數(shù)控技術的發(fā)展趨勢

于海瀾

（康大職業(yè)技術學院 機電工程系，廣東 廣州 511363）

1 國內外數(shù)控技術的發(fā)展概況

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。在集成化基礎上，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了超薄型、超小型化；在智能化基礎上，綜合了計算機、多媒體、模糊控制、神經網絡等多學科技術，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了高速、高精、高效控制，加工過程中可以自動修正、調節(jié)與補償各項參數(shù)，實現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理；在網絡化基礎上，CAD/CAM與數(shù)控系統(tǒng)集成為一體，機床聯(lián)網，實現(xiàn)了中央集中控制的群控加工。長期以來，我國的數(shù)控系統(tǒng)為傳統(tǒng)的封閉式體系結構，CNC只能作為非智能的機床運動控制器。加工過程變量根據經驗以固定參數(shù)形式事先設定，加工程序在實際加工前用手工方式或通過CAD/CAM及自動編程系統(tǒng)進行編制。

2 數(shù)控技術的發(fā)展趨勢

隨著我國航空航天、船舶、汽車、電站設備和國防工業(yè)等制造業(yè)的高速發(fā)展，數(shù)控機床在裝備制造業(yè)中的重要性愈來愈明顯，數(shù)控技術的應用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，隨著數(shù)控技術的不斷發(fā)展和應用領域的擴大，它對國計民生的一些重要行業(yè)（IT、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因為這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。從目前世界上數(shù)控技術及其裝備發(fā)展的趨勢來看，其主要研究熱點有以下幾個方面：

（1）高精度、高速度。盡管十多年前就出現(xiàn)高精度高速度的趨勢，但是科學技術的發(fā)展是沒有止境的，高精度、高速度的內涵也在不斷變化，目前正在向著精度和速度的極限發(fā)展。

精密加工技術有了新進展數(shù)控金切機床的加工精度已從原來的絲級（0.01mm）提升到目前的微米級（0.001mm），有些品種已達到0.05μm左右。超精密數(shù)控機床的微細切削和磨削加工，精度可穩(wěn)定達到0.05μm左右，形狀精度可達0.01μm左右。采用光、電、化學等能源的特種加工精度可達到納米級（0.001μm）。通過機床結構設計優(yōu)化、機床零部件的超精加工和精密裝配、采用高精度的全閉環(huán)控制及溫度、振動等動態(tài)誤差補償技術，提高機床加工的幾何精度，降低形位誤差、表面粗糙度等，從而進入亞微米、納米級超精加工時代。

高速、高精加工技術可極大地提高效率，提高產品的質量和檔次，縮短生產周期和提高市場競爭能力。為此日本先端技術研究會將其列為五大現(xiàn)代制造技術之一，國際生產工程學會將其確定為21世紀的中心研究方向之一。在轎車工業(yè)領域，年產30萬輛的生產節(jié)拍是40秒/輛，而且多品種加工是轎車裝備必須解決的重點問題之一；在航空和宇航工業(yè)領域，其加工的零部件多為薄壁和薄筋，剛度很差，材料為鋁或鋁合金，只有在高切削速度和切削力很小的情況下，才能對這些筋、壁進行加工。

（2）5軸聯(lián)動加工和復合加工機床。采用5軸聯(lián)動對三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進行切削，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。但過去因5軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)、主機結構復雜等原因，其價格要比3軸聯(lián)動數(shù)控機床高出數(shù)倍，加之編程技術難度較大，制約了5軸聯(lián)動機床的發(fā)展。當前由于電主軸的出現(xiàn)，使得實現(xiàn)5軸聯(lián)動加工的復合主軸頭結構大為簡化，其制造難度和成本大幅度降低，數(shù)控系統(tǒng)的價格差距縮小。因此促進了復合主軸頭類型5軸聯(lián)動機床和復合加工機床（含5面加工機床）的發(fā)展。

（3）智能化、柔性化、開放式、網絡化。隨著計算機領域中人工智能的不斷滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度也得到不斷提高。應用自適應控制技術數(shù)控系統(tǒng)能夠檢測到過程中的一些重要信息，并自動調整系統(tǒng)中的相關參數(shù)，改進系統(tǒng)的運行狀態(tài)；車間內的加工監(jiān)測與管理可實時獲取數(shù)控機床本身的狀態(tài)信息，分析相關數(shù)據，預測機床狀態(tài)，使相關維護提前，避免事故發(fā)生，保證其不穩(wěn)定工況下生產的安全，減少機床故障率，提高機床利用率。

機器人與主機的柔性化組合得到廣泛應用，使得柔性線更加靈活、功能進一步擴展、柔性線進一步縮短、效率更高。機器人與加工中心、車銑復合機床、磨床、齒輪加工機床、工具磨床、電加工機床、鋸床、沖壓機床、激光加工機床、水切割機床等組成多種形式的柔性單元和柔性生產線已經開始應用。

3 結語

目前許多國家對開放式數(shù)控系統(tǒng)進行研究，數(shù)控系統(tǒng)開放化已經成為數(shù)控系統(tǒng)的未來之路。目前開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結構規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運行平臺、數(shù)控系統(tǒng)功能庫以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當前研究的核心。網絡化數(shù)控裝備是近兩年國際著名機床博覽會的一個新亮點。數(shù)控裝備的網絡化將極大地滿足生產線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對信息集成的需求，也是實現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎單元。國內外一些著名數(shù)控機床和數(shù)控系統(tǒng)制造公司都在近兩年推出了相關的新概念和樣機，反映了數(shù)控機床加工向網絡化方向發(fā)展的趨勢。

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