數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用及展望

李少文

【摘 要】數(shù)控技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的一門高新技術(shù)，綜合了機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、制造工藝技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制理論的多學(xué)科交叉型的科學(xué)技術(shù)。本文論述了數(shù)控技術(shù)的內(nèi)涵；分析了數(shù)控技術(shù)在航空航天工業(yè)、汽車工業(yè)、機(jī)械工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用，并對(duì)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了展望。

【關(guān)鍵詞】數(shù)控技術(shù)；應(yīng)用；展望

0 前言

數(shù)控技術(shù)是利用數(shù)字化信息技術(shù)，結(jié)合機(jī)械運(yùn)動(dòng)和機(jī)器工作過程特點(diǎn)，對(duì)其運(yùn)動(dòng)和過程進(jìn)行控制的機(jī)電一體化技術(shù)，數(shù)控技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的一門高新技術(shù)和新型技術(shù)，也是發(fā)展十分迅速的新型技術(shù)[1]。隨著精密制造技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)不單是數(shù)字控制過程，也不單是最優(yōu)化技術(shù)在機(jī)械制造領(lǐng)域的移植和應(yīng)用，而是綜合了機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、制造工藝技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制理論的多學(xué)科交叉型的科學(xué)技術(shù)[2]。數(shù)控技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械制造及自動(dòng)化中，同機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)相融合，就可以根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、理論和方法等建立反映實(shí)際工程設(shè)計(jì)問題和符合工程數(shù)學(xué)規(guī)劃要求的模型，并進(jìn)一步采用數(shù)學(xué)規(guī)劃方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)自動(dòng)找出優(yōu)方案[3]。數(shù)控技術(shù)隨著機(jī)械制造及自動(dòng)化現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的發(fā)展不斷更新，隨著優(yōu)化設(shè)計(jì)工具的工程應(yīng)用及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展不斷擴(kuò)展和深化。隨著制造業(yè)全球化的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)主要是將國際大型通用優(yōu)化設(shè)計(jì)工具軟件優(yōu)化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論與實(shí)際工程應(yīng)用密切結(jié)合，通過數(shù)控技術(shù)在機(jī)械工程應(yīng)用，有利于工程技術(shù)人員掌握數(shù)控技術(shù)的實(shí)質(zhì)內(nèi)容及應(yīng)用技巧[4]。隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，使得數(shù)控技術(shù)不但具有涉及基礎(chǔ)面寬，實(shí)踐性強(qiáng)，技術(shù)更新快的特點(diǎn)[5]。

1 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展和內(nèi)涵

現(xiàn)代機(jī)械制造及自動(dòng)化中要求提高加工產(chǎn)品質(zhì)量，提高機(jī)械產(chǎn)品的性能和，縮短機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期和降低產(chǎn)品原材料消耗和產(chǎn)品的制造成本，數(shù)控技術(shù)就得到廣泛的應(yīng)用。由于數(shù)控技術(shù)與自動(dòng)化相融合，使得產(chǎn)品設(shè)計(jì)問題具有復(fù)雜性、跨學(xué)科性、隱含性和多目標(biāo)、多約束多參數(shù)的特點(diǎn)。所以，有人說現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)是建立在物理學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)、應(yīng)用力學(xué)、應(yīng)用化學(xué)、計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)材料學(xué)之上解決復(fù)雜設(shè)計(jì)、制造、加工問題的一種有效技術(shù)。目標(biāo)函數(shù)與約束的確定，對(duì)精密儀器應(yīng)按其精度最高或誤差最小的要求建立目標(biāo)函數(shù)。數(shù)控技術(shù)集機(jī)械化、自動(dòng)化一體的綜合性的學(xué)科，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和理論價(jià)值，是非常有發(fā)展?jié)摿Φ难芯糠较?。?shù)控技術(shù)與數(shù)控設(shè)備發(fā)展迅速，縱觀世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展和內(nèi)涵呈現(xiàn)如下發(fā)展的新趨勢。一是，數(shù)控技術(shù)呈現(xiàn)出高速化、高精密化，高可靠性，數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的CAD化，綠色化的發(fā)展趨勢。數(shù)控技術(shù)與自動(dòng)化相結(jié)合，高速化可極大地提高生產(chǎn)效率，縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，高精密化可提高產(chǎn)品的質(zhì)量和品質(zhì)，從而提高產(chǎn)品的市場競爭能力。高速加工技術(shù)和高精度加工技術(shù)相輔相成，從精密數(shù)控加工到超精密數(shù)控加工，特別是先進(jìn)的特高精度數(shù)控加工既是世界各工業(yè)強(qiáng)國致力發(fā)展的方向，也是一個(gè)國家制造業(yè)先進(jìn)化的標(biāo)志。二是，數(shù)控系統(tǒng)的可靠性要高于被控制設(shè)備的可靠性，數(shù)控技術(shù)應(yīng)用中并不是可靠性越高越好，需要的是適度數(shù)控系統(tǒng)的即可靠?？煽啃允苄阅軆r(jià)格比的約束，數(shù)控加工的商品要有市場，合理地使用數(shù)控機(jī)床，可以降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和產(chǎn)品競爭能力。三是，現(xiàn)代制造業(yè)領(lǐng)域?qū)τ诠?jié)約資源、保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源、促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展具有明確要求。數(shù)控技術(shù)通過優(yōu)化集成，將綠色制造流程應(yīng)用于生產(chǎn)過程，形成新一代產(chǎn)品的，有利于提供各種高性能和低成本的綠色材料產(chǎn)品[6]。綠色制造又稱環(huán)境協(xié)調(diào)制造，是制造產(chǎn)品指從原料、加工、生產(chǎn)、使用、廢棄、再生的全程中，制造產(chǎn)品具有較高可循環(huán)再生率，較低環(huán)境負(fù)荷值和優(yōu)異性能的產(chǎn)品制造過程。環(huán)境負(fù)荷包括資源攝取量、污染排放量、能源消耗量、廢物排放量、回收再生的難易程度等[7]。綠色化是面向環(huán)境的綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)及制造技術(shù)的基礎(chǔ)，在現(xiàn)代設(shè)計(jì)及制造中的應(yīng)用不斷擴(kuò)大。四是，數(shù)控技術(shù)與數(shù)控設(shè)備的技術(shù)范圍所覆蓋的領(lǐng)域有機(jī)械制造技術(shù)領(lǐng)域，自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域微電子技術(shù)領(lǐng)域以及軟件技術(shù)領(lǐng)域等。數(shù)控機(jī)床對(duì)管理及操作人員的業(yè)務(wù)素質(zhì)要求較高，促使數(shù)控技術(shù)的更新隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展而不斷深入。

2 數(shù)控技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)的應(yīng)用

數(shù)控技術(shù)在現(xiàn)代高新設(shè)計(jì)方法和先進(jìn)技術(shù)制造技術(shù)中的應(yīng)用已越來越廣泛，數(shù)控技術(shù)不僅僅是單一的完成某零部件的數(shù)控加工設(shè)計(jì)，而應(yīng)該將數(shù)控車床使用、編程、維修等的因素統(tǒng)一考慮。數(shù)控加工設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)可靠性設(shè)計(jì)、環(huán)保設(shè)計(jì)、維修性設(shè)計(jì)等。數(shù)控技術(shù)在現(xiàn)代高新設(shè)計(jì)方法和先進(jìn)技術(shù)制造技術(shù)中應(yīng)用更為活躍，應(yīng)用領(lǐng)域更加的廣泛。數(shù)控加工涉及到通用機(jī)械與機(jī)床、航空航天工程機(jī)械、橋梁、水利、船舶、鐵路運(yùn)輸行業(yè)、汽車、通訊行業(yè)、能源工業(yè)、輕工紡織、建筑、機(jī)械、軍事工業(yè)、食品機(jī)械、石油及石化行業(yè)等諸多方面。數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用還能處理具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的加工，如飛機(jī)結(jié)構(gòu)整體、飛機(jī)機(jī)身、航空發(fā)動(dòng)機(jī)輪盤、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、潛艇外部液壓艙、潛艇結(jié)構(gòu)、機(jī)器人等。數(shù)控技術(shù)應(yīng)用于大規(guī)模的工程建設(shè)，大型水輪機(jī)結(jié)構(gòu)，石油鉆井井架，建筑橋梁等。數(shù)控技術(shù)也應(yīng)用于產(chǎn)量大的汽車車架、車身箱形梁結(jié)構(gòu)、裝載機(jī)平面、起重機(jī)、制動(dòng)器圓錐、凸輪機(jī)構(gòu)各類彈簧、圓柱齒輪連桿機(jī)構(gòu)、軸承等?，F(xiàn)代數(shù)控技術(shù)與以前相比，在深度和廣度上都有很大的變化。數(shù)控技術(shù)專業(yè)技術(shù)人員應(yīng)該站在創(chuàng)新性數(shù)控技術(shù)的高度，重新審視和定位數(shù)控技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展，從而建立與新經(jīng)濟(jì)時(shí)代相適應(yīng)的數(shù)控技術(shù)知識(shí)體系和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)體系。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]