小議數控技術發展現狀及趨勢＊

楊毅，孫亮

（池州職業技術學院，安徽 池州 247000）

隨著社會經濟飛速發展，中國制造行業不斷進行改革，制造行業成為權衡國家綜合國力的標志性行業。當前，傳統的低效機械加工方式逐漸被現代化先進的機械加工技術所取代，制造行業得以快速發展。數控行業的發展技術即為數控機床，作為制造行業實現現代化技術的關鍵基石，數控技術發展又是中國制造行業實現現代化的主要標志，目前應用范圍較為廣泛，例如工業生產、機床生產及航天制造等，為社會經濟發展以及科技進步提供了重要支持。運用數控技術，有利于制造和加工精準度高、大批量、種類多的零件，數控技術是工業制造行業實現信息化、集成化、數字化、自動化的重要保證，是現代化機床行業的核心與靈魂。

1 國內外數控技術發展現狀

1.1 國外數控技術發展現狀

早在1952年，MIT研發出世界上第一套數控系統，自此傳統加工技術被顛覆。加之計算機技術的高速發展，數控技術被不斷研發和創新，其中以美國、德國、日本3 個國家為代表的數控技術在世界范圍內具有極大的影響力。美國機床產業在政府的支持下，側重于實用性，生產技巧與經驗也最為豐富，以美國哈斯為例，從創立之初就致力于為用戶提供最具性價比的機床，2021 年哈斯展示了UMC-500 系列五軸機床，配備直徑為400 mm 的旋轉臺面、采用標準T 型槽和精密導向孔，具備較高的通用性，最高轉速為12 000 r/min，快移速度為30.5 m/min，可用于加工中小型5 軸復雜零件[1]；德國一直以嚴謹享譽全球，很大一部分原因都要歸功于機床產業，西門子（SIEMENS）的數控系統SINUMERIK 在更新迭代后，代表型號有802、810、840 等，以840D 為例，該系統將CNC（Computerized Numerical Control，裝有程序控制系統的自動化機床）和驅動控制集成在一塊板子上，實現操作、編程、監控一體化，可實現鉆、車、銑、磨、切割、沖、激光加工和搬運設備的控制，備有全數字化的SIMODRIVE611 數字驅動模塊；日本在學習德國與美國的基礎上大力發展數控機床，如今也以精密制造著稱，其高端機床占據世界70%以上的市場，以山崎馬扎克公司的機床為例，其生產特點就是高精度與體驗感強，“EML-2525AJ”作為旗下最快的沖床加工機，組合沖頭和模具配有不同直徑的炮塔，如上Φ1 010 mm、下Φ1200mm，或上Φ1 200 mm、下Φ1 200 mm 的高容量炮塔，沖程頻率相較傳統沖床高25%。

1.2 國內數控技術發展現狀

中國關于數控技術的研究起步較晚，但在引進技術、吸收探索方面已初具規模，同國外先進機床產業的差距也在逐漸縮小。在“十四五”規劃中，中國將持續推動數控機床產業創新發展，著力突破關鍵技術向高端市場沖擊，旨在打破受制于人的僵局。2008 年，由武漢重型機床廠主導研發的國產CKX5680 七軸五聯動車銑復合機床問世，最大承重為100 t，定位精度達0.025 mm，此外還能實現螺旋槳一次裝夾多表面的加工，大幅提高航母螺旋槳的整體加工質量[2]；2020年由華中科技大學張海鷗團隊研發的世界首臺鑄鍛銑一體化3D 打印數控機床問世，將整個制造流程所需時間縮短1/2，同時加工制造部件的穩定性也遠超傳統制造工藝，并且該項數控技術同年被列入了限制出口目錄，標志著中國高檔數控機床領域有新突破。上述數控技術的突破無不預示著中國制造業將不斷崛起。

2 中國數控技術發展存在的問題

縱觀中國數控技術的發展歷程，特別是在提出“中國制造2025”計劃以來，數控技術的研發應用已上升到國家戰略高度，外加大部分行業致力于對數控技術的研究與創新，據此它獲得了巨大進步。但中國數控技術在逐漸發展過程中仍具有諸多不容忽視的問題。

2.1 技術缺乏創新

目前中國制造行業中正在使用2 種數控設備，即使用國外制造成品中的數控機床設施和使用模仿其他國家的數控機床而生產獲得的國產數控產品，這種使用現狀直接造成國內數控技術缺乏創新力度的狀況。由于后者的數控設備為模仿外國的國產產品，僅是對國外技術的單純引進而實現國產數控設備的提升，并未完全吸收內化這些前沿技術，使得新型數控機床的研發及技術創新短時間內未能實現質的提升。也正是由于上述2 類情況導致國內數控企業大多集中于中低端產品市場，未能有效擺脫技術依賴的困境。由于在技術創新上缺乏主動性，中國數控行業在技術研發上難以形成核心壁壘。

2.2 技術缺乏創新環境

與發達國家比較，國內數控技術尚不具備完善的創新環境，主要表現在2 方面，即中國大環境與企業環境。當前中國市場缺乏競爭制度，仍有市場結構層次問題急需處理，造成中國大環境缺乏抵抗壓力的競爭力，從而對企業創新能力造成直接影響。因創新系統不夠健全，在中國相同行業日益激烈的競爭環境下，大部分企業往往會選擇以往的加工生產方式，有規劃性、組織性、規模性的技術創新行業較少，尤其是規模不大的中小型行業創新數控技術環境更是不佳。

2.3 數控體系的穩固性不足

如今，國際上用于體現數控體系穩固性的關鍵衡量指標是無故障的平均時間，據相關人員的調研顯示，當前國外數控體系無故障的平均時間超過10 000 h，中國數控體系無故障的平均時間只有3 000～6 000 h，所以中國數控系統的穩定性明顯不足。

2.4 數控技術利用率不高

雖然中國制造業產值名列前茅，機床數量也位居世界第一，但數控化率還有待提升。反觀日本、德國等發達國家，前者機床數控化率高達90%，后者也有75%，中國歷經20 年的發展數控化率從最初的7.79%上升至41.11%，雖然有了顯著的提升，但相較之下還存在一定的提升空間。若數控率難以得到提升，中國制造業落后的困境也無法得到逆轉[3]。

中國仍有諸多行業現存的數控產品的自動開放程度不足，具體表現在以下方面：全部產品尚未實現數控的開放性功能；雖然有些數控產品已經開放，但多數處在半開放現象，沒有實現全面開放。

3 數控技術發展提升對策

3.1 重視人才培養，引入技術成果

優秀的人才是一個行業發展的基石，數控技術的發展更是如此，技術人員既要具備創新意識，同時需要有豐富的專業知識儲備，因此企業要注重營造人才培養的良好氛圍。應邀請業內知名數控專家定期到企業舉辦技術講座，提高員工的知識素養；鼓勵企業之間的人才交流或委派骨干人員前往科研所學習，促進員工技術水平全方位提升；完善獎懲機制，以技術研發、創新實踐成果等內容作為重要評價指標，通過量化指標適當轉化為精神獎勵或績效等反饋給員工，激發員工的工作積極性，從而提升產品的競爭力。

3.2 深化產業改革，拓寬應用前景

供給側結構性改革背景下，數控企業革新傳統技術已是大勢所趨。企業應當不斷拓寬新型數控技術的應用范圍，最大化發揮實際應用價值[4]。為打破行業壟斷局面，應當提升數控技術加工效率，持續擴大企業的經濟效益。不僅如此，制造企業應當致力于提升產業化與管理營銷水平，為進入國際市場夯實基礎。

3.3 引入先進技術，強化創新力度

誠然中國現階段數控技術相比于美、德、日等國家還存在一定差距，為此相關企業應當正視這一點，并結合自身實際情況調整發展策略。一方面要積極引入國外先進數控技術，但不要盲目引進，企業技術人員必須合理使用先進理念，與引進的技術設備相適配；另一方面要立足于數控企業發展瓶頸加大研發資金的投入力度，在充分借鑒國外先進技術理念的基礎上完成技術創新，最終研發出契合中國制造業發展要求的數控技術。

4 數控技術未來的發展趨勢

4.1 朝柔性化方向發展

數控技術的柔性化發展即指在同一個機床上整合不同加工功能，促進機床操作輔助時間的減少，自動柔性化技術可對市場動態化需求實現快速響應，緊隨產品的換代更新腳步，屬于制造行業未來主流的發展趨勢。數控技術柔性化發展可以促進制造流程實現信息集成。

4.2 朝綠色環保方向推進

工業快速發展，容易引起環境污染問題，且伴隨工業化持續推進，環境問題日益明顯化。隨著人們生活質量逐漸提高，人們開始重視環境保護。制造行業加工生產污染環境無法避免，而在制造行業中數控加工為核心，因此數控加工未來必將朝著綠色環保的發展方向前進[5]。比如，目前要求數控機床無潤滑液、無冷卻液、無氣味等，數控設備勢必會發生巨大變革。

4.3 朝智能化方向發展

數控技術未來必然的發展趨勢為智能化加工生產，它將人工模擬智能活動引進加工生產流程，處理加工中技術方面存在的諸多問題。其中包含優化加工參數、智能優化交流驅動設備、主動診斷故障與修復等，處理問題更簡便，從而保證操作更便捷，保證數控機床可控性逐漸提升的過程中，提高自動化水平。為了滿足市場對產品提出的動態化要求，數控技術的智能化、網絡化成為必然的選擇，一方面可以讓數控技術從點線狀態轉向面體狀態，同時，還需提高數控技術的經濟性與實用性。

4.4 朝開放化方向發展

數控技術實現開放化可讓用戶處于統一界面，可以保證各平臺上的機床實現共同生產，具備簡單易操作的優勢，可提升機床的兼容性。用戶需按照本身要求進行裁剪、增加及改善，保證數控系統實現多種類、多檔位開放化。此外，在實踐發展中對多媒體加以運用，擁有綜合處理信息的能力，便于實時監控生產設備，從而成為具備市場競爭力的產品。

4.5 朝高精準度及高速度方向發展

中國制造行業未來對產品精準度與速度的要求逐漸升高，保證切削加工實現精準度較高作為數控技術領域的主要方向和趨勢。機床技術朝高精準度方向發展，勢必會促進各種高精度機床的有效發展。此外，因切削速度加快可提升加工效果，且提高工件表層的精準度，因此加快切削速度為數控機床未來必然的發展趨勢。但加快切削速度，提高了對內部其他零件的要求，比如主軸剛度及穩固性等。

5 結束語

綜上所述，科學技術的進步使制造行業獲得了有利的發展條件，同時也使得產品加工的質量要求愈發嚴格，如何有效推進行業穩定發展，提升自身社會性價值是目前相關研究的重點考慮問題。其中數控技術作為制造工業現代化的基礎，它發揮的作用尤為關鍵，它對整個行業的生存發展會造成直接的影響，不僅能提升生產效率，還能增強加工精度控制的整體效果，為企業創造更多的經濟效益。然而中國數控技術目前尚不先進，需要與本身實況相結合后，增加研發數控技術與投入，促進它主動研發與創新水平不斷提升的同時，延著數控技術發展方向加速前進。