數控機床關鍵技術與發展趨勢探析

朱驥

摘 要：在我國機床制造業中，數控機床是十分常見的工作設備，在現代工業中占據極其重要的地位。數控機床技術的可靠性和穩定性對技術產業的發展產生直接影響，具有高速、精密、智能、復合、多軸聯動、網絡通信等功能的數字化數控機床系統是機床逐漸趨向高檔化的表現。高檔數控機床作為世界先進機床設備的代表，其發展象征著國家目前的機床制造業占全世界機床產業發展的先進階段，因此國際上把五軸聯動數控機床等高檔機床技術作為一個國家工業化的重要標志。本文對數控機床的技術特征和關鍵技術進行闡述，并探析數控機床未來發展的趨勢，提出關于我國數控機床發展的相關建議，目的是對數控機床在工業發展中的重要作用進行分析和研究，希望對我國工業發展起到積極的參考作用。

關鍵詞：數控機床；關鍵技術；發展趨勢

國家的經濟發展水平和綜合國力，受重工業裝備發展水平的直接影響。數控技術當前被廣泛應用與現代工業和制造業等高精尖領域中，是制造技術及裝備的核心部分。機床作為當前機械加工產業的主要設備，其技術發展已經成為國內機械加工產業的發展標志。數控機床是制造裝備業的工作母機，是先進的生產技術和軍工現代化的戰略裝備。數控機床技術不僅是我國現代化工業發展的基礎性技術，也是體現國家工業機械程度和精密程度的關鍵環節。許多發達國家對工業較為落后的國家實行數控技術及信息的封鎖戰略，將數控技術作為本國的內部資源之一。通過多年的研究和探索，我國當前在數控方面已經獲得一些成就，但與發達國家相比仍處于落后的階段，這一點主要體現在國產機床占有率低的方面。

1 數控機床技術特征

1.1 整體設備重量低

數控機床加工技術具有輕量化的特征，主要是因為其利用整體薄壁的結構，比如在生產航天產品時，會對輕量化提出較高的要求，因其零件十分復雜、組件數量多、表面形狀特殊和過渡圓角半徑小等諸多因素的限制，所以利用數控加工技術進行生產加工是十分有效的方法，不但機動性能有所提升，并且可以很大程度降低生產成本[1]。

1.2 性能高

具備高性能是數控機床當前的主要特征，主要用于加工難度較高的材料，如對材料和強度都要求較高的第四代軍用機，耐寒、抗高溫、防老化、韌性強、抗疲勞和防腐蝕是對該材料的要求，所以可以利用數控加工技術對鈦合金、復合材料、鋁合金和工程陶瓷等進行加工，以達到其高性能的目標。

1.3 加工精密程度高

精密化是我國數控機床技術具備的另一特征，并且在不斷提高加工精度的過程中，精密化程度也逐漸提升。如進行航空飛行器中導航、控制等設備的加工時，有部分零件精密度較高且結構復雜，所以隨著精密化和輕量化的程度逐漸提升，推動數控技術的發展。

2 數控機床的關鍵技術

2.1 補償誤差技術

加工過程中出現的誤差對產品的質量產生直接影響，所以隨著對加工產品質量要求的不斷提升，對產生誤差的重視程度也越來越高。數控機床加工所采用的補償誤差技術，能夠最大程度減小誤差和誤差對產品造成的影響，這需要對產生誤差的原因進行深入研究。床身、立柱、主軸以及各種導軌等是組成數控機床的重要部分，這幾部分都可能在生產中產生誤差，補差誤差技術主要體現在誤差建模、誤差測量和誤差補償三個方面。其中最基礎的技術是誤差建模，這包括誤差元素建模和綜合建模兩項內容，其次是誤差測量技術，這包含直接測量和間接測量，這兩項工作都是為最后的誤差補償技術創造條件。根據時間可以將誤差補償技術分為離線補償和實時補償，前者是以測量的誤差為依據，在后期進行機床的誤差補償，這只適用于機床產生的穩定誤差。如果是因溫度等原因產生的誤差必須進行實時補償，研究補差誤差技術是讓補償誤差工作更加有效、簡便和準確[2]。

2.2 直線電機進給驅動技術

無需任何中間轉換裝置實現電能向直線運動機械能的直接轉換，就是直線電機，結構簡單、磨損少、效率高、噪音小以及組合性強是其主要的優勢。交流直線電機是當前在高精度數字機床上普遍應用的設備，這種設備有直線感應電機和永磁直線同步電機兩種，直線感應電機成本較低，并且受到外界干擾影響的程度較低，同時也可以抗電磁干擾；永磁直線同步電機同時具備直線電機和永磁電機的優勢，響應速度更快、體積更小、推力能量更大，所以是當前高精度直線進給系統的首選。

2.3 五軸聯動技術

五軸聯動數控機床是當前高檔數控機床的主要類型，也是航天航空等諸多重工業加工精密儀器時應用的主要工具?！?+2”是五軸聯動數控機床的結構模式，可以實現X、Y、Z三軸與另外兩軸的同時運動和回轉。歐美和日本是進口五洲聯動數控機床的代表國家，其數控技術處于國際領先水平，由于國外技術封鎖和國內缺乏工業基礎的原因，我國現在整體的數控技術水平較為落后，不過對五軸聯動數控機床的研究腳步從未停止[3]。

3 數控機床技術未來發展趨勢

3.1 性能逐步提升

機械行業性能指標是通過精讀、速度和效率來體現，所以數控技術未來會在這些方面有更加顯著的提升，將多處理器作為控制系統的方法。與此同時要在提升機床動、靜態性能方面加強研究力度，提出合理、有效的改善措施，以滿足不同客戶在機床使用方面的需要。數控系統中的群控制系統逐漸向柔軟化轉型，對物料流及信息流進行調整，從而適應生產的各項流程，最大程度發揮群控制系統的性能，簡化加工程序，使數控技術的發展方向更加多元化。

3.2 趨向網絡化

隨著社會進步和互聯網發展，各行各業都獲得巨大的發展空間和機遇，傳統工業也不例外，當前大多數加工流程已經將計算機技術加入其中，這為數控機床的發展創造諸多有利條件，并且可以實現診斷故障和遠程監控的功能。

3.3 趨向智能化

智能數控機床的實時控制在未來會實現模糊控制、專家控制、學習控制和自適應控制等功能，并且將編程、故障診斷和參數設定相關系統都加入到數控系統中，對機床在告訴運行時纏身的數據進行收集和檢測，保證機床能夠正常、高速、穩定運行，當出現故障能夠及時反饋，以便進行處理和解決，使數控機床的操控性大大提升[4]。

4 我國數控機床發展相關建議

我國機床行業在世界機床工業體系和全球機床市場中占有重要地位，但目前仍然不能算作機床強國。與世界機床強國相比，我國機床行業仍具有一定差距，尤其表現在中高檔機床競爭力不強。此外，受到國內外復雜經濟形勢的影響，我國機床行業發展回歸新常態，產業向中高端轉型升級的要求迫切[5]。

4.1 生產重點產品

應重點針對航空航天裝備、汽車、電子信息設備等重點產業的需求展開研究，幵發高檔數控機床、先進成形裝備及成組工藝生產線。包括：電子信息設備加工裝備、航空航天裝備大型結構件制造與裝配裝備、航空發動機制造關鍵裝備、船舶及海洋工程裝備關鍵制造裝備、軌道交通裝備關鍵零部件成套加工裝備等產品。

4.2 研發高檔數控系統

重點開發多軸、多通道、高精度插補、動態補償和智能化編程、具有自監控、維護、優化、重組等功能的智能型數控系統；提供標準化基礎平臺，允許開發商、不同軟硬件模塊介入，具有標準接口、模塊化、可移植性、可擴展性及可互換性等功能的開放型數控系統。

4.3 提高共性技術

近年來，機床制造基礎和共性技術研究不斷加強，產品開發與技術研究同步推進。機床產品的可靠性設計與性能試驗技術、多軸聯動加工技術等多項關鍵技術的成熟度有了很大提升。數字化設計技術研究成果在高精度數控坐標鏜床、立式加工中心等產品設計上進行實際應用；多誤差實時動態綜合補償和嵌入式數控系統誤差補償等軟硬件系統在多個企業、多個產品上進行了示范應用，使數控機床精度得到了明顯提升[6]。

5 結語

在科學技術快速發展的大背景下，我國必須在數控技術和科技上實現創新，擺脫傳統模式和觀念的束縛，將數控技術發展重點轉移到管理和營銷上，保證售后服務的質量，將可持續發展觀融入到未來數控技術的研究中，以發展新型數控系統作為探索目標，在對我國制造行業水平進行提升的同時，優化技術發展的模式，盡可能減小與發達國家數控技術之間的差異，將數控機床廣泛應用于機械工業中不僅能夠提高我國制造業的技術水平，更為我國未來發展提供動力?，F代制造業的蓬勃發展需要通過數控機床技術的進步和發展作為基礎條件，與此同時，制造業隨著數控機床技術的發展向高效、優質以及人性化的方向逐漸轉型。所以，未來因數控機床技術的發展和數控機床的廣泛應用，必將促使制造業迎來巨大的發展機遇，展開一場撼動傳統制造業模式的深刻革命。

參考文獻：

[1]吳喚.數控機床的技術發展路線[J].大科技，2017（1）：304.

[2]黃楚鵬.數控機床和數控技術的發展及未來趨勢[J].科技視界，2014（33）：266266，291.

[3]張金剛.數控機床關鍵技術與發展趨勢[J].房地產導刊，2017（6）：240.

[4]王建軍.數控機床和數控技術的發展及未來趨勢[J].城市建設理論研究（電子版），2015（3）：21652166.

[5]張曉紅.數控機床和數控技術的發展及未來趨勢[J].山東工業技術，2016（20）：295.

[6]趙欽志， 王立平， 王軍見.數控機床可靠性試驗和評估技術分析與研究[J].制造技術與機床，2017（11）：1721.