現代數控系統的技術特點與發展趨勢

商丹丹

（天津輕工職業技術學院 300350）

現代數控系統的技術特點與發展趨勢

商丹丹

（天津輕工職業技術學院 300350）

通過研究現代化數控系統的技術特點，從而發現數控系統的發展趨勢，而且本文對數控開放性系統結構作簡要的介紹。

數控系統；發展趨勢；現狀

隨著新世紀的到來，數控系統的技術的發展也越來越快。同時，國外的數控大公司也不斷涌進中國的市場，像FANUC、YASKAWA、SIEMENS、A-B、MITSUBISHI這些公司。但是從現狀來看，中國在世界的數控市場所占份額并不大。所以，中國的數控行業面臨內外巨大的壓力，該如何繼續發展我國的數控行業，是我們研究的方向。科技的發展終究是技術是關鍵，因此，只有靠技術的競爭才能贏得市場的競爭，使我國的數控行業蓬勃發展。

眾所周知，工業制造現代化的根本是數控技術及裝備，其體現了我國的的經濟發展與綜合國力。數控系統更是數控技術的不可忽視的重點。但是隨著現代化的生產，對CNC的要求也日益提高，同時也出現了許多問題，例如，系統與系統之間的不兼容，編程的難易程度高，智能性低等等。這些問題的出現嚴重的阻礙了數控行業的發展，因此，我們需要建立一個更加強大的開放性體系結構是數控蓬勃發展的最重要趨勢。

1 數控系統及數控技術特點

1.1 國外與國內的數控系統的發展特點及現狀

經過幾十年的計算機、電子、自動化、軟件技術的開發和高速發展，數控系統已經從硬件電路制成的硬件數控轉變成計算機的計算機數控系統的代替。因為過去的系統軟件運用的是專門的，封閉的體系結構嚴重阻礙了現代制造業向信息化、靈敏制造業模式發展的轉變。因此國外許多大型數控企業為了能夠改變此現狀，在20世紀80年代末90年代初提出了開放性體系結構數控系統的概念，為的是能夠通過此體系結構，讓系統更加智能、開放、網絡化。

而隨著我國近二十年來的發展，可以說，我國的數控系統在開發研究的水平與國外的相比較是旗鼓相當。當然，某些公司的產品的數控功能是相當完整的，并且它們的價格還比較低，也很值得信賴。這也離不開中國特色經濟型數控系統的高速發展。像擁有GSK系列數控系統的廣州設備廠，擁有KT系列數控系統與步進驅動系統的上海開通數控有限公司等等都使產品的質量和可靠性有了巨大的進步。我國在經歷了“六五”“七五”“八五”“九五”之后，對于關鍵技術有了基礎的掌握，致力于數控的開發，建立了生產基地，為數控行業的發展培養了一大批優秀的數控人才。

1.2 更加注重開放性體系結構系統

相信不少人都知道開放性體系結構受到國內外不少大公司的青睞。所以，他們也著重于此開發，其目的就是建立一個可靠規范的硬軟件公共平臺，使適應于不一樣的控制對象。像美國的OMAC計劃，日本的OSEC計劃、歐洲的OSACA計劃。

目前PC平臺最主要是致力于支持多任務、GUI界面的windows的操作系統和VC++、Delphi、power builder等開發工具。而實時性和多任務恰恰是數控系統的系統軟件最所具備的兩個重要特征，因此PC平臺為我們展現了實時多任務操作系統的支持。其實實時操作系統與WINDOWS、UNIX等類似的操作系統的不同在于多任務應用程序為實時操作系統提供了高速、實時的響應，但是令實時操作系統無法接受的是WINDOWS操作系統線程切換的沙漏現象所造成的的等待。因此很多應用現在都轉向源代碼開放自由的操作系統LINUX的實時版本，而對于我們來說他的巨大吸引力是源代碼的免費自由獲取、可以剪裁、與WINDOWS系統的圖形界面和奇妙的任務切換及中斷拖延時間相似，可作為開放性數控系統的下一個發展方向。

1.3 數控加工技術的變革

數控系統的處理并且計算出伺服電機的移位量是需要高速化和高精度，而且需要伺服電機能夠高速靈敏的做出反應。只有具備有高加減速與高精確度的位置檢測系統和伺服品質，才能夠保證在短時間內到達高速度而且能在高度行駛的情況下還能保持高精度。計算機的應用使得系統向更高速化發展。計算機可以對數控程序的預先處理，從而使系統能夠提前了解數控程序方向，從而能夠提前調整當前加工過程速度等參數，從而能夠使得系統在整個加工過程中達到一個最優狀態。

CAD/CAM技術是通過從根本上改變手工繪圖，再根據圖改變整個生產過程的技術管理方式的計算機技術和制造技術相結合的產物，而且他對整個的生產過程的技術管理方式嘗產生了遠大而深遠的影響。眾所周知，當前最能顯著發揮效益的環節之一就是數控編目的CAD/CAPP/CAM系統，他的特點是在設計自動化、提高加工精度和加工質量發揮著重要作用。

2 數控系統的發展趨勢

2.1 開放性

自從NC系統的出現，越來越多的制造商家發現對于NC系統給他們帶來的巨大的希望，當然商家更加期待NC系統能夠代替機床設計師和操作者的大腦，提高智能性，希望能夠改進到能將復雜的加工工藝、管理經驗和操作技能收納到NC系統，并且同時能夠兼顧增加圖形交換和診斷的功能。所以這就促使了數控行業急需研發出具有良好的人機界面和開發平臺的商用的數控系統。

開放式數控系統是數控行業發展的主流，其產物是計算機硬件技術、電子技術、信息技術、控制技術融入數控技術。開放式數控系統要求有巨大的適應性和靈活性，以備適應各種各樣的設備，可以靈活的調節整合，隨意集成。在適應發展的大潮流之下，可以加進各式各樣的新功能，這樣能夠在順應計算機技術和信息就輸的快速變遷之下，保護了用戶原有有投資。具備著操作、維護方便，可靠性強、規范化、標準化、系統之間具有兼容性。

2.2 系統的故障自診技術得到進一步的完善

CNC系統現在就具備著良好的自我診斷障礙功能，能夠時刻不斷的進行自我診斷。還有一些高級的自我診斷系統具備著人工智能功能，由專業的知識庫中推理中自我鎖定診斷。除此之外，比自我診斷更高級的系統是還可以連入互聯網進行遠程診斷。不僅如此，CNC系統還可以與各種機床檢測設備相連，對工件進行檢測，從而保證數控機床的長期穩定可靠地運行。

除了自我診斷障礙功能的增強，交流伺服系統的CPU可以對驅動提供更好的過載和異常保護。更加令人感到方便的是他不需要連接任何設備，就可以從CNC系統的顯示器清楚的找到問題的關鍵點，從而能更加有效直接的進行調試和整理，能夠有針對性的進行準確無誤診斷。而且有一些的交流伺服系統還具備著自動高速功能，能使控制器調節至最佳狀態，從而保證交流伺服的性能。

2.3 速度快、高效率、精細度高、可靠性強

人們在實際操作中不難發現：當運用數控系統時，常規切削加工中備受困擾的一系列問題也都得到了良好的解決。比如當工件的切削速度提高10倍，進給速度提高20倍，已經遠遠超越傳統的切削這個“禁區”后，使切削機理發生了本質的改變，因此單位功率的金屬切除率提升了30～40％，切削力也因此降低了30％，工件的切削壽命提高了70％，而更加驚喜的是留在工件上的切削熱量降低快，切削溫度沒有升高并且還降低，切削振動幾乎消失，切削加工發生了本質性的飛躍。現在美國的大多數的公司已經使用高速加工，在德國這個比例高于40％。目前市場上出現的加工中心主軸轉速在2000060000r/min，最高達到150000r/min；在x、y、z進給坐標方向的最大進給速度也提高到2460m/min；運用加工中心電主軸，與陶瓷球軸承支承，運用油氣潤滑方式，配備驅動裝置具有大功率驅動和l：4恒功率比弱磁調速能力的洛陽軸研科技股份有限公司的XDJ系列系新型，同時還采用CANopen協議等接口協議，可與多種數控系統匹配，如：200XDJ2OQ、200XDJ4OQ、240XDJ06等，最高轉速可達40000r/min。濟南二機床集團有限公司的XHSV2525×60高架式五軸聯動龍門加工中心；還有南通科技投資集團股份有限公司的VH1100高速立式加工中心；南京二機齒輪機床有限公司的YW5120CNC高速萬能數控插齒機等是國內目前高速機床的代表。

金剛石刀具的超精密切削技術是美國最新的研究成果，被稱為SPDT技術。20世紀80年代，一個被稱之為里程碑式的計劃是由美國UnionCarbide公司、Moore公司和美國空軍兵器研究所制定了一個以形狀精度為10cm、半徑為400m的大型球面光學零件超精密加工為目標的超精密機床研究計劃——POMA計劃。回顧21世紀50年代到2000年，可以知道每8～10年機床的精細程度就會提高一倍。數控的應用使得機床行業對精度的追求應該說是無止境的。

通過數控機床工藝可靠性評估技術對數控機床工藝可靠性進行定量化控制的必要手段之一，其主要目的是通過衡量數控機床的設計目標和使用要求看是否能達到預期，針對數控機床加工過程中的薄弱環節，數控行業必須改進對數控機床的設計、制造、工藝與維護等方面。從多方面可以看出，數控系統的可靠性是嚴重阻礙我國產數控技術發展的重要難題，雖然說我國的一些數控系統在功能和性能上與國外先進的數控系統相比較是不相上下的，但是在系統的可靠性上與國外產品相差太遠，這也是我們需要改進的地方，只有提高系統的可靠性，才能提高我國的數控技術在國際上的地位。日本FANUC公司的先進的技術是他們的系統平均無故障時間（MTBF）達3.6～7.2萬h，但是我國才達到3000h，剛到合格線，兩者相比較，中國的數控技術與日本根本無法相提并論。

3 總結

本詳細的對數控系統的技術特點和發展趨勢進行了研究解析。其實，數控對我們的生活產生了重要的影響，同時，數控技術也代表了我國的綜合國力。了解和掌握著一項重要的技術，對我國的發展至關重要，只有不斷的研究和開發，才有可能是我們走在世界的前端。

[1]徐 偉，劉朝明.數控系統發展趨勢的研究[J].制造業自動化，2009（9）.

[2]任士明.小議數控系統發展趨勢[J].才智，2009（32）.

[3]鄒兆東，賀 艷.數控系統發展趨勢[J].機械研究與應用，2006（1）.

[4]吉孝花.數控系統發展趨勢及網絡集成技術的探究[J].甘肅科技，2006（12）.

[5]黃仕君，張秀芹.數控系統發展趨勢的研究[J].機電工程技術，2004（9）.

TG659

A

1004-7344（2016）23-0262-02

2016-7-23