数控技术在智能制造中的应用

江苏省如皋第一中等专业学校 吴鹏宇

智能制造是以智能工厂为载体、网络为支撑的智能化生产加工过程，即将先进信息通信技术、制造技术相结合，融入至设计、生产及管理等制造作业的各环节，实现设备与设备、设备与系统及企业间的有效互通互联，能够弥补传统制造业生产方式的不足，促使新的智能制造产业形成，以增强制造行业的整体竞争力。本文主要对数控技术在智能制造中应用的优点进行分析，并指出该技术的具体应用，希望为数控技术在智能制造中推广、应用提供新思路。

在新一轮产业和科技革命下，制造业中逐渐融入了大数据、5G、人工智能、物联网等新的信息技术，推动制造行业朝着网络化、智能化及数字化的方向发展。智能制造是指智能制造技术与智能制造系统的合称，属于一种人机一体化的职能制造系统，主要包含智能机械与专业人员，通过高度柔性与集成的方式，将智能制造技术充分融入到制造的各个环节，该模式具备极强的自律能力，通过系统采集、理解自身与环境信息，在此基础上对自身的行为作出客观准确的分析、判断和规划，进而实现人与机械之间的高度统一。同时，数控技术作为一种新型机床加工技术，在加工精度、效率、产品适应性等方面优势突出，将该技术应用于汽车工业、机械制造、航空航天及智能机器人生产等方面，不仅可以推动制造业生产方式，而且能够提高生产效率，实现成本的节约，为智能制造企业创造更多效益。

1 数控技术及其在智能制造中应用的优点分析

1.1 定义及原理

数控技术指的是借助数控设备（数控机床）进行自动化加工的技术，其中数控机床这一关键设备能够实现柔性自动化，数控机床加工原理为：使用规范的代码、格式将被加工零件图纸上的工艺、几何信息编写成加工程序，将其输入至数控装置，按照程序要求对信息进行处理、分配，然后以最小位移量对各坐标进行移动，其合成运动即刀具与工件之间的相对运动，就可以实现零件的加工。

1.2 优点

1.2.1 能够提升制造加工效率

数控技术已普遍应用于智能制造的全过程中，其中在机床操控方面，该技术与智能系统的相结合，便于机床自主判断、分析数据、诊断问题等，以提升智能制造生产加工效率。同时，对精密零件产品生产加工时，由于这类产品对生产要求比较高，合理利用数控技术，使产品在高自动化生产中的加工难度降低，保证零部件产品质量的同时，缩减生产加工时间，即实现生产成本的控制。

1.2.2 提高产品加工精度

与普通机械加工相比较，数控技术在智能制造中应用，可根据产品图样要求来设定加工程序，减少以往人为因素对产品精度的干扰，并且数控系统具备误差补偿、自动检测功能，尤其在加工精密机械零件过程中，可借助机床系统来保证加工精度，且在同一数控设备上对零件进行批量生产加工，确保其质量更加稳定，提高产品加工精确度。

1.2.3 凸显出数控技术很强的适应性

随着制造业的快速发展，对各类零件产品的精度、复杂性提出了更高的要求，意味着生产加工难度加大。而在智能制造中应用数控技术，充分利用数控机床本身所具备的适应性强这一特点，对更新速度快、复杂的产品进行加工，比如借助CAM、CAD技术实现复杂产品的加工[1]，尤其可以对一些无法直接监测的部位进行加工，凸显出数控机床多轴联动功能这一优势。

1.2.4 提高生产管理水平

智能制造中融入数控技术，可根据实际加工要求进行自动变速、换刀等，无需人工操作就可以实现加工工序的集中，使以往依靠人工操作的劳动强度降低，为工作人员提供相关安全的作业环境。同时，利用数控机床来加工零件，可以准确计算其加工所需时间，评估其生产周期、产品交付时间等，并且对现场生产情况、机器设备运转情况进行实时远程监控，促使生产管理水平提升。

2 数控技术在智能制造中的具体应用

2.1 应用于机械制造方面

2.1.1 应用木材加工

目前所使用的数控机床木材加工设备包括数控镂铣机、数控加工中心、数控仿形磨机等[2]。其中数控镂铣机是用于木材加工处理的设备，借助三轴联动功能实现木材的雕刻、镂铣、钻削加工，结合木材加工铣削速度快这一特性，使加工刀具在坐标轴空间内实现圆弧或直线插补运动，满足加工工序高速、位置精确等要求，确保复杂加工零件的外观形状、质量，在木材加工中，主轴变速效果、转速率会影响加工效果，将数控技术应用其中，即镂铣机主轴结构使用高速电主轴结构，电主轴所使用的传动方式为“零传动”，机床主轴内置电机，使机床主轴与电子转子融为一体，驱动主轴高速转动，且将冷却装置设置于电机外壳与定子间，使电主轴在工作过程中保持恒温，以满足木材加工中对不同树种、工艺的加工要求。

2.1.2 应用于采煤机制造

随着煤矿业工艺水平的不断提升，对采煤机械装备性能、可靠性等提出更高的要求。而采煤机设备运行情况受其零部件生产精度因素影响，为了解决以往采煤机加工中人工划线下料导致尺寸偏差、材料浪费问题，将数控技术应用中，即用数控切割来替代以往的仿形法，基于数控技术下的采煤机加工下料流程如图1所示，通过龙骨板程序进行下料，使生产效率得以提高，并且数控切割机具有自动可调切缝补偿功能，借助程序来控制构件的实际轮廓，相当于数控机床对铣刀半径的补偿，即通过调节切缝补偿值就可以对毛坯件的加工余量进行精确控制；在切削加工方面，借助数控技术对形状复杂、精度要求高的零件进行加工，比如采煤机的摇臂、行走部位的支撑轮等零件会设有密封圈，且安装槽设置为曲面形状，浮动油封结构中其密封可靠性受内外环凹曲面加工精度影响，使用数控机床编程加工，能够确保其凹曲面的精度，即满足浮动油封结构的实际使用要求。此外，掘进机、输送机及液压支架作为煤矿开采中重要机械设备，这些设备的零部件均采取焊接工艺技术加工，为了确保焊接质量和效率，将数控技术应用到其中实现自动化焊接，实时对焊缝进行检测、反馈，合理调整焊接工艺参数。

图1 基于数控技术下的采煤机加工下料流程图Fig.1 Shearer processing and blanking flow chart based on numerical control technology

2.2 应用于汽车工业

汽车产业在促进国民经济增长方面发挥着重要作用。随着汽车工业的不断发展，汽车产业逐渐朝着轻量化、智能化、电动化等方向发展，对汽车零部件及其加工设备提出更高的标准。其中将数控技术运用至汽车工业中，充分发挥数控技术集加工中心、数控机床为一体这一优势，组成高效率柔性生产线，满足汽车产品多品种、小批量及更新换代快等需求。其中汽车底盘生产中应用数控技术，准确定位汽车底盘构件、配置，确保底盘技术有效实施，比如汽车底盘纵梁生产中，受车型因素影响，需对其大小、孔径及孔型等进行调整，通过整合光电、数控、通信等技术，在计算机控制下实现纵梁加工的可视化监控。

同时，汽车焊接、外车喷漆及整车装配等环节，借助数控技术实现智能制造，比如在焊接环节，为工业机器人配置焊接工具，配合使用传感器，就可以完成车身焊接操作，在保证焊接速度、质量的同时，减少人工焊接中存在的风险；外车喷漆过程中，为机器人配置相应的程序、喷漆工具，确保喷漆操作的一致性、标准性；整车装配过程比较复杂，使用机器人对汽车车窗、仪表及座椅等部件进行规范配装，确保装配的精确性和效率。此外，为了满足汽车产业发展需求，数控机床制造企业加大数控机床研发力度，比如目前所研发的五轴立式加工中心、立式线性导轨加工中心等新机床数控加工技术[3]，能够满足复杂汽车零件的制造。如图2所示为汽车组装中应用机器人。

图2 汽车组装中应用机器人Fig.2 Application robot in automobile assembly

2.3 应用于航空制造

航空制造行业具有小批量、多品种等生产特点，在航空领域可以通过智能制造体系来增强行业竞争力，其中智能制造体系实现的关键在于基础技术的不断突破，及使用各种智能装备。其中航天零部件的加工离不开数控机床装备，由于航空零部件加工质量要求高、工艺复杂，且加工期间容易出现刀具与工件受热变形、刀具和导轨磨损等问题，影响工件加工精度，所以，航空装备制造中应用数控技术，借助高速高精多轴联动智能数控机床，对加工过程中振动、磨损及发热等情况进行感知，实现对环境和机床运行状态进行监控、预警，并利用数控机床上设置的网络接口实时采集、存储机床运行信息、工况数据，以远程的方式实时查看、自主分析与决策，满足航空制造业对制造可靠性、精度方面的需求。

此外，航空发动机是影响飞机性能的主要因素之一，叶片作为飞机的动力元件，如图3所示，其品种数量比较多，结构复杂，且几何精度要求很高，意味着其加工难度大。而将五轴联动数控加工技术应用于航空发动机叶片、螺旋桨等复杂曲面的加工中，在具体生产加工中，先规划刀具路径，确定最佳的走刀步距，检查并消除干涉，确定位点，然后沿着刀具路径来计算步距上的刀位点，最后将所有的走刀轨迹连接起来，生成完整的数控加工程序，将其导入数控机床，就可以实现曲面的加工[4]。

图3 航空发动机叶片Fig.3 Aeroengine blade

3 数控技术在智能制造中的发展趋势

在可以预见的未来，数控技术将在智能制造领域发挥出更大的作用，并向着更加高速化、精准化、智能化等方向发展。

3.1 更加高速与精准

随着5G、大数据、物联网等技术的发展，将进一步推动高速运算、快速插补、超高速通信、高速主轴等技术的进步，进而促进数控机床计算机系统的高度指令处理，在极短的时间里计算出伺服系统的移动量，精准地提高产品质量。

3.2 更具高柔性与可靠性

在将来，数控机床为了更好地适应不同的加工对象，将由单机柔性向单元柔性化、系统化的方向发展。比如，增加数控机床功能，配置自动化的装置，通过与工业机器人等产生要素，组成新的加工中心和柔性制造系统。

3.3 更加智能化和网络化

将自适应控制系统、故障诊断系统、智能伺服驱动装置等引入到数控机床，进而不断地增强其智能化和网络化程度。

4 结语

综上所述，在现代制造业中，数控技术作为智能制造的基础，智能制造是数控技术的延伸，二者处于共同发展、相互依存的关系。在智能制造中合理应用数控技术，使智能制造系统不断优化，提高产品生产质量和效率，使智能制造业朝着更好的方向发展，并加大数控技术研发力度，使其朝着高速度和精度、柔性化、功能集成化及可靠性等方向发展，更好地适应现代制造业生产加工要求。

引用

[1]陈豪.浅谈数控技术在智能制造中的应用[J].设备管理与维修,2022(10):125-127.

[2]吴言政.数控技术在智能制造中的应用现状及发展路径[J].中阿科技论坛(中英文),2021(7):35-37.

[3]王眇,张振明,李龙,等.数控技术发展状况及在智能制造中的作用[J].航空制造技术,2021,64(10):20-26.

[4]段好运.机床数控技术在智能制造中的应用探讨[J].中国设备工程,2021(14):257-258.