汽車(chē)產(chǎn)業(yè)是我國國民經(jīng)濟重要的支柱產(chǎn)業(yè)，其產(chǎn)業(yè)鏈長(cháng)、就業(yè)面廣、消費拉動(dòng)力大，在國民經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮著(zhù)重要作用。隨著(zhù)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，汽車(chē)復雜關(guān)鍵零部件的高效、高精度、高穩定性加工成為縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期、提高企業(yè)效益和競爭力的有效措施。數控加工技術(shù)可實(shí)現復雜汽車(chē)零部件的快速成型制造，與此同時(shí)，數控技術(shù)中的虛擬制造技術(shù)、柔性制造技術(shù)、集成制造技術(shù)都在現代汽車(chē)加工制造業(yè)中得到了廣泛應用。數控制造技術(shù)在汽車(chē)零部件生產(chǎn)過(guò)程的智能化發(fā)展將成為汽車(chē)制造產(chǎn)業(yè)的一項發(fā)展趨勢。

     隨著(zhù)工業(yè)4.0和中國制造2025核心規劃的提出，昭示著(zhù)全球第四次工業(yè)革命的到來(lái)，更多地強調產(chǎn)品制造過(guò)程信息化與工業(yè)化的融合，實(shí)現制造裝備及其控制的智能化，如智能工廠(chǎng)、智能生產(chǎn)、人機交互、物聯(lián)網(wǎng)、機器自組織、數字化制造等。數控機床和數控系統是實(shí)現智能化生產(chǎn)的核心要素，數控加工技術(shù)可實(shí)現復雜汽車(chē)零部件的快速成型制造，并且數控技術(shù)中的虛擬制造技術(shù)、柔性制造技術(shù)、集成制造技術(shù)都逐步在現代汽車(chē)加工制造業(yè)中得到了廣泛應用。數控系統在汽車(chē)零部件制造過(guò)程中的智能化發(fā)展也將成為現代汽車(chē)制造產(chǎn)業(yè)的一項必然發(fā)展趨勢。本文介紹了數控系統用于汽車(chē)零部件制造過(guò)程的重要性，并簡(jiǎn)單介紹了經(jīng)常使用的數控系統種類(lèi)。隨后詳細介紹了FANUC數控系統在智能制造方面的特點(diǎn)及其優(yōu)勢，并提出一些該系統針對汽車(chē)用特殊零部件制造過(guò)程的改進(jìn)措施。在本文的后，簡(jiǎn)單總結了未來(lái) 數控系統 的發(fā)展趨勢。

    數控系統  在汽車(chē)零部件制造過(guò)程中的重要性

     隨著(zhù)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，對汽車(chē)復雜關(guān)鍵零部件的高效、高精度、高穩定性加工成為縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期、提高企業(yè)效益和競爭力的有效措施。數控加工技術(shù)可便捷實(shí)現復雜汽車(chē)零部件的快速成型制造，與此同時(shí)數控技術(shù)中的虛擬制造技術(shù)、柔性制造技術(shù)、集成制造技術(shù)都在現代汽車(chē)加工制造業(yè)中得到了廣泛應用。與手工生產(chǎn)制造而言，數控技術(shù)為實(shí)現汽車(chē)零部件制造的規范性、標準化，提高國產(chǎn)汽車(chē)零部件生產(chǎn)質(zhì)量和實(shí)際裝備率奠定了基礎。數控技術(shù)可為汽車(chē)關(guān)鍵零部件制造提供成套自動(dòng)化解決方案，基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和加工過(guò)程大數據的監控及遠程服務(wù)接收加工數據，隨后進(jìn)行虛擬加工及程序代碼檢測，接下來(lái)利用數控系統的加工狀態(tài)自感知、自學(xué)習、自適應、自?xún)?yōu)化功能實(shí)現工件的高質(zhì)量加工，隨后利用工業(yè)機器人和數控機床在線(xiàn)批量化檢測方法實(shí)現數控機床在汽車(chē)關(guān)鍵零部件的高效柔性加工與批量化制造中的廣泛應用。

汽車(chē)零部件制造過(guò)程中常用數控系統種類(lèi)

     目前，國產(chǎn)數控機床及日本、美國、歐洲進(jìn)口機床較多采用 發(fā)那科( FANUC ) 和西門(mén)子 ( SIEMENS )兩種 數控系統 ，均可使用G代碼實(shí)現程序編制。其中，大部分車(chē)削、多軸銑削數控機床 均采用上述兩種數控系統，并方便與計算機輔助設計集成。上述兩款數控系統占據當今機床數控行業(yè)絕大多數市場(chǎng)份額?，F今，引進(jìn)的一些用于復雜曲面加工的德國多軸加工中心裝備有海德漢(HEIDENHAIN)數控系統，該系統具有可視化和模塊化大型程序編輯能力，可以快速插入和編輯信息并可實(shí)現復雜曲面及多孔結構的快速成型加工。隨著(zhù)智能制造和智能工廠(chǎng)的不斷發(fā)展和建立，一些機床公司開(kāi)始按照客戶(hù)要求開(kāi)發(fā)專(zhuān)用數控系統，例如日本大隈(OKUMA)公司、日本山崎馬扎克(YAMAZAKI MAZAK)公司、德國德馬吉森精機(DMG MORI)公司、中國沈陽(yáng)機床(SMTCL)公司等。

     FANUC系統在智能化制造方面的特點(diǎn)及改進(jìn)措施

       FANUC系統在當今世界數控系統的研發(fā)、設計、制造和銷(xiāo)售方面具有強大的勢力。其產(chǎn)品系列覆蓋多種制造工藝，如車(chē)削、銑削、磨削、加工中心等。FANUC數控系統使用起來(lái)較為方便、穩定、可靠，對工業(yè)環(huán)境的要求比較低。FANUC系統采用較為通用的G代碼編制程序，并且程序語(yǔ)句結構簡(jiǎn)單，系統穩定可靠。該系統可根據零件圖上指定的零件輪廓尺寸直接編程，如直線(xiàn)傾角、圓弧半徑、倒角值等，簡(jiǎn)單直觀(guān)。FANUC系統能夠自行規劃粗加工和精加工循環(huán)路徑及按照設計值留有設計者指定的加工余量，簡(jiǎn)化了復雜編程。針對多孔零件只需給定孔中心位置，隨后可采用簡(jiǎn)單的循環(huán)指令如G82-G89實(shí)現多孔自動(dòng)循環(huán)加工。在進(jìn)行曲面加工過(guò)程中，可利用宏程序(例如將#1,#2等作為變量)根據曲面方程(含有#1,#2等變量的方程)直接編程，直觀(guān)、高效、實(shí)用。與此同時(shí)，FANUC系統具有便捷的坐標系變換功能，可簡(jiǎn)單實(shí)現多坐標系混合編程。FANUC系統具有智能化人機交互界面，從創(chuàng )建加工程序到實(shí)際加工的所有操作終都能在同一畫(huà)面上進(jìn)行調試和仿真，輕松實(shí)現車(chē)床、加工中心以及銑床加工循環(huán)豐富的編程引導、可視化和檢查功能。

    在智能化方面，FANUC系統可以利用豐富的網(wǎng)絡(luò )功能，構建適合CNC機床的系統，還可以將CNC與電腦連接起來(lái)，進(jìn)行復雜零件的3D設計及NC代碼轉化(利用CAM軟件)隨后進(jìn)行NC程序傳輸和監視CNC狀態(tài)，實(shí)現復雜幾何形貌零件的智能化制造。還可以通過(guò)以太網(wǎng)將工廠(chǎng)內的機床連接起來(lái)，對機床的運轉狀態(tài)進(jìn)行集中統一管理、控制和監視，實(shí)現CNC與電腦的高度融合。圖1展示了FANUC系統FS0i-F(C)在智能化生產(chǎn)或智能化工廠(chǎng)建立方面的應用。目前FANUC系統引入了實(shí)時(shí)優(yōu)化控制實(shí)現對智能機床的控制，根據負載、溫度、位置等機械狀況的變化，進(jìn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化控制。通過(guò)使用這些功能群來(lái)實(shí)現高速、高精度和高質(zhì)量加工。尤其在汽車(chē)部件和金屬模具等復雜形狀的加工時(shí)，通過(guò)預讀的程序指令判斷指令形狀，適當控制速度和加速度，在公差范圍內獲得平滑加工路徑，使得機械性沖擊減弱，發(fā)揮數控機床的優(yōu)性能和智能化制造。

     針對于汽車(chē)行業(yè)薄壁殼體零件的制造，如發(fā)動(dòng)機殼體、變速箱殼體等銑削過(guò)程應該裝載一些特殊的后處理程序，比如切削過(guò)程中由于低剛度殼體造成的切削振顫導致加工精度的降低(如圖2)，裝載自適應轉速控制和機床各軸力矩、扭矩監測模塊，通過(guò)自動(dòng)調節主軸轉速以達到各軸力矩維持切削穩定狀態(tài)，提高加工質(zhì)量和加工效率。

    目前日本大隈(OKUMA)公司已將該功能裝在自研發(fā)的數控系統中，降低對操作者需具備大量加工經(jīng)驗的要求。同時(shí)裝載各軸電機力矩及扭矩監測數控模塊也有助于判別切削過(guò)程中刀具或刀柄與工件或夾具的瞬間碰撞，從而急停機床運動(dòng)，保護主軸不受損傷。另外，希望FANUC系統裝載在線(xiàn)檢測模塊如雷尼紹(Renishaw)探頭，尤其針對汽車(chē)多孔零件的孔徑檢測和位置檢測，將一些簡(jiǎn)單的三坐標檢測功能集成于數字控制系統，實(shí)現加工、檢測和修復一體式的高精度、高效率加工模式。

未來(lái)數控系統發(fā)展趨勢展望

      面對多自由度復雜零部件高質(zhì)量、高效率的一體化智能生產(chǎn)制造需求，未來(lái)的數控系統向著(zhù)多自由度復合加工化的方向發(fā)展，實(shí)現一次裝卡完成多加工面的車(chē)、銑、鉆等多工藝復合加工。另外，數控系統需要擁有更先進(jìn)的軌跡規劃策略和電機控制策略以實(shí)現高速、高精度加工。隨著(zhù)智能化制造的發(fā)展趨勢，數控系統需擁有高度智能化的人機界面，并實(shí)現加工工藝規劃功能和加工過(guò)程的診斷和自適應控制策略，未來(lái)的數控系統將會(huì )實(shí)現機床自身制造全程全方位的自我監測和管理。數控系統可根據零部件的3D模型自動(dòng)規劃裝卡位置、加工軌跡和加工刀具，更有可能采用以太網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現工廠(chǎng)各機床的相互通信和協(xié)作，規劃時(shí)間短化工藝步驟，借助于與機械手的通信實(shí)現自動(dòng)上下料和裝卡、搬運等，實(shí)現關(guān)鍵復雜零部件的自動(dòng)智能化快速成型制造。