數(shù)控技術的現(xiàn)狀及發(fā)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(shù)控技術在制造業(yè)中的應用

機械制造和加工行業(yè)是最早引入數(shù)控技術的行業(yè)，因為數(shù)控技術自身顯著的優(yōu)勢和特點，它已經(jīng)滲入我國相關行業(yè)的各個領域。如在汽車行業(yè)中為滿足汽車產(chǎn)量和零部件精度應用的數(shù)控技術，現(xiàn)如今諸多汽車公司都擁有無人自動化生產(chǎn)線，主要生產(chǎn)力在于數(shù)控技術和自動化技術，工人只需監(jiān)管，無需親自加工作業(yè)，如此既提高了加工精度，也提高了生產(chǎn)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(yè)中，將剛度不強的合金制造成薄壁是最為重要的步驟，數(shù)控技術的引進恰恰解決了這一用傳統(tǒng)技術難以實現(xiàn)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(yè)不斷進步成為世界佼佼者。

2 數(shù)控技術在發(fā)展過程中存在的問題

2.1 創(chuàng)新力欠缺

從我國引進第一臺數(shù)控機床至今，數(shù)控技術已經(jīng)發(fā)展了60多年，通過引進國外相對成熟的技術，初步解決了數(shù)控機床在可靠性和穩(wěn)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(fā)展速度的同時也產(chǎn)生了很多問題。比如數(shù)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(shù)控技術的發(fā)展。面對這種問題，我國應該大力培養(yǎng)一些數(shù)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(shù)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(shù)控方面的技術提高一個層次。

2.2 穩(wěn)定性不足

我國的機床廠中1/3都生產(chǎn)數(shù)控機床，雖然數(shù)控機床產(chǎn)量日漸增加，但數(shù)量和品種遠遠不能滿足國內(nèi)市場的需求，尚且需要大量進口。此外，由于我國在數(shù)控技術設計制造方面還處于學習階段，缺乏理論經(jīng)驗和實際生產(chǎn)經(jīng)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(shù)控機床，因此我國在數(shù)控技術的可靠性上還有待提升。

2.3 創(chuàng)新環(huán)境的欠缺

我國是機床生產(chǎn)大國，但卻少有技術的創(chuàng)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(shù)控機床市場上機床生產(chǎn)企業(yè)滿足于使用現(xiàn)有零部件和技術進行機床的組裝。另一方面，企業(yè)研發(fā)新技術，可能需要投入大量的人力和物力，而生產(chǎn)出來的產(chǎn)品卻并不比國外進口設備有競爭力。長此以往，必然造成數(shù)控機床制造領域創(chuàng)新環(huán)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(yè)創(chuàng)新，營造良好的創(chuàng)新氛圍。而我國作為一個制造業(yè)大國，具備完整的制造產(chǎn)業(yè)鏈，我們的數(shù)控機床企業(yè)也應該具有技術創(chuàng)新和自主開發(fā)的動力，抓住現(xiàn)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(yè)的綜合素質(zhì)，從而縮小與國外數(shù)控機床生產(chǎn)企業(yè)的差距，努力實現(xiàn)由中國制造向中國智造的轉變。

3 數(shù)控技術的未來發(fā)展趨勢

3.1 高性能化

隨著計算機研究領域的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)性能也將會有大幅度提升，未來數(shù)控系統(tǒng)將會結合模糊控制，自適應學習，神經(jīng)網(wǎng)絡等先進技術。零件的自動編程，偏差校對，加工參數(shù)自設定，刀具補償?shù)淖詣釉O定等功能也將實現(xiàn)，同時例如故障診斷系統(tǒng)，系統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)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(yè)中需要高精度，多軸，大型的數(shù)控機床；在汽車家電等制造業(yè)中需要高速度高效率的機床和生產(chǎn)線；大量發(fā)展中的民營企業(yè)都需要高性能的數(shù)控機床進行裝備。精度、效率和速度是機械制造行業(yè)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(shù)控機床的精度就可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量。數(shù)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(yè)的發(fā)展中，人工系統(tǒng)和實時系統(tǒng)的結合，使整個系統(tǒng)都朝著智能方向發(fā)展。

3.2 高精、高速化

未來的高速和高精化主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

主軸轉速的提升，未來數(shù)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(yōu)化和控制系統(tǒng)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(fā)展，數(shù)控技術也將逐漸智能化。智能化技術在數(shù)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(yōu)化。其次為了完成驅動電機相關參數(shù)的自適應計算以及運動路徑的自動識別優(yōu)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(xiàn)這一系列自主進行的功能。最后，還可以針對診斷、監(jiān)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(fā)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(chǎn)品價格并提高產(chǎn)品性能，最終提高系統(tǒng)的可靠性，進而提高產(chǎn)品競爭力。硬件結構系統(tǒng)將發(fā)展為模塊化，系統(tǒng)的模塊化將實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的集成化和標準化，數(shù)控系統(tǒng)的通用性將加強。數(shù)控系統(tǒng)的各種功能將通過各基本模塊來實現(xiàn)，通過功能模塊配置的增加和減少，形成不同類型的CNC系統(tǒng)的最終形式，數(shù)控機床和互聯(lián)網(wǎng)的連接可以實現(xiàn)遠程控制和無人操作。通過互聯(lián)網(wǎng)，數(shù)控機床將實現(xiàn)在線編程和參數(shù)設置，實時對各種參數(shù)進行反饋，進而實現(xiàn)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(fā)展中，數(shù)控技術在發(fā)展越來越快的趨勢中，挑戰(zhàn)也越來越大。本文通過分析現(xiàn)代科技的發(fā)展趨勢、國內(nèi)外數(shù)控技術的研究現(xiàn)狀以及相關應用場景，并探討了我國數(shù)控技術的發(fā)展方向。簡而言之，大力發(fā)展數(shù)控技術是強化我國經(jīng)濟基礎、提高綜合國力的重要途徑。