論數控機床的發展

摘 要:主要以數控機床為對象，闡述從數控機床的起步到現今發展過程中國內外的發展狀況。并且談論未來整個數控機床行業發展趨勢。

關鍵詞:數控機床;國內外;發展;趨勢

中圖分類號:TB

文獻標識碼:A

文章編號:1672-3198(2010)08-0317-01

近半個世紀以來，數控系統經歷了兩個階段和六代的發展。

1 數控(NC)階段(1952年-1970年)

早期計算機的運算速度低，對當時的科學計算和數據處理作用還不大，不能適應機床實時控制的要求。人們不得不采用數字邏輯電路“搭”成一臺機床專用計算機作為數控系統，被稱為硬件連接數控，簡稱為數控(NC)。隨著電子元器件的發展，這個階段歷經了三代:

(1)1952年的第一代——電子管階段

(2)1959年的第二代——晶體管階段

(3)1965年的第三代——小規模集成電路階段

2 計算機數控(CNC)階段(1970年-現在)

到1970年，通用小型計算機業已出現并成批生產。于是將它移植過來作為數控系統的核心部件，從此進入了計算機數控(CNC)階段。到1971年，美國INTEL公司在世界上第一次將計算機的兩個最核心的部件——運算器和控制器，采用大規模集成電路技術集成在一塊芯片上，稱之為微處理器，又可稱為中央處理單元(簡稱CPU)。到1974年微處理器被應用于數控系統。這是因為小型計算機功能太強，控制一臺機床能力有富裕，不如采用微處理器經濟合理。而且當時的小型機可靠性也不理想。早期的微處理器速度和功能雖還不夠高，但可以通過多處理器結構來解決。由于微處理器是通用計算機的核心部件，故仍稱為計算機數控。到了1990年，PC機的性能已發展到很高的階段，可以滿足作為數控系統核心部件的要求。數控系統從此進入了基于PC的階段。計算機數控階段也經歷了三代:

(1)1970年的第四代——小型計算機階段

(2)1974年的第五代——微處理器階段

(3)1990年的第六代——基于PC階段

隨著計算機技術的高速發展，傳統的制造業開始了根本性變革，國外各工業發達國家投入巨資，對現代制造技術進行研究開發，提出了全新的制造模式。在現代制造系統中，數控技術是關鍵技術，它集微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等高新技術于一體，具有高精度、高效率、柔性自動化等特點，對制造業實現柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。目前，數控技術正在發生根本性變革，由專用型封閉式開環控制模式向通用型開放式實時動態全閉環控制模式發展。在集成化基礎上，數控系統實現了超薄型、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，數控系統實現了高速、高精、高效控制，加工過程中可以自動修正、調節與補償各項參數，實現了在線診斷和智能化故障處理;在網絡化基礎上，CAD/CAM與數控系統集成為一體，機床聯網，實現了中央集中控制的群控加工。

長期以來，我國的數控系統為傳統的封閉式體系結構，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及自動編程系統進行編制。CAD/CAM和CNC之間沒有反饋控制環節，整個制造過程中CNC只是一個封閉式的開環執行機構。在復雜環境以及多變條件下，加工過程中的刀具組合、工件材料、主軸轉速、進給速率、刀具軌跡、切削深度、步長、加工余量等加工參數，無法在現場環境下根據外部干擾和隨機因素實時動態調整，更無法通過反饋控制環節隨機修正CAD/CAM中的設定量，因而影響CNC的工作效率和產品加工質量。由此可見，傳統CNC系統的這種固定程序控制模式和封閉式體系結構，限制了CNC向多變量智能化控制發展，已不適應日益復雜的制造過程，因此，對數控技術實行變革勢在必行。

當今數控機床呈現從以下幾個發展趨勢:

(1)高速高精高效化。

速度、精度和效率是機械制造技術的關鍵性能指標。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統和帶高分辨率絕對式檢測元件的交流數字伺服系統，同時采取了改善機床動態、靜態特性等有效措施，機床的高速高精高效化已大大提高。

(2)柔性化。

柔性化包含數控系統本身的柔性和群控系統的柔性。數控系統采用模塊化設計，功能覆蓋面大，可裁剪性強，便于滿足不同用戶的需求;而群控系統能依據不同生產流程的要求，使物料流和信息流自動進行動態調整，從而最大限度地發揮群控系統的效能。

(3)工藝復合性和多軸化。

數控技術的工藝復合化是指工件在一臺機床上一次裝夾后，通過自動換刀、旋轉主軸頭或轉臺等各種措施，完成多工序、多表面的復合加工;數控技術的多軸化是以減少工序、輔助時間為主要目的的復合加工。

(4)實時智能化。

科學技術發展到今天，實時系統和人工智能相互結合，人智能正向著具有實時響應的、更現實的領域發展，而實時系統也朝著具有智能行為的、更加復雜的應用發展，由此產生了實時智能化控制這一新的領域。

參考文獻

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