數(shù)控機床的發(fā)展史及其新技術(shù)的發(fā)展

工業(yè)發(fā)達國家把提高制造業(yè)的水平作為其提高綜合實力和競爭力的重要手段，數(shù)控機床是制造業(yè)實現(xiàn)自動化、柔性化、集成化生產(chǎn)的基礎(chǔ)。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，制造業(yè)正在向自動化、柔性化、集成化、智能化方向發(fā)展，CAD/CAM、FMS、CIMS、IMS等先進制造技術(shù)正日益在制造業(yè)中得到廣泛而深入的應(yīng)用。而這些技術(shù)和系統(tǒng)均是以數(shù)控技術(shù)和數(shù)控機床為基礎(chǔ)的。因此，數(shù)控機床是先進制造技術(shù)的重要載體，數(shù)控機床的技術(shù)水平，尤其是高精尖產(chǎn)品的技術(shù)水平，已成為衡量一個國家綜合國力的重要組成部分。從技術(shù)指標(biāo)方面介紹了國內(nèi)外數(shù)控機床技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展動向。數(shù)控機床技術(shù)在我國已進入高速發(fā)展時期，國產(chǎn)數(shù)控機床已占有較大市場份額，但在中高檔領(lǐng)域還主要靠進口，高精尖數(shù)控技術(shù)方面仍處于模仿階段。

一、數(shù)控機床的發(fā)展歷史

1946年誕生了世界上第一臺電子計算機，這表明人類創(chuàng)造了可增強和部分代替腦力的勞動的工具。6年后，即在1952年，計算機技術(shù)應(yīng)用到了機床上，在美國麻省理工大學(xué)研制了第一臺數(shù)控機床。從此，傳統(tǒng)機床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。

二、我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀

我國數(shù)控技術(shù)起步于1958年，近50年的發(fā)展歷程大致可分為三個階段：第一階段從1958～1979年，即封閉式發(fā)展階段。由于國外的技術(shù)封鎖和我國基礎(chǔ)條件的限制，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展較為緩慢。第二階段是在國家的“六五”、“七五”期間以及“八五”的前期，即引進技術(shù)，消化吸收，初步建立起國產(chǎn)化體系階段。第三階段是在國家“八五”的后期和“九五”期間，即實施產(chǎn)業(yè)化的研究，我國國產(chǎn)數(shù)控裝備的產(chǎn)業(yè)化取得了實質(zhì)性進步。在“九五”末期，國產(chǎn)數(shù)控機床的國內(nèi)市場占有率達50%，配國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)（普及型）也達到了10%。目我國數(shù)控機床行業(yè)所掌握的五軸聯(lián)動數(shù)控技術(shù)較成熟，并已有成熟產(chǎn)品走向市場。同時，我國也已進人世界高速數(shù)控機床生產(chǎn)國和高精度精密數(shù)控機床生產(chǎn)國的行列。在CIMT2003上，中國內(nèi)地共展出機床700多臺，在600多臺金屬切削機床和近100臺金屬成形機床展品中，數(shù)控機床分別占75%和54%。這既體現(xiàn)了中國機床市場的需求趨勢，也反映了中國在數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)化方面取得了突破性進展。目前我國占據(jù)市場的產(chǎn)品主要集中在經(jīng)濟型產(chǎn)品上，而在中檔、高檔產(chǎn)品上市場比例仍然很小，與國外一先進產(chǎn)品相比，在可靠性、穩(wěn)定性、速度和精度等方面均存在較大差距。

三、數(shù)控系統(tǒng)中的新技術(shù)

（一）網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控系統(tǒng)平臺

1.網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控系統(tǒng)平臺的基本結(jié)構(gòu)。

（1）系統(tǒng)軟件。機床網(wǎng)聯(lián)可進行遠程控制和無人化操作。通過機床聯(lián)網(wǎng)，可以在任何一臺機床上對其他機床機進行編程、設(shè)定、操作、運行，不同機床的畫面可同時顯示在每一臺機床的屏幕上。通過開放式的CNC同環(huán)球網(wǎng)的連接，車間能夠從跟蹤到收集機床生產(chǎn)情況等更多的信息。Pro/Engineer北航海爾CAXA等CAD/CAM軟件能夠依據(jù)零件CAD輪廓生成相應(yīng)的加工軌跡，生成數(shù)控代碼程序。這些代碼通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)給機床進行加工。網(wǎng)絡(luò)數(shù)控通過網(wǎng)絡(luò)將制造單元和控制部件相連，活將制造過程所需要資源（如加工程序、機床、工具、監(jiān)測監(jiān)控儀器等）共享。

（2）系統(tǒng)硬件。系統(tǒng)硬件包括組成的各種物理實體。系統(tǒng)硬件對外部的表象和接口可以是一致的，也可以通過設(shè)備驅(qū)動程序使之與操作系統(tǒng)分隔。系統(tǒng)硬件各部分通過信息管理網(wǎng)絡(luò)和開放設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)互連，傳遞命令和數(shù)據(jù)信息，并行完成數(shù)控任務(wù)。對于數(shù)控系統(tǒng)硬件來講，開放性主要是指其計算機、網(wǎng)絡(luò)、伺服系統(tǒng)及I/O邏輯控制等單元應(yīng)該具有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，以實現(xiàn)互換性。要使其硬件具有互換性，全球所有數(shù)控系統(tǒng)制造商都認為應(yīng)該采取現(xiàn)場總線技術(shù)。

2.未來數(shù)控技術(shù)網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展趨勢。一種基于移動通信技術(shù)的人機協(xié)同的新型數(shù)字化制造模式，它把無線移動通信技術(shù)引進來，創(chuàng)建一種以人為中心的能充分發(fā)揮“人的智能”和“及其智能”的分布式人機系統(tǒng)工作模式。車間數(shù)字助理（Shop Floor PDA）和新型數(shù)控系統(tǒng)構(gòu)成了這種新型制造模式的兩個核心環(huán)節(jié)。這種專業(yè)化的數(shù)控PDA可以通過無線局域網(wǎng)和上網(wǎng)，獲得車間或單元服務(wù)器乃至CAD/CAM技術(shù)中心的支持，因而極大地增強了數(shù)控系統(tǒng)的功能。

車間數(shù)字化是企業(yè)制造數(shù)字化和信息化的重要基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，也是我們所面臨的一個難點。企業(yè)排除人的參與，完全依靠計算機和自動化技術(shù)實現(xiàn)制造業(yè)數(shù)字化和信息化是不現(xiàn)實的。只有通過把當(dāng)前無線與移動通信技術(shù)引入到制造業(yè)中，實現(xiàn)隨時隨地的信息獲取和人機溝通，把人的智能和及其的智能無縫的結(jié)合起來，形成以一個人為中心的人機協(xié)同的制造模式，將為實現(xiàn)這種嶄新的制造模式打下堅實的基礎(chǔ)。

（二）數(shù)控機床智能控制技術(shù)

1.數(shù)控機床智能控制技術(shù)的必要性。長期以來，我國的數(shù)控系統(tǒng)為傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，CNC只能作為非智能的機床運動控制器。傳統(tǒng)CNC系統(tǒng)的這種固定程序控制模式和封閉式體系結(jié)構(gòu)，限制CNC向多變量智能控制發(fā)展，已不適應(yīng)日益復(fù)雜的制造過程。因此，對數(shù)控技術(shù)實行變革勢在必行。數(shù)控機床的智能控制技術(shù)有：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，模糊控制，人工智能控制。

2.數(shù)控機床模糊控制的實現(xiàn)。模糊控制是一種對系統(tǒng)宏觀控制的方法，它的基本思想是將操作著的經(jīng)驗和專家的行為過程總結(jié)成一些規(guī)則，并根據(jù)這些規(guī)則設(shè)計出控制器。模糊控制 系統(tǒng)就是將人的經(jīng)驗總結(jié)成預(yù)言控制規(guī)則，運用模糊理論模擬人的推理與決策，從而實現(xiàn)自動控制的控制系統(tǒng)。模糊控制器本質(zhì)就是一個采用了模糊控制算法的計算機或芯片，由三個基本的部分構(gòu)成：①將輸入的確切值“模糊化”，成為可用模糊集合描述的變量；②應(yīng)用語言規(guī)則進行模糊推理；③對推理結(jié)果進行決策并模糊化（也稱清晰化、解模糊），使之轉(zhuǎn)化為確切的控制量。

制造技術(shù)和裝備是人類生產(chǎn)活動的最基本的生產(chǎn)資料，而數(shù)控技術(shù)又是當(dāng)今現(xiàn)金制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進制造技術(shù)是我國加速經(jīng)濟發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途經(jīng)。數(shù)控技術(shù)是制造自動化的基礎(chǔ)，是現(xiàn)代制造裝備的靈魂核心，是國家工業(yè)和國防工業(yè)現(xiàn)代化的重要手段，關(guān)系到國家戰(zhàn)略地位，體現(xiàn)國家綜合國力水平，其水平的高低和數(shù)控裝備擁有量的多少是衡量一個國家工業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。我們要在未來的時期重視數(shù)控機床的發(fā)展，縮短我們與西方國家的差距。