數(shù)控技術現(xiàn)狀

      隨著計算機技術的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的制造業(yè)開始了根本性變革，各工業(yè)發(fā)達國家投入巨資，對現(xiàn)代制造技術進行研究開發(fā)，提出了全新的制造模式。在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，數(shù)控技術是關鍵技術，具有高精度、高效率、柔性自動化等特點，對制造業(yè)實現(xiàn)柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。目前，數(shù)控技術正在發(fā)生根本性變革，由專用型封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。由于數(shù)控技術是關系到國家戰(zhàn)略地位和體現(xiàn)國家綜合國力水平的重要基礎性產(chǎn)業(yè)，其水平高低是衡量一個國家制造業(yè)現(xiàn)代化程度的核心標志，因此#實現(xiàn)加工機床及生產(chǎn)過程數(shù)控化，已經(jīng)成為當今制造業(yè)的發(fā)展方向。機械制造的競爭，其實質(zhì)是數(shù)控的競爭。

      現(xiàn)代數(shù)控技術集傳統(tǒng)的機械制造技術、計算機技術、成組技術與現(xiàn)代控制技術、傳感檢測技術、信息處理技術、網(wǎng)絡通訊技術、液壓氣動技術、光機電技術于一體，是現(xiàn)代制造技術的基礎，它的發(fā)展和運用，開創(chuàng)了制造業(yè)的新時代，使世界制造業(yè)的格局發(fā)生了巨大變化。數(shù)控技術的廣泛使用給機械制造業(yè)生產(chǎn)方式、產(chǎn)業(yè)結(jié)構、管理方式帶來深刻的變化，它的關聯(lián)效益和輻射能力更是難以估計；數(shù)控技術是制造業(yè)實現(xiàn)自動化、柔性化、集成化生產(chǎn)的基礎，CAD/CAM、FMS、CIMC等技術都是建立在數(shù)控技術之上，離開了數(shù)控技術，先進制造技術就成了無本之木；數(shù)控技術是國防現(xiàn)代化的重要戰(zhàn)略物質(zhì)和商業(yè)貿(mào)易的重要構成，工業(yè)發(fā)達國家把數(shù)控機床視為具有高技術附加值、高利潤的重要出口產(chǎn)品，世界貿(mào)易額逐年增加。日本由于數(shù)控技術高度發(fā)展使其制造業(yè)迅速崛起，美國要挽回其失去的地位，歐洲要適應市場競爭的需求，從而以數(shù)控技術為主要標志的現(xiàn)代制造技術成了美國、日本和歐洲等工業(yè)國家競爭的焦點。由于數(shù)控產(chǎn)業(yè)的企業(yè)行為，而在某種程度上體現(xiàn)了政府意志，其發(fā)展快慢有賴于政府的支持。中國政府也已充分意識到發(fā)展數(shù)控技術的重要性，正積極采取各種有效措施大力發(fā)展中國的數(shù)控產(chǎn)業(yè)，把發(fā)展數(shù)控技術作為振興機械工業(yè)的重中之重。

      數(shù)控技術的發(fā)展趨勢

      1、功能發(fā)展方向

      （1）用戶界面圖形化。用戶界面是數(shù)控系統(tǒng)與使用者之間的對話接口。由于不同用戶對界面的要求不同，因而開發(fā)用戶界面的工作量極大，用戶界面成為計算機軟件研制中最困難的部分之一。當前internet 、虛擬現(xiàn)實、科學計算可視化及多媒體等技術也對用戶界面提出了更高要求。柔性用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶的使用，人們可以通過窗口和菜單進行操作，便于藍圖編程和快速編程、三維彩色立體動態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動態(tài)跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實現(xiàn)。

      （2）科學計算可視化?？茖W計算可視化可用于高效處理數(shù)據(jù)和解釋數(shù)據(jù)，使信息交流不再局限于用文字和語言表達，而可以直接使用圖形、圖像、動畫等可視信息?？梢暬夹g與虛擬環(huán)境技術相結(jié)合，進一步拓寬了應用領域，如無圖紙設計、虛擬樣機技術等，這對縮短產(chǎn)品設計周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本具有重要意義。在數(shù)控技術領域，可視化技術可用于CAD/CAM ，如自動編程設計、參數(shù)自動設定、刀具補償和刀具管理數(shù)據(jù)的動態(tài)處理和顯示以及加工過程的可視化仿真演示等。

      （3）插補和補償方式多樣化。多種插補方式如直線插補、圓弧插補、圓柱插補、空間橢圓曲面插補、螺紋插補、極坐標插補、2D+2螺旋插補、NANO插補、NURBS插補(非均勻有理B 樣條插補)、樣條插補(A、B、C樣條)、多項式插補等。多種補償功能如間隙補償、垂直度補償、象限誤差補償、螺距和測量系統(tǒng)誤差補償、與速度相關的前饋補償、溫度補償、帶平滑接近和退出以及相反點計算的刀具半徑補償?shù)取?/p>

      （4）內(nèi)裝高性能PLC。 數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)裝高性能PLC控制模塊，可直接用梯形圖或高級語言編程，具有直觀的在線調(diào)試和在線幫助功能。編程工具中包含用于車床銑床的標準BC6 用戶程序?qū)嵗?，用戶可在標準PLC用戶程序基礎上進行編輯修改，從而方便地建立自己的應用程序。

      （5）多媒體技術。應用多媒體技術集計算機、聲像和通信技術于一體，使計算機具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力。在數(shù)控技術領域，應用多媒體技術可以做到信息處理綜合化、智能化，在實時監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)現(xiàn)場設備的故障診斷、生產(chǎn)過程參數(shù)監(jiān)測等方面有著重大的應用價值。

      2結(jié)構體系發(fā)展方向

      （1）模塊化、專門化與個性化。為了適應數(shù)控機床多品種、小批量的特點，機床結(jié)構模塊化，數(shù)控功能專門化，機床性能價格比顯著提高并加快優(yōu)化。硬件模塊化易于實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的集成化和標準化。根據(jù)不同的功能需求，將基本模塊，如CPU 、存儲器、位置伺服、PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊，做成標準化系列化產(chǎn)品，通過積木方式進行功能裁剪和模塊數(shù)量的增減，構成不同檔次的數(shù)系統(tǒng)。個性化是近幾年來特別明顯的發(fā)展趨勢。

      （2）智能化。智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面：

      a）自適應控制技術。數(shù)控系統(tǒng)能檢測過程中一些重要信息，并自動調(diào)整系統(tǒng)的有關參數(shù)，達到改進系統(tǒng)運行狀態(tài)的目的。

      b）專家系統(tǒng)。將熟練工人和專家的經(jīng)驗，加工的一般規(guī)律與特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫為支撐，建立具有人工智能的專家系統(tǒng)。當前已開發(fā)出模糊邏輯控制和帶自學習功能的人工神經(jīng)網(wǎng)絡電火花加工數(shù)控系統(tǒng)。

      c）故障診斷系統(tǒng)。如智能診斷、智能監(jiān)控，方便系統(tǒng)的診斷及維修等。

      d）智能化數(shù)字伺服驅(qū)動裝置?？梢酝ㄟ^自動識別負載而自動調(diào)整參數(shù)，使驅(qū)動系統(tǒng)獲得最佳的運行。如前饋控制、電機參數(shù)的自適應運算、自動識別負載自動選定模型、自整定等；

      （3）網(wǎng)絡化和集成化。數(shù)控機床向網(wǎng)絡化和集成化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢是：從點（數(shù)控單機、加工中心和數(shù)控復合加工機床）、線（FMC 、FMS 、FTL 、FML ）向面（工段車間獨立制造島、FA ）、體（CIMS 、分布式網(wǎng)絡集成制造系統(tǒng)）的方向發(fā)展；另一方面向注重應用性和經(jīng)濟性方向發(fā)展。網(wǎng)絡化和集成化技術是制造業(yè)適應動態(tài)市場需求及產(chǎn)品迅速更新的主要手段，是各國制造業(yè)發(fā)展的主流趨勢，通過研究計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助工程（CAE ）、工程計算機輔助工藝過程規(guī)程（CAPP）和計算機輔助制造（CAM）等設計自動化技術和網(wǎng)絡技術， 在綜合自動化概念框架下集成CAD/CAE/CAPP/CAM/NET的應用，將其功能有機地結(jié)合起來，統(tǒng)一組織和管理有關信息提取、交換、共享。其重點是易于聯(lián)網(wǎng)和集成；注重加強單元技術的開拓、完善；CNC單機向高精度、高速度和高集成方向發(fā)展；數(shù)控機床及其構成柔性制造系統(tǒng)能方便地與CAD/CAPP/CAM/MTS聯(lián)結(jié)，向信息集成方向發(fā)展；網(wǎng)絡系統(tǒng)向開放、集成和智能化方向發(fā)展。#p#分頁標題#e#

      （4）開放化。采用通用計算機組成總線式、模塊化、開放式、嵌入式體系結(jié)構，便于裁剪、擴展和升級，可組成不同檔次、不同類型、不同集成程度的數(shù)控系統(tǒng)。加工過程中采用開放式通用型實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式，易于將計算機實時智能技術、網(wǎng)絡技術、多媒體技術、CAD/CAM、伺服控制、自適應控制、動態(tài)數(shù)據(jù)管理及動態(tài)刀具補償、動態(tài)仿真等高新技術融于一體，構成嚴密的制造過程閉環(huán)控制體系，從而實現(xiàn)集成化、智能化、網(wǎng)絡化?；赑C的第六代方向發(fā)展所具有的開放性、低成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點，更多的數(shù)控系統(tǒng)廠家會走上這條道路。至少采用PC機作為它的前端機，來處理人機界面、編程和聯(lián)網(wǎng)通信等問題。由原有的系統(tǒng)承擔數(shù)控的任務，PC機所具有的友好的人機界面將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)，遠程通訊等，遠程診斷和維修將更加普遍。日本、歐盟和美國等針對開放式的#.# ，正在進行前后臺標準的研究。

      3、高速、高效、高精度、高可靠性發(fā)展方向

      （1）高速、高效。機床向高速化方向發(fā)展，不但提高加工效率、降低成本，而且還提高零件的表面加工質(zhì)量和精度。新一代數(shù)控機床（含加工中心）通過高速化、大幅度縮短切削工時，進一步提高其生產(chǎn)率。超高速加工特別是超高速銑削與新一代高速數(shù)控機床特別是高速加工中心的開發(fā)應用緊密相關。高速主軸單元（電主軸，轉(zhuǎn)速 ）、高速且高加,減速度的進給運動部件（快移速度 ，切削進給速度高達 ）、高性能數(shù)控和伺服系統(tǒng)以及數(shù)控工具系統(tǒng)都出現(xiàn)了新的突破，達到了新的技術水平。隨著超高速切削機理、超硬耐磨長壽命刀具材料和磨料磨具，大功率高速電主軸、高加,減速度直線電機驅(qū)動進給部件以及高性能控制系統(tǒng)（含監(jiān)控系統(tǒng)）和防護裝置等一系列技術領域中關鍵技術的解決，新一代高速數(shù)控機床應運而生。依靠快速、準確的數(shù)字量傳遞技術對高性能的機床執(zhí)行部件進行高精密度、高響應速度的實時處理，滿足其高速、高效化。由于采用了新型刀具，車削和銑削的切削速度已達到 以上；主軸轉(zhuǎn)數(shù)在 （有的高達100000r/min）以上；工作臺的移動速度：進給速度在分辨率為1微米時，在 （有的到 ）以上；在分辨率為 時，在 以上；自動換刀速度在1秒以內(nèi)；小線段插補進給速度達到 。根據(jù)高效率、大批量生產(chǎn)需求和電子驅(qū)動技術的飛速發(fā)展，高速直線電機的推廣應用，開發(fā)出一批高速、高效的高速響應的數(shù)控機床以滿足模具、航空、軍事、汽車等工業(yè)的需求。

      （2）高精度。從精密加工發(fā)展到超精密加工（特高精度加工），是世界各工業(yè)強國致力發(fā)展的方向。其精度從微米級到亞微米級，乃至納米級（ ），其應用范圍日趨廣泛。超精密加工主要包括超精密切削（車、銑）、超精密磨削、超精密研磨拋光以及超精密特種加工（三束加工及微細電火花加工、微細電解加工和各種復合加工等）。近10多年來，普通級數(shù)控機床的加工精度已由 提高到 ，精密級加工中心的加工精度則從 提高到 。隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，新材料及新零件的出現(xiàn)，更高精度要求的提出等都促進了超精密加工工藝，新型超精密加工機床等現(xiàn)代超精密加工技術的完善，以適應現(xiàn)代科技的發(fā)展。

      （3）高可靠性。數(shù)控機床的工作環(huán)境比較惡劣，工業(yè)電網(wǎng)電壓的波動和干擾對數(shù)控機床的可靠性極為不利，因而對CNC的可靠性要求要優(yōu)于一般的計算機。數(shù)控機床加工的零件型面較復雜，加工周期長，要求平均無故障時間在2萬小時以上，且有多種報警和保護措施；出故障時盡可能不損壞機床、刀具和工件，并能根據(jù)報警信息了解故障部件，及時排除故障。

      4、其它

      （1）為適應制造自動化的發(fā)展，向FMC、FMS和CIMS提供基礎設備，要求數(shù)字控制制造系統(tǒng)不僅能完成通常的加工功能，而且還要具備自動測量、自動上下料、自動換刀、自動更換主軸頭（有時帶坐標變換）、自動誤差補償、自動診斷、進線和聯(lián)網(wǎng)等功能，廣泛地應用機器人、物流系統(tǒng)。

      （2）圍繞數(shù)控技術、制造過程技術在快速成型、并聯(lián)機構機床、機器人化機床、多功能機床等整機方面和高速電主軸、直線電機、軟件補償精度等單元技術方面先后有所突破。并聯(lián)桿系結(jié)構的新型數(shù)控機床實用化。這種虛擬軸數(shù)控機床用軟件的復雜性代替?zhèn)鹘y(tǒng)機床機構的復雜性，開拓了數(shù)控機床發(fā)展的新領域。

      （3）以計算機輔助管理和工程數(shù)據(jù)庫、因特網(wǎng)等為主體的制造信息支持技術和智能化決策系統(tǒng)，對機械加工中海量信息進行存儲和實時處理。應用數(shù)字化網(wǎng)絡技術，使機械加工整個系統(tǒng)趨于資源合理支配并高效地應用。

      （4）采用了神經(jīng)網(wǎng)絡控制技術、模糊控制技術、數(shù)字化網(wǎng)絡技術，虛擬制造技術以及FMC、FMS、Web-based 制造和無圖紙制造技術的方向發(fā)展。

      （5）研究以MTP、ERP、PDM為主體的技術以及數(shù)據(jù)庫技術、WEB 技術、面向?qū)ο蠹夹g、數(shù)據(jù)安全和監(jiān)控技術、應用集成技術、配置管理技術等開發(fā)面向國際化市場競爭所需要的新一代管理信息系統(tǒng)軟件，并在制造行業(yè)推廣應用。

      （6）按照現(xiàn)場總線工業(yè)數(shù)字通訊協(xié)議，進行通訊模板設計、生產(chǎn)技術及防爆、可靠性一致性測試技術研究；符合制造業(yè)自動化現(xiàn)場總線標準的產(chǎn)品開發(fā)；現(xiàn)場總線產(chǎn)品的開發(fā)工具、系統(tǒng)軟硬件開發(fā)；產(chǎn)品互換性、互操作性技術及認證技術與工具方法研究；基于現(xiàn)場總線的、面向行業(yè)的自動化系統(tǒng)研究及集成技術研究。

      （7）重點進行高精度、高可靠性自動化儀表和現(xiàn)場總線智能儀表及控制系統(tǒng)的開發(fā)；總線式自動測試系統(tǒng)軟件及基本模件開發(fā)；自調(diào)零、自校正、自診斷的數(shù)字化科學儀器（分析儀器、大地測量儀器、試驗機）的開發(fā)；數(shù)字照相機、數(shù)字打印機、數(shù)字IC卡等文化辦公設備的開發(fā)以及醫(yī)用X線診斷裝置、醫(yī)用超聲診斷裝備、計算機層掃描裝置（CT）、磁共振成像裝置等醫(yī)療設備；各類醫(yī)用電生理診斷設備；臨床檢驗分析設備。