数控技术发展趋势范文

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二、数控技术发展趋势

（一）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一种复合加工，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。而人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为

（二）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。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。（3）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。

（三）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。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*性。（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。（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。

三、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。

职称中心

参考文献：

[1]电动机降压起动器的选择与分析，凌浩，2000.12vol.20P66.

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一、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。

二、数控技术发展趋势

（一）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一种复合加工，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。而人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。

（二）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。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。（3）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。

（三）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。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）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。（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。

三、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

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1.引言

数控技术是一门集计算机技术、自动化控制技术、测量技术、现代机械制造技术、微电子技术、信息处理技术等多学科交叉的综合技术，是近年来应用领域中发展十分迅速的一项综合性的高新技术。它是为适应高精度、高速度、复杂零件的加工而出现的，是实现自动化、数字化、柔性化、信息化、集成化、网络化的基础，是现代机床装备的灵魂和核心，有着广泛的应用领域和广阔的应用前景。

2.国内外数控系统的发展概况

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。

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，己不适应日益复杂的制造过程，因此，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为我们国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。

3.数控技术的发展趋势

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的发展起着越来越重要的作用。从目前世界上数控技术发展的趋势来看，主要有如下几个方面：

3.1高精度、高速度的发展趋势

尽管十多年前就出现高精度高速度的趋势，但是科学技术的发展是没有止境的，高精度、高速度的内涵也在不断变化，目前正在向着精度和速度的极限发展。

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。

3.25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。3.3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，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著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。国内外一些著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，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。

4.结束语

随着人们对数控技术重视，它的发展越发迅速。文中简要陈述当前的发展趋势，另外数控技术的正不断走向集成化，并行化，仍有广阔的发展空间。

参考文献

[1]王立新.浅谈数控技术的发展趋势[J].赤峰学院学报.2007.

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一、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。

二、数控技术发展趋势

（一）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一种复合加工，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。而人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。

（二）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。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。（3）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。

（三）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。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）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。（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。

三、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：

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1.数控加工技术概述及特点

数控加工技术是指用数字化信号对设备运行及其加工过程进行控制的一种自动化技术。现在，数控技术也叫计算机数控技术。目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术，这种技术用计算机按事先存储的控制程序来执行对设备的控制功能。由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入数据的存储、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计算机软件来完成。数控技术是典型的机械、电子、自动控制、计算机和检测技术密切结合的机电一体化高新技术。数控技术是实现制造过程自动化的基础，是自动化柔性系统的核心，是现代集成制造系统的重要组成部分【1】。数控技术把机械装备的功能、效率、可靠性和产品质量提高到一个新水平，使传统的制造业发生了极其深刻的变化。

数控加工技术不同于传统的加工技术，其主要特点为：

（1）能高质量地完成一般机床难以完成的复杂零件和曲面形状的加工；

（2）能方便地改变加工工艺参数（如切削用量），因而利于换批加工和新产品的研制；

（3）可实现一次装夹工件完成多道工序加工，从而确保高质量的加工精度同时又减少了辅助时间；

（4）采用模块化标准工具，既减少了换刀和安装时间，又提高了工具标准化程度和工具的管理水平；

（5）便于实现计算机辅助制造。

2.国内数控加工技术现状

我国数控加工技术经过50多年发展，取得较显著成效，已基本掌握数控系统、伺服驱动等基础技术，其中大部分技术已具备进行商品化开发的基础。高档数控系统在我国“八五”期间攻关项目中均已陆续通过国家鉴定，中档数控系统技术及功能也已日渐成熟和丰富。但我国数控技术仍存在许多不足，尤其是产业化方面，数控技术水平远不能满足我国现实需【2】。历经半个世纪的探索与发展，我国数控设备性能、可靠性都有了明显的提高，并逐渐被社会所认可，稳步于市场竞争之中。现今，我国的数控机床企业已逐步拥有自己的知识产权，数控技术整体竞争力和综合实力显著增强，新产品新技术研发势头强劲，不仅可满足国内需求，有的还已出口国外。但就数控机床拥有量而言，我国虽已近300万台的拥有量稳居世界前列，但是我国的机床控化率仅为2%左右，而与西方工业国家20%的控化率相比仍存在较大差距。

3.数控加工技术发展趋势

伴随着数控技术的发展进步，数控加工技术的应用领域已不再局限在传统的制造业中，在一些重要行业中，如汽车、轻工、医疗等也都纷纷融入现代化的数控技术， 并且对这些行业的发展起到了显著的推动作用。目前，数控技术的主流发展方向主要为以下几方面：

（一）开放式发展方向

数控加工技术的开放式发展可有效促使数控系统更加灵活、柔性、具备适应性、通用性和扩展性，推动网络化和智能化的发展， 使数控设备和数控机床可根据时展灵活的进行更新换代。开放式的数控系统可在不同的平台上有效运行，与其他系统进行相互操作，同时可与用户交互风格，因此，开放式系统具备互操作性、可互换性、可伸缩性等特征。开放式结构可利用通用微机技术进行声控自动编程， 实现图形扫描自动编程。极大的提高了系统的可靠性，使数控系统变得更加微型化、小型化；同时，利用其对外开放的软、硬件资源可推动数控系统实现多品种、多档次，并大大缩短生产周期。

（二）智能化发展方向

随着计算机技术的快速发展， 人工智能技术渗透其中， 数控加工技术朝向智能化方向发展成为必然。数控技术的智能化就是借助人工智能技术对制造过程进行全面监控，并对工作过程及决策进行控制。实现数控程度编制、加工过程及故障诊断的智能化。智能化数控技术主要表现为以下几方面：第一，将自适应控制融入数控系统中，自动测量多种参数，从而实现在保障产品质量的基础上，最大程度的提高生产率，降低生产成本；第二，加入自动编程和人机对话功能；第三，设置故障自动诊断功能；第四，利用模式识别技术，使机器可以自动识别图样，借助声控技术对其行驶语言命令加工。在计算机技术的迅猛发展下，智能化数控技术将更加系统完善，数控技术智能化也将具备更为广阔的应用前景。

（三） 网络化发展方向

网络化数控技术是近些年国际数控机床博览会的新亮点，是数控加工技术迈向网络化发展格局的有力手段，网络化数控技术可将各机床联网，继而对联网机床实现无人化操控和远程控制，有效的满足了制造企业及产品生产线对信息集成的要求，同时是更新制造模式，例如，虚拟企业、全球制造、敏捷制造的基础型单元。数控技术网络化方向发展便于CN 内部与数字伺服之间及上级主计算机进行通信，便于维修数据的传递，方便与其他工厂的数据交换，实现信息的广泛共享。另外，制造业可利用互联网络，连接起不同位置、不同制造资源的各制造企业，摆脱产品设计、加工中时间与空间的限制，节约时间，提高生产效率。

4.结束语

数控加工技术是制造产业进步发展的技术保障，影响着社会乃至国家的发展与兴旺。我国正处于经济发展的关键时期，制造技术是我们的薄弱环节。只有跟上发展先进数控制造技术的世界潮流，将其放在战略优先地位，并以足够的力度予以实施，才能尽快缩小与发达国家的差距，才能在激烈的市场竞争中立于不败之地。总之，在我国研究和发展数控制造技术势在必行。在新一轮数控技术革新的浪潮中，我们应看清形势，准确把握数控技术的发展现状及未来发展趋势，采取正确的技术革新手段，不断创新、与时俱进， 争取在关键技术上不断取得突破性发展。

参考文献

【1】代元沛. 数控技术的现状及发展趋势[J]. 数字技术与应用，2014（05）.

【2】宋春华. 数控技术的现状及发展趋势[J]. 装备制造技术，2011（03）.

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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。

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先进制造技术作为世界上支撑工业行业发展的最主要因素之一，已经放在了各工业大国发展规划的首要位置。数控机床作为先进制造技术的工作母机，不仅被高端的航空、航天行业所认可，还普及应用到工业加工中的各个方面。各类工业制造企业在提高原有数控技术的基础上，还对数控系统新技术的研发提出了更高的设想。故本文将对当今世界上数控技术及装备的现状和发展趋势做以如下简析。

1 高精度与高可靠性

1.1 高精度

由于航天、航空等高端工业行业对产品精密度要求的不断提高，促使当前世界各工业大国的精密加工阶跃到超精密加工阶段，其加工精度从微米级到亚微米级乃至纳米级。一般的数控机床是通过高速主轴和高速坐标驱动来实现上述加工精度要求的。

1.1.1 高速主轴

高速主轴是高速机床中最为关键的部件，高速主轴多采用电机和主轴一体化设计的高速电主轴(HSES)或复合电主轴。轴承作为电主轴的关键部件，它决定了电主轴的寿命和负载容量。高质量的钢轴承现仍有使用，但随主轴转速需求的不断提高，出现了一些新结构、新材料的高速应用轴承，如混合球轴承、磁浮、气浮和液体静动压轴承等。[1]

高主轴转速并不是高速加工的全部。而对电主轴的大功率、高转矩和高刚性的需要也应考虑在内，同时还应能控制主轴的温升等。由于用户的不断需求推动了主轴制造技术的进步，也将引导主轴制造技术向轻结构、高强度、高刚性、良好的动平衡和热控制方向继续发展。

1.1.2 高速坐标驱动

高速高精加工机床的进给驱动，一般要求容易移动，快速响应，准确定位和具有高重复定位精度。故采用轻质结构溜板、线性导轨和直线伺服电机驱动具有十分重要得意义。

目前，直线伺服电机己被公认为未来机床坐标驱动的最佳形式，但由于其价格、散热及磁场对周围灰尘和切屑的吸附作用等原因，非常广泛被应用还得经过一段时间，但这也正是未来发展的研究改进方向。

1.2 高可靠性

可靠性在成为数控机床的质量的一个衡量标准之后，就自然而然的变成数控行业发展的重要环节。数控机床的可靠性取决于数控系统和各伺服驱动单元的可靠性。数控系统将采用更高集成度的电路芯片，利用大规模或超大规模的专用及混合式集成电路，以减少元器件的数量，提高可靠性。机床本体可靠性的提高可通过硬件功能软件化，适应各种控制功能的要求，同时采用硬件结构机床本体的模块化、标准化和通用化及系列化，既提高硬件生产批量，又便于组织生产和质量把关。

2 高速加工与高效率

数控机床向高速化方向发展，不但可大幅度提高加工效率，降低加工成本，而且还可提高零件的表面加工质量和精度。超高速加工技术对制造业实现高效、优质、低成本生产有广泛的适用性。数控系统采用位数、频率更高的处理器，以提高系统的基本运算速度。同时，采用超大规模的集成电路和多微处理器结构，以提高系统的数据处理能力，即提高插补运算的速度和精度。 [2]

3 多功能与柔性化

3.1 多功能

在现实的零件加工过程中，有大量的无用时间消耗在工件搬运、装卸、调整、换刀和主轴的升降速上，为了尽可能减少这些无用时间，人们希望将不同的加工功能整合在同一台机床上。因此多功能复合型机床的产生实现了工序的集约化。主要表现在数控机床配有自动换刀机构，能在同一台机床上同时实现铣削、镗削、钻削、车削、铰孔、扩孔、攻螺纹等多种工序加工；数控机床还采用了多主轴、多面体切削，即同时对一个零件的不同部位进行不同方式的切削加工；数控系统由于采用了多CPU结构和分级中断控制方式，即可在一台机床上同时进行零件加工和程序编制，实现所谓的“前台加工，后台编辑”。故多功能机床成为近年来发展很快的机种。

3.2 柔性化

数控机床向柔性自动化系统发展，一方面是从点(数控单机、加工中心和数控复合加工机床)、线（FMC，FMS，FTL，FML）向面(工段车间独立制造岛)、体(分布式网络集成制造系统）的方向发展，另一方面向注重应用性和经济性方向发展。开放式体系结构的新一代数控系统，作为柔性自动化系统的引申，具有可移植性、互操作性、互交换性、可扩展性、可比例换算、可重用性等优点，它使机器制造商能够并敢于为他们专门的自动化设计优化选配组件，从而在短的时间内实现创造性设计。

4 绿色化与多轴化

21世纪要实现数控机床切削加工环保化和节能化，就必须对加工工艺进行绿色化改进。目前这一绿色加工工艺主要集中在不使用切削液上，因为切削液既污染环境又危害操作者健康。于是我们采用干切削，就是在一般的大气氛围或在特殊气体氛围氮气、冷风中进行，而不使用切削液进行的切削。不过，对于某些加工方式和工件组合，完全不使用切削液的干切削尚难于实现，所以又出现了使用极微量的准干切削。

随着编程软件的普及，五轴联动控制的加工中心和数控铣床己经成为当前的一个开发热点。由于在加工自由曲面时，五轴联动控制对球头铣刀的数控编程比较简单，并且能使球头铣刀在铣削三维曲面的过程中始终保持合理的切速，从而显著改善加工表面的粗糙度和大幅度提高加工效率。

5 智能型

随着无人加工的普及应用智能化加工的发展成为必然，人工智能化加工是一种基于神经网络控制、模糊控制、数字化网络技术和理论的加工，它是要在加工过程中模拟人类专家的智能活动，以解决加工过程许多不确定性的、要由人工干预才能解决的问题。目前人工智能化主要表现在数控系统以下几个方面:①为追求加工效率和加工质量的智能化。②为提高驱动性能及使用连接方便的智能化。③简化编程、简化操作的智能化。④智能诊断、智能监控，方便系统的诊断及维修等。

6 向大型化和微小化两极发展

能源装备的大型化及航空航天事业等的发展，要求提供300t以上的巨型、高精度、高质量的锻件，需要建造6~8万t的模锻压机及重型加工中心，这就导致了数控机床的大型化发展。

微米纳米技术是21世纪的战略性技术，微系统技术是微米纳米技术的一部分，是集微型机构、微型传感器、微型执行器及信号处理和控制电路、通信和电源于一体的微型器件系统。所以，需发展能适应微小型尺寸结构和微纳米加工精度的新型制造工艺和装备。

7 工艺适用性的专门化数控机床正不断涌现

随着机械产品的性能优化和轻量化，其零件和构件的形状、尺寸和精度呈现多样性，很难用少数几种标准的、通用的机床结构来最佳地满足多方面的工艺要求。通过对机床布局和结构的创新，使对不同类型的零件加工具有最佳的适用性，避免一方面出现不能发挥最佳性能，另一方面又存在功能冗余的现象。[3]

8 结语

数控机床技术的进步和发展为现代制造业的发展提供了良好的条件，促使制造业向着高效、优质以及人性化的方向发展。可以预见，随着数控机床技术的发展和数控机床的广泛应用，制造业将迎来一次足以撼动传统制造业模式的深刻革命。

参考文献：

[1]林胜，林春庭.高速数控机床现状和发展趋势[J].精密制造与自动化.2004年第1期：5-8.

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0 引言

在世界经济一体化进程加快的影响下，各个国家间呈现出越来越激烈的竞争，并且这为企业的良好发展提供了契机，尤其是制造行业应当把握住机会实现更好的发展。应用数控机床技术促进了制造行业的发展，数控机床技术的特点是质量高、生产效率高，因此能够为企业带来理想的经济效益。

1 数控机床的组成部分和特点

通常而言，数控机床的组成部分是：（1）主机，其属于数控机床的主体，数控机床的机械部件是主轴、立柱、机床身等，其作用是为了对机械部件进行切削加工；（2）数控设备，其属于数控机床的核心部分，主要有软件和硬件（纸带阅读机、键盒、CRT显示器、印刷电路板），用以将数字化零件程序输入，且存储输入信息、插补运算、变换数据，以及进行一系列的控制；（3）驱动设备，其属于数控机床执行的驱动部分，主要有进给电机、主轴电机、进给单元，以及驱动单元组成。基于数控设备的控制，借助电液伺服系统或电气完成进给与主轴驱动。在几个进给联动的情况下，能够加工空间曲线、平面曲线、直线，定位；（4）辅助设备，其指的是数控机床的一部分配件，确保数控机床的监测、照明、、排屑、冷却等，这主要有监控检测设备、刀具设备、数控分度头、数控转台、交换工作台、排屑设备、气动设备，液压设备等等；（5）编程和其它的一些附属装置，其主要作用是存储和编制零件程序。

在数控单元当中包括数控机床的监控与操作部分，其属于数控机床的核心。相比较于普通的机床，数控机床的特点是：（1）生产效率高（通常是普通机床的几倍）、机床的刚性大，精度高；（2）加工精度高、加工质量稳定；（3）机床的自动化能力强、能够使工人的劳动强度减轻；（4）能够实施多坐标联动，可以对复杂形状的零件进行加工；（5）在改变加工零件的情况下，通常仅仅要求对数控程序进行改变，如此能够使生产准备的时间减少；（6）需要操作工作者和维修工作者都具备较高的素质。

2 数控机床新技术的特性

（1）在数控机床中应用新型智能化的机器人。在最初的阶段，智能机器人的工作主要是装卸搬运，在日益进步的科学技术影响下，新型的智能机器人业已具备视觉与触觉的功能，可以凭借感官完成一些人工方面的事项。应用一些智能机器人不但使大量的物力和人力节省，而且也使大量的费用减少。

（2）复合加工技术的应用。复合加工业已由初期的钻、车等加工步骤向加工齿面、削磨内外圆，以及表面助理转变。

（3）直驱技术的应用。功率和扭矩较大的直线点击重点用在重载机床与高速机床，这不但使高定位精度和快速度实现，而且力矩电机会代替普通的机械传动。在国际机械制造领域当中，业已出现相似的成功例子，接下来的发展就是推广与普及。

（4）应用绿色机床技术。学术界很长一段时间以来探究的重点就是绿色机床。在注重数控机床高精度和高速度的过程中也应当重视它的环保性。机床的环保会对人们的健康产生直接性的影响，怎样节能减排以及确保工作者身体健康以及提高工作效率，这是绿色机床的根本所在。

3 数控机床技术的发展趋势

（1）高精度。各个工业大国都十分注重提升数控机床的加工精度，通常来讲，数控机床的加工精度涵盖数控机床生产的几何精度和数控机床应用的加工精度。在提高数控机床稳定性以及应用补偿技术和辅助策略的基础上能够大大地提高数控机床的精度。

（2）高稳定性。针对数控系统和数控机床的制造商来讲，其非常重视的一个问题是数控机床的稳定性，如果一台数控机床的稳定性能非常高，就会使数控机床的事故率大大地降低，这不但有利于制造工作的顺利进行，而且有利于生产效率的大大提升。为此，衡量数控机床质量的一个关键性指标是数控机床的稳定性。

（3）高效性。具体来讲，高效性是指大大地提高数控机床的运行速度，这一是能够确保产品的质量，实现运行效率的提升，二是能够使投入的费用降低，在生产的过程中普遍性地应用零件的高速加工。

（4）智能化。针对各种领域的生产过程而言，一致的理想是智能化。应用一种模拟网络化监控与数字化网络技术，凭借电子计算机编制本来人工操作的运行程序为一种既定的模式，且以机器控制代替人力控制的方法就是智能化加工。通常而言，应用智能化重点包括智能维修、智能分析，以及智能监控。

（5）网络化。网络化数控机床的网络化又称“e-制造”，是把数控系统通过网络连接和网络控制，在计算机上操作使用，虚拟设计、虚拟制造等高端技术也越来越多地为工程技术人员所追求。通过软件智能替代复杂的硬件，正在成为当代机床发展的重要趋势。

4 结论

总之，数控加工技术对于制造业的重要性不言而喻， 其对一国经济、国防、综合实力和国际地位的推动作用是十分突出的。针对制造领域的重要性来讲，数控加工技术举足轻重。其有利于国家综合实力、国防经济，以及国际地位的提升，当前形势下，一个非常显著的问题是我国的制造领域的发展不够先进，依旧滞后于西方发达国家，这就要求进一步地探究数控加工这种机械制造技术。在对新型技术引进的过程中也应当不断地创新，进而不再依赖于发达国家的数控技术，自主研发有着国际先进能力的数控机床技术，从而使我国逐步地转变成为世界性的制造业强国。

参考文献：

[1]中国机床工具工业协会行业发展部.CIMT2001巡礼[J].世界制造技术与装备市场，2001（03）.

[2]杨建武.国内外数控技术的发展现状与趋势[J].制造技术与机床，2008（12）.

[3]王君，丁飞彪.浅谈绿色机械加工技术的应用与发展[J].科技与企业，2013（04）.

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数控机床随着电子技术和计算机技术的进步而飞速发展，数控机床正朝着高速度、高效率、高精度、高可靠性、模块化、智能化、高柔性、集成化、开放性等方向发展。数控机床的使用范围越来越大，数控机床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，而且随着数控机床技术的不断发展和应用领域的不断扩大，数控机床技术对国计民生的一些重要行业（IT、航空、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用。目前我国数控机床技术主要朝以下几个方向发展。

一、高速、高效方向发展

数控机床要大幅提高加工效率，首先要提高切削和进给速度，同时，还要缩短加工时间、降低加工成本，提高零件的表面加工质量和精度。

数控机床只有通过缩短切削时间，才可能进一步提高其生产率。随着高效、大批量生产的需求和电子驱动技术的飞速发展，直线高速电动机的推广与应用，开发出许多高速、高效、高精度的数控机床以满足航空、航天、等行业的需要。由于新产品更新换代时间周期的缩短，航空、航空、军事等工业加工的零件不但复杂而且品种多，也需要高效的数控机床，实现优质、低成本的生产。

二、高精度方向发展

从精密加工发展到超精密加工（特高精密加工）是世界各工业强国致力发展的方向。加工精度范围从微米级到亚微米级，乃至纳米级（

当前，机械加工高精度的要求如下：普通数控机床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密加工中心则从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（0.001μm）。

三、高可靠性方向发展

高可靠性是指数控系统的可靠性要高于被控设备的可靠性一个数量级以上。所以，并不是可靠性越高就越好，只要能满足产品精度需要就行。

四、模块化方向发展

为了适应数控机床加工结构比较复杂，精度要求较高以及产品更新频繁，生产周期要求短，品种多、批量小的特点，机床结构模块化，数控功能专业化，应提高并优化数控机床的性能。近几年来最明显的发展趋势就是个性化。

五、智能化方向发展

为提高加工效率和产品质量方面的智能化，如自适应控制、工艺参数自动生成等；为形成严密的制造过程闭环控制体系方面的智能化，如将计算机智能技术、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。

自适应控制智能化，根据切削条件的变化，自动调节工作参数，使加工过程中能保持最佳工作状态。具有自诊断、自修复功能，在整个工作状态中，系统随时对CNC系统本身以及与其相连的各种设备进行自诊断、检查。

六、柔性化和集成化方向发展

数控机床向柔性自动化发展的方向是：从点（数控单机、加工中心和数控复合加工机床）、线（柔性制造单元〈FMC〉、柔性制造系统〈FMS〉、柔性制造生产线〈FML〉、专用机床或数控专用机床组成的柔性制造〈FML〉）向面（工段车间独立制造岛、自动化工厂〈FA〉）、体（计算机集成制造〈CIMS〉、网络集成制造系统）的趋势发展，另一方面向实用性和经济性方面发展。柔性自动化技术是我国制造业发展的方向，是高端制造领域的基础技术。数控机床系统能方与计算机辅助设计〈CAD〉、计算机辅助制造〈CAM〉机床自动编程的编辑程序〈CAMP〉、信息系统〈MIS〉连接，向信息集成趋势发展，向智能化、网络化、开放式趋势发展。

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中图分类号:TP391文献标识码:A

文章编号:1009-2374 (2010)28-0028-01

工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度,数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业最基本的装备。当今世界各国制造业广泛采用数控技术,以提高制造能力和水平,提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。 数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术,数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品,即所谓的数字化装备,其技术范围覆盖很多领域:机械制造技术;信息处理、加工、传输技术;自动控制技术,等等。

1数控技术的发展趋势

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,它对国计民生的一些重要行业的发展起着越来越重要的作用。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:

高速、高精加工技术及装备的新趋势。

轴联动加工和复合加工机床快速发展。

智能化、开放式、网络化成为数控系统发展的主要趋势。

重视新技术标准、规范的建立。

对我国数控技术及其产业发展的基本估计。

我国数控技术起步于1958年,近50年的发展历程大致可分为3个阶段:第一阶段从1958年到1979年,即封闭式发展阶段;第二阶段是在国家的“六五”、“七五”期间以及“八五”的前期,即引进技术,消化吸收,初步建立起国产化体系阶段;第三阶段是在国家的“八五”的后期和“九五”期间,即实施产业化的研究,进入市场竞争阶段。

纵观我国数控技术近50年的发展历程,特别是经过4个5年计划的攻关,总体来看取得了以下成绩:(1)奠定了数控技术发展的基础,基本掌握了现代数控技术。(2)初步形成了数控产业基地。(3)建立了一支数控研究、开发、管理人才的基本队伍。

虽然我国在数控技术的研究开发以及产业化方面取得了长足的进步,但我们也要清醒地认识到,虽然从纵向看我国的发展速度很快,但横向比(与国外对比)不仅技术水平有差距,在某些方面发展速度也有差距,即一些高精尖的数控装备的技术水平差距有扩大趋势。

从国际上来看,对我国数控技术水平和产业化水平估计大致如下:(1)技术水平上,与国外先进水平大约落后10～15年,在高精尖技术方面则更大;(2)产业化水平上,市场占有率低,品种覆盖率小,还没有形成规模生产;(3)可持续发展的能力上,对竞争前数控技术的研究开发、工程化能力较弱;数控技术应用领域拓展力度不强;相关标准规范的研究、制定滞后。

2对我国数控技术和产业化发展的发展策略

强调市场需求为导向,即以数控终端产品为主,以整机(如量大面广的数控车床、铣床、高速高精高性能数控机床、典型数字化机械、重点行业关键设备等)带动数控产业的发展。在高精尖装备研发方面,要强调产、学、研以及最终用户的紧密结合,以“做得出、用得上、卖得掉”为目标,按国家意志实施攻关,以解决国家之急需。

在竞争前数控技术方面,强调创新,强调研究开发具有自主知识产权的技术和产品,为我国数控产业、装备制造业乃至整个制造业的可持续发展奠定基础。

总之,大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为我国加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。

参考文献

[1] 中国机床工具工业协会.行业发展部.CIMT2001巡礼[J].世界制造技术与装备市场,2001,(3).

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数控技术具有可以解决高精度复杂零件加工问题；可以为产品增强市场竞争力；改进产品质量、提高生产效率；可以降低成本、提高生产安全；可以自动编程、减轻工人负担等特点而广泛应用于装备制造业。

1　我国数控技术的现状

1.1　数控产业基地初步形成　如华中数控、航天数控等具有批量生产能力的数控系统生产厂，在攻关成果和技术商品化的基础上，建立了一批数控厂家。这些生产厂基本形成了我国的数控产业基地，包括若干数控主机生产厂等，如州电机厂、华中数控等一批伺服系统和伺服电机生产等。

1.2　基本掌握了现代数控技术　我国大部分技术已具备进行商品化开发的基础，掌握了数控系统、伺服驱动、专机及其配套件的基础技术，部分技术已商品化、产业化。

2　存在的问题

2.1　数控系统和功能部件发展滞后　数控系统和功能部件发展滞后已成为制约行业发展的瓶颈。国产中档数控系统国内市场占有率只有35%，而高档数控系统95%以上依靠进口。功能部件国内市场总体占有率约为30%，其中高档功能部件市场占有率更低。台湾地区品牌功能部件约占国内市场的50%，其余20%为欧盟、日本等品牌产品。据国家海关统计数据，2010年我国进口数控系统金额达18.1亿美元，机床附件（含功能部件和夹具）类产品达16.2亿美元。

2.2　高档数控机床关键技术仍有较大差距　以高速、高精、复合、智能等为特征的高档数控机床关键技术虽然已经取得明显进步，一批共性、基础技术和新产品研发也有了新的进展，但与国际先进水平相比，还存在较大差距。有些关键技术，如：高速高精运动控制技术、动态综合补偿技术、多轴联动和复合加工技术、智能化技术、高精度直驱技术、可靠性技术等尚需进一步突破，有些重大技术离产业化还有一段路程。以企业为主体、以市场为导向、产学研用相结合的研发体系尚未真正建立，行业的自主创新发展缺乏高新技术支撑。

2.3　自主开发能力薄弱，自主品牌缺乏综合竞争力　当前国内数控机床企业自主开发能力建设存在着研发基础薄弱、研发资金使用效率低、持续投入能力不足、缺乏关键性技术储备和重大技术突破、人才结构不均衡、零部件支撑能力弱、缺乏完整产业研究开发体系等问题。

3　我国数控技术的发展趋势

3.1　高速、高精加工技术及装备的新趋势　为缩短生产周期和提高市场竞争能力，提高产品的质量和档次，高速、高精加工技术可极大地提高效率，效率、质量是先进制造技术的主体。为此，国际生产工程学会将其确定为21世纪的中心研究方向之一，日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一。

在轿车工业领域，多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一，年产30万辆的生产节拍是40秒/辆，在航空和宇航工业领域，加工的零部件多为薄壁和薄筋，要对这些筋、壁进行加工，必须保证高切削速度和切削力很小的情况下，这样这样才能使这些刚度很差，材料为铝或铝合金达到很好的切割效果。近来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼，使构件的强度、刚度和可靠性得到提高，机身等大型零件来替代多个零件联结方式拼装，这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。在加工精度方面，近10年来，超精密加工精度已开始进入纳米级（0.01μm），精密级加工中心则从3～5μm，提高到1～1.5μm，普通级数控机床的加工精度已由10μm提高到5μm。在可靠性方面，伺服系统的MTBF值达到30000h以上，国外数控装置的MTBF值已达6000h以上，表现出非常高的可靠性。应用领域进一步扩大，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，主要是为了实现高速、高精加工。

3.2　智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势　智能化的内容包括在数控系统中的各个方面，21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统。包括：智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修；如智能化的自动编程、智能化的人机界面等，为简化编程、简化操作方面的智能化；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，主要是为提高驱动性能及使用连接方便的智能化；如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成，这样做主要是为追求加工效率和加工质量方面的智能化。

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，形成具有鲜明个性的名牌产品。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），面向机床厂家和最终用户，形成系列化，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，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，目前数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心，除此之外，还有结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库等。

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。国内外一些著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，如日本山崎马扎克（Mazak）公司的“CyberProduction　Center”（智能生产控制中心，简称CPC）；日本大隈（Okuma）机床公司的“IT　plaza”（信息技术广场，简称IT广场）；德国西门子（Siemens）公司的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。

3.3　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两台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。

3.4　自动编程技术的应用　数控自动编程技术受到广泛关注，各国的专家学者都在潜心研究自动编程系统。数控加工是指在数控机床上按事先编制好的程序，对零件进行自动加工的一种加工工艺方法，零件加工的最终效果直接取决于数控程序编制的效率和准确率。数控编程是目前提高加工精度、表面加工质量、加工效率以及实现生产自动化最重要的一环，在制造业中应用广泛。数控编程分为手工编程和自动编程，对于那些程序量大、轨迹计算复杂的零件，根本不可能采用手工编程，即使能编制出加工程序，其低下的效率亦根本不能满足市场的需求。受飞速发展的技术革命的巨大冲击，传统的机械设计和制造方式发生了根本性的变化，产品的设计生产周期越来越短，逐渐向小批量、多品种、高精高效加工的方向发展。特别是随着计算机辅助设计和制造（CAD/CAM）技术的推广和计算机数控加工技术的广泛应用，计算机辅助自动编程势在必行。自动编程是用计算机代替编程人员完成编程工作，自动生成加工指令，解决一些人工编程难以解决的难题，充分利用计算机计算速度快而准的特点，可极大地提高编程的效率和准确率。

4　结束语

在今后的发展中，应重点攻克数控系统、功能部件的核心关键技术，增强我国高档数控机床和基础制造装备的自主创新能力，实现主机与数控系统、功能部件协同发展，重型、超重型装备与精细装备统筹部署，打造完整产业链。提高国产高档数控系统国内市场占有率，提高数控机床主机的可靠性，满足我国航天、船舶、汽车、发电设备制造等重点领域所需的高端装备。

参考文献：

篇12

――高精度。从1950年到2000年的50年，机床的加工精度提高了两个数量级，即平均8年精度提高约1倍。其中经济机械加工精度将从现在的等级（0.01mm）提升到微米级（0.001mm）；超精密工作母机的微细切削和磨削加工精度可稳定达0.05μm左右，形状精度可达0．01μm左右；采用光、电、化学等能源的特种加工可达到纳米级（0．001μm）的加工精度；成形技术和设备也将从制造接近零件形状的工件毛坯向直接制成工件，即精密成形或称净成形方向发展。21世纪，塑性成形与磨削相结合，将取代大部分中小零件的切削加工。

――高效率。特别是汽车制造业和电子通讯设备制造业的发展，对生产效率提出了更高的要求。由于当今对机器设备的需求个性化和多样化的趋势越来越明显，因此要求在多品种、变批量的环境下保持高效生产，这就要求高效与柔性的统一。提高效率的一条重要对策是提高工作母机的运转速度，即实现高速化。金切机床的高速主轴转速已达10万转／分，进给快速运动速度已达80米／分、精度0．5微米。

――数字化和智能化。信息技术的发展及其与传统工作母机的相融合，使工作母机正朝着数字化和智能化的方向发展。数字化工作母机、数字化生产线、数字化工厂的应用空间将越来越大；而采用智能技术来实现多信息融合下的重构优化的智能决策、过程适应控制、误差补偿智能控制、故障自诊断和智能维护等功能，将大大提高成形和加工精度、提高制造效率。

――复合化和集成化。机床的复合化是提高效率、减少加工周期的一个重要发展方向。随着制造过程自动化程度的提高，要求机床不仅能完成通常的加工功能，而且还具备自动测量、自动上下料、自动换刀、自动误差补偿、自动诊断、进线和联网等功能，形成包括工业机器人、物流系统组成的数字化、智能化制造系统。

数控机床技术发展的八个方面

1、持续地提高机床加工精度

数控机床的结构优化、制造与装配精化、误差补偿技术的发展和加工工艺的改善，使机床加工精度不断地提升。从1950年至2000年的50年内，普通精度加工由0．3mm提升至0．003mm，精密加工由3μm提升至0．03μm，超精密加工则由0．3μm提升至0．003μm。也即加工精度平均每8年提高1倍。

2、全面高速化实现高效制造

与精度的持续提升一样，切削速度也在不断地提高，例如实际生产中车、铣45号钢由1950年的80～100m／min，至2000年达500～600m／min，50年内切削速度提高了5倍，另一个特点是高速化加工已从单一的高速切削发展至全面高速化，不仅缩短切削时间，也降低辅助时间和技术准备时间，即除了提高主轴转速和进给速度外，还提高快速移动速度与加（减）速度，缩短主轴起动、制动时间，减少刀具自动交换时间与工件托盘自动交换时间等，来减少辅助时间并通过生产信息集成管理和规划以及CAM技术等来进一步缩短技术准备时间。

对现有数控机床使用情况统计得出：其机床利用率（有效切削时间与全部工时之比）仅为25－35％，其余的75－65％均消耗在机床调整、程序运行检查、空行程、起制动空运转、工件上下料和装夹等辅助时间以及待工时间（由于技术准备和调度不及时引起的非工作时间）与故障停机时间上。因此需通过提高各轴快速移动和加（减）速度、主轴变速的角加（减）速度、刀具（工件）自动交换速度，改善数控系统的操作方便性和监控功能以及加强信息管理才有可能全面压缩辅助时间和减少待工时间，使数控机床的切削时间利用率达到60～80％。

在推进加工过程全面高速化发展中，电主轴技术、直接驱动技术、高速高精数字化伺服控制技术发挥了重要的作用。

3、复合加工机床促进新一代高效机床的形成

多功能复合加工机床简称复合机床（Complex Machine Tools），或称多功能加工（Multi Functional Machining）或完全加工（Complete Machining或End to End Machining）机床。

复合机床的含义是在一台机床上实现或尽可能完成从毛坯至成品的全部加工。复合机床根据其结构特点，可以分为如下两类：

①功能复合型。为跨加工类别的复合机床包括不同加工方法和工艺的复合，如车铣中心、铣车中心、激光铣削加工机床、冲压与激光切割复合、金属烧结与镜面切削复合等。

②工序复合型。应用切具（铣头）自动交换装置、主轴立卧式转换头、双摆铣头、多主轴头和多回转刀架等配置增加工件在一次安装下的加工工序数，如多面多轴联动加工的复合机床和主副双主轴车削中心等。

增加数控机床的复合加工功能将进一步提高其工序集中度，不仅可减少多工序加工零件的上下料时间，而且更主要的可避免零件在不同机床上进行工序转换而增加的工序间输送和等待的时间，尤其在未组成有效的生产线的条件下，这种工序间的等待时间将远远地超过零件在机床上的工作时间，从而延长了零件的生产周期。

复合数控机床则具有良好的工艺适应性，避免了在制品的储存和传输等环节，有力地支持了准时制造（JIT），因此对它的研发已被给予了极大的关注。尽管就功能来讲各种复合数控机床的界限会渐渐淡化，但各机床厂仍保留了各自的特点和侧重点，使复合数控机床呈现出多样性的创新结构。

4、工艺适用性的专门化数控机床正不断涌现

通过对机床布局和结构的创新，使对不同类型的零件有最佳的加工适用性。因为随着机械产品的性能优化和轻量化，其零件和构件的形状、尺寸和精度呈现多样性，很难用少数几种标准的、通用的机床结构来最佳地满足多方面的工艺要求。

这种“个性化”结构趋向虽有为了产品竞争的需要，但更主要的是体现了如何能更好地适应用户的需求。尤其对一些批量生产的零件，更希望有最佳工艺应用性的专门化数控机床。如飞机大型构件垂直放置的五轴联动铣床、双主轴头加工中心等。

要解决品种多样化与经济性的矛盾，这就要对机床的模块化设计提出了更高的要求，近年来对并联机构机床和混联机构机床的研究以及对可重构机床（Reconfigurable Machine Tools，简称RMT）技术的探索，反映了对制造装备能更方便地实现个性化、多样化发展的一个追求。

5、智能化和集成化成为数字化制造的重要支撑技术

信息技术的发展及其与传统机床的融合，使机床朝着数字化、集成化和智能化的方向发展。数字化制造装备、数字化生产线、数字化工厂的应用空间将越来越大；而采用智能技术来实现多信息融合下的重构优化的智能决策、过程适应控制、误差补偿智能控制、复杂曲面加工运动轨迹优化控制、故障自诊断和智能维护以及信息集成等功能，将大大提升成形加工精度、提高制造效率。

6、发展适应敏捷制造和网络化分布式的制造系统

柔性制造系统（FMS）和柔性制造单元（FMC）作为一种高生产率的多品种自动化生产系统，于上世纪70年代初开始研制，于80年代得到很大的发展。到90年代初由于大批量生产的制造业如汽车工业产品更新加快，出现了多品种生产的需求，要求自动线柔性化，发展了用数控机床构建的柔性生产线（FML），由此也推动了结构简约的高速化数控机床的发展。

回顾近10年来制造系统的发展历程，基本上遵循以下两个方向：

①增强制造系统的智能化和自治管理功能，以提高FMC／FMS的快速响应能力。

②发展兼顾柔性、高效、低成本和高质量且便于重构的新型制造系统以适应不确定性的市场环境。

这类制造系统统称为快速重组制造系统（RRMS）或可重构制造系统（RMS）。其原理为通过对制造系统中的设备配置的调整或更换设备上的功能模块来迅速构成适应新产品生产的制造系统。这就要求设备和系统不仅软件具有开放性，而且硬件也要有开放性成为功能可重构的机床，即如前面提到的可重构机床（RMT）。

上述两方面的发展都将使作为生产底层的制造系统的自治性和敏捷性提高，不仅能提升加工系统的自动化水平，形成与工业机器人、物流系统等组成的数字化、智能化制造系统，而且也为实施网络化制造提供良好的基础。

7、向大型化和微小化两极发展

能源装备的大型化及航空航天事业的发展，要求提供300吨以上的巨型、高精度、高质量的锻件，需要建造6－8万吨的模锻压机及重型加工中心。

微米纳米技术是21世纪的战略高技术，微系统技术是微米纳米技术的一部分，是集微型机构、微型传感器、微型执行器及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源于一体的微型器件系统，正在形成一个产业。需发展能适应微小型尺寸结构和微纳米加工精度的新型制造工艺和装备。