淺談數(shù)控技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展

李鳳來?黃澎

[摘 要]隨著計(jì)算機(jī)和軟件技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)日益多功能化，廣泛應(yīng)用于制造業(yè)，滿足了機(jī)械工業(yè)復(fù)雜零件和高精度工藝的要求，就數(shù)控技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析。

[關(guān)鍵詞]數(shù)控技術(shù)；現(xiàn)狀；發(fā)展

[中圖分類號(hào)]TG659 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

數(shù)控技術(shù)及裝備，是發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)的基本技能技術(shù)和最基本的裝備。大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進(jìn)制造技術(shù)，已成為世界各發(fā)達(dá)國(guó)家加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高綜合國(guó)力和國(guó)家地位的重要途徑。

1 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展歷史

數(shù)控技術(shù)的發(fā)展前后一共經(jīng)歷了硬件數(shù)控時(shí)代和軟件數(shù)控時(shí)代兩個(gè)階段，硬件數(shù)控時(shí)代起自1952年的電子管時(shí)代，最終發(fā)展到1965年小規(guī)模的集成電路時(shí)代。軟件數(shù)控時(shí)代從1970年的小型計(jì)算機(jī)開始，經(jīng)歷微處理時(shí)代發(fā)展到基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的數(shù)控時(shí)代。

當(dāng)前數(shù)控機(jī)床的構(gòu)成主要包括三個(gè)基本構(gòu)件——機(jī)床主體，數(shù)控裝置和伺服機(jī)構(gòu)。其中伺服機(jī)構(gòu)通過依靠先進(jìn)傳感器，調(diào)速裝置等技術(shù)，經(jīng)歷了開環(huán)、半閉環(huán)、閉環(huán)三個(gè)發(fā)展階段，從而使機(jī)床運(yùn)行穩(wěn)定性得到質(zhì)的提高。而數(shù)控裝置包括程序讀入裝置，從而實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位控制、直線控制和連續(xù)軌跡控制。

2 數(shù)控技術(shù)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

當(dāng)前我國(guó)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，但同國(guó)外先進(jìn)國(guó)家比較仍存在不小的差距。主要體現(xiàn)在技術(shù)含量不高、低端產(chǎn)品過剩、高端產(chǎn)品不足、自有獨(dú)創(chuàng)技術(shù)缺乏，高質(zhì)量的功能部件仍然依靠進(jìn)口或者靠合資生產(chǎn)。比如我國(guó)機(jī)床數(shù)量已達(dá)300萬臺(tái)高居世界第一，但數(shù)控化率才僅僅不到2%，大大低于西方發(fā)達(dá)國(guó)家。這已成為我國(guó)走向高端制造業(yè)的現(xiàn)實(shí)瓶頸。

在國(guó)外，目前絕大多數(shù)國(guó)外生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床，已廣泛采用了32的系統(tǒng)，而國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床由于受到進(jìn)口技術(shù)的限制，大多采用的是16的系統(tǒng)。這就使得國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床在功能上就先天不足，與國(guó)外數(shù)控機(jī)床相比，有明顯的差距。不論是加工中心或是數(shù)控車削中心，這類新型的數(shù)控設(shè)備均顯示出能滿足許多復(fù)雜零件在批量生產(chǎn)中的強(qiáng)大的生產(chǎn)力，一般均具有4～5軸連動(dòng)，一次裝夾可進(jìn)行多面加工的功能。特別是隨著計(jì)算機(jī)在機(jī)器制造的各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，機(jī)床設(shè)備越來越趨向柔性化、智能化、多功能化。

3 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢(shì)來看，主要體現(xiàn)為以下發(fā)展趨勢(shì)：

3.1 性能發(fā)展趨勢(shì)

第一智能控制。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域智能控制已經(jīng)成為主要的發(fā)展方向，智能控制更體現(xiàn)為實(shí)時(shí)智能控制，模糊控制，學(xué)習(xí)控制，網(wǎng)絡(luò)控制能領(lǐng)域。比如在數(shù)控系統(tǒng)中往往包含有故障自動(dòng)診斷系統(tǒng)，刀具自動(dòng)管理系統(tǒng)，編程專家系統(tǒng)等多個(gè)模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的提前預(yù)測(cè)，動(dòng)態(tài)反饋，事后修正等多項(xiàng)功能。

第二工藝合成化?，F(xiàn)在的數(shù)控技術(shù)共建往往通過各種自動(dòng)化技術(shù)，完成多工序、多表面的復(fù)雜加工過程。特別是伴隨人工智能技術(shù)的不斷進(jìn)步，實(shí)時(shí)系統(tǒng)和人工智能相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)系統(tǒng)智能化復(fù)雜化的發(fā)展趨勢(shì)。西門子著名的880系統(tǒng)控制軸數(shù)已經(jīng)可以達(dá)到驚人的24軸，讓人嘆為觀止。

第三高效化。效率是機(jī)械技術(shù)核心的指標(biāo)，伴隨伺服系統(tǒng)高速芯片，多 CPU技術(shù)應(yīng)用，數(shù)控機(jī)床的高速度、高精度已顯著提高，效率也有了質(zhì)的飛躍。為了便于滿足不同用戶的需求；群控制系統(tǒng)的柔性，同一群控系統(tǒng)，能依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求，使物料流和信息流自動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而最大限度地發(fā)揮群控制系統(tǒng)的效能，以減少工序。

3.2 功能發(fā)展趨勢(shì)

用戶界面人性化設(shè)計(jì)。眾所周知作為數(shù)控系統(tǒng)和使用者之間的對(duì)話紐帶，由于用戶不同，用戶界面也千差萬別，開發(fā)用戶界面是一項(xiàng)繁瑣的工作。當(dāng)前圖形界面廣泛使用，大大提高了界面的人性化設(shè)計(jì)，通過藍(lán)圖和快速編程，3D彩色動(dòng)態(tài)界面，各類虛擬仿真技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)各類視圖的不同方向和角度的真實(shí)模擬和大小的多層縮放。這些可視化的發(fā)展使人機(jī)交流進(jìn)入了圖像動(dòng)畫時(shí)代，而不是過去呆板的文字語言表達(dá)。

當(dāng)前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)廣泛應(yīng)用使數(shù)控技術(shù)進(jìn)入了新的時(shí)代。特別是可視化技術(shù)和虛擬環(huán)境技術(shù)的結(jié)合，如無圖紙技術(shù)和虛擬樣機(jī)技術(shù)等對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低產(chǎn)品額成品，減少設(shè)計(jì)的周期有重要的價(jià)值。

此外多媒體技術(shù)應(yīng)用化，多媒體技術(shù)集計(jì)算機(jī)、聲像和通信技術(shù)于一體，使計(jì)算機(jī)具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力，多媒體技術(shù)可以做到信息處理綜合化、智能化，在實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的故障診斷、生產(chǎn)過程參數(shù)監(jiān)測(cè)等方面有著客觀的意義。

3.3 體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)

數(shù)控技術(shù)在體系結(jié)構(gòu)方面也有了顯著的發(fā)展。通過互連技術(shù)和封裝技術(shù)的結(jié)合，降低了數(shù)控車床的互連的數(shù)量和長(zhǎng)度，改進(jìn)了數(shù)控車床的組件尺寸，降低了產(chǎn)品的價(jià)格，提高了系統(tǒng)的安全和可靠性。

此外通過硬件模塊化，實(shí)現(xiàn)了數(shù)控車床系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化和集成化。根據(jù)不同的功能，將各種功能模塊做成標(biāo)準(zhǔn)的系列化產(chǎn)品，通過各類模塊的組合，如通信模塊、儲(chǔ)存器模塊、伺服模塊等，實(shí)現(xiàn)各類檔次的數(shù)控車床產(chǎn)品類型。而加工過程中采用開放式通用型實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全閉環(huán)控制模式，易于將計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、CAD、伺服控制等高新技術(shù)融于一體，構(gòu)成嚴(yán)密的制造過程閉環(huán)控制體系，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)控技術(shù)的集成化、網(wǎng)絡(luò)化、無人化。

4 結(jié)語

總之，數(shù)控技術(shù)日新月異，當(dāng)前我國(guó)正在推進(jìn)2030年制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略，數(shù)控技術(shù)占據(jù)著基礎(chǔ)的作用，結(jié)合“十三五”規(guī)劃，對(duì)當(dāng)前的數(shù)控發(fā)展技術(shù)和方向進(jìn)行分析，確定我國(guó)的數(shù)控技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略，引領(lǐng)我國(guó)今后若干年的數(shù)控技術(shù)發(fā)展。我們應(yīng)堅(jiān)持質(zhì)量為本，創(chuàng)新為基，堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展的總方針，有所為有所不為，研究發(fā)展新型數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控功能部件、數(shù)控機(jī)床整機(jī)等數(shù)控基礎(chǔ)技術(shù)，提升我國(guó)制造業(yè)的技術(shù)水平，使我國(guó)制造業(yè)真正走向高端。

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