现代数控技术的研究与开发

摘要： 装备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，机床制造业是一个国家的基本装备工业，是工业生产的技术基础，数控技术在给机床制造业带来显著经济效益及广阔发展前景的同时，也是发展新兴高新技术产业和尖端工业（如信息技术及其产业、航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备，因此它已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志之一。本文主要从机床改造，物理仿真系统，数控机床伺服驱动技术等几个方面来分析数控技术的研究和开发。

关键词：数控技术；机床仿真；研究开发

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。

一、对我国数控系统产业化发展的研究

我国是制造大国，在世界产业转移中要掌握先进制造核心技术，否则在新一轮国际产业结构调整中，我国制造业将进一步“空芯”。我们以资源、环境、市场为代价，交换得到的可能仅仅是世界新格局中的国际“加工中心”和“组装中心”，而非掌握核心技术的制造中心的地位，这样将会严重影响我国现代制造业的开发进程。

在我国数控系统产业化发展策略上，应从我国基本国情的角度出发，以国家的战略需求和国民经济的市场需求为导向，以提高我国制造装备业综合竞争能力和产业化水平为目标；选择能够主导21世纪初期我国制造装备业开发升级的关键技术以及支持产业化发展的支撑技术、配套技术作为研究发展的内容，实现制造装备业的跨跃式开发；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）带动数控产业的开发；重点解决数控系统和相关功能部件（数字化伺服系统与电机、高速电主轴系统和新型装备的附件等）的可靠性和生产规模问题；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；在竞争面前，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开发奠定基础。

二、分析我国现代数控技术的开发方向

进入21世纪，我国经济已与世界全面接轨，进入了一个蓬勃开发的新时期。我国的机床制造业既面临着机械制造业需求水平提升而引发的制造装备开发的良机，也遭遇到更加激烈的国际市场竞争的压力，加速推进数控系统及其技术的开发是解决制造业持续开发的一个关键。面对竞争与挑战，我国数控系统及其技术应在以下方向不断创新、开发。

1.高速、高效、高可靠性机床向高速化方向开发，可充分发挥现代刀具材料的性能，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。在可靠性发面缩短与国外数控系统的差距，是关系到我国数控系统及其装备能否占领市场的关键问题。

2.高精度从精密加工开发到超精密加工（特高精度加工），是世界各工业强国致力开发的方向。其精度从微米级到亚微米级，乃至纳米级，其应用范围日趋广泛。随着现代科学技术的开发，新材料及新零件的出现对超精密加工技术不断提出了新的要求，开发新型超精密加工机床，完善现代超精密加工技术，以适应现代科技的开发。

3.向多轴联动化方向开发。由于在加工自由曲面时，3轴联动控制的机床无法避免切速接近于零的球头铣刀端部参予切削，进而对工件的加工质量造成破坏性影响，而5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3维曲面的过程中始终保持合理的切速，从而显着改善加工表面的粗糙度和大幅度提高加工效率。因此，各大系统开发商不遗余力地开发5轴、6轴联动数控系统，随着5轴联动数控系统和编程软件的成熟和日益普及，5轴联动控制的加工中心和数控铣床已经成为当前的一个开发热点。

4.智能化、开放式、网络化。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、为提高驱动性能及使用连接方便的智能化、简化操作方面的智能化、及智能诊断、智能监控。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，并可方便地將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。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。

5.柔性化和集成化数控机床向柔性自动化系统开发的趋势是：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、FA）、体（CIMS、分布式网络集成制造系统）的方向开发。另一方面向注重应用性和经济性方向开发。柔性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段，是各国制造业开发的主流趋势，是先进制造领域的基础技术。其重点是以提高系统的可靠性、实用化为前提，以易于联网和集成为目标；注重加强单元技术的开拓、完善；CNC单机向高精度、高速度和高柔性方向开发；数控机床及其构成柔性制造系统能方便地与CAD、CAM、CAPP、MTS联结，向信息集成方向开发。

三、结束语

目前，数控技术的发展日新月异，高速化、高精度化、复合化、智能化、开放化、网络化、已成为数控机床发展的趋势和方向。作为现在制造系统中的关键技术，数控技术的研发是十分必要的。其在实现设计加工自动化、提高加工精度和加工质量、缩短产品研制周期等方面发挥着重要作用，在不久的将来数控技术将引领现代的制造技术。

参考文献：

[1]余勤科.虚拟数控系统关键技术研究[D].西安电子科技大学，2001.

[2]张承瑞.数控技术发展趋势[J].现代制造技术与装备，2007，（02）.

（作者单位：新疆特变电工集团有限公司沈阳电气分公司）

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