小议数控技术发展现状及趋势.doc

小议数控技术发展现状及趋势
期刊门户-中国期刊网2011-7-27来源:《魅力中国》2011年6月上供稿文/胡恩祥
[导读]数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
胡恩祥  (贵州师范大学机械与电气工程学院，贵州 贵阳 550001）
中图分类号：TP273   文献标识码：A    文章编号：1673-0992（2011）06-0000-01
        随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。
        1　国内外数控系统发展概况
        目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，CAD/CAM与数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。
        长期以来，我国的数控系统为传统的封闭式体系结构，CNC只能作为非智能的机床运动控制器。加工过程变量根据经验以固定参数形式事先设定，加工程序在实际加工前用手工方式或通过CAD/CAM及自动编程系统进行编制。CAD/CAM和CNC之间没有反馈控制环节，整个制造过程中CNC只是一个封闭式的开环执行机构。在复杂环境以及多变条件下，加工过程中的刀具组合、工件材料、主轴转速、进给速率、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加工参数，无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整，更无法通过反馈控制环节随机修正CAD/CAM中的设定量，因而影响CNC的工作效率和产品加工质量。由此可见，传统CNC系统的这种固定程序控制模式和封闭式体系结构，限制了CNC向多变量智能化控制发展，已不适应日益复杂的制造过程，因此，对数控技术实行变革势在必行。
        2　数控技术发展趋势
        2.1　性能发展方向
        2.1.1 高速高精高效化
        速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统以及带高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺服系统，同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高速高精高效化已大大提高。
        2.1.2 柔性化
        包含两方面：数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，便于满足不同用户的需求；群控系统的柔性，同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥群控系统的效能。
        2.1.3 工艺复合性和多轴化
        以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工，正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工。数控技术轴，西门子880系统控制轴数可达24轴。
        2.2　功能发展方向
        2.2.1 用户界面图形化　用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口。由于不同用户对界面的要求不同，因而开发用户界面的工作量极大，用户界面成为计算机软件研制中最困难的部分之一。当前INTERNET、虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等技术也对用户界面提出了更高要求。图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用，人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。
        2.2.2 科学计算可视化　科学计算可视化可用于高效处理数据和解释数据，使信息交流不再局限于用文字和语言表达，而可以直接使用图形、图像、动画等可视信息。可视化技术与虚拟环境技术相结合，进一步拓宽了应用领域，如无图纸设计、虚拟样机技术等，这对缩短产品设计周期、提高产品质量、降低产品成本具有重要意义。在数控技术领域，可视化技术可用于CAD/CAM，如自动编程设计、参数自动设定、刀具补偿和刀具管理数据的动态处理和显示以及加工过程的可视化仿真演示等。
        2.2.3 插补和补偿方式多样化　多种插补方式如直线插补、圆弧插补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、2D+2螺旋插补、NANO插补、NURBS插补(非均匀有理B样条插补)、样条插补(A、B、C样条)、多项式插补等。多种补偿功能如间隙补偿、垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和测量系统误差补偿、与速度相关的前馈补偿、温度补偿、带平滑接近和退出以及相反点计算的刀具半径补偿等。
        2.3　体系结构的发展
        2.3.1 集成化　采用高度集成化CPU、RISC芯片和大规模可编程集成电路FPGA、EPLD、CPLD以及专用集成电路ASIC芯片，可提高数控系统的集成度和软硬件运行速度。应用FPD平板显示技术，可提高显示器性能。平板显示器具有科技含量高、重量轻、体积小、功耗低、便于携带等优点，可实现超大尺寸显示，成为和CRT抗衡的新兴显示技术，是21世纪显示技术的主流。应用先进封装和互连技术，将半导体和表面安装技术融为一体。通过提高集成电路密度、减少互连长度和数量来降低产品价格，改进性能，减小组件尺寸，提高系统的可靠性。
        2.3.2 模块化　硬件模块化易于实现数控系统的集成化和标准化。根据不同的功能需求，将基本模块，如CPU、存储器、位置伺服、PLC、输入输出接口、通讯等模块，作成标准的系列化产品，通过积木方式进行功能裁剪和模块数量的增减，构成不同档次的数控系统。
        2.3.3 网络化　机床联网可进行远程控制和无人化操作。通过机床联网，可在任何一台机床上对其它机床进行编程、设定、操作、运行，不同机床的画面可同时显示在每一台机床的屏幕上。
        3　智能化新一代PCNC数控系统
        当前开发研究适应于复杂制造过程的、具有闭环控制体系结构的、智能化新一代PCNC数控系统已成为可能。
        智能化新一代PCNC数控系统将计算机智能技术、网络技术、CAD/CAM、伺服控制、自适应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，形成严密的制造过程闭环控制体系。
参考文献：
[1]周德俭.使用PC的开放式计算机数控系统——CNC的发展方向.机电一体化，1997(7)
[2]黄金秋.基于开放式结构的高性能数控系统的研制.制造技术与机床，1998(8)

浅析数控技术的发展趋势
2011-02-19来源：中国工控行业网访问量：390我要评论(0)
字号：T|T
今日风向标  |  五金面面观  |  热点专题今日导读
机电在线通讯员征集令
机电在线（B2B）是五金机电行业最大的资源整合服务商…

· 关于批准深圳市波创科技发展有限公司赵欣欣
· 关于批准青岛文达通科技发展有限公司郝焕萍
· 关于批准德马吉中国有限公司朱琳为本网特约
　　数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面。
　　1.高速、高精加工技术及装备的新趋势
　　效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一，国际生产工程学会（CIRP）将其确定为21世纪的中心研究方向之一。
　　在轿车工业领域，年产30万辆的生产节拍是40秒/辆，而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一；在航空和宇航工业领域，其加工的零部件多为薄壁和薄筋，刚度很差，材料为铝或铝合金，只有在高切削速度和切削力很小的情况下，才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装，使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。
　　从EMO2001展会情况来看，高速加工中心进给速度可达80m/min，甚至更高，空运行速度可达100m/min左右。目前世界上许多汽车厂，包括我国的上海通用汽车公司，已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国CINCINNATI公司的HyperMach机床进给速度最大达60m/min，快速为100m/min，加速度达2g，主轴转速已达60000r/min。加工一薄壁飞机零件，只用30min，而同样的零件在一般高速铣床加工需3h，在普通铣床加工需8h；德国DMG公司的双主轴车床的主轴速度及加速度分别达12*!000r/mm和1g。
　　在加工精度方面，近10年来，普通级数控机床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密级加工中心则从3～5μm，提高到1～1.5μm，并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01μm)。
　　在可靠性方面，国外数控装置的MTBF值已达6 000h以上，伺服系统的MTBF值达到30000h以上，表现出非常高的可靠性。
　　为了实现高速、高精加工，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进一步扩大。
　　2. 5轴联动加工和复合加工机床快速发展
　　采用5轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。一般认为，1台5轴联动机床的效率可以等于2台3轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时，5轴联动加工可比3轴联动加工发挥更高的效益。但过去因5轴联动数控系统、主机结构复杂等原因，其价格要比3轴联动数控机床高出数倍，加之编程技术难度较大，制约了5轴联动机床的发展。
　　当前由于电主轴的出现，使得实现5轴联动加工的复合主轴头结构大为简化，其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型5轴联动机床和复合加工机床（含5面加工机床）的发展。
　　在EMO2001展会上，新日本工机的5面加工机床采用复合主轴头，可实现4个垂直平面的加工和任意角度的加工，使得5面加工和5轴加工可在同一台机床上实现，还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国DMG公司展出DMUVoution系列加工中心，可在一次装夹下5面加工和5轴联动加工，可由CNC系统控制或CAD/CAM直接或间接控制。
　　3. 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势
　　21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。
　　为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。目前许多国家对开放式数控系统进行研究，如美国的NGC(The Next Generation Work-Station/Machine Control)、欧共体的OSACA(Open System Architecture fControl within Automation Systems)、日本的OSEC(Open System Environment fController)，中国的ONC(Open Numerical Control System)等。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。
　　网络化数控装备是近两年国际着名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些着名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机，如在EMO2001展中，日本山崎马扎克（Mazak)公司展出的“CyberProduction Center”（智能生产控制中心，简称CPC)；日本大隈（Okuma）机床公司展出“IT plaza”（信息技术广场，简称IT广场)；德国西门子(Siemens)公司展出的Open Manufacturing Environment（开放制造环境，简称OME）等，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。
　　4. 重视新技术标准、规范的建立
　　（1） 关于数控系统设计开发规范
　　如前所述，开放式数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，美国、欧共体和日本等国纷纷实施战略发展计划，并进行开放式体系结构数控系统规范(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定，世界3个最大的经济体在短期内进行了几乎相同的科学计划和规范的制定，预示了数控技术的一个新的变革时期的来临。我国在2000年也开始进行中国的ONC数控系统的规范框架的研究和制定。
　　（2） 关于数控标准
　　数控标准是制造业信息化发展的一种趋势。数控技术诞生后的50年间的信息交换都是基于ISO6983标准，即采用G，M代码描述如何（how）加工，其本质特征是面向加工过程，显然，他已越来越不能满足现代数控技术高速发展的需要。为此，国际上正在研究和制定一种新的CNC系统标准ISO14649（STEP－NC)，其目的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制，能够描述产品整个生命周期内的统一数据模型，从而实现整个制造过程，乃至各个工业领域产品信息的标准化。
　　STEP-NC的出现可能是数控技术领域的一次革命，对于数控技术的发展乃至整个制造业，将产生深远的影响。首先，STEP-NC提出一种崭新的制造理念，传统的制造理念中，NC加工程序都集中在单个计算机上。而在新标准下，NC程序可以分散在互联网上，这正是数控技术开放式、网络化发展的方向。其次，STEP-NC数控系统还可大大减少加工图纸（约75％）、加工程序编制时间（约35％）和加工时间（约50％）。
　　目前，欧美国家非常重视STEP-NC的研究，欧洲发起了STEP-NC的IMS计划(1999.1.1～2001.12.31)。参加这项计划的有来自欧洲和日本的20个CAD/CAM/CAPP/CNC用户、厂商和学术机构。美国的STEP Tools公司是全球范围内制造业数据交换软件的开发者，他已经开发了用作数控机床加工信息交换的超级模型(Super Model)，其目标是用统一的规范描述所有加工过程。目前这种新的数据交换格式已经在配备了SIEMENS、FIDIA以及欧洲OSACA-NC数控系统的原型样机上进行了验证。

(本文来源：中国工控行业网)
数控技术研究现状及发展趋势
1国内外数控技术发展状况
20世纪 人 类 社 会 最 伟 大 的 科 技 成果是计算机的发明与应用，计算机及控制 技 术 在 机 械 制 造 设 备 中 的 应 用 是 世
纪内制造业发展的最重大的技术进步。自从1952年美国第1台数控铣床问世至今已经历了50个年头。数控设备包括：车、铣、加工中心、镗、磨、冲压、电加工以及各类专机，形成庞大的数控制造设备家族，每年全世界的产量有10～20万台，产值上百亿美元。
“十五“刚刚开始，国防科工委就明确提出 了 在 军 工 企业 中 投 入6．8亿 元，用 于 对1．2 －1．8万 台 机 床 的 数 控 化 改造。
目前，国际上最大的数控系统生产厂是日本FANUC公司，1年生产5万套以上系统，占世界市场约40％左右，其次是德国的西门子公司约占15％以上，再 次 是 德 海 德 汉 尔、西 班 牙 发 格、意 大利菲地亚、法国的NUM、日本的三菱、安川。国 产 数 控 系 统 厂 家 主 要 有 华 中 数控、北 京 航 天 机 床 数 控 集 团、北 京 凯 恩帝、北 京 凯 奇、沈 阳 艺 天、广 州 数 控、南京 新 方 达、成 都 广 泰 等，国 产 数 控 生 产厂 家 规 模 都 较 小，年 产 都 还 没 有 超 过300～400套。近10年，数控机床为适应加工技术发展，在以下几个技术领域都有巨大进步。
1．1高速化
由于高速加工技术普及，机床普遍提高各方面速度，车床主轴转速由3 000～4 000r ／ min提 高 到8 000~10 000r ／ min，铣床和加工中心主轴转速由4 000～8 000r ／ min提高到12 000r ／ min、24 000r ／ min、40 000r ／ min以 上 快 速 移 动 速 度 由 过 去
的10 ～20m ／ min提 高 到48m ／ min、60m ／min、80m ／ min、120m ／ min，在提高速度的同时要求提高运动部件起动的加速度，其已由过去一般机床的0．5G（重力加速度）提高到1．5～2G，最高可达15G，直线电机在机床上开始使用，主轴上大量采用内装式主轴电机。
1．2高精度化
数 控 机 床 的 定 位 精 度 已 由 一 般 的0．01～0．02mm提 高 到0．008mm左 右，亚微米级机床达到0．0005mm左右，纳米级机床达到0．005～0．01μm，最小分辨率为1nm（0．000001mm）的 数 控 系 统 和 机床已有产品。数控中两轴以上插补技术大大提高，纳米级插补使两轴联动出的圆弧都可以达到1μ的圆度，插补前多程 序 段 预 读，大 大 提 高 插 补 质 量，并 可进行自动拐角处理等。
1．3复合加工、新结构机床大量出现
如5轴5面 体 复 合 加 工 机 床，5轴
5联动加工各类异形零件。也派生出各
新 颖 的 机 床 结 构，包 括6轴 虚 拟 轴 机
床，串并联铰链机床等。采用特殊机械
结 构，数 控 的 特 殊 运 算 方 式，特 殊 编 程
要求。
1．4使用 各 种 高 效 特 殊 功 能 的 刀 具 使
数控机床“如虎添翼”
如 内 冷 钻 头 由 于 使 高 压 冷 却 液 直
接冷却钻头切削刃和排除切屑，在钻深
孔时大大提高效率。加工钢件切削速度
能达1000m ／ min，加工铝件能达5000m ／
min。
1．5数控机床的开放性和联网管理
数 控 机 床 的 开 放 性 和 联 网 管 理 已
是使用数控机床的基本要求，它不仅是
提高数控机床开动率、生产率的必要手
段，而 且 是 企 业 合 理 化、最 佳 化 利 用 这
些制造手段的方法。因此，计算机集成
制 造、网 络 制 造、异 地 诊 断、虚 拟 制 造、
异 行 工 程 等 等 各 种 新 技 术 都 在 数 控 机
床基础上发展起来，这必然成为21世
纪制造业发展的一个主要潮流。
2数控技术的发展趋势
2．1性能发展方向
（1）高速高精高效化。速度、精度和
效率是机械制造技术的关键性能指标。
由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、
多CPU控制系统以 及 带 高 分 辨 率 绝 对
式检测元件的交流数字伺服系统，同时
采取了改善机床动态、静态特性等有效
措施，机床的高速高精高效化已大大提
高。
（2）柔性化。柔性化包含两方面：数
控系统本身的柔性，数控系统采用模块
化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，便
于满足不同用户的需求；群控系统的柔
性，同一群控系统能依据不同生产流程
的要求，使物料流和信息流自动进行动
态调整，从而最大限度地发挥群控系统
的效能。
（3）工艺复合性和多轴化。以减少工 序、辅 助 时 间 为 主 要 目 的 的 复 合 加
工，正 朝 着 多 轴、多 系 列 控 制 功 能 方 向
发展。数控机床的工艺复合化是指工件
在一台机床上一次装夹后，通过自动换
刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完
成多工序、多表面的复合加工。数控技
术轴，西门子880系统控制轴数可达24
轴。
（4）实时智能化。早期的实时系统
通常针对相对简单的理想环境，其作用
是如何调度任务，以确保任务在规定期
限内完成。而人工智能则试图用计算模
型实现人类的各种智能行为。科学技术
发展到今天，实时系统和人工智能相互
结 合，人 工 智 能 正 向 着 具 有 实 时 响 应
的、更 现 实 的 领 域 发 展，而 实 时 系 统 也
朝着具有智能行为的、更加复杂的应用
发展，由此产生了实时智能控制这一新
的领域。
2．2功能发展方向
2．2．1用户界面图形化
用 户 界 面 是 数 控 系 统 与 使 用 者 之
间的对话接口。由于不同用户对界面的
要求不同，因而开发用户界面的工作量
极大，用户界面成为计算机软件研制中
最 困 难 的 部 分 之 一。当 前INTERNET、
虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等
技术也对用户界面提出了更高要求。图
形 用 户 界 面 极 大 地 方 便 了 非 专 业 用 户
的使用，人们可以通过窗口和菜单进行
操 作，便 于 蓝 图 编 程 和 快 速 编 程、三 维
彩色立体动态图形显示、图形模拟、图
形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和
局部显示比例缩放功能的实现。
2．2．2科学计算可视化
科 学 计 算 可 视 化 可 用 于 高 效 处 理
数据和解释数据，使信息交流不再局限
于用文字和语言表达，而可以直接使用
图形、图像、动画等可视信息。可视化技
术与虚拟环境技术相结合，进一步拓宽
了 应 用 领 域，如 无 图 纸 设 计、虚 拟 样 机
技 术 等，这 对 缩 短 产 品 设 计 周 期、提 高
产 品 质 量、降 低 产 品 成 本 具 有 重 要 意
义。在数控技术领域，可视化技术可用
于CAD ／ CAM，如自动编程设计、参数自
动设定、刀具补偿和刀具管理数据的动
态 处 理 和 显 示 以 及 加 工 过 程 的 可 视 化
仿真演示等。
2．2．3插补和补偿方式多样化
多种插补方式如直线插补、圆弧插
补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹
插 补、极 坐 标 插 补、2D ＋2螺 旋 插 补、
NANO插补、NURBS插补（非均匀有理
B样条插补）、样条插补（A、B、C样 条）、
多项式插补等。多种补偿功能如间隙补
偿、垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和
测量系统误差补偿、与速度相关的前馈
补 偿、温 度 补 偿、带 平 滑 接 近 和 退 出 以
及相反点计算的刀具半径补偿等。
2．3体系结构的发展
2．3．1集成化
采 用 高 度 集 成 化CPU、RISC芯 片
和 大 规 模 可 编 程 集 成 电 路FPGA、E-
PLD、CPLD以及 专 用 集 成 电 路ASIC芯
片，可提高数控系统的集成度和软硬件
运行速度。应用FPD平板显示技术，可
提高显示器性能。平板显示器具有科技
含量 高、重 量 轻、体 积 小、功 耗 低、便 于
携带等优点，可实现超大尺寸显示，成
为和CRT抗衡的新兴显示技术，是21
世纪显示技术的主流。应用先进封装和
互连技术，将半导体和表面安装技术融
为一体。通过提高集成电路密度、减少
互连长度和数量来降低产品价格，改进
性 能，减 小 组 件 尺 寸，提 高 系 统 的 可 靠
性。
2．3．2模块化
硬 件 模 块 化 易 于 实 现 数 控 系 统 的
集 成 化 和 标 准 化。根 据 不 同 的 功 能 需
求，将 基 本 模 块，如CPU、存 储 器、位 置
伺服、PLC、输入输出接口、通讯等模块，
作成标准的系列化产品，通过积木方式
进行功能裁剪和模块数量的增减，构成
不同档次的数控系统。
2．3．3网络化
机 床 联 网 可 进 行 远 程 控 制 和 无 人
化操作。通过机床联网，可在任何一台
机床上对其它机床进行编程、设定、操
作、运 行，不 同 机 床 的 画 面 可 同 时 显 示
在每一台机床的屏幕上。
3智 能 化 新 一 代PCNC数 控
系统
当 前 开 发 研 究 适 应 于 复 杂 制 造 过
程 的、具 有 闭 环 控 制 体 系 结 构 的、智 能
化新一代PCNC数控系统已成为可能。
智 能 化 新 一 代PCNC数 控 系 统 将 计 算
机智能技 术、网 络技 术、CAD ／ CAM、伺
服 控 制、自 适 应 控 制、动 态 数 据 管 理 及
动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融
于一体，形成严密的制造过程闭环控制
体系。
4展望
制 定 符 合 中 国 国 情 的 总 体 发 展 战
略，确立与国际 接轨 的 发 展 道 路，对21
世 纪 我 国 数 控 技 术 与 产 业 的 发 展 至 关
重要。本章对数控技术和产业发展趋势
的分析，对我国数控领域存在的问题进
行研究的基础上，对21世纪我国数控
技术和产业的发展途径进行了探讨，提
出了以科技创新为先导，以商品化为主
干，以 管 理 和 营 销 为 重 点，以 技 术 支 持
和服务为后盾，坚持可持续发展道路的
总体发展战略。在此基础上，研究了发
展 新 型 数 控 系 统、数 控 功 能 部 件、数 控
机床整机等的具体技术途径。
衷 心 希 望，我 国 科 技 界、产 业 界 和
教育界通力合作，把握好知识经济带来
的难得机遇，迎接竞争全球化带来的严
峻挑战，使我国数控技术和产业最终走
向世界的前列。

浅谈数控技术发展趋势

　　□ 雷 文
　　随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，cad/cam与数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。
　　1　性能发展方向
　　（1）高速高精高效化　速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。由于采用了高速cpu芯片、risc芯片、多cpu控制系统以及带高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺服系统，同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高速高精高效化已大大提高。
　　（2）柔性化　包含两方面：数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，便于满足不同用户的需求；群控系统的柔性，同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥群控系统的效能。
　　（3）工艺复合性和多轴化　以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工，正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工。数控技术轴，西门子880系统控制轴数可达24轴。
　　（4）实时智能化　早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是如何调度任务，以确保任务在规定期限内完成。而人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。科学技术发展到今天，实时系统和人工智能相互结合，人工智能正向着具有实时响应的、更现实的领域发展，而实时系统也朝着具有智能行为的、更加复杂的应用发展，由此产生了实时智能控制这一新的领域。
　　2　功能发展方向
　　（1）用户界面图形化　用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口。由于不同用户对界面的要求不同，因而开发用户界面的工作量极大，用户界面成为计算机软件研制中最困难的部分之一。当前internet、虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等技术也对用户界面提出了更高要求。图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用，人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。
　　（2）科学计算可视化　科学计算可视化可用于高效处理数据和解释数据，使信息交流不再局限于用文字和语言表达，而可以直接使用图形、图像、动画等可视信息。可视化技术与虚拟环境技术相结合，进一步拓宽了应用领域，如无图纸设计、虚拟样机技术等，这对缩短产品设计周期、提高产品质量、降低产品成本具有重要意义。在数控技术领域，可视化技术可用于cad/cam，如自动编程设计、参数自动设定、刀具补偿和刀具管理数据的动态处理和显示以及加工过程的可视化仿真演示等。
　　（3）插补和补偿方式多样化　多种插补方式如直线插补、圆弧插补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、2d+2螺旋插补、nano插补、nurbs插补（非均匀有理b样条插补）、样条插补（a、b、c样条）、多项式插补等。多种补偿功能如间隙补偿、垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和测量系统误差补偿、与速度相关的前馈补偿、温度补偿、带平滑接近和退出以及相反点计算的刀具半径补偿等。
　　（4）内装高性能plc　数控系统内装高性能plc控制模块，可直接用梯形图或高级语言编程，具有直观的在线调试和在线帮助功能。编程工具中包含用于车床铣床的标准plc用户程序实例，用户可在标准plc用户程序基础上进行编辑修改，从而方便地建立自己的应用程序。
　　（5）多媒体技术应用　多媒体技术集计算机、声像和通信技术于一体，使计算机具有综合处理声音、文字、图像和视频信息的能力。在数控技术领域，应用多媒体技术可以做到信息处理综合化、智能化，在实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、生产过程参数监测等方面有着重大的应用价值。
　　3　体系结构的发展
　　（1）集成化　采用高度集成化cpu、risc芯片和大规模可编程集成电路fpga、epld、cpld以及专用集成电路asic芯片，可提高数控系统的集成度和软硬件运行速度。应用fpd平板显示技术，可提高显示器性能。平板显示器具有科技含量高、重量轻、体积小、功耗低、便于携带等优点，可实现超大尺寸显示，成为和crt抗衡的新兴显示技术，是21世纪显示技术的主流。(2)模块化　硬件模块化易于实现数控系统的集成化和标准化。根据不同的功能需求，将基本模块，如cpu、存储器、位置伺服、plc、输入输出接口、通讯等模块，作成标准的系列化产品，通过积木方式进行功能裁剪和模块数量的增减，构成不同档次的数控系统。（3）网络化　机床联网可进行远程控制和无人化操作。通过机床联网，可在任何一台机床上对其他机床进行编程、设定、操作、运行，不同机床的画面可同时显示在每一台机床的屏幕上。（4）通用型开放式闭环控制模式 由于制造过程是一个具有多变量控制和加工工艺综合作用的复杂过程，包含诸如加工尺寸、形状、振动、噪声、温度和热变形等各种变化因素，因此，要实现加工过程的多目标优化，必须采用多变量的闭环控制，在实时加工过程中动态调整加工过程变量。加工过程中采用开放式通用型实时动态全闭环控制模式，易于将计算机实时智能技术、网络技术、多媒体技术、cad/cam、伺服控制、自适应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，构成严密的制造过程闭环控制体系，从而实现集成化、智能化、网络化。
　　（作者单位系山西长城微光器材股份有限公司）

数控技术的发展趋势

(一)中国数控现状
    在常规数控机床领域，如数控车床、立式加工中心、数控铣床、数控镗床、数控齿轮机床、数控磨床、电加工机床、数控重型机床和数控成形机床等一大批产品，我国已经拥有自主知识产权，具有较强的市场竞争力，基本满足国内需求。在高档数控机床研发方面取得了新的突破，代表产品有五轴联动横梁移动式高速龙门铣床、五轴联动龙门加工中心、五轴联动车铣中心、五轴联动立式叶片加工中心、五轴联动卧式加工中心、六轴五联动弧齿锥齿轮磨床等。
中国华中数控系统

    目前，我国是机床生产大国，但不是机床制造强国，国产机床的发展仍然难以支撑国民经济和国防军工的需要。与世界先进水平相比差距仍然十分明显。一是国产高档数控机床在品种、水平和数量上远远满足不了国内发展需求。尽管近几年国产机床市场销售量不断提高，至2005年进口机床在国内市场占有率仍高达60%，其中汽车、航空、航天、兵器、造船、 
         通用机械等行业是主要进口大户。2002～2005年，我国已经连续四年成为世界最大的机床进口国，以2004年进口为例，从日本、台湾、德国进口分别占国内市场19.7%、12.1%和8.6%。二是国产功能部件和数控系统发展滞后，成为数控机床产业发展的瓶颈，尤其是为高档数控机床配套的关键功能部件和数控系统。三是机床制造企业技术装备水平不高，行业制造能力、综合管理和服务能力等方面不能满足市场快节奏的要求。 
     我们国家机床业最薄弱的环节在数控系统。目前世界最大的三家数控系统厂商是：日本发那客、德国西门子、日本三菱；其余还有法国扭姆、西班牙凡高等。国内由华中数控、航天数控等。国内的数控系统刚刚开始产业化、水平质量一般。高档次的系统全都是进口。 华中数控这几年发展迅速，软件水平相当不错，但差就差在电器硬件上，故障率比较高。华中数控也有意向数控机床业进军，但机床的硬件方面不行，质量精度一般。目前国内一些大厂还没有采用华中数控的。广州机床厂的简易数控系统也不错。目前我们国家内承认的机床精度体系大致是四种体系：德国VDI标准、日本JIS标准、国际标准ISO标准、国标GB，国标和国际标准差不多。
      随着我国国防工业和汽车行业的发展，我们国家会诞生世界水平的机床制造商，也将会超越日本，成为世界第一机床生产大国。
(二)发展趋势
     数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发