编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页 共1页数控技术研究现状及发展趋势1国内外数控技术发展状况20世纪 人 类 社 会 最 伟 大 的 科 技 成果是计算机的发明与应用，计算机及控制 技 术 在 机 械 制 造 设 备 中 的 应 用 是 世纪内制造业发展的最重大的技术进步。自从1952年美国第1台数控铣床问世至今已经历了50个年头。数控设备包括：车、铣、加工中心、镗、磨、冲压、电加工以及各类专机，形成庞大的数控制造设备家族，每年全世界的产量有1020万台，产值上百亿美元。 “十五“刚刚开始，国防科工委就明确提出 了 在 军 工 企业 中 投 入68亿 元，用 于 对12 18万 台 机 床 的 数 控 化 改造。 目前，国际上最大的数控系统生产厂是日本FANUC公司，1年生产5万套以上系统，占世界市场约40左右，其次是德国的西门子公司约占15以上，再 次 是 德 海 德 汉 尔、西 班 牙 发 格、意 大利菲地亚、法国的NUM、日本的三菱、安川。国 产 数 控 系 统 厂 家 主 要 有 华 中 数控、北 京 航 天 机 床 数 控 集 团、北 京 凯 恩帝、北 京 凯 奇、沈 阳 艺 天、广 州 数 控、南京 新 方 达、成 都 广 泰 等，国 产 数 控 生 产厂 家 规 模 都 较 小，年 产 都 还 没 有 超 过300400套。近10年，数控机床为适应加工技术发展，在以下几个技术领域都有巨大进步。11高速化 由于高速加工技术普及，机床普遍提高各方面速度，车床主轴转速由3 0004 000r min提 高 到8 00010 000r min，铣床和加工中心主轴转速由4 0008 000r min提高到12 000r min、24 000r min、40 000r min以 上 快 速 移 动 速 度 由 过 去的10 20m min提 高 到48m min、60m min、80m min、120m min，在提高速度的同时要求提高运动部件起动的加速度，其已由过去一般机床的05G（重力加速度）提高到152G，最高可达15G，直线电机在机床上开始使用，主轴上大量采用内装式主轴电机。12高精度化 数 控 机 床 的 定 位 精 度 已 由 一 般 的001002mm提 高 到0008mm左 右，亚微米级机床达到00005mm左右，纳米级机床达到0005001m，最小分辨率为1nm（0000001mm）的 数 控 系 统 和 机床已有产品。数控中两轴以上插补技术大大提高，纳米级插补使两轴联动出的圆弧都可以达到1的圆度，插补前多程 序 段 预 读，大 大 提 高 插 补 质 量，并 可进行自动拐角处理等。13复合加工、新结构机床大量出现 如5轴5面 体 复 合 加 工 机 床，5轴5联动加工各类异形零件。也派生出各新 颖 的 机 床 结 构，包 括6轴 虚 拟 轴 机床，串并联铰链机床等。采用特殊机械结 构，数 控 的 特 殊 运 算 方 式，特 殊 编 程要求。14使用 各 种 高 效 特 殊 功 能 的 刀 具 使数控机床“如虎添翼”如 内 冷 钻 头 由 于 使 高 压 冷 却 液 直接冷却钻头切削刃和排除切屑，在钻深孔时大大提高效率。加工钢件切削速度能达1000m min，加工铝件能达5000m min。15数控机床的开放性和联网管理数 控 机 床 的 开 放 性 和 联 网 管 理 已是使用数控机床的基本要求，它不仅是提高数控机床开动率、生产率的必要手段，而 且 是 企 业 合 理 化、最 佳 化 利 用 这些制造手段的方法。因此，计算机集成制 造、网 络 制 造、异 地 诊 断、虚 拟 制 造、异 行 工 程 等 等 各 种 新 技 术 都 在 数 控 机床基础上发展起来，这必然成为21世纪制造业发展的一个主要潮流。2数控技术的发展趋势21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。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 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。早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是如何调度任务，以确保任务在规定期限内完成。而人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。科学技术发展到今天，实时系统和人工智能相互结 合，人 工 智 能 正 向 着 具 有 实 时 响 应的、更 现 实 的 领 域 发 展，而 实 时 系 统 也朝着具有智能行为的、更加复杂的应用发展，由此产生了实时智能控制这一新的领域。22功能发展方向221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。222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。223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。23体系结构的发展231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、E-PLD、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。232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。233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。4展望制 定 符 合 中 国 国 情 的 总 体 发 展 战略，确立与国际 接轨 的 发 展 道 路，对21世 纪 我 国 数 控 技 术 与 产 业 的 发 展 至 关重要。本章对数控技术和产业发展趋势的分析，对我国数控领域存在的问题进行研究的基础上，对21世纪我国数控技术和产业的发展途径进行了探讨，提出了以科技创新为先导，以商品化为主干，以 管 理 和 营 销 为 重 点，以 技 术 支 持和服务为后盾，坚持可持续发展道路的总体发展战略。在此基础上，研究了发展 新 型 数 控 系 统、数 控 功 能 部 件、数 控机床整机等的具体技术途径。衷 心 希 望，我 国 科 技 界、产 业 界 和教育界通力合作，把握好知识经济带来的难得机遇，迎接竞争全球化带来的严峻挑战，使我国数控技术和产业最终走向世界的前列。数控技术和数控机床是制造业现代化的基础，是一个国家综合国力的重要体现。我国在从制造大国向制造强国转变的过程中，大力发展数控技术具有重要意义。 我国数控技术的现状表现在以下几个方面：1 数控系统的硬件技术发展迅速 随着集成电路及计算机技术的迅猛发展，给数控硬件技术的更新换代注入新的活力，现代数控系统普遍采用超大规模集成电路(VLSI)、专用芯片(ASIC)及数字信号处理(DSP)技术。在电气装联上广泛采用表面安装(SMT)、三维高密度(three dimensional high density)技术，极大地提高系统的可靠性。高速高性能存储技术，比如闪烁存储(flash memory)，移动存储(PCMCIA card)等极大地方便用户。薄膜晶体管液晶显示器(TFTLCD)技术使得显示装置趋于平板化，更便于机电一体化安装并改善人机界面。作为数控系统核心