淺談數(shù)控加工技術的發(fā)展

劉秦名 李子嘯 黃昕

摘 要：在機工機床當中得到廣泛應用的數(shù)控技術是一種采用計算機對機械加工過程中各種控制信息進行數(shù)字化運算、處理、并通過高性能的驅動單元對機械執(zhí)行機構進行自動化控制的高新技術。第一臺數(shù)控技術的第一次實際應用得追溯到1952年，而在之后以電子信息技術為基礎，集傳統(tǒng)的機械制造技術、計算機技術、成組技術與現(xiàn)代化技術、傳感器檢測技術、信息處理技術、網絡通信技術、液壓氣動技術、光電技術于一體的數(shù)控技術就得到了飛速的發(fā)展以及技術的普及，幾乎成了高精技術的一個象征。如今世界上各個工業(yè)發(fā)達國家希望通過發(fā)展數(shù)控技術，建立起數(shù)控機床產業(yè)以滿足機械工業(yè)、汽車、航空、航天、電子、輕工、國防等支柱產業(yè)現(xiàn)代化的需要。數(shù)控應用技術水平的高低已經成為衡量一個國家綜合實力的重要的標志之一。

關鍵詞：數(shù)控技術;發(fā)展趨勢

前言：數(shù)控技術本身不是單單由一兩門學科構成，而是綜合的，多因素影響的一門技術。由于其自身的復雜性，故其未來的發(fā)展趨勢也存在著多種多樣的側重性。依據(jù)不同的側重我將數(shù)控技術的發(fā)展分為了以下五個方面，分別是數(shù)控機床主機的發(fā)展、數(shù)控加工控制系統(tǒng)的發(fā)展，伺服驅動系統(tǒng)的發(fā)展趨勢、柔性制造技術的發(fā)展和基于網絡的數(shù)控加工技術。

1 數(shù)控機床主機的發(fā)展

現(xiàn)代數(shù)控技術綜合應用了機械設計、信息技術、精密測量與檢測、計算機自動控制技術和人工智能等技術領域的最新成果，使得數(shù)控機床的性能更加完善。

1.1 加工精度不斷提高 發(fā)展高精度是適應目前高新技術發(fā)展的需要，同時也是提高普通機電產品的性能、質量和可靠性的重要保障。隨著工業(yè)化的發(fā)展，對精度的要求也是越來越高，比如像光刻機這一類對精度的要求高到了極致的設備，也有如尺寸精度要求在微米，亞微米級的渦輪葉片、光盤、非球面透鏡等高精度零件。在提高數(shù)控機床加工精度的過程中，各種補償技術和輔助設施發(fā)揮了至關重要的作用。

1.2 機床的高速化發(fā)展 目前，主軸轉速、進給移動速度和輔助運動速度已經達到新的水平。比如采用直線電機驅動技術，可顯著地減少直線坐標軸的運動摩擦力、間隙和磨損等機械傳動特性的影響，以獲得高精度的運動位移和精確的定位。

1.3復合加工技術發(fā)展 復合機床就其含義而言，是在一臺機床上盡可能的實現(xiàn)從毛呸至成品的全部加工，其目的是為了提高效率、減小工序、縮短加工周期。目前已經出現(xiàn)了集成多種機械加工方法的復合機床，如五軸車銑中心和立式車削中心。

1.4 智能化發(fā)展 智能技術的實現(xiàn)能夠完成多信息融合下的重構優(yōu)化的智能決策、過程適應控制、誤差補償智能控制、復雜曲面加工運動軌跡優(yōu)化控制、故障自診斷和智能維護以及信息集成的功能，將很大程度地提高機床的成形和加工精度及制造效率。

2 數(shù)控加工 數(shù)控加工控制系統(tǒng)的發(fā)展 數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的重要性是不言而喻的，可稱之為數(shù)控機床的靈魂。數(shù)控機床的性能的水平由數(shù)控系統(tǒng)的性能和水平直接決定。

2.1 數(shù)控系統(tǒng)的網絡化 網絡技術就是要把數(shù)控系統(tǒng)網絡化，通過互聯(lián)網技術將制造單元和控制部件相連，以實現(xiàn)網絡制造的資源共享為目標，支持各種先進制造環(huán)境。網絡化數(shù)控系統(tǒng)能實現(xiàn)機床的聯(lián)網，能夠在任何一臺機床上對其他機床進行編程、設定、操作、運行，同時不同機床的畫面可以顯示在每一臺機床的屏幕上，進而達到遠程控制和無人化操作。

2.2數(shù)控技術的集成化和模塊化 實現(xiàn)數(shù)控技術的模塊化一般是使用最新的數(shù)控裝置進行高密度立體安裝，以減少占用空間和提高可靠性;使用光纜傳遞信號，減少銅纜的使用;甚至采用無纜線連接，進一步減少數(shù)控裝置內連接電纜的數(shù)目。采用硬件模塊化技術易于數(shù)控裝置的集成化和標準化。

3 伺服驅動系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 伺服驅動系統(tǒng)是數(shù)控的執(zhí)行機構，主要作用是將電力電子器件和控制、驅動及保護功能等集成為一體，并隨著數(shù)字脈寬調制技術，特種電機材料技術，微電子技術及現(xiàn)代控制技術的進步，經歷了從步進伺服驅動系統(tǒng)到直流伺服驅動系統(tǒng)，進而到交流伺服驅動系統(tǒng)的發(fā)展歷程。

3.1 全數(shù)字伺服驅動系統(tǒng) 數(shù)字伺服驅動是將伺服驅動系統(tǒng)中的控制信息用數(shù)字量來處理，其處理信息完全由軟件來完成。

3.2 高速度，高精度，高性能化 可以通過電機的改進，驅動方式的改進和具備更高運行速度的DSP來實現(xiàn)伺服驅動系統(tǒng)向高速度，高精度，高性能化轉變。

3.3 網絡化、智能化、模塊化 伺服驅動系統(tǒng)的網絡化得益于計算機網絡技術在機器故障診斷方面的發(fā)展，人們通過互聯(lián)網能夠及時了解伺服驅動系統(tǒng)的參數(shù)和實時運行的情況。不僅如此，由于現(xiàn)代工業(yè)面臨的情況越來越復雜，模糊邏輯控制、神經網絡和專家控制技術已運用到了伺服驅動系統(tǒng)中，使得現(xiàn)代伺服驅動系統(tǒng)的網絡化、智能化和模塊化有了很大的發(fā)展

3.4 直接驅動技術 直接驅動裝置直接與負載相連，從而就不需要中間的機器傳動原件，因此傳動鏈最短。這項技術能夠提高生產效率，提高產品質量，降低成本和簡化機床設計和機床結構。使用直接驅動技術可以實現(xiàn)超高速機床所需的性能指標，為現(xiàn)代數(shù)控機床的發(fā)展提供了巨大的潛力。

4 柔性制造技術的發(fā)展 柔性制造總的發(fā)展趨勢是生產線越來越短，越來越簡化，用于設備的投資越來越少，中間庫存越來越少，場地利用率越來越高，成本越來越低，生產周期越來越短，交貨速度越來越快，各類損耗越來越少，效率越來越高。發(fā)展效率更高的柔性生產線一直是市場的強烈需求，設計考慮制造的思想逐漸被大眾所接受，使得產品性能要求得到保證的同時很大程度地減少了制造成本。在FMS領域中，美國，西歐和日本居世界之首。現(xiàn)如今，柔性、敏捷、智能和集成是制造設備和系統(tǒng)的主要發(fā)展趨勢，F(xiàn)MS的構成和應用形式將更加靈活和多樣化。小型FMS獲得了迅速發(fā)展，其總體結構通常采用模塊化，通用化，硬件和軟件功能兼容和可擴展的設計技術。它的投資較低，運行可靠性好，成功率較高。

5 基于網絡的數(shù)控加工技術 網絡化數(shù)控技術帶來的好處是巨大的。數(shù)控加工作為先進制造的典型技術，應該隨著市場的全球化，需求的個性化，生產的人性化，來體現(xiàn)出其信息化，科學化和服務化。就目前而言，我國數(shù)控機床的利用率較低，熊范圍有限，造成了數(shù)控資源的極大浪費，削弱了先進制造業(yè)的優(yōu)勢。但是數(shù)控機床的使用技術不是簡簡單單的設備使用問題，而是一項具有一定規(guī)模的系統(tǒng)應用工程。在全球制造環(huán)境下，將擁有不同數(shù)控資源的企業(yè)聯(lián)系起來，互相合作，共同提高生產能力，這將是未來的一個具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ姆较颉?/p>

網絡數(shù)控系統(tǒng)是以通信和資源共享為手段，以車間乃至企業(yè)內的制造設備的有機結合為目標，支持網絡互聯(lián)規(guī)范的自主數(shù)控技術。

參考文獻：

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【2】劉湃. 淺談數(shù)控技術的發(fā)展及其在機械制造中的應用[J]. 機電信息， 2012（03）：101-102.

【3】牛小方. 淺談數(shù)控機床的發(fā)展趨勢[J]. 中國科技信息， 2007（20）：68-68.

作者簡介：

一作：劉秦名（1999.06），性別男，民族漢，籍貫四川省渠縣，鄭州市中原區(qū)鄭州大學 機械工程專業(yè)本科生

二作：李子嘯（1999.10），性別男，民族漢，籍貫湖南省邵陽市，鄭州市中原區(qū)鄭州大學 機械工程專業(yè)本科生

三作：黃昕（1998.12），性別男，民族漢，籍貫湖北省黃岡市，鄭州市中原區(qū)鄭州大學機 械工程專業(yè)本科生

（鄭州大學 ?河南 ?鄭州 ? 450000）