淺析數控技術發展趨勢

摘要：隨著先進技術的應用以及加工對象的多樣化和復雜化，數控技術向高速高精高效化、柔性自動化、集成化、智能化等方向發展，決定了今后發展數控機床是我國機械制造業技術改造的必由之路，是工廠自動化的基礎。

關鍵詞：數控技術；智能化；數控系統

中圖分類號：TU872 文獻標識碼：A 文章編號：1006-3315(2011)12-136-001

一、國內外數控系統發展概況

在現代制造系統中，數控技術是關鍵技術，它集微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等高新技術于一體。目前，數控技術正在發生根本性變革，近十年，數控機床為適應加工技術的發展，在以下幾個技術領域都有了較大的進步。

1.高速化

高速加工技術普及，機床普遍提高各方面的速度，車床主軸轉速由3000~4000r／min提高到8000～10000r／min，銑床和加工中心主軸轉速由4000～8000r／min提高到12000r／rain、24000r／miIl、40000r／min，以上快速移動速度由過去的10～20m／min提高到48m／rain、60m／min、80m／rain、120m／min，在提高速度的同時，要求提高運動部件起動的加速度。

2.高精度化

數控機床的定位精度已由一般的0.01—0.02mm提高到0.008ram左右，亞微米級機床達到O.0005mm左右，納米級機床達到0.005~0.01pma，最小分辨率為Inm的數控系統和機床已有產品。

3.復合加工、新結構機床大量出現

如：五軸五面體復合加工機床，五軸五聯動加工各類異形零件，也派生出各種新穎的機床結構，包括六軸虛擬軸機床，串并聯鉸鏈機床等。

4.使用各種高效特殊功能的刀具

如：內冷鉆頭，由于使高壓冷卻液直接冷卻鉆頭切削刃和排除切屑，在鉆深孔時大大提高效率。

5.數控機床的開放性和聯網管理

數控機床的開放性和聯網管理已是使用數控機床的基本要求，計算機集成制造、網絡制造、異地診斷、虛擬制造、異形工程等各種新技術都在數控機床基礎上發展起來。

二、數控技術的發展趨勢

1.性能發展方向

1.1高速高精高效化。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統以及帶高分辨率絕對式檢測元件的交流數字伺服系統，同時采取了改善機床動態、靜態特性等有效措施，機床的高速高精高效化已大大提高。

1.2柔性化。包含兩方面：數控系統本身的柔性，數控系統采用模塊化設計，功能覆蓋面大，可裁剪性強，便于滿足不同用戶的需求；群控系統的柔性，同一群控系統能依據不同生產流程的要求，使物料流和信息流自動進行動態調整，從而最大限度地發揮群控系統的效能。

1.3工藝復合性和多軸化。以減少工序、輔助時間為主要目的的復合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向發展。

1.4實時智能化。在數控技術領域，實時智能控制的研究和應用正沿著幾個主要分支發展：自適應控制、模糊控制、神經網絡控制、專家控制、學習控制、前饋控制等。

2.功能發展方向

2.1用戶界面圖形化。用戶界面是數控系統與使用者之間的對話接口。圖形用戶界面極大地方便了非專業用戶的使用。

2.2科學計算可視化。科學計算可視化可用于高效處理數據和解釋數據，可視化技術與虛擬環境技術相結合，進一步拓寬了應用領域，這對縮短產品設計周期、提高產品質量、降低產品成本具有重要意義。

2.3插補和補償方式多樣化。多種插補方式如直線插補、圓弧插補、空間橢圓曲面插補、極坐標插補、2D+2螺旋插補、NANO插補、NURBS插補、樣條插補(A、B、c樣條)、多項式插補等。

2.4內裝高性能PLC。數控系統內裝高性能PLC控制模塊，可直接用梯形圖或高級語言編程，具有直觀的在線調試和在線幫助功能。

2.5多媒體技術應用。多媒體技術集計算機、聲像和通信技術于一體，使計算機具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力。

3.體系結構的發展

3.1集成化。采用高度集成化CPU、RISC芯片和大規模可編程集成電路FPGA、EPLD、CPLD以及專用集成電路ASIC芯片，可提高數控系統的集成度和軟硬件運行速度。應用FPD平板顯示技術，可提高顯示器性能。平板顯示器具有科技含量高、重量輕、體積小、功耗低、便于攜帶等優點，可實現超大尺寸顯示，成為和CRT抗衡的新興顯示技術。

3.2模塊化。根據不同的功能需求，將基本模塊，如CPU、存儲器、位置伺服、PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊，作成標準的系列化產品，通過積木方式進行功能裁剪和模塊數量的增減，構成不同檔次的數控系統。

3.3網絡化。機床聯網可進行遠程控制和無人化操作。

3.4通用型開放式閉環控制模式。采用通用計算機組成總線式、模塊化、開放式、嵌入式體系結構，便于裁剪、擴展和升級，可組成不同檔次、不同類型、不同集成程度的數控系統。

三、智能化新一代PCNC數控系統

當前開發研究適應于復雜制造過程的、具有閉環控制體系結構的、智能化新一代PCNC數控系統已成為可能。新一代數控裝備將是具有一定智能化的系統，智能化的內容包括在數控系統中的各個方面：為追求加工效率和加工質量方面的智能化，如加工過程的自適應控制，工藝參數自動生成；為提高驅動性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機參數的自適應運算、自動識別負載自動選定模型、自整定等；簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動編程、智能化的人機界面等；還有智能診斷、智能監控方面的內容、方便系統的診斷及維修等。

總之，制定符合中國國情的總體發展戰略，確立與國際接軌的發展道路，對我國數控技術與產業的發展至關重要。衷心希望，我國科技界、產業界和教育界通力合作，把握好知識經濟帶來的難得機遇，迎接競爭全球化帶來的嚴峻挑戰，使我國數控技術和產業最終走向世界的前列。

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