数控技术现状跟发展趋势资料

数控技术现状及发展趋势

前言

数控机床是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，其水平高低和拥有量多少是衡量一个国家工业现代化的重要标志。工业发达国家把数控机床视为具有高技术附加值和高利润的重要出口产品。数控机床已成为关系到国家战略地位和体现国家综合国力的重要基础性产品。

数控机床集机械制造技术、信息技术、微电子技术和自动化技术等为一体，随着科学技术的发展而不断地发展与创新。作为一本数控机床教材如何在众多的技术内容中抓住本质、提取精华、突出重点，少而精地奉献给读者，是本书的编写难点，也是特色所在。本书编写既注重应用性，又考虑到理论基础，同时还考虑其最新技术，理论叙述力求通俗易懂。

内容是以数控加工信息流为主线顺序展开，先后阐述了数控编程的基础及方法、计算机数控装置的硬软件、数控装置的轨迹控制原理、数控机床的伺服系统工作原理，同时还叙述了数控技术的基本概念、数控机床的检测装置、数控机床的机械结构、数控机床的故障诊断、数控自动编程以及数控技术的发展等内容。

1国内外数控技术发展状况

20世纪人类社会最伟大的科技成果是计算机的发明与应用，计算机及控制技术在机械制造设备中的应用是世

纪内制造业发展的最重大的技术进步。自从1952年美国第1台数控铣床问世至今已经历了50个年头。数控设备包括：车、铣、加工中心、镗、磨、冲压、电加工以及各类专机，形成庞大的数控制造设备家族，每年全世界的产量有10～20万台，产值上百亿美元。

“十五“刚刚开始，国防科工委就明确提出了在军工企业中投入6．8亿元，用于对1．2 －1．8万台机床的数控化改造。

目前，国际上最大的数控系统生产厂是日本FANUC公司，1年生产5万套以上系统，占世界市场约40％左右，其次是德国的西门子公司约占15％以上，再次是德海德汉尔、西班牙发格、意大利菲地亚、法国的NUM、日本的三菱、安川。国产数控系统厂家主要有华中数控、北京航天机床数控集团、北京凯恩帝、北京凯奇、沈阳艺天、广州数控、南京新方达、成都广泰等，国产数控生产厂家规模都较小，年产都还没有超过300～400套。近10年，数控机床为适应加工技术发展，在以下几个技术领域都有巨大进步。

1．1高速化

由于高速加工技术普及，机床普遍提高各方面速度，车床主轴转速由3 000～4 000r ／min提高到8 000~10 000r ／min，铣床和加工中心主轴转速由4 000～8 000r ／min提高到12 000r ／min、24 000r ／min、40 000r ／min 以上快速移动速度由过去

的10 ～20m ／min提高到48m ／min、60m ／min、80m ／min、120m ／min，在提高速度的同时要求提高运动部件起动的加速度，其已由过去一般机床的0．5G（重力加速度）提高到1．5～2G，最高可达15G，直线电机在机床上开始使用，主轴上大量采用内装式主轴电机。

1．2高精度化

数控机床的定位精度已由一般的0．01～0．02mm提高到0．008mm左右，亚微米级机床达到0．0005mm左右，纳米级机床达到0．005～0．01μm，最小分辨率为1nm（0．000001mm）的数控系统和机床已有产品。数控中两轴以上插补技术大大提高，纳米级插补使两轴联动出的圆弧都可以达到1μ的圆度，插补前多程序段预读，大大提高插补质量，并可进行自动拐角处理等。

1．3复合加工、新结构机床大量出现

如5轴5面体复合加工机床，5轴

5联动加工各类异形零件。也派生出各

新颖的机床结构，包括6轴虚拟轴机

床，串并联铰链机床等。采用特殊机械

结构，数控的特殊运算方式，特殊编程

要求。

1．4使用各种高效特殊功能的刀具使

数控机床“如虎添翼”

如内冷钻头由于使高压冷却液直

接冷却钻头切削刃和排除切屑，在钻深

孔时大大提高效率。加工钢件切削速度

能达1000m ／min，加工铝件能达5000m ／

min。

1．5数控机床的开放性和联网管理

数控机床的开放性和联网管理已

是使用数控机床的基本要求，它不仅是

提高数控机床开动率、生产率的必要手

段，而且是企业合理化、最佳化利用这

些制造手段的方法。因此，计算机集成

制造、网络制造、异地诊断、虚拟制造、

异行工程等等各种新技术都在数控机

床基础上发展起来，这必然成为21世

纪制造业发展的一个主要潮流。

2数控技术的发展趋势

2．1性能发展方向

（1）高速高精高效化。速度、精度和

效率是机械制造技术的关键性能指标。

由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、

多CPU控制系统以及带高分辨率绝对

式检测元件的交流数字伺服系统，同时

采取了改善机床动态、静态特性等有效

措施，机床的高速高精高效化已大大提

高。

（2）柔性化。柔性化包含两方面：数

控系统本身的柔性，数控系统采用模块

化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，便

于满足不同用户的需求；群控系统的柔

性，同一群控系统能依据不同生产流程

的要求，使物料流和信息流自动进行动

态调整，从而最大限度地发挥群控系统

的效能。

（3）工艺复合性和多轴化。以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加

工，正朝着多轴、多系列控制功能方向

发展。数控机床的工艺复合化是指工件

在一台机床上一次装夹后，通过自动换

刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完

成多工序、多表面的复合加工。数控技

术轴，西门子880系统控制轴数可达24

轴。

（4）实时智能化。早期的实时系统

通常针对相对简单的理想环境，其作用

是如何调度任务，以确保任务在规定期

限内完成。而人工智能则试图用计算模

型实现人类的各种智能行为。科学技术

发展到今天，实时系统和人工智能相互

结合，人工智能正向着具有实时响应

的、更现实的领域发展，而实时系统也

朝着具有智能行为的、更加复杂的应用

发展，由此产生了实时智能控制这一新

的领域。

2．2功能发展方向

2．2．1用户界面图形化

用户界面是数控系统与使用者之

间的对话接口。由于不同用户对界面的

要求不同，因而开发用户界面的工作量

极大，用户界面成为计算机软件研制中

最困难的部分之一。当前INTERNET、

虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等

技术也对用户界面提出了更高要求。图

形用户界面极大地方便了非专业用户

的使用，人们可以通过窗口和菜单进行