2016 to 2020

2 数控机床与传统机床的区别

更精确、更精密。传统机床由于配件普通，在工作过程中，不一定能达到严丝合缝的效果。传统机床为手工操作，精确度不准，存在重复操作的可能性。数控车床选用高科技的精密配件，转动过程中无间隙，编码控制器可以进行准确的位置测量，因此更为精确、精密。

成本低。传统的机床需要大量的手工操作，因此熟练的操作工人必不可少，而培养一个熟练工人所花费的时间和金钱成本难以估量。操作过程中，传统机床需要时刻紧盯，不能放松，极大消耗了时间成本。而数控车床只需要掌握操作技术，一个工人即可操作两台甚至两台以上的车床，大大降低了人工及时间成本。

3 自动化机床的价值意义

应提高生产水平，满足市场和人们的需求。目前，制造业已经实现了科技化发展，各种数控式机床不断涌现，作为现代制造业基本设备的数控车床，其发展和技术水平关系着我国制造业的整体发展。我国出台了以“高档经济型数控机床与基础制造装备”为主要内容的科技重大专项，表明我国制造业高科技、高新技术发展升温，数控车床将具有更大的发展空间。

目前，对于机械关键部件和大型关键模件的要求，已经由可以使用升级为精细、精密、优质、低成本、使用寿命长等。在部件或模件锻造过程中，不仅需要高水平的锻造工艺，还需要高科技、高效能的锻造设备，数控车床的出现和使用将使我国制造业获得巨大的收益。

我国的工业自动化行业起步较晚，早期在产品的可靠性上与国外企业存在较大的差距，但经过多年的发展，国内一些优秀厂商技术水平在不断提高，逐步缩小了与国外品牌的差距，国内制造业升级带来的机床、电子制造设备、纺织机械、医疗设备等领域发展的新契机，加快了对国外品牌的替代速度，国内厂商的市场份额持续扩大。我国相关领域对核心部件的“自主、安全、可控”提出了迫切需求，提高国产化率已成为我国产业链各企业的共识，这为工业自动化设备实现进口替代提供了良好的发展机遇。智能化数控机床使生产更安全，智能化数控机床的出现，大大节约了生产成本，可以为企业增收减支。

工业机器人机械手可以实现加工中心、数控车床、数控磨床、冲床、剪板机、折弯机、铸造锻造等机床设备的自动化加工，具有生产质量稳定、减少机床及刀具损耗、工作节奏可调、运行平稳可靠、维修方便等特点，可以同时满足不同种类产品的生产，对用户来说，只需作出有限调整，就可以很快进行产品结构的调整和扩大产能，大大降低产业工人的劳动强度。

4 结语

终端消费者对产品的需求多样化和定制化程度在不断提升，生产环节、工艺难度和制造水平都在增加，制造业厂商对产品质量、效率、精度及成本的要求越来越高，传统人工操作的误差及安全性风险导致制造业厂商对自动化生产需求强烈。我国制造业与工业发达国家相比，其差距主要体现在自动化水平方面。发达国家在大批量生产技术基础上不断向订制化、智能化、集成化方向发展，采用从生产加工到检测包装的全程自动化控制技术，保证了产品质量，提高了生产效率。国内企业要缩小这部分差距，在自动化产品和技术方面不断加大投入。未来，我国制造产业将不断升级，实现工业产业自动化和智慧化发展。