数控技术在自动化机械制造中的应用

张丙臣

摘要：数控技术作为推动我国工业经济发展，推动自动化机械制造业前进的关键技术，既能够有效的提高企业的生产效率和产品质量，还在一定程度上起到了安全、稳定的作用。本文简要分析了数控技术的基本概念，阐述了信息时代数控技术在机械制造领域的应用、数控技术的关键特点以及存在的困难，最后结合我国数控技术的发展现状，对其未来的主要发展方向进行了探究，希望对我国的自动化机械制造领域提供助力。

Abstract： As a key technology to promote the development of my country's industrial economy and the advancement of the automation machinery manufacturing industry， numerical control technology can not only effectively improve the production efficiency and product quality of enterprises， but also play a safe and stable role to a certain extent. This paper briefly analyzes the basic concepts of numerical control technology， expounds the application of numerical control technology in the field of machinery manufacturing in the information age， the key features and difficulties of numerical control technology， and finally combines the development status of my country's numerical control technology， and its main development direction in the future We hope to provide assistance to the field of automated machinery manufacturing in our country.

關键词：数控技术;自动化机械制造;应用

Key words： numerical control technology;automated machinery manufacturing;application

中图分类号：TG659                                       文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2022）03-0163-03

0  引言

数控技术是基于信息化技术与控制技术所诞生的新型技术，其在机械制造领域有着广泛的应用空间，能够实现机械制造加工的全过程控制，进而达到提高机械制造精度、效率与质量的目的。就目前数控技术在自动化机械制造领域的应用现状可以看出，其目前依然存在一定的问题，而通过对数控技术在自动化机械制造中的应用研究，对于进一步推动数控技术的发展以及自动化机械制造企业的进步有着一定的现实意义。

1  数控技术的概念及应用

数控技术顾名思义主要分为两部分，数字信息技术以及控制技术，在生产过程中通过数字信息对机械制造和机械加工环节进行高精度、高质量、高效率的控制，以提高产业的自动化进度。数控技术是一项集成技术，用到了不同行业的学科知识，包括机械制造、电子信息、自动化控制、传感、光电等，将这些先进知识进行有机融合，最终呈现出我们现在所广泛了解的数控技术。随着信息全球化和电子信息技术的不断发展，数控技术也在不断地发展、进步。尤其是发达国家，对数控技术的重视程度尤其突出，例如美国、日本、德国三个国家，目前在数控技术应用方面可以说是遥遥领先，他们率先使用的数控机床技术对于机械制造业的自动化、规模化有着极大的推动作用。我们应当借鉴学习这些发达国家的经验，结合我国工业经济的特点，将数控技术应用到行业的方方面面[1]。

2  数控技术的发展

数控技术最早可以追溯至上个世纪中期阶段，根据相关资料记载，1948年时，美国空军在生产直升机螺旋桨叶片时，由于螺旋桨叶片的结构和形状复杂，且对于加工精度的要求较高，故特意委托美国帕森斯公司制造一台可以批量化生产螺旋桨叶片的设备。而在四年之后，帕森斯公司与美国麻省理工学院共同研究，最终制作了第一台三坐标数控铣床，这一台由电子管元件构成控制系统的数控设备成为了数控加工领域的先驱者。而在后续的1959年，数控机床才正式进入到了第二发展阶段。这一时期的数控机床不仅具有了自动换刀的功能，且整个控制系统也得到了大幅度的概念和优化，原有的电子管被替换成了晶体管和电路板，控制效果与加工精度进一步提升。而在1965年时，集成电路开始在数控机床控制系统中得到了广泛的应用，这不仅从根本上提高了数控机床的整体稳定性，且大幅度降低了数控机床的整体体积，其整体性能也得到了进一步提升，而量化生产也在这一阶段得到了实现。最后一个阶段出现在上个世纪80年代中期，彼时的数控机床主要通过计算机进行控制，且可以同步控制多台数控机床。后续还有研发队伍将半导体储存器和微处理器应用于数控机床的操控系统当中。而在80年代的末期阶段，随着计算机技术的高速发展，数控机床的人机交互系统开始逐步呈现出人性化发展趋势，整个数控机床的体积和规格也趋向于小型化发展，其自动化程度进一步提升，并具有了自动刀具检测等诸多的新型功能。到二十一世纪以来，数控技术出现了更多的实用功能，例如，PC+CNC智能控制系统，它通过使用PC机安装NC软件系统，控制数控系统的正常运行，这种方式简单而且便于维护，而且能实现网络化控制操作。给机械制造行业的不断发展制作了更多的发展方向[2]。

3  数控技术对于自动化机械制造的意义

国家的发展与繁荣富强离不开制造业的发展和进步，制造业不仅可以满足社会发展和日常生活的必需品需求，同时也能够带来诸多的就业岗位，这不仅关乎社会发展和国民经济水平的提高，且与我国的综合国力之间有着密切的联系性。数控技术在制造业中的应用不仅是对制造业整体的革新，同时也从根本上实现了生产力的提升。尽管与欧美等发达国家相比，我国在机械制造领域方面存在一定的不足之处，但在经济全球化、技术全球化的发展趋势之下，我国能够以数控技术为指导，进一步提高我国制造业的整体水平，进而推动我国经济实力的进一步提升。

数控技术在自动化机械加工机床设备方面。从传统的加工机床不断的向自动化及远程控制的方向发展，向着高效率高精加工的方向发展。在机械制造过程中一般会经过很多工序的过程，而这个过程包括加工前设计准备阶段、设计阶段、审核阶段、审核通过后材料的选择、预处理，产品的预加工，而这些在以往可能会更多的是人工的完成。而数控技术的进入，让这些工作变得更加高效方便，而且有很多问题都可以让设备来代替人工的操作，从而大大减少因人工而造成的操作失误风险。此外，数控技术的应用也从根本上对制造业的传统加工制造流程带来了改变。在传统的制造加工过程中，人工参与的环节较多，包括设计、生产、检验等，而数控技术的应用则可以参与到其中的若干个环节当中，且基本上可以实现自动化，这也在一定程度上节约了人力成本。

4  数控技术在机械制造中的特点

4.1 智能化

信息技术的不断发展，全球经济化的脚步不断加快，传统的机械制造生产模式已经无法满足我国人民日益增长的生活需求。不仅如此，各个行业对于机械制造的生产效率和生产质量也提出了新的要求，因此机械制造行业的自动化改革迫在眉睫。数控技术为机械制造行业的改革打了一针强心剂。数控技术通过引进先进的电子信息技术和数字信息技术、传感技术等，将它们进行有机的结合，加入到机械制造的生产环节中。数控技术凝聚了新时代先进的计算机技术和各个领域人才、专家的智慧。而数控技术的一大重点特征就是智能化，通过计算机的智能控制来取代传统生产模式中的人工操作，以实现高效率、高精度的工作模式。不仅如此，在传统生产模式中，工作人员无法对生产环节的全程实时监控，而智能化很好地解决了这一难题。通过计算机对各个环节进行实时监控，一旦发现问题可以及时处理，极大地提高了生产环节的安全性。

4.2 多技术集成化

机械制造的另一个鲜明的特点就是多技术集成化。机械制造行业作为我国工业的重要组成部分，并不是一种单一的技术可以支撑的，而是多种技术在各个环节进行协调和配合，最终合成机械制造的整体。传统的机械制造模式通常需要解决多种技术融合的协调问题，即如何将这些技术进行统筹规划，在合适的环节发挥最大的作用。数控技术的加入很好地解决了这个难题，数控技术通过计算机的统筹控制，对各项技术进行集中、高效的管理，对机械制造各个环节需要用到的设备、系统、网络等进行协调，充分发挥了多技术集成化的优势。

4.3 虚拟化

除了上述提到的智能化和多技术集成化，数控技术还具备虚拟化的特点。数控技术的核心是数字信息技术，通过计算机对机械制造进行控制，而虚拟化则是由一台计算机延伸出去，形成多台虚拟的逻辑计算机。逻辑计算机受计算机的统一控制，同时可以单独地运行不同的操作系统和不同的应用程序。这种并行计算的模式大大提高了数控系统的工作效率。

4.4 低适应度

尽管数控技术具备各种远超传统生产模式的优势，在我国的机械制造业应用范围依然不是很大，其主要原因就是数控技术在机械制造领域的适应度不高。首先，数控技术对于规模较小的小型机械制造企业适配度较低，多出现在机床制造等大型工业中;除此之外，数控技术在极端工作环境下无法较好地对系统进行控制，例如高压、高温等，数控材料在极端环境下很容易发生变形老化的问题，影响工作精度。这些问题都阻碍了数控技术的前进步伐，需要继续深入研究以解决。

5  数控技术在自动化机械制造行业的具体应用

5.1 工业生产领域

数控技术目前广泛应用于工业生产领域。随着电子信息技术的不断发展，我国的自动化机械制造业正在追求由智能控制来代替人工操作，以更好地推动行业朝着自动化、机械化的方向发展。自动化控制主要由控制单元、驱动单元和执行单元三部分组成，计算机作为中枢神经下达指令，最终呈现出一套自动化的生产系统。将数控技术应用到流水线生产过程中，不仅可以有效地提高生产效率和生产精度，还能够代替嚴峻环境下的人工操作，大大提高工业生产的安全性，推动工业生产现代化、规范化。

数控技术将控制单元和数控单元进行有机结合，大大提高了企业的生产效率，提高了企业的经济效益，因此在信息时代，越来越多的机械制造企业开始将数控技术引入生产车间，以推动企业现代化、自动化发展。但是数控技术依赖于电子控制单元，因此不可避免地会出现短路等意外情况，为了应对这种突发状况，数控技术必须和传感技术相结合，一旦发现意外，就通过传感系统进行危险预警，对短路部位进行及时地检修，尽最大可能降低损失，避免安全事故的发生[3]。

5.2 煤矿机械领域

随着现代技术的飞速发展，传统的煤矿机械已经无法满足人们对煤矿日益增长的需求。传统煤矿机械主要面临的难题有采煤效率和切割效率低下，且需要高昂的人力成本，对企业造成了极大的负担。数控技术的出现及时地解决了这个难题，数控技术通过自动化控制煤矿机械，实现采煤、切割自动化，不仅提高了企业的工作效率，还大幅度提高了企业的工作质量和工作精度。除此以外，数控技术取代了传统煤矿机械中的人力操作，大大降低了企业原本高昂的人力成本，降低了煤矿开采的难度。

数控技术对传统煤矿机械的作用不仅仅体现在煤矿开采和煤矿切割方面，数控技术还起到了防范安全事故的作用。数控技术通过对机械高精度地操作，极大地避免了煤矿企业生产过程中可能发生的意外状况，增加了煤矿企业的安全系数，只需要通过对数控技术加大管控力度、实时监控就能够大大降低风险。由此可见，数控技术对实现煤矿机械领域自动化、规模化、标准化有着推动作用，企业应当学习先进的数控技术和工作经验，严格遵循数控技术的工作流程，将数控技术加入到自身的煤矿开采、煤矿切割环节中，以提高企业的工作效率和经济效益，为全社会提供更高质量的煤矿[3]。

5.3 自动化机械制造汽车领域

近年来，随着我国的经济水平和工业水平逐渐提高，国民的生活质量和生活需求也随之上升，因此汽车行业在新时代取得了长足的发展，进入了追求可持续发展、行业转型升级的关键节点。工业化的发展也导致我国的汽车行业的质量要求水涨船高，国产汽车想要在竞争激烈的市场上占据一席之地，将先进的数控技术和传统的汽车制造进行有机融合是提高企业核心竞争力的关键。数控技术通过数字信息和计算机来对生产环节进行控制，在汽车零件加工和零配件组装环节已经得到了广泛的应用。数控技术通过以高精度的计算机操控来代替传统的人工组装的方法，既有效提高了汽车制造行业自动化的脚步，也大大提高了最终产品的质量和企业的生产效率，从而满足了消费者的核心需求，提高了企业的经济效益，促进整个汽车制造行业的快速发展[4]。

数控技术不仅大幅度提高了企业的生产效率，还改变了企业的生产模式。随着数控技术的普及，企业的生产模式也随之发生改变，从传统的大规模、低效率的粗放式生产经营模式转变为现代化的小规模、高效率的生产经营模式，对企业树立良好的企业形象、提高企业的自动化程度都有着积极影响。由此可见，数控技术对于汽车制造业的发展意义重大，数控技术通过应用先进的计算机技术和虚拟现实技术，对企业的生产环节进行干预，推动了整个行业的前进和发展。因此汽车制造行业应当抓住机遇，企业可以通过成立专门的科研小组，学习研究先进的数控技术，将其应用到生产环节中来。

5.4 在航空航天工业中的应用

我国的航空航天事业处于世界领先水平，航空航天工业的发展离不开数控技术的支持与帮助。在航空航天设备当中，每一个零件均需要系统、复杂的计算、设计和加工过程，尤其是对加工精度提出了较高的要求，而传统的机械加工机床则无法满足其精度需求。此外，在航空航天设备的组装环节当中，人工组装和装备无法保证力度控制的准确性，这也会导致设备的整体质量下降。而从材料角度来看，航空航天领域的发展趋势决定了其对于设备的重量控制要求较高，大部分航空航天设备的零部件均为铝制材料或者铝合金材料，且薄壁类大型零件的数量较多，加工难度大，精度要求高，人工加工无法满足实际的应用需求。数控技术的应用则从根本上解决了航空航天设备加工的一切问题，其能够制造出高精度、高强度的零部件，从而为推动我国航空航天事业的持续发展奠定基础条件[5]。

6  我国数控技术的不足与发展方向

受到国家经济发展因素的影响，数控技术在我国的起步时间较晚，且发展的初期阶段主要依赖进口。进入新世纪之后，我国的经济发展速度迅速，数控技术的整体水平与发达国家之间的距离也在持续性缩短，但这并不意味着我国已经实现了对发达国家的反超。从数控技术的发展现状来看，我国的数控技术目前依然处于低速发展过程中，低端设备已经完全实现了自主生产，中端设备的发展速度较快，与国家差距较小，而高端设备依然依赖进口，尤其是部分高精密设备，依然需要通过高价进口的方式来满足国内的供需。而从技术研发的角度来看，在中高端设备研发进度尚不完全的情况下，高精端数控设备的研发速度缓慢。导致这些问题存在的主要原因在于国内的数控系统加工制造企业的发展速度缓慢，多数企业依然停留在低位快速发展阶段，其生产技术水平、精度、质量和性能方面与国际领先企业相比依然存在不小的差异性，整体上落后了10-20年左右。此外，我国的计算机基础和集成电路技术与国外相比也存在一定的差异性，这也间接性影响到了我国数控技术的高精端发展。

考虑到我国数控技术的发展问题，后续应当进一步加强研发投资力度，并结合我国的基本国情逐步对相关标准规范制度进行完善，进一步打造国有品牌。同时，需要进一步给予数控设备制造企业一定的扶持，鼓励相关企业加大投资和研发力度，实现创新性生产，组建独立的技术研发团队，逐步提高我国的综合研发水平。其次，考虑到我国数控技术的整体滞后性，除了要进一步加强技术研发以及技术投入之外，还应当构建技术共享平台，促进数控技术在不同领域的技术共享，这不仅可以加快数控技术的研发速度与效率，同时也能够帮助各个企业节约技术投入资金，实现共同发展。此外，我國企业还应当积极借鉴、参考国外的先进技术，通过技术引进、人才引进的方式来逐步提升我国数控技术的综合水平。最后，还应当进一步扩大数控技术的应用范围。与欧美等发达国家相比较，我国数控技术的应用范围较小。一方面是因为我国数控技术的整体自动化程度较低，应用范围有限，另一方面则是企业不重视数控技术的应用，过于重视传统的生产加工方式。对于机械制造企业而言，其应当加快数控技术与机械制造流程的相互融合，通过技术融合与优势融合的方式，来获取更好的效果。

7  小结

随着工业的不断发展，将数控技术应用到机械制造领域中成为了信息时代的风向标。数控技术对于我国机械制造行业的生产制造、煤矿开采、汽车制造等都有着推动作用，其智能化、多技术集成化、虚拟化的特点也极大地满足了新时代的产业需求。但是数控技术也具备着应用的困难，还需要多方协同努力，早日解决。

参考文献：

[1]龚春芬.数控技术在自动化机械制造中的应用对策[J].山东工业技术，2016（16）：30.

[2]盛湘.数控技术在自动化机械制造中的应用探究[J].2021（15）：56-57.

[3]刘彩花.数控技术在自动化机械制造中的应用分析[J].内燃机与配件，2020（10）：105-106.

[4]刘克荣.数控技术在自动化机械制造中的运用研究[J].内燃机与配件，2020（2）：67-68.

[5]张正.数控技术在自动化机械制造中的运用[J].商品与质量，2019（5）：112.