数控技术的发展趋势

数控技术的发展趋势

数控技术以及实现数控技术的相关设备是目前制造行业实现现代化的基础，也是检验一个国家机械行业先进水平及经济发展的重要因素。数控技术是指工作人员采用预先编好的电脑程序加工机械零件。我国在《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》中就将“高档数控机床与机床制造装备”列为16大科技专项之一，期望通过资源整合及核心技术的突破，在一定时间内形成科技研究成果。

虽然我国数控技术水平在国际上得到认可，但部分高精尖设备一定程度上依赖进口。目前，随着我国经济快速发展，为提升我国的综合竞争力，数控技术的研究也进入了快速发展的阶段，同时，也面临着技术创新能力及市场占有率有待提高等一系列的挑战[1]。本文旨在对国内外数控技术的研究现状进行分析，同时综合现代科技的发展趋势及相关应用场景，对我国数控技术的发展趋势及方向进行探讨。

2 数控技术的现状及不足

目前，我国数控技术发展迅速，但与国外先进国家相比仍存在较大差距。主要体现在产品低端，技术含量低，缺乏专有技术，高品质功能元件仍依赖进口或合资生产等方面[2]，这已经成为我国高端制造业的瓶颈。

我国数控技术的不足主要体现在创新能力欠缺、系统稳定性不足、应用环境有待改善等三个方面。

2.1 创新能力的欠缺

中国数控技术的发展很大程度上依赖于国外的数控技术。大多数内容缺乏创新。在许多方面只是盲目地模仿甚至改善外国技术，当应用程序出现问题时，无法通过自己的技术体系彻底解决问题，需要邀请国外的专家解决这些问题。创新能力的欠缺很大程度上限制了中国数控技术的发展，也就是说，中国的数控技术尚未形成整体创新能力。目前，中国在数控技术领域的发展主要是以引进国外先进技术为快速通道，但如果不研究国外先进技术，就无法从根本上提高中国数控技术水平。我们需要对国外数控技术进行深入细致地研究，并将其转化为我们自身知识储备，可以帮助改善我国目前数控领域存在的创新能力欠缺这一问题。

2.2 系统稳定性不足

随着世界工业进入信息数字化时代，数控机床已成为行业的主要生产设备，尤其是装备制造业。在国外，大多数国外制造的数控机床广泛使用32系统，

而国产数控机床大多受到进口技术的限制，大多数使用16系统。这使得国内

数控机床功能本身不足，与国外数控机床相比存在明显的差距。无论是加工中心还是数控车削中心，这些新型数控设备都展示了批量生产中许多复杂零件的强大生产力。虽然国内地数控技术在效率，精度，可靠性等方面也逐渐满足现代制造的要求，但应用过程受到自然条件，生产环境和操作技术的影响。实际

结合现场条件，分析现有的不稳定因素，有针对性地进行整改，制定抗干扰措施，并在硬件设计中采取相应的保护措施。软件的更新、改善可以作为硬件的补充，从而提高数控系统的稳定性。

2.3 应用环境有待改善

事物的发展不可避免地与环境有关，而技术创新自然难以离开特定的环境。目前，国内尚未形成良好的创新环境，多靠技术引进来得以提高。造成这一现象的原因主要是我国经济发展缺乏一套完善可持续的市场机制。并且，市场经济的发展也存在较深层次的矛盾。企业发展前期没有制定健全的相关制度，在前期未深入剖析后期发展方向，同时，企业之间存在着不平等的竞争。除此之外，我国数控技术行业中的相关企业也面临着一系列的竞争和压力。为了在激烈的市场竞争中生存，许多企业只能选择牺牲自己的技术创新机制，长期如此，就会导致技术创新停滞，难以取得更好的技术成果。

3 数控技术的发展趋势

数控技术的应用对制造企业的生产效率带来了很大的提升，同时也拥有广泛的应用市场，而性能的提高是效率提升的关键因素，对于数控技术而言，精度、轴数、运动性能等相关性能指标都是性能提升的关键，主要体现在以下几个方面。

3.1 高速化

近年来，中国的航空航天工业和轨道交通工业发展迅速，对数控技术的需求相对较大。特别是现代航空航天产品使用大量整体结构部件，其中大部分是复杂结构和薄壁结构。高速数控切削加工已成为零件加工非常重要的手段。与传统的低速，小进给，高扭矩切削相比，高速数控加工具有高速，高进给，小切削负荷的特点。在整个结构切割过程中，它可以将处理时间缩短60-80%，切削力降低30%以上，进给速度提高5～10倍，刀具耐久性提高70%，材料去除率提高3～5倍，表面粗糙度降低，热变形和热膨胀减少。高速加工技术及其应用对机床结构，进给系统，控制系统，主轴，数控加工，刀具和编程都提出了更高的要求。数控技术的应用往往是一个复杂机电系统，涉及到多个学科，需要作为一个整体来解决并不断改进。

3.2 高精化

精度是技术的评价指标之一，主要包括加工精度、定位精度和重复定位精度这三个方面，精度的提高也就离不开对这三个精度的深入分析、检测及补偿。

第一，加工精度的提高：数控机床中每个坐标轴的驱动轴上的驱动部件（例如伺服电机，伺服液压马达和步进电机）反向死区，当向前运动转换为向后运动时形成机械的运动驱动副间隙，从而导致误差的存在，形成坐标轴反向偏差，这被称为失动量或反向间隙。采用半闭环伺服系统的数控机床，由于定位精度和重复定位精度受反向偏差的存在，产品的加工精度也受到一定的影响。例如，在快速定位运动中，反向偏差的存在会直接影响机床的定位精度；同时，在直线插补指令切削运动中，反向偏差会影响插补运动的精度，如果这些偏差过大，将会导致加工形状不满足要求。另外，随着设备运行时间的不断增加，反向偏

差将随着磨损引起的运动副间隙增加而增加。因此，采用定期测量和补偿机床轴的反向偏差，以及其他先进技术来提高加工精度显得尤为重要。

第二，定位精度的提高：数控技术中所说的定位精度是指在数控系统控制下，所测量机床运动部件的运动所能达到的位置精度，也是数控机床与普通机床存在差异的一项重要指标，定位精度与机床的几何精度共同对机床切削精度产生重要影响，尤其是在孔隙加工时对孔距误差产生决定性的影响。数控机床的加工精度可以通过它的定位精度来判断，两者相辅相成，因此对数控机床的定位精度进行检测和补偿是保证加工质量的重要途径之一。

第三，重复定位精度的提高：数控机床上反复运行同一程序，由于受伺服系统特性、进给传动刚性及摩擦特性等因素的影响，通常重复定位精度呈正态分布的偶然性误差，这种误差的存在影响了同一批次零件加工的一致性，它是反映轴运动精度稳定性重要指标。

3.3 工艺复合化及多轴化

数控机床的工艺复合化是指通过旋转主轴头、自动换刀或转台，对工件进行多表面、多工序的加工组成。采用RISC芯片、高速CPU芯片、交流数字伺服系统的高分辨率绝对检测组件和多CPU控制系统，并采取有效措施改善机床的静态和动态特性，可大大提高机床的性能。为了减少加工过程和辅助时间，复合加工正朝着多轴多系列控制方向发展。由于工件装卸、安装调整、换刀和主轴升降等方面花费了大量的无用时间，复合功能机床得以迅速发展。其核心是完成机床上的车削、铣削、钻孔、镗孔、攻丝、铰接等工序。