计算机数控技术在机械制造中的应用研究

计算机数控技术在机械制造中的应用研究

李炎哲

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摘要：在制造业的革新进程中，计算机集成制造系统(CIMS)的影响力不容忽视，其中以西门子、发那科和海德汉等国际巨头的先进控制系统为核心驱动力。步入现代，对精确度和生产效率的追求达到了前所未有的高度，特别是在高科技领域如航天航空和精密导航设备的制造中，对精准度的要求近乎苛刻。正是这些数控系统的广泛应用和不断优化，显著提升了机械加工的精密度，从而积极推动了整个行业的技术创新和升级。

关键词：计算机；数控技术；机械制造；应用

1计算机数控技术的概念及优势

1.1计算机数控技术的概念

智能集成制造技术是当今工业领域的一股重要力量，它将计算机科学、通讯技术、精密机械制造以及前沿科技如感应器、识别设备等无缝融合，旨在提升生产效率，增强自动化和智能化水平，确保产品的卓越质量。以智能控制机器人为核心的先进制造系统，集成了电流传感、光电子、计算机网络等多种尖端技术，推动制造业迈向数字化和智能化的新高度。这种革新对数据处理速度和设备操作性能提出了前所未有的挑战，对切割速度和精准定位的要求日益严苛。智能控制机器人的高效精确性与高效能特性使其成为现代工业的标志性设备。因此，持续研发并广泛应用这类先进技术是推动工业进步的必然选择。

1.2计算机数控技术的优势

信息技术与制造业的深度融合催生了先进的自动化技术，显著提升了生产效率、安全性和稳定性。这种技术巧妙地解决了常规机械难以企及的高精度、定制化部件制造难题，确保了产品质量的卓越性。它具备高度的灵活性，能够根据消费者的具体需求动态调整加工流程，无论产品尺寸如何变化，都能满足定制化需求，从而大幅节省生产成本。计算机数控技术采用一次性处理复杂零件的方法，有效避免了重复加工可能对精度造成的干扰，实现了高效生产和品质保障的双重目标。借助计算机的支持，通过标准化工具进行生产，相较于传统的手工换刀方式，不仅提高了设备操作的规范化程度，还显著缩短了生产周期，实现了时间和效率的双重优化。

2计算机数控技术在机械制造中的结构组成

机械工程领域的数字化转型显著提升了生产效率和精密零件的加工精准度，尤其体现在以下几个关键环节的协同作用中：(1)基础架构，由稳固的底座、平稳的工作台和动态负载管理的支架构成。这些组件凭借静电承载技术，有效应对切割过程中的动态负荷，优化了铸件加工过程中的硬度标准，提高了整体性能的稳定性。(2)核心组件——主轴单元，包括主轴箱、支架等，是整个系统的心脏。它负责接收并执行来自数字控制系统的指令，如启动、停止、变速等，确保高效的实时操控和加工精度的维持。(3)计算机制造模块，包含PLC、伺服驱动和智能制造技术，为精确控制流程提供了基础平台。通过数值化处理和数据解析，实现了运动路径的精确生成和信息系统的无缝对接，确保操作的高效性和便利性。(4)自动化更换工具系统，由工具轴承和灵活的机械臂构成。在更换配件需求时，数控系统精准发出指令，机械臂能迅速从存储库中挑选并安装所需工具，然后返回原位，减少了人工干预的时间。(5)尽管辅助设备如润滑、冷却、除尘和防护系统看似不显眼，但它们对提升切割中心的整体效能和精度至关重要，确保了系统的稳定运行和持续优化。

3计算机数控技术在机械制造中的应用

3.1柔性制造系统

FMS，即柔性制造系统，它的核心应用聚焦于提升制造业的物流传输效率，是计算机科技与机械制造深度融合的产物。作为数字化管控与精密设备的集成平台，FMS运用计算机智能进行全程集成管理，涵盖了从原料接收至成品打包的全流程操作，实现了制造业的无缝衔接与高效生产。其显著特点在于低成本、易扩展，且在可靠性方面表现出色。FMS体系内部结构划分为两个关键模块：物流存储单元和生产制造单元。前者主要包括高效的立体仓库系统，通过自动化输送带将原材料精确地运送到生产区域；视觉检测设备确保了每一步加工的精准度，不合格品会由智能机器人即时识别并移至回收环节。而生产制造单元则配备有先进的加工中心和输送机器人，专门负责精细的工件加工任务，这使得FMS能高效地处理大规模定制化零件的生产需求。

3.2计算机集成制造系统

智能制造生态系统（MSE）代表了创新融合的前沿制造策略，它巧妙地融合了精密操控技术、机械工程基础与尖端信息技术。通过计算机的强大运算能力，MSE实现了生产效率的提升，使得人力资源、物流支持、数据与信息的高效配置与利用成为可能。这个系统旨在构建一个平台，将传统工艺与最新的信息化、自动化革新、设计流程无缝对接，从而智能优化产品生命周期管理，加速新品上市、提供优质服务并降低成本，从而赋予企业在竞争激烈的市场环境中卓越的适应性和竞争优势。

3.3分布式数控系统

分布式自动化制造系统（DMS）融合了先进的计算机辅助制造技术和分布式智能机床网络，其独特之处在于它允许多台计算机协同运作，形成一个动态的“分布式主控”框架，通过“多对一”的高效管理，对各节点进行实时监控、操控和信息交换。在制造业中应用DMS，显著简化了从编程设计到实物生产的流程。一旦程序员完成了零件的指令设计，这些指令可以直接无缝地导入DMS系统，然后由操作人员根据预设程序进行精准的加工生产。我们选择工业互联网作为DMS与数控机床之间的通讯桥梁，通过在服务器程序与硬件设备间引入高效的通信代理层，实现了加工车间内多台数控机床的无缝链接。这种创新策略在大型精密数控加工中展现出卓越的性能优化，提升了整体生产效率和加工精度。

3.4STEP-NC系统

STEP-NC体系的独特价值在于其能够依据设计图纸驱动机床构建，进而推动基于图形设计的生产和处理流程。它的核心机制在于平面设计中的高效数据获取。在数据获取技术的研究与实践层面，强化对此技术的理解与运用显得尤为关键，以提升数据获取的速度和精度。传统的G代码系统在计算机辅助制造（CAM）到计算机数控（CNC）的传输过程中，是单向且间接的，这限制了数据读取的效率，未能充分发挥CNC技术的潜能。相比之下，STEP-NC系统采用了创新的STEP-NC编码方式，直接解读并处理数字控制数据，实现了CAD与CNC系统之间的双向信息交换，显著地克服了传统方法的局限性。

4结论

在当代工业体系中，信息技术与传统机械行业的融合，特别是在精密设备和机床制造领域的革新，展现出了革命性的力量。这种新型的计算机数控技术，如同催化剂般推动了机械制造过程的高效自动化和前瞻性智能化进程。然而，为了持续引领行业前沿，我们必须强化对前沿计算机数控技术和关键技术的研发力度，积极寻求并巩固核心竞争优势。这些创新技术将成为驱动现代机械制造业迈向未来的关键引擎。

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