數控技術的發展趨勢

于海瀾

（康大職業技術學院 機電工程系，廣東 廣州 511363）

1 國內外數控技術的發展概況

目前，數控技術正在發生根本性變革，由專用型封閉式開環控制模式向通用型開放式實時動態全閉環控制模式發展。在集成化基礎上，數控系統實現了超薄型、超小型化；在智能化基礎上，綜合了計算機、多媒體、模糊控制、神經網絡等多學科技術，數控系統實現了高速、高精、高效控制，加工過程中可以自動修正、調節與補償各項參數，實現了在線診斷和智能化故障處理；在網絡化基礎上，CAD/CAM與數控系統集成為一體，機床聯網，實現了中央集中控制的群控加工。長期以來，我國的數控系統為傳統的封閉式體系結構，CNC只能作為非智能的機床運動控制器。加工過程變量根據經驗以固定參數形式事先設定，加工程序在實際加工前用手工方式或通過CAD/CAM及自動編程系統進行編制。

2 數控技術的發展趨勢

隨著我國航空航天、船舶、汽車、電站設備和國防工業等制造業的高速發展，數控機床在裝備制造業中的重要性愈來愈明顯，數控技術的應用不但給傳統制造業帶來了革命性的變化，隨著數控技術的不斷發展和應用領域的擴大，它對國計民生的一些重要行業（IT、輕工、醫療等）的發展起著越來越重要的作用，因為這些行業所需裝備的數字化已是現代發展的大趨勢。從目前世界上數控技術及其裝備發展的趨勢來看，其主要研究熱點有以下幾個方面：

（1）高精度、高速度。盡管十多年前就出現高精度高速度的趨勢，但是科學技術的發展是沒有止境的，高精度、高速度的內涵也在不斷變化，目前正在向著精度和速度的極限發展。

精密加工技術有了新進展數控金切機床的加工精度已從原來的絲級（0.01mm）提升到目前的微米級（0.001mm），有些品種已達到0.05μm左右。超精密數控機床的微細切削和磨削加工，精度可穩定達到0.05μm左右，形狀精度可達0.01μm左右。采用光、電、化學等能源的特種加工精度可達到納米級（0.001μm）。通過機床結構設計優化、機床零部件的超精加工和精密裝配、采用高精度的全閉環控制及溫度、振動等動態誤差補償技術，提高機床加工的幾何精度，降低形位誤差、表面粗糙度等，從而進入亞微米、納米級超精加工時代。

高速、高精加工技術可極大地提高效率，提高產品的質量和檔次，縮短生產周期和提高市場競爭能力。為此日本先端技術研究會將其列為五大現代制造技術之一，國際生產工程學會將其確定為21世紀的中心研究方向之一。在轎車工業領域，年產30萬輛的生產節拍是40秒/輛，而且多品種加工是轎車裝備必須解決的重點問題之一；在航空和宇航工業領域，其加工的零部件多為薄壁和薄筋，剛度很差，材料為鋁或鋁合金，只有在高切削速度和切削力很小的情況下，才能對這些筋、壁進行加工。

（2）5軸聯動加工和復合加工機床。采用5軸聯動對三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進行切削，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。但過去因5軸聯動數控系統、主機結構復雜等原因，其價格要比3軸聯動數控機床高出數倍，加之編程技術難度較大，制約了5軸聯動機床的發展。當前由于電主軸的出現，使得實現5軸聯動加工的復合主軸頭結構大為簡化，其制造難度和成本大幅度降低，數控系統的價格差距縮小。因此促進了復合主軸頭類型5軸聯動機床和復合加工機床（含5面加工機床）的發展。

（3）智能化、柔性化、開放式、網絡化。隨著計算機領域中人工智能的不斷滲透和發展，數控系統的智能化程度也得到不斷提高。應用自適應控制技術數控系統能夠檢測到過程中的一些重要信息，并自動調整系統中的相關參數，改進系統的運行狀態；車間內的加工監測與管理可實時獲取數控機床本身的狀態信息，分析相關數據，預測機床狀態，使相關維護提前，避免事故發生，保證其不穩定工況下生產的安全，減少機床故障率，提高機床利用率。

機器人與主機的柔性化組合得到廣泛應用，使得柔性線更加靈活、功能進一步擴展、柔性線進一步縮短、效率更高。機器人與加工中心、車銑復合機床、磨床、齒輪加工機床、工具磨床、電加工機床、鋸床、沖壓機床、激光加工機床、水切割機床等組成多種形式的柔性單元和柔性生產線已經開始應用。

3 結語

目前許多國家對開放式數控系統進行研究，數控系統開放化已經成為數控系統的未來之路。目前開放式數控系統的體系結構規范、通信規范、配置規范、運行平臺、數控系統功能庫以及數控系統功能軟件開發工具等是當前研究的核心。網絡化數控裝備是近兩年國際著名機床博覽會的一個新亮點。數控裝備的網絡化將極大地滿足生產線、制造系統、制造企業對信息集成的需求，也是實現新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業、全球制造的基礎單元。國內外一些著名數控機床和數控系統制造公司都在近兩年推出了相關的新概念和樣機，反映了數控機床加工向網絡化方向發展的趨勢。

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