數控技術新進展以及未來發展趨勢分析

吳福貴

（安慶職業技術學院機電工程系，安徽 安慶246003）

數控技術以數字化為基礎，對機械運動、機床運作及整個生產加工過程進行智能化控制， 是集機械制造技術、現代化自動控制技術、計算機技術、網絡通訊技術、伺服驅動技術、光機電技術、傳感器技術等于一體的制造業基礎技術。 數控技術是現代制造業實現自動化控制的關鍵所在，是現代制造技術的核心環節，是衡量國家工業發展水平的重要標志。 當前，世界各國均采用現代化數控技術作為工業發展的基礎，以促進制造水平和制造能力的不斷提升， 從而進一步增強國際競爭能力，并且發達國家還將現代數控技術列為國家重點戰略物資。在此次形式下，我國政府也開始重視起對數控技術的開發研制，并取得了較大的發展進步，例如，例如，基于PC機的智能化開放式控制系統， 不僅實現了多軸控制，還兼具聯網進線功能。 隨著科學技術的快速發展，生產方式不斷變革，數控技術出現了諸多新的發展趨勢，對這些新趨勢進行發展探究，以可持續發展為導向，推動我國數控技術逐步邁向世界先列。

一、 我國數控技術發展現狀

上世紀五十年代末，我國數控技術開始走向初步的封閉式開發，在社會的進步發展中，數控技術由封閉式開發、經過吸收引進階段、國產化、產業化階段，到現如今我國已基本掌握系統化的現代控制技術，相繼開發華中、航天、藍天等多種數控系統，建立了數控技術開發研究基地，初步形成由我國自主研發的數控產業。 歷經半個世紀的探索與發展，我國數控設備性能、可靠性都有了明顯的提高，并逐漸被社會所認可，穩步于市場競爭之中。現今，我國的數控機床企業已逐步擁有自己的知識產權，數控技術整體競爭力和綜合實力顯著增強，新產品新技術研發勢頭強勁，不僅可滿足國內需求，有的還已出口國外。但就數控機床擁有量而言，我國雖已近300 萬臺的擁有量穩居世界前列， 但是我國的機床控化率僅為2%左右，而西方工業國家20%的控化率相比仍存在較大差距。 日本的機床總數雖不到80 萬臺，但是制造能力卻高出我國10 倍。 因此，數控化率低，機床開動率、利用率低已成為現今我國制造業中的首要問題。

二、 數控技術發展改進對策

社會科技的迅猛發展， 推動著數控技術走向更加科技化、現代化的發展方向，不斷的改進數控加工設備，使其更加完善規范， 是數控技術實現科技化發展的基礎條件。而數控技術要想從本質上進行完善與發展，就需要對數控機床、仿真系統、伺服驅動系統進行全方位改進，使其適應不斷發展進步的數控技術， 進一步推動數控技術走向開放式、智能化、網絡化、集成化的發展道路。

（一） 改造機床

現代社會經濟飛速發展，現代化進程不斷加快，不斷更新發展的數控技術帶動著機床產業的快速發展。 基于此背景，數控機床改造應運而生。由于改造機床所花費的時間短、成本低，因此，數控機床改造應用廣泛，改造機床是對機床的故障進行診斷、修復，對機床功能進程恢復，對機床外觀進行翻新。對于機械部分可進行重裝加工，從而極大的增強機床的作業效率及自動化程度。 同時，也可在普通機床上更新先進的數控系統，將這種普通機床改造為NC 機床。 另外，若想在數控機床檔次、性能等方面做技術性的突破，也可對其進行改造。

（二） 仿真系統

物理仿真和幾何仿真是虛擬制造的基礎性技術保障。 現階段，幾何仿真已具備較為成熟完善的軟件系統。物理仿真由于建模較難，且切削機理復雜，對其的研究仍待進一步發展。 在虛擬制造中， 對切削過程的研究意義重大。國外有對于切削形成、表面質量、切削力等的研究，國內也有物理仿真加工質量等方面的研究，這些都將會對數控系統未來的發展起到積極的推動作用。

（三） 伺機驅動技術

伺機驅動技術是數控機床中實現工業智能化和智能控制的重要因素之一。 伺機驅動技術的發展以電力電子技術、網絡技術、微處理器技術為其發展的基礎，因此，伺服驅動技術也成為了數控機床中的核心技術之一，并引起人們的廣泛關注。 運用好伺服驅動技術也將成為數控技術智能化發展的重要促動劑。

三、 數控技術新發展

（一） 高速、高精度、高生產效率的發展方向

近些年以來， 高速數控加工逐漸成為國際生產制造業的熱門話題，速度和精度作為數控系統的重要技術指標，作為影響產品質量和生產效率的關鍵，被給予越來越多的關注。 推動數控技術的高速、 高精度發展由此成為數控產業未來發展的基礎。 根據最新調查顯示， 國外高檔數控機床主軸轉速高達100000r/min，快進速度高達120m/min， 逐步實現5 軸聯動， 極大提高了制造加工效率。 在今后的數控技術發展中， 為了更加有效的提高加工精度，可利用以下措施進行控制，如，將系統最小分辨率提升至0.02μm，或者更高；將傳統的伺服系統轉變為全數字交流伺服；縮短插補周期；利用先進精確的控制算法，增強伺服系統精度，力爭達到零誤差跟蹤。 通過推動數控技術向高速、高精度的方向發展，我國的制造業也將逐步步入高生產率的發展趨勢。

（二） 數控技術PC 化

PC 是現如今國際上最大的計算機產品，其數據處理能力強大，速度較快，利用PC 技術可實現網絡通信，達成圖形界面。另外，PC 更新換代較為頻繁，與計算機發展幾近同步，有利于功能擴展或二次開發。 PC 嵌入NC 的系統結構雖具備一定程度的開放性，但是由于系統的傳統性所限，用戶難以進入數控系統內部核心，加之其復雜的機構和昂貴的價格，使其很難被廣泛應用。而NC 嵌入PC 則是一個相對獨立的系統，能單獨使用，且具有超強的PLC 控制能力，低成本、高可靠性，聯網便捷、軟件資源豐富，因此其應用較為廣泛。

四、 數控技術未來發展趨勢

伴隨著數控技術的發展進步， 其應用領域已不再局限在傳統的制造業中，在一些重要行業中，如汽車、輕工、醫療等也都紛紛融入現代化的數控技術， 并且對這些行業的發展起到了顯著的推動作用。 現如今， 數控技術的主流發展方向主要為以下幾方面：

（一）開放式發展方向

數控技術的開放式發展可有效促使數控系統更加靈活、柔性、具備適應性、通用性和擴展性，推動網絡化和智能化的發展， 使數控設備和數控機床可根據時代發展靈活的進行更新換代。 開放式的數控系統可在不同的平臺上有效運行，與其他系統進行相互操作，同時可與用戶交互風格，因此，開放式系統具備互操作性、可互換性、可伸縮性等特征。 開放式結構可利用通用微機技術進行聲控自動編程， 實現圖形掃描自動編程。 極大的提高了系統的可靠性，使數控系統變得更加微型化、小型化；同時，利用其對外開放的軟、 硬件資源可推動數控系統實現多品種、多檔次，并大大縮短生產周期。

（二）智能化發展方向

隨著計算機技術的快速發展， 人工智能技術滲透其中， 數控技術朝向智能化方向發展成為必然。 數控技術的智能化就是借助人工智能技術對制造過程進行全面監控， 并對工作過程及決策進行控制。 實現數控程度編制、 加工過程及故障診斷的智能化。 智能化數控技術主要表現為以下幾方面：第一，將自適應控制融入數控系統中，自動測量多種參數，從而實現在保障產品質量的基礎上，最大程度的提高生產率，降低生產成本；第二，加入自動編程和人機對話功能；第三，設置故障自動診斷功能；第四，利用模式識別技術，使機器可以自動識別圖樣，借助聲控技術對其行駛語言命令加工。 在計算機技術的迅猛發展下，智能化數控技術將更加系統完善，數控技術智能化也將具備更為廣闊的應用前景。

（三） 網絡化發展方向

網絡化數控技術是近些年國際數控機床博覽會的新亮點，是數控技術邁向網絡化發展格局的有力手段，網絡化數控技術可將各機床聯網， 繼而對聯網機床實現無人化操控和遠程控制，有效的滿足了制造企業及產品生產線對信息集成的要求，同時是更新制造模式，例如，虛擬企業、全球制造、敏捷制造的基礎型單元。 數控技術網絡化方向發展便于CN 內部與數字伺服之間及上級主計算機進行通信，便于維修數據的傳遞，方便與其他工廠的數據交換，實現信息的廣泛共享。 另外，制造業可利用互聯網絡，連接起不同位置、不同制造資源的各制造企業，擺脫產品設計、加工中時間與空間的限制，節約時間，提高生產效率。

（四） 集成化發展方向

目前，利用無纜展寬頻譜的通信方式，將通信信號調制成類似噪音的寬頻譜， 進行數據和信息的傳送。 該通信方式借助無纜連接代替傳統陳舊的通信方式，減少了NC 系統中的電纜數目，保密性能極強。

（五） 數字化發展方向

數字化制造， 可利用DNC 技術將通信網絡與CNC聯系起來，繼而聯系起各制造企業，形成虛擬化的制造網絡。 在計算機網絡中，可以將各類信息，將制造過程虛擬化。 但是如何將計算機的信息傳輸到生產線上， 利用這些信息對生產過程中的機械進行有效控制，并制造出產品，這一過程被稱為“數字制造”。 其中，生產核心是CNC ，將生產技術集聚到一起，并與生產信息相連接，成為整個生產過程中的主導力。 因此，NC 也隨之變得更為開放。

五、 推動數控技術持續快速發展的策略

在國際數控技術快速發展的形勢下， 我國應結合本國國情，確定指導思想，統一發展規劃，以科技為支撐、以創新為先導、以營銷管理為中心，推動我國的數控技術走上一條持續快速的發展之路。 第一， 國家應重視數控技術的創新發展，加大對數控產業的扶持力度，對數控領域的新技術組織做好立項攻關。 保證數控技術的發展更新始終處于更高的發展層次。 第二，加強技術創新，創新是增強競爭力的主要手段，一味的模仿國外，只會制約本國數控產業的發展。因此，加快創新，自主開發新技術、新產品是數控技術及其產業持續快速發展的基礎保障。

結語：

數控技術是制造產業進步發展的技術保障， 影響著社會乃至國家的發展與興旺。 在新一輪數控技術革新的浪潮中，我們應看清形勢，準確把握數控技術的發展現狀及未來發展趨勢，采取正確的技術革新手段，不斷創新、與時俱進， 爭取在關鍵技術上不斷取得突破性進展，推動我國數控技術實現跨越式發展，早日趕超世界，使我國成為真正意義上的“制造強國”。

[1]代元沛. 數控技術的現狀及發展趨勢[J]. 數字技術與應用,2014（05）.

[2] 宋春華. 數控技術的現狀及發展趨勢[J]. 裝備制造技術,2011（03）.

[3]陳明潤. 智能化數控技術的未來發展方向探究[J]. 煤炭技術,2013（06）.

[4]徐希彤. 數控機床技術發展現狀及趨勢初探[J]. 科技創新與應用,2013（25）.

[5]趙瑩. 淺談數控技術的現狀和發展[J]. 電子技術與軟件工程,2013（15）.

[6]王寶山. 數控加工技術的應用及未來發展分析[J]. 黑龍江科技信息,2013（28）.

[7]段冶. 數控機床技術發展現狀及趨勢初探[J]. 科技創新與應用,2014（01）.