淺析數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

摘要：隨著先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用以及加工對(duì)象的多樣化和復(fù)雜化，數(shù)控技術(shù)向高速高精高效化、柔性自動(dòng)化、集成化、智能化等方向發(fā)展，決定了今后發(fā)展數(shù)控機(jī)床是我國(guó)機(jī)械制造業(yè)技術(shù)改造的必由之路，是工廠自動(dòng)化的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：數(shù)控技術(shù)；智能化；數(shù)控系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TU872 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-3315(2011)12-136-001

一、國(guó)內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展概況

在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，數(shù)控技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)，它集微電子、計(jì)算機(jī)、信息處理、自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制等高新技術(shù)于一體。目前，數(shù)控技術(shù)正在發(fā)生根本性變革，近十年，數(shù)控機(jī)床為適應(yīng)加工技術(shù)的發(fā)展，在以下幾個(gè)技術(shù)領(lǐng)域都有了較大的進(jìn)步。

1.高速化

高速加工技術(shù)普及，機(jī)床普遍提高各方面的速度，車床主軸轉(zhuǎn)速由3000~4000r／min提高到8000～10000r／min，銑床和加工中心主軸轉(zhuǎn)速由4000～8000r／min提高到12000r／rain、24000r／miIl、40000r／min，以上快速移動(dòng)速度由過(guò)去的10～20m／min提高到48m／rain、60m／min、80m／rain、120m／min，在提高速度的同時(shí)，要求提高運(yùn)動(dòng)部件起動(dòng)的加速度。

2.高精度化

數(shù)控機(jī)床的定位精度已由一般的0.01—0.02mm提高到0.008ram左右，亞微米級(jí)機(jī)床達(dá)到O.0005mm左右，納米級(jí)機(jī)床達(dá)到0.005~0.01pma，最小分辨率為Inm的數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床已有產(chǎn)品。

3.復(fù)合加工、新結(jié)構(gòu)機(jī)床大量出現(xiàn)

如：五軸五面體復(fù)合加工機(jī)床，五軸五聯(lián)動(dòng)加工各類異形零件，也派生出各種新穎的機(jī)床結(jié)構(gòu)，包括六軸虛擬軸機(jī)床，串并聯(lián)鉸鏈機(jī)床等。

4.使用各種高效特殊功能的刀具

如：內(nèi)冷鉆頭，由于使高壓冷卻液直接冷卻鉆頭切削刃和排除切屑，在鉆深孔時(shí)大大提高效率。

5.數(shù)控機(jī)床的開放性和聯(lián)網(wǎng)管理

數(shù)控機(jī)床的開放性和聯(lián)網(wǎng)管理已是使用數(shù)控機(jī)床的基本要求，計(jì)算機(jī)集成制造、網(wǎng)絡(luò)制造、異地診斷、虛擬制造、異形工程等各種新技術(shù)都在數(shù)控機(jī)床基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)。

二、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

1.性能發(fā)展方向

1.1高速高精高效化。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統(tǒng)以及帶高分辨率絕對(duì)式檢測(cè)元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，同時(shí)采取了改善機(jī)床動(dòng)態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施，機(jī)床的高速高精高效化已大大提高。

1.2柔性化。包含兩方面：數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性，數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，功能覆蓋面大，可裁剪性強(qiáng)，便于滿足不同用戶的需求；群控系統(tǒng)的柔性，同一群控系統(tǒng)能依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求，使物料流和信息流自動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。

1.3工藝復(fù)合性和多軸化。以減少工序、輔助時(shí)間為主要目的的復(fù)合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向發(fā)展。

1.4實(shí)時(shí)智能化。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，實(shí)時(shí)智能控制的研究和應(yīng)用正沿著幾個(gè)主要分支發(fā)展：自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家控制、學(xué)習(xí)控制、前饋控制等。

2.功能發(fā)展方向

2.1用戶界面圖形化。用戶界面是數(shù)控系統(tǒng)與使用者之間的對(duì)話接口。圖形用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶的使用。

2.2科學(xué)計(jì)算可視化。科學(xué)計(jì)算可視化可用于高效處理數(shù)據(jù)和解釋數(shù)據(jù)，可視化技術(shù)與虛擬環(huán)境技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一步拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域，這對(duì)縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本具有重要意義。

2.3插補(bǔ)和補(bǔ)償方式多樣化。多種插補(bǔ)方式如直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、空間橢圓曲面插補(bǔ)、極坐標(biāo)插補(bǔ)、2D+2螺旋插補(bǔ)、NANO插補(bǔ)、NURBS插補(bǔ)、樣條插補(bǔ)(A、B、c樣條)、多項(xiàng)式插補(bǔ)等。

2.4內(nèi)裝高性能PLC。數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)裝高性能PLC控制模塊，可直接用梯形圖或高級(jí)語(yǔ)言編程，具有直觀的在線調(diào)試和在線幫助功能。

2.5多媒體技術(shù)應(yīng)用。多媒體技術(shù)集計(jì)算機(jī)、聲像和通信技術(shù)于一體，使計(jì)算機(jī)具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力。

3.體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展

3.1集成化。采用高度集成化CPU、RISC芯片和大規(guī)模可編程集成電路FPGA、EPLD、CPLD以及專用集成電路ASIC芯片，可提高數(shù)控系統(tǒng)的集成度和軟硬件運(yùn)行速度。應(yīng)用FPD平板顯示技術(shù)，可提高顯示器性能。平板顯示器具有科技含量高、重量輕、體積小、功耗低、便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)超大尺寸顯示，成為和CRT抗衡的新興顯示技術(shù)。

3.2模塊化。根據(jù)不同的功能需求，將基本模塊，如CPU、存儲(chǔ)器、位置伺服、PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊，作成標(biāo)準(zhǔn)的系列化產(chǎn)品，通過(guò)積木方式進(jìn)行功能裁剪和模塊數(shù)量的增減，構(gòu)成不同檔次的數(shù)控系統(tǒng)。

3.3網(wǎng)絡(luò)化。機(jī)床聯(lián)網(wǎng)可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和無(wú)人化操作。

3.4通用型開放式閉環(huán)控制模式。采用通用計(jì)算機(jī)組成總線式、模塊化、開放式、嵌入式體系結(jié)構(gòu)，便于裁剪、擴(kuò)展和升級(jí)，可組成不同檔次、不同類型、不同集成程度的數(shù)控系統(tǒng)。

三、智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng)

當(dāng)前開發(fā)研究適應(yīng)于復(fù)雜制造過(guò)程的、具有閉環(huán)控制體系結(jié)構(gòu)的、智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng)已成為可能。新一代數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)，智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個(gè)方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如加工過(guò)程的自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動(dòng)生成；為提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、自動(dòng)識(shí)別負(fù)載自動(dòng)選定模型、自整定等；簡(jiǎn)化編程、簡(jiǎn)化操作方面的智能化，如智能化的自動(dòng)編程、智能化的人機(jī)界面等；還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。

總之，制定符合中國(guó)國(guó)情的總體發(fā)展戰(zhàn)略，確立與國(guó)際接軌的發(fā)展道路，對(duì)我國(guó)數(shù)控技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。衷心希望，我國(guó)科技界、產(chǎn)業(yè)界和教育界通力合作，把握好知識(shí)經(jīng)濟(jì)帶來(lái)的難得機(jī)遇，迎接競(jìng)爭(zhēng)全球化帶來(lái)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，使我國(guó)數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)最終走向世界的前列。

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