我國數控技術的發展現狀及發展趨勢

摘 要：本文介紹了數控技術在我國目前的發展現狀及今后數控技術的發展趨勢。我國數控技術實際上起步較早，但由于多種原因，現在我國數控技術雖然較以前取得了巨大進步，但橫向來看相比發達國家的數控技術差距還是很大。當今世界的數控技術發展趨勢是朝著高速、高精、智能化、網絡化、柔性化、綠色環保等方向發展。今后我國數控技術要想取得長足進步，必須就要在這些方面尋求突破。

關鍵詞：數控技術；高速切削；五軸聯動；智能化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.17.026

0 引言

數控技術英文簡稱CNC，它是通過計算機以及數字化技術來實現對機床運轉的有效控制，以確保研發出一種加工過程智能化、自動化的制造技術。數控技術集信息處理、自動控制、微電子、自動檢測、計算機等于一體的高新技術，具備高效率、高精度、柔性自動化等優勢。數控技術的應用主要體現在數控機床上。當前利用數控機床可以加工出非常復雜的零件，而且加工出的零件精度高、質量穩定。并且由于數控機床進行的是自動化生產，這對提高生產效率，降低工人勞動強度也產生了非常重大的影響。因此當今世界各發達國家都在努力發展以數控技術為核心的先進制造技術，以期能進一步發展經濟、提高綜合國力。

1 國內數控技術發展現狀

如今，隨著我國技術創新的不斷推進，我國對數控系統、數控主機、伺服驅動、專機及其配套件等基礎技術已經基本上掌握，并且創立了一批從事數控開發和生產制造的企業，建立了許多從事數控技術研究的研究機構，而且在許多大中院校開辦了數控專業，為社會培養了一批優秀的數控專業人才，對于推動我國數控技術的發展至關重要。

目前，在數控領域我國部分企業已經初具規模，如航天數控、沈陽數控、廣州數控、華中數控等，上述企業所生產的數控系統具備普及型、經濟型、實效性等特點。同時我國研發的數控產品的質量和性能對比以前，已有了很大的提高。這些產品目前在國內已逐步得到用戶認可，并且有些已在國內站穩了腳跟，不少還出口到了國外，當然只能是出口到一些欠發達地區和國家，但這依然說明我國的數控技術已取得了長足進步。下面介紹一些近些年來，我國相關企業生產的一些較具特色的高品質數控產品：

（1）華中數控研發出的華中“世紀星”數控系統要遠遠超過國外普及型數控系統，尤其是在功能和配置方面。同時，該企業生產的三維圖形顯示、大容量程序內存、開放體系結構、動態仿真、網絡功能、TET彩色薄形顯示器、多軸聯動、雙向螺距補償等配置方面所具備的水平均達到了國外高檔系統的水平。而且華中數控的數控系統要比國外同類型的便宜很多，比如其五軸CNC單價要比同類型西方生產的單價便宜四分之一。

（2）廣州數控研發出的GSK983M系統屬于中高檔數控系統，其能夠實現5軸4聯動，最高加工精度達1um，移動速度可以達到24m/min，可實現高精度高速度閉環加工。同時GSK983M系統還能夠實現12種固定循環，坐標旋轉，空間螺旋線插補等等功能。這種數控系統還可實現DNC加工，并具備相關參數和程序的傳輸功能，實現了對對機床的調整和加工程序的備份。這套數控系統還具有加工穩定性高的特點，其已被國內絕大多數機床廠家認可。

（3）武漢重型機床廠研發出的重型七軸五聯動車銑復合機床，最大加工直徑8000mm，最大加工高度2000mm，最大承重100t。其還具備在線測量、五軸聯動車銑復合加工等功能。這臺機床是我國首臺自行研制的大型螺旋槳數控五軸聯動加工機床，其已達到當代國際先進水平。當它加工螺旋槳時，一次裝夾，就能完成所有工序的加工。

2 我國數控技術發展存在的主要問題

通過對數控機床的發展歷程進行分析發現，雖然我國數控技術取得了較快的發展，但是與國外發達國家相比，還存在著較大的差距。尤其是在高精尖數控技術方面，差距更加明顯。總的來說，我國數控技術的發展水平與國外相比的話至少落后10年。具體問題如下：

2.1 技術創新力度不夠，技術消化吸收不良

如今，我國數控技術還在照抄國外的發展模式，大部分內容缺乏創新，而且對國外的技術依賴性很強，很多方面只能模仿、改進，一旦出現問題很多時候不能自己解決，必須要請別國的專家來解決，這在很大程度上制約了我國數控技術的發展。總的來說沒有形成自主創新能力。當前我國把引進國外先進的數控技術作為發展我國數控技術的一條捷徑，雖然目前引進了很多國外的先進數控裝備，但要從根本上提高我國數控技術的水平，就必須要對別人的技術進行充分研究，只有在此基礎上才能消化吸收別人技術，把別人的變成自己的。但我國目前的情況是，很多情況下為了追求效率，只能是在沒有充分消化的情況下求發展，結果是生產出的產品技術含量較低、質量不高、穩定性差。最終結果是：沒有強大的技術根基，最后只能越來越依賴國外的技術。

2.2 技術創新環境不完善

任何事物的出現都離不開環境，技術創新也一樣。目前我國還未形成一套適合我國發展的技術創新環境。主要原因是因為我國經濟發展還沒有充分的市場化，市場機制不完善，一些結構性的深層次矛盾還沒有徹底解決，企業發展往往面臨法制不健全、競爭不平等等一系列問題；另一方面我國相關企業也面臨國外同行的巨大壓力。所以種種原因最后使得很多企業為了能生存，只能在一定程度上犧牲掉技術創新機制。而且大部分企業的技術創新機制長時間處于停滯狀態，因此無法獲得更好的技術成果。

2.3 數控系統穩定性可、靠性有待提高

通常情況下，一般會選擇平均無故障時間來衡量數控技術的可靠性。國外數控技術平均無故障時間一般超過了10000h以上，而國內數控技術一般在3000～6000小時，由此可見我國數控系統在可靠性上與國外的相比差距也很大。

2.4 機床數控化率低

目前我國是世界上擁有機床量最多的國家（統計發現接近300萬臺），但是機床數控化率只有1.9%左右，與西方發達國家的20%還存在著較大的差距。例如日本不到80萬臺的數控機床，其數控化率卻達到了20%。數控率低已經成為我國現階段制造業面臨的很突出的問題。

2.5 數控體系開放力度不夠

目前，我國大部分企業生產的數控產品開放力度不夠，用戶接口不完善，雖然部分產品具有開放功能，但是無法形成真正的開放式系統。使用這些產品時，用戶無法根據自己經驗來進行操作，從而導致對數控技術的創新無法有效的進行。

3 我國數控技術的發展趨勢

3.1 向高精度、高速度方向發展

數控技術日后發展的基本方向是高速切削加工技術，因為高速切削加工可以在改善工件加工質量的同時，進一步提高生產效率。在實際操作過程中，操作人員發現如果將切削速度提高10倍，將會使其進給速度提高20倍，達到超過了傳統的切削禁區，會誘發切削機理的改變，從而使金屬切削單位功率提升30%～40%，刀具壽命提高了70%，但是切削力會下降30%。該過程還會導致留在工件上的切削溫度不升反降，切削熱大幅度降低，切削振動消失。

但要實現高速切削加工，機床上面相關的一些功能部件也必須要達到一定要求，比如：工作臺最高進給速度應該控制在40～60m/min，主軸轉速最好控制在12000～40000r/min，此外主軸還要求要穩定性好，剛度好，冷卻效果好。

隨著今后制造業對產品的精度要求越來越高，實現高精度的加工也是數控機床今后發展的重要方向。在數控機床高精度加工中，美國擁有者最好的加工水平，其不僅推動了中小型精密機床的發展，而且在大型精密機床的發展上也取得了不錯的成績，這些裝備的出現使得數控機床的加工精度越來越高。近些年來，我國一直在研發超精密機床，例如北京機床研究成功研發了JCS-031型超精密銑床、JCS-027型超精密車床和JCS-035型數控超精密車床等。

3.2 向五軸聯動加工發展

五軸聯動加工是未來數控技術的發展方向。因為現已證明如果對擁有三維曲面的復雜零件選擇5軸聯動進行加工，不僅能夠使加工后的工件符合使用要求，而且還能提高生產效率?？偟膩碚f，5軸聯動的數控機床的生產效率與2臺3軸聯動數控機床的生產效率相當，尤其是選擇立方氮化硼制成的銑刀進行零件切割和加工時，5軸聯動加工所獲得的經濟效益要高于3軸聯動加工。但是由于5軸聯動數控機床的主機結構、數控系統等極為復雜，從而使其購買價格明顯高于3軸聯動數控機床，再加上對5軸聯動的數控系統具有較大的編程難度，從而在一定程度上制約了5軸聯動數控機床的發展。

如今，我國數控技術的軟、硬件系統得到了有效的改進，這使得五軸聯動數控機床的制造難度和成本大幅度降低了，這促進了5軸聯動數控機床的發展。因此5軸聯動數控機床是未來數控技術發展的主要方向。

3.3 向開放式、智能化、網絡化方向發展

智能化一定是21世紀數控裝備的主要特點之一，也一定是我國在數控技術方面重點發展的領域。具體來說，智能化將體現在以下幾個方面：（1）為提供加工品質和加工效率時的智能化，例如工藝參數自動生成、加工過程自適應控制需要智能化；（2）提高連接方便及驅動性能時的智能化，例如電機參數的自適應運算、前饋控制、自動選定模型、自動識別負載時等均需用到智能化；（3）在簡化操作、簡化編程方面時的智能化，例如智能化的人機界面、智能化的自動編程等。

目前世界大部分國家開始對開放式數控系統進行研發，主要是由于開放式數控系統可以有效解決傳統數控系統運行過程中所存在的封閉性缺陷，開放化的數控系統逐漸成為數控技術未來發展的主要方向。這里所提及的開放式數控系統主要是指各個系統的運行能夠在統一的平臺上進行，并借助增加、改變或剪裁結構對象，來使產品系統化。與此同時，其還能夠把用戶的技術訣竅和特殊應用集成到數控系統之中，從而有效的實現不同檔次、不同品種的開放式數控系統，推動我國數控技術的發展。

網絡化是最近幾年發展起來的數控裝備。數控裝備的網絡化可以更好的滿足制造系統、生產線、制造企業的發展需求，同時為虛擬企業、敏捷制造、全球制造等提供全新的基礎單元。

3.4 向柔性化方向發展

數控系統的柔性化也是今后數控技術的發展方向，其發展方向將體現在以下幾個方面：

（1）發展多功能機床。目前數控機床在加工零件的過程中，存在著對時間的大量浪費的問題，比如說在工件搬運、上下料、安裝調整、換刀上會浪費大量時間。為了盡可能的利用好時間，人類嘗試將各種功能的加工環節整合到同一臺機床上，這樣的加工過程中將會在很大程度上節省時間，提高加工效率。目前多功能機床發展速度很快，這種機床可以在今后實現數控加工的柔性化。

（2）模塊化設計。今后數控系統會逐漸朝著模塊化的方向發展，由于借助模塊化設計具有可裁剪性強，功能覆蓋面大等功能，而且可以更好的滿足不同用戶的需求。因此今后采用模塊化設計的數控系統可以有效的實現加工過程的柔性化。

（3）群控系統。由于同一群控系統可以根據其生產過程中的不同，而使信息流和物料流進行自動動態的調整，從而能實現制造過程的柔性化。

3.5 向綠色環保方向發展

雖然當前人類工業高速發展，但也造成了一系列的環境污染問題，并且這些問題在近些年來越來越突出。所以使得目前人們的環境保護意識越來越強，對生活品質的要求越來越高。而制造業對環境的污染可以說是相當突出，并且數控加工在制造業中是最重要的一環，所以今后就要求數控加工要越來越環保。在這種情況下，裝備制造行業對數控機床提出了無潤滑液、無冷卻液、無氣味的環保要求。這樣一來使機床的除塵、排屑等設備發生了翻天覆地的變化。因此數控機床今后的發展方向會朝著越來越環保的方向發展。

4 小結

本文對我國數控技術的發展現狀給予了系統的介紹。從中我們可以發現我國數控技術的發展已取得了很大進步，但要跟上數控技術的發展趨勢，尤其是能制造出有自己特色的高品質數控裝備，依然有很長的路要走。一個國家強不強大，關鍵在于實體經濟，而實體經濟的強大又取決于制造業發不發達，而數控技術是衡量制造業發不發達的一個很重要的環節。所以今后我國要想成為真正的經濟強國，就必須要大力發展與數控技術。

參考文獻：

[1]陳成.實現高速數控加工關鍵技術的研究[J].機械工程與自動化，2007，9（04）：146-148.

[2]鄒慶華.數控高效加工理論研究[J].機電產品開發與創新，2010，14（01）：167-169.

[3]中國機床工具工業協會.CIMT2011展品預覽[J].制造技術與機床，2011，30（03）：8-15.

作者簡介：宋韜，本科，助教，研究方向：數控技術、特種加工。