我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

摘 要：本文介紹了數(shù)控技術(shù)在我國目前的發(fā)展現(xiàn)狀及今后數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢。我國數(shù)控技術(shù)實際上起步較早，但由于多種原因，現(xiàn)在我國數(shù)控技術(shù)雖然較以前取得了巨大進步，但橫向來看相比發(fā)達國家的數(shù)控技術(shù)差距還是很大。當今世界的數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢是朝著高速、高精、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化、綠色環(huán)保等方向發(fā)展。今后我國數(shù)控技術(shù)要想取得長足進步，必須就要在這些方面尋求突破。

關(guān)鍵詞：數(shù)控技術(shù)；高速切削；五軸聯(lián)動；智能化

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

0 引言

數(shù)控技術(shù)英文簡稱CNC，它是通過計算機以及數(shù)字化技術(shù)來實現(xiàn)對機床運轉(zhuǎn)的有效控制，以確保研發(fā)出一種加工過程智能化、自動化的制造技術(shù)。數(shù)控技術(shù)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(shù)，具備高效率、高精度、柔性自動化等優(yōu)勢。數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在數(shù)控機床上。當前利用數(shù)控機床可以加工出非常復(fù)雜的零件，而且加工出的零件精度高、質(zhì)量穩(wěn)定。并且由于數(shù)控機床進行的是自動化生產(chǎn)，這對提高生產(chǎn)效率，降低工人勞動強度也產(chǎn)生了非常重大的影響。因此當今世界各發(fā)達國家都在努力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進制造技術(shù)，以期能進一步發(fā)展經(jīng)濟、提高綜合國力。

1 國內(nèi)數(shù)控技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

如今，隨著我國技術(shù)創(chuàng)新的不斷推進，我國對數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控主機、伺服驅(qū)動、專機及其配套件等基礎(chǔ)技術(shù)已經(jīng)基本上掌握，并且創(chuàng)立了一批從事數(shù)控開發(fā)和生產(chǎn)制造的企業(yè)，建立了許多從事數(shù)控技術(shù)研究的研究機構(gòu)，而且在許多大中院校開辦了數(shù)控專業(yè)，為社會培養(yǎng)了一批優(yōu)秀的數(shù)控專業(yè)人才，對于推動我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要。

目前，在數(shù)控領(lǐng)域我國部分企業(yè)已經(jīng)初具規(guī)模，如航天數(shù)控、沈陽數(shù)控、廣州數(shù)控、華中數(shù)控等，上述企業(yè)所生產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)具備普及型、經(jīng)濟型、實效性等特點。同時我國研發(fā)的數(shù)控產(chǎn)品的質(zhì)量和性能對比以前，已有了很大的提高。這些產(chǎn)品目前在國內(nèi)已逐步得到用戶認可，并且有些已在國內(nèi)站穩(wěn)了腳跟，不少還出口到了國外，當然只能是出口到一些欠發(fā)達地區(qū)和國家，但這依然說明我國的數(shù)控技術(shù)已取得了長足進步。下面介紹一些近些年來，我國相關(guān)企業(yè)生產(chǎn)的一些較具特色的高品質(zhì)數(shù)控產(chǎn)品：

（1）華中數(shù)控研發(fā)出的華中“世紀星”數(shù)控系統(tǒng)要遠遠超過國外普及型數(shù)控系統(tǒng)，尤其是在功能和配置方面。同時，該企業(yè)生產(chǎn)的三維圖形顯示、大容量程序內(nèi)存、開放體系結(jié)構(gòu)、動態(tài)仿真、網(wǎng)絡(luò)功能、TET彩色薄形顯示器、多軸聯(lián)動、雙向螺距補償?shù)扰渲梅矫嫠邆涞乃骄_到了國外高檔系統(tǒng)的水平。而且華中數(shù)控的數(shù)控系統(tǒng)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(chǎn)的單價便宜四分之一。

（2）廣州數(shù)控研發(fā)出的GSK983M系統(tǒng)屬于中高檔數(shù)控系統(tǒng)，其能夠?qū)崿F(xiàn)5軸4聯(lián)動，最高加工精度達1um，移動速度可以達到24m/min，可實現(xiàn)高精度高速度閉環(huán)加工。同時GSK983M系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)12種固定循環(huán)，坐標旋轉(zhuǎn)，空間螺旋線插補等等功能。這種數(shù)控系統(tǒng)還可實現(xiàn)DNC加工，并具備相關(guān)參數(shù)和程序的傳輸功能，實現(xiàn)了對對機床的調(diào)整和加工程序的備份。這套數(shù)控系統(tǒng)還具有加工穩(wěn)定性高的特點，其已被國內(nèi)絕大多數(shù)機床廠家認可。

（3）武漢重型機床廠研發(fā)出的重型七軸五聯(lián)動車銑復(fù)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(lián)動車銑復(fù)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(shù)控五軸聯(lián)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(shù)控技術(shù)發(fā)展存在的主要問題

通過對數(shù)控機床的發(fā)展歷程進行分析發(fā)現(xiàn)，雖然我國數(shù)控技術(shù)取得了較快的發(fā)展，但是與國外發(fā)達國家相比，還存在著較大的差距。尤其是在高精尖數(shù)控技術(shù)方面，差距更加明顯?？偟膩碚f，我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)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(shù)創(chuàng)新力度不夠，技術(shù)消化吸收不良

如今，我國數(shù)控技術(shù)還在照抄國外的發(fā)展模式，大部分內(nèi)容缺乏創(chuàng)新，而且對國外的技術(shù)依賴性很強，很多方面只能模仿、改進，一旦出現(xiàn)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(shù)控技術(shù)的發(fā)展。總的來說沒有形成自主創(chuàng)新能力。當前我國把引進國外先進的數(shù)控技術(shù)作為發(fā)展我國數(shù)控技術(shù)的一條捷徑，雖然目前引進了很多國外的先進數(shù)控裝備，但要從根本上提高我國數(shù)控技術(shù)的水平，就必須要對別人的技術(shù)進行充分研究，只有在此基礎(chǔ)上才能消化吸收別人技術(shù)，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(fā)展，結(jié)果是生產(chǎn)出的產(chǎn)品技術(shù)含量較低、質(zhì)量不高、穩(wěn)定性差。最終結(jié)果是：沒有強大的技術(shù)根基，最后只能越來越依賴國外的技術(shù)。

2.2 技術(shù)創(chuàng)新環(huán)境不完善

任何事物的出現(xiàn)都離不開環(huán)境，技術(shù)創(chuàng)新也一樣。目前我國還未形成一套適合我國發(fā)展的技術(shù)創(chuàng)新環(huán)境。主要原因是因為我國經(jīng)濟發(fā)展還沒有充分的市場化，市場機制不完善，一些結(jié)構(gòu)性的深層次矛盾還沒有徹底解決，企業(yè)發(fā)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(guān)企業(yè)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(yè)為了能生存，只能在一定程度上犧牲掉技術(shù)創(chuàng)新機制。而且大部分企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新機制長時間處于停滯狀態(tài)，因此無法獲得更好的技術(shù)成果。

2.3 數(shù)控系統(tǒng)穩(wěn)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(shù)控技術(shù)的可靠性。國外數(shù)控技術(shù)平均無故障時間一般超過了10000h以上，而國內(nèi)數(shù)控技術(shù)一般在3000～6000小時，由此可見我國數(shù)控系統(tǒng)在可靠性上與國外的相比差距也很大。

2.4 機床數(shù)控化率低

目前我國是世界上擁有機床量最多的國家（統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)接近300萬臺），但是機床數(shù)控化率只有1.9%左右，與西方發(fā)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(shù)控機床，其數(shù)控化率卻達到了20%。數(shù)控率低已經(jīng)成為我國現(xiàn)階段制造業(yè)面臨的很突出的問題。

2.5 數(shù)控體系開放力度不夠

目前，我國大部分企業(yè)生產(chǎn)的數(shù)控產(chǎn)品開放力度不夠，用戶接口不完善，雖然部分產(chǎn)品具有開放功能，但是無法形成真正的開放式系統(tǒng)。使用這些產(chǎn)品時，用戶無法根據(jù)自己經(jīng)驗來進行操作，從而導(dǎo)致對數(shù)控技術(shù)的創(chuàng)新無法有效的進行。

3 我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢

3.1 向高精度、高速度方向發(fā)展

數(shù)控技術(shù)日后發(fā)展的基本方向是高速切削加工技術(shù)，因為高速切削加工可以在改善工件加工質(zhì)量的同時，進一步提高生產(chǎn)效率。在實際操作過程中，操作人員發(fā)現(xiàn)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(tǒng)的切削禁區(qū)，會誘發(fā)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(dǎo)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(xiàn)高速切削加工，機床上面相關(guān)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(yīng)該控制在40～60m/min，主軸轉(zhuǎn)速最好控制在12000～40000r/min，此外主軸還要求要穩(wěn)定性好，剛度好，冷卻效果好。

隨著今后制造業(yè)對產(chǎn)品的精度要求越來越高，實現(xiàn)高精度的加工也是數(shù)控機床今后發(fā)展的重要方向。在數(shù)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(fā)展，而且在大型精密機床的發(fā)展上也取得了不錯的成績，這些裝備的出現(xiàn)使得數(shù)控機床的加工精度越來越高。近些年來，我國一直在研發(fā)超精密機床，例如北京機床研究成功研發(fā)了JCS-031型超精密銑床、JCS-027型超精密車床和JCS-035型數(shù)控超精密車床等。

3.2 向五軸聯(lián)動加工發(fā)展

五軸聯(lián)動加工是未來數(shù)控技術(shù)的發(fā)展方向。因為現(xiàn)已證明如果對擁有三維曲面的復(fù)雜零件選擇5軸聯(lián)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(chǎn)效率。總的來說，5軸聯(lián)動的數(shù)控機床的生產(chǎn)效率與2臺3軸聯(lián)動數(shù)控機床的生產(chǎn)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(lián)動加工所獲得的經(jīng)濟效益要高于3軸聯(lián)動加工。但是由于5軸聯(lián)動數(shù)控機床的主機結(jié)構(gòu)、數(shù)控系統(tǒng)等極為復(fù)雜，從而使其購買價格明顯高于3軸聯(lián)動數(shù)控機床，再加上對5軸聯(lián)動的數(shù)控系統(tǒng)具有較大的編程難度，從而在一定程度上制約了5軸聯(lián)動數(shù)控機床的發(fā)展。

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

3.3 向開放式、智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展

智能化一定是21世紀數(shù)控裝備的主要特點之一，也一定是我國在數(shù)控技術(shù)方面重點發(fā)展的領(lǐng)域。具體來說，智能化將體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）為提供加工品質(zhì)和加工效率時的智能化，例如工藝參數(shù)自動生成、加工過程自適應(yīng)控制需要智能化；（2）提高連接方便及驅(qū)動性能時的智能化，例如電機參數(shù)的自適應(yīng)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(shù)控系統(tǒng)進行研發(fā)，主要是由于開放式數(shù)控系統(tǒng)可以有效解決傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)運行過程中所存在的封閉性缺陷，開放化的數(shù)控系統(tǒng)逐漸成為數(shù)控技術(shù)未來發(fā)展的主要方向。這里所提及的開放式數(shù)控系統(tǒng)主要是指各個系統(tǒng)的運行能夠在統(tǒng)一的平臺上進行，并借助增加、改變或剪裁結(jié)構(gòu)對象，來使產(chǎn)品系統(tǒng)化。與此同時，其還能夠把用戶的技術(shù)訣竅和特殊應(yīng)用集成到數(shù)控系統(tǒng)之中，從而有效的實現(xiàn)不同檔次、不同品種的開放式數(shù)控系統(tǒng)，推動我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展。

網(wǎng)絡(luò)化是最近幾年發(fā)展起來的數(shù)控裝備。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化可以更好的滿足制造系統(tǒng)、生產(chǎn)線、制造企業(yè)的發(fā)展需求，同時為虛擬企業(yè)、敏捷制造、全球制造等提供全新的基礎(chǔ)單元。

3.4 向柔性化方向發(fā)展

數(shù)控系統(tǒng)的柔性化也是今后數(shù)控技術(shù)的發(fā)展方向，其發(fā)展方向?qū)Ⅲw現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）發(fā)展多功能機床。目前數(shù)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(diào)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(huán)節(jié)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(jié)省時間，提高加工效率。目前多功能機床發(fā)展速度很快，這種機床可以在今后實現(xiàn)數(shù)控加工的柔性化。

（2）模塊化設(shè)計。今后數(shù)控系統(tǒng)會逐漸朝著模塊化的方向發(fā)展，由于借助模塊化設(shè)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(shè)計的數(shù)控系統(tǒng)可以有效的實現(xiàn)加工過程的柔性化。

（3）群控系統(tǒng)。由于同一群控系統(tǒng)可以根據(jù)其生產(chǎn)過程中的不同，而使信息流和物料流進行自動動態(tài)的調(diào)整，從而能實現(xiàn)制造過程的柔性化。

3.5 向綠色環(huán)保方向發(fā)展

雖然當前人類工業(yè)高速發(fā)展，但也造成了一系列的環(huán)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(huán)境保護意識越來越強，對生活品質(zhì)的要求越來越高。而制造業(yè)對環(huán)境的污染可以說是相當突出，并且數(shù)控加工在制造業(yè)中是最重要的一環(huán)，所以今后就要求數(shù)控加工要越來越環(huán)保。在這種情況下，裝備制造行業(yè)對數(shù)控機床提出了無潤滑液、無冷卻液、無氣味的環(huán)保要求。這樣一來使機床的除塵、排屑等設(shè)備發(fā)生了翻天覆地的變化。因此數(shù)控機床今后的發(fā)展方向會朝著越來越環(huán)保的方向發(fā)展。

4 小結(jié)

本文對我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀給予了系統(tǒng)的介紹。從中我們可以發(fā)現(xiàn)我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展已取得了很大進步，但要跟上數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢，尤其是能制造出有自己特色的高品質(zhì)數(shù)控裝備，依然有很長的路要走。一個國家強不強大，關(guān)鍵在于實體經(jīng)濟，而實體經(jīng)濟的強大又取決于制造業(yè)發(fā)不發(fā)達，而數(shù)控技術(shù)是衡量制造業(yè)發(fā)不發(fā)達的一個很重要的環(huán)節(jié)。所以今后我國要想成為真正的經(jīng)濟強國，就必須要大力發(fā)展與數(shù)控技術(shù)。

參考文獻：

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

[2]鄒慶華.數(shù)控高效加工理論研究[J].機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2010，14（01）：167-169.

[3]中國機床工具工業(yè)協(xié)會.CIMT2011展品預(yù)覽[J].制造技術(shù)與機床，2011，30（03）：8-15.

作者簡介：宋韜，本科，助教，研究方向：數(shù)控技術(shù)、特種加工。