淺析數控機床的發展進程及趨勢

黨歡

摘要：文章主要以數控機床為研究對象，結合數控機床的發展進程，明確國內數控機床的發展歷史。并在此基礎上，結合國內數控機床的發展現狀，指出國內數控機床存在的不良問題。根據具體不良問題，提出適合我國數控機床的發展策略，確定我國數控機床的發展趨勢，僅供參考。

關鍵詞：數控機床；發展進程；發展策略；發展趨勢

自上世紀末以來，我國制造業逐步邁入制造大國方向發展。其中，以機床制造為主的行業代表，呈現出突飛猛進的發展狀態。從某種程度上來說，機床屬于先進制造技術與制造信息的集成產物，不僅可以體現出先進生產力，又可以集中體現出商品屬性，具有重要的制造意義。近些年來，國內數控機床與機床工具在性能、精度與速度方面基本上實現了智能化效果，有效解決了以往人工操作存在的不足問題。

1 數控機床的發展進程分析

追溯到上世紀50年代，國際數控機床主要歷經數控NC與計算機數控CNC兩個主體階段。其中，數控NC階段可以根據數控系統類型的不同，分為3個數控系統發展階段。第1代數控系統主要源于上世紀50年代初期，系統組成結構主要以電子管元件為主、在運算方法方面主要以邏輯運算為主、在控制方法方面主要以硬件電路控制為主[1]。第2代數控系統主要以晶體管元件與印刷電路板為主，在原有基礎上進一步優化了邏輯運算功能。第3代數控系統在功能方面，主要結合小規模集成電路，目的在于降低數控系統體積、功耗程度等，基本上有效推進了數控系統的全面發展。

計算機數控CNC階段也可根據數控系統功能的不同，分為3個數控系統發展階段。一般來說，計算機數控CNC階段主要根據數控NC階段的發展特點進行進一步完善與優化。因此，我們可以將計算機數控CNC階段的發展視為數控CN的進一步發展。第4代數控系統源于上世紀70年代，系統結合CNC技術內容，實現數控機床的計算機控制功能。第5代數控系統在原有的基礎上，利用新興的大規模集成電路技術，實現微處理器芯片的廣泛應用[2]。第6代數控系統受到計算機技術的發展影響，逐漸朝向以PC為基礎，實現智能化、自動化的運行功能發展。

2 數控機床的主要結構及功能分析

一般來說，數控機床得以實現創新發展，基本上需要對其內部組成結構進行合理優化與創新。本文主要集中介紹數控機床中的進給伺服系統、機械傳動系統的主要功能與發展情況，目的在于為數控機床提供良好的發展導向。

2.1 進給伺服系統

所謂的進給伺服系統主要是指以運動部件的位置及速度等因素作為可控量，實現系統自動化運行的控制裝置。在運行功能方面屬于機電一體化系統，基本上是由位置控制單元、速度控制單元、檢測與反饋單元等共同協調形成的一體化系統。目前，我們可以根據系統電動機應用特性的不同，能夠將進給伺服系統分為步進伺服系統、直流伺服系統、交流伺服系統及直線伺服系統四種形式[3]。

結合實踐經驗來看，傳統步進伺服系統主要是以步進電動機驅動形式為主，實現開環控制功能。然而，介于步進伺服系統不存在檢測功能，導致系統運行精度始終處于較低狀態。且經過長時間運行之后，系統很容易出現“轉不動”等問題。而直流伺服系統雖然在步進伺服系統的基礎上進行了多次調整，但是在實際應用過程中，仍無法避免維護工作量大的問題，長時間運行比較容易出現隱患問題。

交流伺服系統的出現有效攻克了傳統直流電動機的不足，以高精度、高性能的伺服驅動特點逐漸成為數控機床領域的技術重點。然而，介于交流電機強耦合、非線性的特點，實際控制管理要比以往難得多。直流伺服系統永磁同步直線電機的出現與廣泛應用基本上解決了上述問題，并將 PMLSM應用于直流伺服系統當中。但是需要注意的是，直流伺服系統在正式應用過程中，往往會受到運行條件的限制，而出現負載擾動情況，影響數控機床的正常運行[4]。

2.2 機械傳動系統

所謂的機械傳動系統主要是由數控機床的主傳動系統、進給運動系統等傳動系統組成。結合實踐經驗來看，數控機床機械傳動系統的主要功能在于滿足不同數控加工需求，并根據主軸切削速度的不同，分別作用于各個運行設置當中，確保生產過程的科學、合理。

3 數控機床的發展趨勢分析

隨著制造業的不斷發展，國內對于數控機床的精度、速度等方面要求愈加嚴格。且隨著數控機床應用規模的不斷擴大，生產加工方式必須實現進一步優化。針對于此，數控機床行業必須立足于當前發展現狀，朝向高精度化、智能化、網絡化等方向駛進[5]。

3.1 高精度化

一臺機床的重復定位精度必須達到ISO標準才能夠實現正常運行功能。隨著時代的不斷進步，滿足ISO標準的機床難以滿足當前生產需求。唯有不斷提高機床的重復定位精度，才能夠實現高精度化要求。結合當前來看，CAM系統的不斷發展為機床重復定位高精度的有效實現提供了可能，甚至可以達到微米級。

3.2 控制智能化

人工智能基本上已經滲透于各個領域當中，尤其對于制造業而言。目前，結合人工智能的控制功能，基本上可以加強數控機床的學習控制、自適應控制功能，并為自我診斷、故障監控等功能的有效實現提供可能。

3.3 信息網絡化

面對激烈的市場競爭，制造行業唯有不斷結合時代技術要求，才能夠確保數控機床的應用性能。其中，實現信息網絡化是確保數控機床加強聯網通訊功能的主要保障，不僅可以實現網絡資源共享功能，同時還可以實現在線監控等多方位功能，必須予以重點加強[6]。

4結論

結合目前來看，多數國家針對開放式數控系統進行了全面研究，并將實現數控系統開放化視為數控系統的未來發展趨勢。所謂的開放式數控系統主要是指基于統一運行平臺上，通過利用增加、改變數控功能的方法，形成系列化運行特征，迅速實現不同品種開放式數控系統的運行功能，形成具備創新化、鮮明化的數控產品。與此同時，實現數控裝備網絡化逐漸會成為生產線、制造系統的主要技術條件，并也會成為虛擬企業、敏捷制造等行業的基礎技術條件。可以說，國內數控機床基本上會朝向數字化、網絡化、自動化的方向發展，讓我們拭目以待！

參考文獻：

[1]王勃，杜寶瑞，王碧玲. 智能數控機床及其技術體系框架[J]. 航空制造技術，2016（09）：55-61.

[2]蒲衛華. 淺析數控機床的發展進程及趨勢[J]. 四川勞動保障，2016（S1）：160-164.

[3]郭靜. 我國數控機床的發展趨勢與對策[J]. 時代農機，2017，44（08）：26-27.

[4]吳連連，黃愛華. 淺談我國數控機床的現狀與發展趨勢[J]. 機械管理開發，2013（03）：115-116+118.

（作者單位：中信戴卡股份有限公司）