數控技術的現狀及發展趨勢

倪 莉 朱雪明 謝朝慧 王子杰 曹 剛

(1.江漢大學機電與建筑工程學院，湖北 武漢 430056；2.江漢大學工程訓練中心，湖北 武漢 430056)

1 數控技術在制造業中的應用

機械制造和加工行業是最早引入數控技術的行業，因為數控技術自身顯著的優勢和特點，它已經滲入我國相關行業的各個領域。如在汽車行業中為滿足汽車產量和零部件精度應用的數控技術，現如今諸多汽車公司都擁有無人自動化生產線，主要生產力在于數控技術和自動化技術，工人只需監管，無需親自加工作業，如此既提高了加工精度，也提高了生產效率。因此，可用于不同零件尤其是結構復雜精度要求高零部件的加工。而在航空行業中，將剛度不強的合金制造成薄壁是最為重要的步驟，數控技術的引進恰恰解決了這一用傳統技術難以實現且存在較大誤差的難題，通過把誤差縮小到一個更小的范圍使航天技術更加精密，從而使中國航天事業不斷進步成為世界佼佼者。

2 數控技術在發展過程中存在的問題

2.1 創新力欠缺

從我國引進第一臺數控機床至今，數控技術已經發展了60多年，通過引進國外相對成熟的技術，初步解決了數控機床在可靠性和穩定性方面的問題。但是，大幅度地依賴于國外的技術在提高發展速度的同時也產生了很多問題。比如數控機床中的某些元器件依賴于國外進口，甚至需要從國外引進各方面的專家人才，這在很大程度上限制了我國數控技術的發展。面對這種問題，我國應該大力培養一些數控機床設計、制作、使用和維護等方面的人才，對國外成熟的數控技術仔細地研究，去其糟粕，取其精華，將這些轉變成自己的知識并加以補充，使我國在數控方面的技術提高一個層次。

2.2 穩定性不足

我國的機床廠中1/3都生產數控機床，雖然數控機床產量日漸增加，但數量和品種遠遠不能滿足國內市場的需求，尚且需要大量進口。此外，由于我國在數控技術設計制造方面還處于學習階段，缺乏理論經驗和實際生產經驗，對機床的一些性能缺乏深入的研究，無故障時間遠低于德美日等國的數控機床，因此我國在數控技術的可靠性上還有待提升。

2.3 創新環境的欠缺

我國是機床生產大國，但卻少有技術的創新，更多的是拿來主義，這有體制的問題，但更多的是市場選擇的結果。一方面，在低端數控機床市場上機床生產企業滿足于使用現有零部件和技術進行機床的組裝。另一方面，企業研發新技術，可能需要投入大量的人力和物力，而生產出來的產品卻并不比國外進口設備有競爭力。長此以往，必然造成數控機床制造領域創新環境的缺失，為了扭轉這樣的趨勢，必須要借助政府，通過引入激勵政策鼓勵企業創新，營造良好的創新氛圍。而我國作為一個制造業大國，具備完整的制造產業鏈，我們的數控機床企業也應該具有技術創新和自主開發的動力，抓住現階段中國大國崛起的趨勢，努力提高人才培訓力度并爭取進行技術革新，提高企業的綜合素質，從而縮小與國外數控機床生產企業的差距，努力實現由中國制造向中國智造的轉變。

3 數控技術的未來發展趨勢

3.1 高性能化

隨著計算機研究領域的發展，數控系統性能也將會有大幅度提升，未來數控系統將會結合模糊控制，自適應學習，神經網絡等先進技術。零件的自動編程，偏差校對，加工參數自設定，刀具補償的自動設定等功能也將實現，同時例如故障診斷系統，系統監測系統等功能的配置也將更人性化。我國在航空航天，國防軍工制造業中需要高精度，多軸，大型的數控機床；在汽車家電等制造業中需要高速度高效率的機床和生產線；大量發展中的民營企業都需要高性能的數控機床進行裝備。精度、效率和速度是機械制造行業的關鍵性能指標。其中精度主要是指定位精度、重復定位精度、加工精度，提高數控機床的精度就可以提高產品的質量。數控機床在加工時將同一工具在一臺機床上裝夾一次后，很多操作都可以自動化，這樣不僅大幅度縮短了加工時間，也提高了人工利用率。在我國制造業的發展中，人工系統和實時系統的結合，使整個系統都朝著智能方向發展。

3.2 高精、高速化

未來的高速和高精化主要體現在以下幾個方面：

主軸轉速的提升，未來數控機床主軸最高轉速可能會達到20萬r/min。機床進給速度的提升，在保證制造精度的前提下，機床的最大進給速度將達到240m/min。換刀速度的提升，在進行復雜零件的加工時，需要用到多把刀具。這時，機床的換刀速度直接關系到加工零件的總工時。而在未來，通過對機床布局的優化和控制系統的提升，機床換刀速度有望將小于1s每次。

3.3 智能化

隨著人工智能的發展，數控技術也將逐漸智能化。智能化技術在數控領域的應用可以從3個方面來展開。首先可以通過一些智能化的手段來對比觀察歷史案件，將編程界面進行一些簡化，操作方式也可進行優化。其次為了完成驅動電機相關參數的自適應計算以及運動路徑的自動識別優化，可以通過改善驅動性能以及提高接口的智能化水平來實現這一系列自主進行的功能。最后，還可以針對診斷、監控以及維修等方面展開研究，使其逐漸智能化。

3.4 一體化

在CNC技術的未來發展中，可以引入先進的互連技術，并將半導體技術與表面貼裝技術相結合，使用高集成度的集成電路來縮短連接長度，降低產品價格并提高產品性能，最終提高系統的可靠性，進而提高產品競爭力。硬件結構系統將發展為模塊化，系統的模塊化將實現數控系統的集成化和標準化，數控系統的通用性將加強。數控系統的各種功能將通過各基本模塊來實現，通過功能模塊配置的增加和減少，形成不同類型的CNC系統的最終形式，數控機床和互聯網的連接可以實現遠程控制和無人操作。通過互聯網，數控機床將實現在線編程和參數設置，實時對各種參數進行反饋，進而實現機床的控制和零件的加工。

4 結語

綜上所述，在中國的不斷發展中，數控技術在發展越來越快的趨勢中，挑戰也越來越大。本文通過分析現代科技的發展趨勢、國內外數控技術的研究現狀以及相關應用場景，并探討了我國數控技術的發展方向。簡而言之，大力發展數控技術是強化我國經濟基礎、提高綜合國力的重要途徑。