汽車(chē)产业是我國(guó)國(guó)民(mín)经济重要的支柱产业，其产业链長(cháng)、就业面广、消费拉动力大，在國(guó)民(mín)经济发展中发挥着重要作用(yòng)。随着汽車(chē)产业的迅速发展，汽車(chē)复杂关键零部件的高效、高精度、高稳定性加工成為(wèi)缩短产品生产周期、提高企业效益和竞争力的有(yǒu)效措施。数控加工技术可(kě)实现复杂汽車(chē)零部件的快速成型制造，与此同时，数控技术中的虚拟制造技术、柔性制造技术、集成制造技术都在现代汽車(chē)加工制造业中得到了广泛应用(yòng)。数控制造技术在汽車(chē)零部件生产过程的智能(néng)化发展将成為(wèi)汽車(chē)制造产业的一项发展趋势。
随着工业4.0和中國(guó)制造2025核心规划的提出，昭示着全球第四次工业革命的到来，更多(duō)地强调产品制造过程信息化与工业化的融合，实现制造装备及其控制的智能(néng)化，如智能(néng)工厂、智能(néng)生产、人机交互、物(wù)联网、机器自组织、数字化制造等。数控机床和数控系统是实现智能(néng)化生产的核心要素，数控加工技术可(kě)实现复杂汽車(chē)零部件的快速成型制造，并且数控技术中的虚拟制造技术、柔性制造技术、集成制造技术都逐步在现代汽車(chē)加工制造业中得到了广泛应用(yòng)。数控系统在汽車(chē)零部件制造过程中的智能(néng)化发展也将成為(wèi)现代汽車(chē)制造产业的一项必然发展趋势。本文(wén)介绍了数控系统用(yòng)于汽車(chē)零部件制造过程的重要性，并简单介绍了经常使用(yòng)的数控系统种类。随后详细介绍了FANUC数控系统在智能(néng)制造方面的特点及其优势，并提出一些该系统针对汽車(chē)用(yòng)特殊零部件制造过程的改进措施。在本文(wén)的后，简单总结了未来 数控系统 的发展趋势。
数控系统 在汽車(chē)零部件制造过程中的重要性
随着汽車(chē)产业的迅速发展，对汽車(chē)复杂关键零部件的高效、高精度、高稳定性加工成為(wèi)缩短产品生产周期、提高企业效益和竞争力的有(yǒu)效措施。数控加工技术可(kě)便捷实现复杂汽車(chē)零部件的快速成型制造，与此同时数控技术中的虚拟制造技术、柔性制造技术、集成制造技术都在现代汽車(chē)加工制造业中得到了广泛应用(yòng)。与手工生产制造而言，数控技术為(wèi)实现汽車(chē)零部件制造的规范性、标准化，提高國(guó)产汽車(chē)零部件生产质量和实际装备率奠定了基础。数控技术可(kě)為(wèi)汽車(chē)关键零部件制造提供成套自动化解决方案，基于工业互联网和加工过程大数据的监控及遠(yuǎn)程服務(wù)接收加工数据，随后进行虚拟加工及程序代码检测，接下来利用(yòng)数控系统的加工状态自感知、自學(xué)习、自适应、自优化功能(néng)实现工件的高质量加工，随后利用(yòng)工业机器人和数控机床在線(xiàn)批量化检测方法实现数控机床在汽車(chē)关键零部件的高效柔性加工与批量化制造中的广泛应用(yòng)。
汽車(chē)零部件制造过程中常用(yòng)数控系统种类
目前，國(guó)产数控机床及日本、美國(guó)、欧洲进口机床较多(duō)采用(yòng) 发那科(kē)( FANUC ) 和西门子 ( SIEMENS )两种 数控系统 ，均可(kě)使用(yòng)G代码实现程序编制。其中，大部分(fēn)車(chē)削、多(duō)轴铣削数控机床 均采用(yòng)上述两种数控系统，并方便与计算机辅助设计集成。上述两款数控系统占据当今机床数控行业绝大多(duō)数市场份额。现今，引进的一些用(yòng)于复杂曲面加工的德國(guó)多(duō)轴加工中心装备有(yǒu)海德汉(HEIDENHAIN)数控系统，该系统具有(yǒu)可(kě)视化和模块化大型程序编辑能(néng)力，可(kě)以快速插入和编辑信息并可(kě)实现复杂曲面及多(duō)孔结构的快速成型加工。随着智能(néng)制造和智能(néng)工厂的不断发展和建立，一些机床公司开始按照客户要求开发专用(yòng)数控系统，例如日本大隈(OKUMA)公司、日本山(shān)崎马扎克(YAMAZAKI MAZAK)公司、德國(guó)德马吉森精机(DMG MORI)公司、中國(guó)沈阳机床(SMTCL)公司等。
FANUC系统在智能(néng)化制造方面的特点及改进措施
FANUC系统在当今世界数控系统的研发、设计、制造和销售方面具有(yǒu)强大的势力。其产品系列覆盖多(duō)种制造工艺，如車(chē)削、铣削、磨削、加工中心等。FANUC数控系统使用(yòng)起来较為(wèi)方便、稳定、可(kě)靠，对工业环境的要求比较低。FANUC系统采用(yòng)较為(wèi)通用(yòng)的G代码编制程序，并且程序语句结构简单，系统稳定可(kě)靠。该系统可(kě)根据零件图上指定的零件轮廓尺寸直接编程，如直線(xiàn)倾角、圆弧半径、倒角值等，简单直观。FANUC系统能(néng)够自行规划粗加工和精加工循环路径及按照设计值留有(yǒu)设计者指定的加工余量，简化了复杂编程。针对多(duō)孔零件只需给定孔中心位置，随后可(kě)采用(yòng)简单的循环指令如G82-G89实现多(duō)孔自动循环加工。在进行曲面加工过程中，可(kě)利用(yòng)宏程序(例如将#1,#2等作為(wèi)变量)根据曲面方程(含有(yǒu)#1,#2等变量的方程)直接编程，直观、高效、实用(yòng)。与此同时，FANUC系统具有(yǒu)便捷的坐(zuò)标系变换功能(néng)，可(kě)简单实现多(duō)坐(zuò)标系混合编程。FANUC系统具有(yǒu)智能(néng)化人机交互界面，从创建加工程序到实际加工的所有(yǒu)操作终都能(néng)在同一画面上进行调试和仿真，轻松实现車(chē)床、加工中心以及铣床加工循环丰富的编程引导、可(kě)视化和检查功能(néng)。
在智能(néng)化方面，FANUC系统可(kě)以利用(yòng)丰富的网络功能(néng)，构建适合CNC机床的系统，还可(kě)以将CNC与電(diàn)脑连接起来，进行复杂零件的3D设计及NC代码转化(利用(yòng)CAM软件)随后进行NC程序传输和监视CNC状态，实现复杂几何形貌零件的智能(néng)化制造。还可(kě)以通过以太网将工厂内的机床连接起来，对机床的运转状态进行集中统一管理(lǐ)、控制和监视，实现CNC与電(diàn)脑的高度融合。图1展示了FANUC系统FS0i-F(C)在智能(néng)化生产或智能(néng)化工厂建立方面的应用(yòng)。目前FANUC系统引入了实时优化控制实现对智能(néng)机床的控制，根据负载、温度、位置等机械状况的变化，进行实时优化控制。通过使用(yòng)这些功能(néng)群来实现高速、高精度和高质量加工。尤其在汽車(chē)部件和金属模具等复杂形状的加工时，通过预读的程序指令判断指令形状，适当控制速度和加速度，在公差范围内获得平滑加工路径，使得机械性冲击减弱，发挥数控机床的优性能(néng)和智能(néng)化制造。
针对于汽車(chē)行业薄壁壳體(tǐ)零件的制造，如发动机壳體(tǐ)、变速箱壳體(tǐ)等铣削过程应该装载一些特殊的后处理(lǐ)程序，比如切削过程中由于低刚度壳體(tǐ)造成的切削振颤导致加工精度的降低(如图2)，装载自适应转速控制和机床各轴力矩、扭矩监测模块，通过自动调节主轴转速以达到各轴力矩维持切削稳定状态，提高加工质量和加工效率。
目前日本大隈(OKUMA)公司已将该功能(néng)装在自研发的数控系统中，降低对操作者需具备大量加工经验的要求。同时装载各轴電(diàn)机力矩及扭矩监测数控模块也有(yǒu)助于判别切削过程中刀(dāo)具或刀(dāo)柄与工件或夹具的瞬间碰撞，从而急停机床运动，保护主轴不受损伤。另外，希望FANUC系统装载在線(xiàn)检测模块如雷尼绍(Renishaw)探头，尤其针对汽車(chē)多(duō)孔零件的孔径检测和位置检测，将一些简单的三坐(zuò)标检测功能(néng)集成于数字控制系统，实现加工、检测和修复一體(tǐ)式的高精度、高效率加工模式。
未来数控系统发展趋势展望
面对多(duō)自由度复杂零部件高质量、高效率的一體(tǐ)化智能(néng)生产制造需求，未来的数控系统向着多(duō)自由度复合加工化的方向发展，实现一次装卡完成多(duō)加工面的車(chē)、铣、钻等多(duō)工艺复合加工。另外，数控系统需要拥有(yǒu)更先进的轨迹规划策略和電(diàn)机控制策略以实现高速、高精度加工。随着智能(néng)化制造的发展趋势，数控系统需拥有(yǒu)高度智能(néng)化的人机界面，并实现加工工艺规划功能(néng)和加工过程的诊断和自适应控制策略，未来的数控系统将会实现机床自身制造全程全方位的自我监测和管理(lǐ)。数控系统可(kě)根据零部件的3D模型自动规划装卡位置、加工轨迹和加工刀(dāo)具，更有(yǒu)可(kě)能(néng)采用(yòng)以太网和互联网技术实现工厂各机床的相互通信和协作，规划时间短化工艺步骤，借助于与机械手的通信实现自动上下料和装卡、搬运等，实现关键复杂零部件的自动智能(néng)化快速成型制造。
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