淺談數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展

劉秦名 李子嘯 黃昕

摘 要：在機(jī)工機(jī)床當(dāng)中得到廣泛應(yīng)用的數(shù)控技術(shù)是一種采用計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)械加工過(guò)程中各種控制信息進(jìn)行數(shù)字化運(yùn)算、處理、并通過(guò)高性能的驅(qū)動(dòng)單元對(duì)機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行自動(dòng)化控制的高新技術(shù)。第一臺(tái)數(shù)控技術(shù)的第一次實(shí)際應(yīng)用得追溯到1952年，而在之后以電子信息技術(shù)為基礎(chǔ)，集傳統(tǒng)的機(jī)械制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、成組技術(shù)與現(xiàn)代化技術(shù)、傳感器檢測(cè)技術(shù)、信息處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、液壓氣動(dòng)技術(shù)、光電技術(shù)于一體的數(shù)控技術(shù)就得到了飛速的發(fā)展以及技術(shù)的普及，幾乎成了高精技術(shù)的一個(gè)象征。如今世界上各個(gè)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家希望通過(guò)發(fā)展數(shù)控技術(shù)，建立起數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)以滿足機(jī)械工業(yè)、汽車、航空、航天、電子、輕工、國(guó)防等支柱產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的需要。數(shù)控應(yīng)用技術(shù)水平的高低已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家綜合實(shí)力的重要的標(biāo)志之一。

關(guān)鍵詞：數(shù)控技術(shù);發(fā)展趨勢(shì)

前言：數(shù)控技術(shù)本身不是單單由一兩門學(xué)科構(gòu)成，而是綜合的，多因素影響的一門技術(shù)。由于其自身的復(fù)雜性，故其未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)也存在著多種多樣的側(cè)重性。依據(jù)不同的側(cè)重我將數(shù)控技術(shù)的發(fā)展分為了以下五個(gè)方面，分別是數(shù)控機(jī)床主機(jī)的發(fā)展、數(shù)控加工控制系統(tǒng)的發(fā)展，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)、柔性制造技術(shù)的發(fā)展和基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)控加工技術(shù)。

1 數(shù)控機(jī)床主機(jī)的發(fā)展

現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)綜合應(yīng)用了機(jī)械設(shè)計(jì)、信息技術(shù)、精密測(cè)量與檢測(cè)、計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)和人工智能等技術(shù)領(lǐng)域的最新成果，使得數(shù)控機(jī)床的性能更加完善。

1.1 加工精度不斷提高 發(fā)展高精度是適應(yīng)目前高新技術(shù)發(fā)展的需要，同時(shí)也是提高普通機(jī)電產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和可靠性的重要保障。隨著工業(yè)化的發(fā)展，對(duì)精度的要求也是越來(lái)越高，比如像光刻機(jī)這一類對(duì)精度的要求高到了極致的設(shè)備，也有如尺寸精度要求在微米，亞微米級(jí)的渦輪葉片、光盤、非球面透鏡等高精度零件。在提高數(shù)控機(jī)床加工精度的過(guò)程中，各種補(bǔ)償技術(shù)和輔助設(shè)施發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。

1.2 機(jī)床的高速化發(fā)展 目前，主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給移動(dòng)速度和輔助運(yùn)動(dòng)速度已經(jīng)達(dá)到新的水平。比如采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，可顯著地減少直線坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)摩擦力、間隙和磨損等機(jī)械傳動(dòng)特性的影響，以獲得高精度的運(yùn)動(dòng)位移和精確的定位。

1.3復(fù)合加工技術(shù)發(fā)展 復(fù)合機(jī)床就其含義而言，是在一臺(tái)機(jī)床上盡可能的實(shí)現(xiàn)從毛呸至成品的全部加工，其目的是為了提高效率、減小工序、縮短加工周期。目前已經(jīng)出現(xiàn)了集成多種機(jī)械加工方法的復(fù)合機(jī)床，如五軸車銑中心和立式車削中心。

1.4 智能化發(fā)展 智能技術(shù)的實(shí)現(xiàn)能夠完成多信息融合下的重構(gòu)優(yōu)化的智能決策、過(guò)程適應(yīng)控制、誤差補(bǔ)償智能控制、復(fù)雜曲面加工運(yùn)動(dòng)軌跡優(yōu)化控制、故障自診斷和智能維護(hù)以及信息集成的功能，將很大程度地提高機(jī)床的成形和加工精度及制造效率。

2 數(shù)控加工 數(shù)控加工控制系統(tǒng)的發(fā)展 數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要性是不言而喻的，可稱之為數(shù)控機(jī)床的靈魂。數(shù)控機(jī)床的性能的水平由數(shù)控系統(tǒng)的性能和水平直接決定。

2.1 數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)就是要把數(shù)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將制造單元和控制部件相連，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)制造的資源共享為目標(biāo)，支持各種先進(jìn)制造環(huán)境。網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)機(jī)床的聯(lián)網(wǎng)，能夠在任何一臺(tái)機(jī)床上對(duì)其他機(jī)床進(jìn)行編程、設(shè)定、操作、運(yùn)行，同時(shí)不同機(jī)床的畫面可以顯示在每一臺(tái)機(jī)床的屏幕上，進(jìn)而達(dá)到遠(yuǎn)程控制和無(wú)人化操作。

2.2數(shù)控技術(shù)的集成化和模塊化 實(shí)現(xiàn)數(shù)控技術(shù)的模塊化一般是使用最新的數(shù)控裝置進(jìn)行高密度立體安裝，以減少占用空間和提高可靠性;使用光纜傳遞信號(hào)，減少銅纜的使用;甚至采用無(wú)纜線連接，進(jìn)一步減少數(shù)控裝置內(nèi)連接電纜的數(shù)目。采用硬件模塊化技術(shù)易于數(shù)控裝置的集成化和標(biāo)準(zhǔn)化。

3 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是數(shù)控的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要作用是將電力電子器件和控制、驅(qū)動(dòng)及保護(hù)功能等集成為一體，并隨著數(shù)字脈寬調(diào)制技術(shù)，特種電機(jī)材料技術(shù)，微電子技術(shù)及現(xiàn)代控制技術(shù)的進(jìn)步，經(jīng)歷了從步進(jìn)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)到直流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)而到交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展歷程。

3.1 全數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)是將伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的控制信息用數(shù)字量來(lái)處理，其處理信息完全由軟件來(lái)完成。

3.2 高速度，高精度，高性能化 可以通過(guò)電機(jī)的改進(jìn)，驅(qū)動(dòng)方式的改進(jìn)和具備更高運(yùn)行速度的DSP來(lái)實(shí)現(xiàn)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)向高速度，高精度，高性能化轉(zhuǎn)變。

3.3 網(wǎng)絡(luò)化、智能化、模塊化 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化得益于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在機(jī)器故障診斷方面的發(fā)展，人們通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)能夠及時(shí)了解伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)和實(shí)時(shí)運(yùn)行的情況。不僅如此，由于現(xiàn)代工業(yè)面臨的情況越來(lái)越復(fù)雜，模糊邏輯控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家控制技術(shù)已運(yùn)用到了伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，使得現(xiàn)代伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化、智能化和模塊化有了很大的發(fā)展

3.4 直接驅(qū)動(dòng)技術(shù) 直接驅(qū)動(dòng)裝置直接與負(fù)載相連，從而就不需要中間的機(jī)器傳動(dòng)原件，因此傳動(dòng)鏈最短。這項(xiàng)技術(shù)能夠提高生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本和簡(jiǎn)化機(jī)床設(shè)計(jì)和機(jī)床結(jié)構(gòu)。使用直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)超高速機(jī)床所需的性能指標(biāo)，為現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的發(fā)展提供了巨大的潛力。

4 柔性制造技術(shù)的發(fā)展 柔性制造總的發(fā)展趨勢(shì)是生產(chǎn)線越來(lái)越短，越來(lái)越簡(jiǎn)化，用于設(shè)備的投資越來(lái)越少，中間庫(kù)存越來(lái)越少，場(chǎng)地利用率越來(lái)越高，成本越來(lái)越低，生產(chǎn)周期越來(lái)越短，交貨速度越來(lái)越快，各類損耗越來(lái)越少，效率越來(lái)越高。發(fā)展效率更高的柔性生產(chǎn)線一直是市場(chǎng)的強(qiáng)烈需求，設(shè)計(jì)考慮制造的思想逐漸被大眾所接受，使得產(chǎn)品性能要求得到保證的同時(shí)很大程度地減少了制造成本。在FMS領(lǐng)域中，美國(guó)，西歐和日本居世界之首。現(xiàn)如今，柔性、敏捷、智能和集成是制造設(shè)備和系統(tǒng)的主要發(fā)展趨勢(shì)，F(xiàn)MS的構(gòu)成和應(yīng)用形式將更加靈活和多樣化。小型FMS獲得了迅速發(fā)展，其總體結(jié)構(gòu)通常采用模塊化，通用化，硬件和軟件功能兼容和可擴(kuò)展的設(shè)計(jì)技術(shù)。它的投資較低，運(yùn)行可靠性好，成功率較高。

5 基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)控加工技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控技術(shù)帶來(lái)的好處是巨大的。數(shù)控加工作為先進(jìn)制造的典型技術(shù)，應(yīng)該隨著市場(chǎng)的全球化，需求的個(gè)性化，生產(chǎn)的人性化，來(lái)體現(xiàn)出其信息化，科學(xué)化和服務(wù)化。就目前而言，我國(guó)數(shù)控機(jī)床的利用率較低，熊范圍有限，造成了數(shù)控資源的極大浪費(fèi)，削弱了先進(jìn)制造業(yè)的優(yōu)勢(shì)。但是數(shù)控機(jī)床的使用技術(shù)不是簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的設(shè)備使用問(wèn)題，而是一項(xiàng)具有一定規(guī)模的系統(tǒng)應(yīng)用工程。在全球制造環(huán)境下，將擁有不同數(shù)控資源的企業(yè)聯(lián)系起來(lái)，互相合作，共同提高生產(chǎn)能力，這將是未來(lái)的一個(gè)具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ姆较颉?/p>

網(wǎng)絡(luò)數(shù)控系統(tǒng)是以通信和資源共享為手段，以車間乃至企業(yè)內(nèi)的制造設(shè)備的有機(jī)結(jié)合為目標(biāo)，支持網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)規(guī)范的自主數(shù)控技術(shù)。

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【2】劉湃. 淺談數(shù)控技術(shù)的發(fā)展及其在機(jī)械制造中的應(yīng)用[J]. 機(jī)電信息， 2012（03）：101-102.

【3】牛小方. 淺談數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)[J]. 中國(guó)科技信息， 2007（20）：68-68.

作者簡(jiǎn)介：

一作：劉秦名（1999.06），性別男，民族漢，籍貫四川省渠縣，鄭州市中原區(qū)鄭州大學(xué) 機(jī)械工程專業(yè)本科生

二作：李子嘯（1999.10），性別男，民族漢，籍貫湖南省邵陽(yáng)市，鄭州市中原區(qū)鄭州大學(xué) 機(jī)械工程專業(yè)本科生

三作：黃昕（1998.12），性別男，民族漢，籍貫湖北省黃岡市，鄭州市中原區(qū)鄭州大學(xué)機(jī) 械工程專業(yè)本科生

（鄭州大學(xué) ?河南 ?鄭州 ? 450000）