淺析數(shù)控技術(shù)的發(fā)展前景

沈晟

摘 要：社會(huì)的發(fā)展，工業(yè)的進(jìn)步，催生了數(shù)控技術(shù)，當(dāng)今社會(huì)，數(shù)控技術(shù)面臨怎樣的狀況，以及未來(lái)如何發(fā)展，是一直思索的問(wèn)題。數(shù)控技術(shù)是一門集計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、測(cè)量技術(shù)、現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)、微電子技術(shù)、信息處理技術(shù)等多學(xué)科交叉的綜合技術(shù)，是近年來(lái)應(yīng)用領(lǐng)域中發(fā)展十分迅速的一項(xiàng)綜合性的高新技術(shù)。目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢(shì)為高速、高精度、智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化。該文就數(shù)控技術(shù)的發(fā)展前景做了綜合的評(píng)價(jià)與概述，以求尋找數(shù)控技術(shù)的發(fā)展方向，縮小國(guó)內(nèi)外數(shù)控技術(shù)的差距。

關(guān)鍵詞：數(shù)控 數(shù)控技術(shù) 發(fā)展前景 高新技術(shù)

中圖分類號(hào)：TG5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）12（c）-0007-02

隨著社會(huì)生產(chǎn)力的提高，制造業(yè)蓬勃發(fā)展，從大工業(yè)革命至今，數(shù)控技術(shù)也隨之誕生。1952年美國(guó)麻省理工學(xué)院研制出世界上第一臺(tái)試驗(yàn)性數(shù)控系統(tǒng)，到今天開放式現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展可謂是突飛猛進(jìn)。數(shù)控加工技術(shù)一方面減輕了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度、改善了工作條件，保障了安全，提高了生產(chǎn)企業(yè)的管理水平；另一方面使用數(shù)控加工技術(shù)，增加了經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出，提升了企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力?？梢?，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展具有廣闊的前景。

1 我國(guó)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展

進(jìn)入21世紀(jì)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)全面發(fā)展，數(shù)控技術(shù)面臨機(jī)遇與挑戰(zhàn)。從“六五”到“十二五”，我國(guó)獨(dú)立生產(chǎn)出了“華中1號(hào)”、“中華1號(hào)”、“航天1號(hào)”、“藍(lán)天1號(hào)”4種數(shù)控技術(shù)平臺(tái)，也預(yù)示著我國(guó)數(shù)控技術(shù)全面發(fā)展時(shí)代的開啟。到現(xiàn)如今，我國(guó)數(shù)控生產(chǎn)企業(yè)也逐步進(jìn)行技術(shù)革新，生產(chǎn)出性能更為優(yōu)良，可靠性更強(qiáng)，價(jià)格更為低廉的數(shù)控系統(tǒng)，來(lái)滿足不同企業(yè)的生產(chǎn)需求。至此，我國(guó)在數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)上，與國(guó)外齊頭并進(jìn)，也能夠進(jìn)行自主研發(fā)，生產(chǎn)國(guó)內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)。

2 數(shù)控技術(shù)的前景

為了更好的促進(jìn)國(guó)內(nèi)外數(shù)控技術(shù)的交流，在全世界范圍，開展數(shù)控機(jī)床展覽會(huì)，其中，四個(gè)最具有影響力的是北京CIMT、芝加哥IMTS、東京JIMTOF、以及歐洲EMO。通過(guò)2011年歐洲EMO機(jī)床展覽會(huì)，出現(xiàn)了眾多的機(jī)床生產(chǎn)廠家，有德國(guó)的德馬吉（DMG）、斯來(lái)福臨、西門子、海德漢、HERMLE、利勃海爾、科堡、希斯等，意大利的帕瑪（PAMA）、INSSE、BW、菲迪亞公司，西班牙的達(dá)諾巴特，日本的馬扎克、牧野、豐田工機(jī)、三菱、東芝、沙迪克、安田，中國(guó)參展企業(yè)97家、中國(guó)臺(tái)灣超過(guò)60家，在這次展會(huì)上，不難看出，機(jī)床的設(shè)計(jì)與發(fā)展更加強(qiáng)調(diào)高效的工藝設(shè)計(jì)、制造系統(tǒng)的可持續(xù)性，以及探索改進(jìn)切割和成型機(jī)床及其制造流程的能源和資源效率的技術(shù)解決方案，這就對(duì)我們接下來(lái)的數(shù)控技術(shù)提出了更高的要求。為了更好的適應(yīng)發(fā)展，我國(guó)數(shù)控技術(shù)需要朝著以下的方向發(fā)展。

2.1 微處理機(jī)系統(tǒng)

現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)，多采用微處理機(jī)系統(tǒng)，將數(shù)控系統(tǒng)朝向PC機(jī)的硬件構(gòu)成趨勢(shì)發(fā)展，在數(shù)控系統(tǒng)中，使用PC軟件、PC工具和PC硬件則成為可能。這樣的一種做法，一方面由于PC機(jī)硬件具有廣闊的市場(chǎng)，且價(jià)格低廉，基于PC系統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)必然將大大降低成本；另外一方面，對(duì)于軟件系統(tǒng)，PC機(jī)的軟件系統(tǒng)廣為使用，操作方便快捷，更為容易接受與推廣。例如現(xiàn)有的各種標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)（windows），圖形工具、編輯器，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、以及TCP/IP通信協(xié)議，都能夠被數(shù)控系統(tǒng)利用，吸收，更好地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，工藝操作。

2.2 開放式數(shù)控系統(tǒng)

2.2.1 外部開放

在數(shù)控系統(tǒng)中，要求接口具有統(tǒng)一性和標(biāo)準(zhǔn)性。例如采用統(tǒng)一的數(shù)控編程器、統(tǒng)一的通信接口、統(tǒng)一的伺服控制接口以及通用的操作控制接口。

2.2.2 內(nèi)部開放

內(nèi)部數(shù)控核心功能軟件采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，更好的實(shí)現(xiàn)軟件集成，并被用戶所接受。采用通用的軟硬件資源，可以大大減少開發(fā)費(fèi)用，操作性更強(qiáng)，使用更加方便快捷，系統(tǒng)性能與可靠性得到保障。

2.2.3 向特殊需求用戶開放

在統(tǒng)一化的基礎(chǔ)上，對(duì)于有特殊需求的用戶，進(jìn)行訂單化生產(chǎn)，為特殊用戶，提供相應(yīng)的特殊產(chǎn)品。

2.2.4 開放數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)

數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)的建立，現(xiàn)已成為現(xiàn)實(shí)，國(guó)際新的CNC系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)ISO14649（STEP-NC）被提出，旨在提供不依賴于具體系統(tǒng)，作為獨(dú)立部分，描述產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)整個(gè)制造過(guò)程乃至各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品信息的標(biāo)準(zhǔn)化。

2.3 基于CAD/CAM的系統(tǒng)連接

CAD/CAM（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及制造）與PDM（產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理）構(gòu)成了一個(gè)現(xiàn)代制造型企業(yè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用的主干。對(duì)于制造行業(yè)，設(shè)計(jì)、制造水平和產(chǎn)品的質(zhì)量、成本及生產(chǎn)周期，人工設(shè)計(jì)、單件生產(chǎn)這種傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造方式已無(wú)法適應(yīng)工業(yè)發(fā)展的要求。采用CAD/CAM的技術(shù)已成為整個(gè)制造行業(yè)當(dāng)前和將來(lái)技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。對(duì)于數(shù)控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，諸多實(shí)際操作中，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的制定，工具的尺寸，利用CAD繪圖，就能夠很快的完成，達(dá)到高效、高產(chǎn)。

2.4 智能化

隨著人工智能的出現(xiàn)，數(shù)控系統(tǒng)也相應(yīng)的發(fā)生了一些變化，加入了智能化操作，具體有以下幾點(diǎn)。

2.4.1 故障自診自修復(fù)

根據(jù)已發(fā)生的故障，進(jìn)行信息處理記錄，再發(fā)生同樣故障時(shí)，及時(shí)定位找到故障，進(jìn)行故障排除。與此相對(duì)應(yīng)的，還有故障回放與仿真技術(shù)，將數(shù)控機(jī)床在操作過(guò)程中發(fā)生的各種故障進(jìn)行回放與仿真模擬，找到故障，解決問(wèn)題。

2.4.2 4M數(shù)控系統(tǒng)

4M指測(cè)量（Measurement）、建模（Modeling）、加工（Manufacturing）、機(jī)器操作（Manipulator），將整個(gè)過(guò)程融為一體，實(shí)現(xiàn)快速生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率。

2.4.3 加工過(guò)程自適應(yīng)技術(shù)

強(qiáng)調(diào)加工過(guò)程的監(jiān)控，以辨識(shí)刀具受力、磨損、破損以及機(jī)床加工的穩(wěn)定性，并及時(shí)調(diào)整加工參數(shù)和加工指令，使設(shè)備處于最佳的運(yùn)行狀態(tài)。endprint

2.5 高速、高精、高效

2.5.1 高精度

隨著國(guó)家各行各業(yè)的發(fā)展，在國(guó)防、航空、航天事業(yè)等基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)需要大型、性能良好的數(shù)控機(jī)床，而在精密加工行業(yè)，超精密加工技術(shù)和微納米技術(shù)也迅速發(fā)展，微型機(jī)床的需求量也在逐漸增大，如：超精密加工精度進(jìn)入納米級(jí)（0.001 mm），主軸回轉(zhuǎn)精度要求達(dá)到0.01～0.05 mm，加工圓度為 0.1 mm，加工表面粗糙度Ra=0.003 mm等。包括微切削加工（車、銑、磨）機(jī)床、微電加工機(jī)床、微激光加工機(jī)床和微型壓力機(jī)。

高速高精加工機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)，主要體現(xiàn)在“回轉(zhuǎn)伺服電機(jī)加精密高速滾珠絲杠”和“直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)”兩種類型。此外，新興的并聯(lián)機(jī)床也易于實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給。

2.5.2 高速

自從進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來(lái)，歐美、日等國(guó)家相應(yīng)開發(fā)應(yīng)用新一代高速數(shù)控機(jī)床。在超高速加工中，車削和銑削的切削速度已達(dá)到5 000～8 000 m/min以上；主軸轉(zhuǎn)數(shù)在30 000 r/min（有的高達(dá)10萬(wàn)r/min）以上；工作臺(tái)的移動(dòng)速度（進(jìn)給速度）：在分辨率為1 mm時(shí)，在100 m/min（有的到200 m/min）以上，在分辨率為0.1 mm時(shí)，在24 m/min以上；自動(dòng)換刀速度在1 s以內(nèi)；小線段插補(bǔ)進(jìn)給速度達(dá)到12 m/min。

2.6 綠色化

現(xiàn)代社會(huì)提倡低碳、環(huán)保，環(huán)境的保護(hù)是為了人類后代的繁衍生息。在數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)過(guò)程中，也要注意環(huán)保與節(jié)能。例如：不使用切削液，以此減少環(huán)境污染以及對(duì)人體的危害。

3 結(jié)語(yǔ)

縱觀時(shí)代變遷，現(xiàn)代工業(yè)革命給社會(huì)帶來(lái)了巨大的財(cái)富，而制造業(yè)的發(fā)展是不可或缺的功臣?，F(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，必將推動(dòng)社會(huì)的前進(jìn)發(fā)展。

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