数控技术在机械制造中的应用与发展

朱敬超 袁建新
(开封大学机电工程学院 河南开封 475004)
摘 要：随着计算机技术为主流的现代科技技术发展和市场产品竞争的加剧，传统的机械制造技术很难满足现代产品多样化的发展
和日新月异的换代速度。面对多品种小批量生产比重的加大，产品交货质量和成本要求的提高，要求现代的制造技术具有很高的柔
性。 如何能增强机械制造业对外界因素的适应能力以及产品适应市场的变化能力，就需要我们能利用现代数控技术的灵活性，最大
限度的
应用于机械制造行业。将机械设备的功能、效率、可靠性和产品质量提高到一个新的水平，从而满足现代市场的竞争需求。 关键词：机械制造 数控技术
中图分类号：T G 6 5 9
发展趋势
文献标识码：A 文章编号：1673-0534(2007)06(a)-0045-02
1 数控技术及其特点
数控技术是用数字信息对机械加工和运动
过程进行控制的技术。它是集传统的机械制造
技术、计算机技术、传感检测技术、网络通信
技术、光机电技术于一体的现代制造业基础技
术，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点。
目前它是采用计算机控制，预先编程然后利用
控制程序实现对设备的控制功能。由于计算机
软件的辅助功能替代了早期使用纯硬件电路组
成的数控装置，使得输入数据的存储、处理、判
断、运算等功能均由现场可编辑的软件来完成，
这样极大的增强了机械制造的灵活性，提高设
备的工作效率。总的说来可将其特点概括为以
下几个方面:
(1)能方便地改变加工工艺参数，因而利于
换批加工和新产品的研制。
(2)可实现一次装夹工件完成多道工序的加
工, 从而能确保加工精度和减少辅助时间。
(3)能高质量的完成普通机床难以完成的复
杂零件和零件曲面形状的加工。
(4)采用模块化的标准工具，既减少了换
刀和安装时间，又提高了工具标准化的程度
和工具的管理水平。
当然，随着微处理器的发展以及现代
SOPC 技术的发展，无论从机械加工的生产技
术发展还是从机械设备的维修检测以及集成程
度的层次上，都势必有极大程度的提高。而
我国现代数控技术的发展尚处于对国外产品的
模仿阶段，缺乏技术创新。这不仅是对引进
技术的消化不够，更重要的在于我们缺乏完
善的技术创新环境和应有的创新机制。另外
我们产品的可靠性和稳定性不高，网络化程
度也不够，目前主要用于 N C 程序传送，串
口通讯技术，其集成化、远程故障排除、网
络化水平有限。所以，我们在数控技术的研
究和应用上还有很长一段路要走，我们翘首
以待中国的 DNC(数字制造)技术能早日到来。
2.2 数控系统木材加工方面的应用
目前主要的 C N C 木材加工设备种类有：
①数控镂铣机，基本功能是三轴连动，具有
多个(1
~
6)高速主轴电机，每个主轴即可单独
工作，又可以任意组合或同时工作，可实现
多个工件同时加工，具有效率高的特点；②
数控加工中心，根据功能可实现三轴联动、
地采用焊件,传统机械加工难以实现单件的下
料问题，而使用数控气割，代替了过去流行的
仿型法，使用龙骨板程序对采煤机叶片、滚筒
等下料，从而优化套料的选用方案。使其发挥
了切割速度快、质量可靠的优势，一些零件的
焊接坡口可直接割出，这样大大提高了生产效
率。同时，数控气割机装有自动可调的切缝补
偿装置。它允许对构件的实际轮廓进行程序控
制，好比数控机床上对铣刀的半径补偿一样。
这样可以通过调节切缝的补偿值来精确的控制
毛坯件的加工余量。例如在采煤机摆线齿形的
销轨轮，其切槽较深，加工余量大，普通铣床
的加工余量不均匀。而数控铣床可解决这一问
题较精确的控制。气割后在进行安全退火，改
善了构件的组织和韧性。不但提高了构件质量
也降低了能源的无用浪费。
在切削加工方面的应用，可实现形状复
杂、精度要求高的零件加工。在采煤机浮动
油封的结构中，使用时要求内环的凸曲面与
外环的凹曲面的密封圈各处压缩量相等。压
缩接触面积均匀，才能满足密封的功能，因
此内外环凸凹曲面的加工精度直接影响密封的
可靠性。用数控机床编程加工，较容易的保
证其曲面精度，满足了浮动油封的使用要
求。此外，在采煤机减速机构中，其行星架
等分孔的等分精度几每行孔的同轴精度都直接
影响整机的传动精度和使用寿命，在加工中
心上加工行星架，不仅保证了图样的精度要
求，同时加工效率也很高，是用坐标镗床加
四轴联动或无轴联动，具有 1
~
2 套能够自动更
换刀具的高速主轴电机和可装有众多刀具(含有
加工单元)的刀库，每个主轴即可单独工作又
可同时工作，可自动快速更换刀具；③机械
手控制的缩放雕刻机，一般具有 2
~
1 6 个刀
轴，能对平面或圆柱面进行批量的比例缩放
雕刻；④全自动操作的机器人雕刻机，能对
固定不动的工件进行表面雕刻；⑤并联式(杆件
系统)运动机构的数控加工中心，是一种全新的
机床，对板材加工没有任何限制；⑥数控带锯
机，基本功能是二轴联动，是针对板材的曲线
加工，提高了板材的利用率；⑦数控多排钻，实
现加工数据输入，钻排的自动定位，以提供工
件精度和工作效率；⑧数控仿形磨机，能进行
刀具或图纸的图像采集，矢量化处理，数据
标定，N C 指另生成及刀具刃磨加工；⑨数控
板材下料锯，具有压梁、先导锯和自动板材进
料装置，所有的板材下料均通过按键存储、在
线数据输入和板材下料最佳优化编程；⑩全自
动喷漆系统，能对固定或移动的工件进行表面
的喷涂。
2.3 数控系统在工业生产上的应用 工业机器
人和传统的数控系统一样是由
控制单元、驱动单元和执行机构组成的。主要
运用机器设备的生产线上，比如装配、焊接、
喷漆等方面。或者运用于复杂恶劣的劳动环
境下下，完成人类难以完成的工作，比如深水
作业、太空作业等。它可以模拟人手或者腕等
动作通过程序完成对构件的搬运、抓取等动
作。很大程度上改善了劳动条件，保证了生产
质量和人身安全。尤其在汽车批量装配、喷漆
或者大型集装箱的安装、搬运等方面起到了
不可忽视的作用。
在实际操作中，控制单元是由计算机系
统组成，它好比人的中枢神经，指挥机器人按
照写入内核的程序向驱动单元发出指令，完成
预想的操作，同时同步检测执行动作，一旦出
现错误或发生故障，由传感系统和检测系统反
馈到控制单元，发出报警信号和相应的保护动
作。而执行机构是由伺服系统和机械构件组
成。有动力部分向执行机构提供动力，使执行
机构在驱动元件的作用下完成规定操作。
2.4 数控系统在采煤机制造方面的应用 现代
采煤机开发速度快、品种多，都是
小批量的生产,各种机壳的毛坯制造越来越多
工的 5
~
8 倍。在无链牵引的采煤机行走机构
中，驱动轮和摆线销轨轮，参数采用的都是
大模数(m 大于等于 25)少齿数(z 小于 17)。在
加工时，受齿轮加工机床和齿轮刀具所限，
难以实现范成加工或仿行加工，用数控镗铣
床编程加工比较容易实现，大大减少了生产
投入和工艺准备时间。目前，所有采煤机种
大模数少齿数的齿轮一般都是用数控镗铣床编
程加工的，编出加工一个齿形的子程序，利
用角度偏置或坐标旋转编程功能，加工其余
齿形。精度满足使用要求，加工效率比较
高。“三大机壳”的加工一直是采煤机制造
业中的关键，加工效率及精度直接影响到采
煤机的制造周期和使用寿命。现代采煤机结
构大都是多电机“分控横摆”在每种机壳上
都有电机安装孔，此类孔孔经大而较深。另
外再加工牵引壳体端面的对接孔时，由于另
一端是耳子与截割部摇臂相联，只能卧式加
工。在坐标镗床拉坐标加工 20 多个孔，加工
效率很低。用数控机床编程加工效率可提高
2 数控技术在机械制造中的应用
2.1 数控技术在机床上的应用 机械设备是机
械制造中的重中之重，面
对现代机械制造业的需求，具备了控制能力的
机床设备是现代机电一体化产品的重要组成部
分。计算机数控技术为机械制造业提供了良好
的机床控制能力，即把计算机控制装置运用到
机床上，也就是用数控技术对机床的加工实施
控制，这样的机床就是数控机床。它是以代码
实现机床控制的机电一体化产品，它把刀具和
工件之间的相对位置、主轴变速、刀具的选择、
冷却泵的起停等各种操作和顺序动作数字码记
录在控制介质上，从而发出控制指令来控制机
床的伺服系统或其他执行元件,使机床自动加
工出所需零件。
4
~
7 倍，而且用同一个加工程序，另用镜像
功能可以加工左、右牵引机壳及其与其联接
的中间箱体两端面上的对接孔，逼近效率
高，精度也很高。随着采煤机产品开发的种
科技咨询导报 Science and Technology Consulting Herald 45