浅析数控技术发展趋势

摘要：随着先进技术的应用以及加工对象的多样化和复杂化，数控技术向高速高精高效化、柔性自动化、集成化、智能化等方向发展，决定了今后发展数控机床是我国机械制造业技术改造的必由之路，是工厂自动化的基础。

关键词：数控技术；智能化；数控系统

中图分类号：TU872　文献标识码：A　文章编号：1006-3315(2011)12-136-001

一、国内外数控系统发展概况

在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体。目前，数控技术正在发生根本性变革，近十年，数控机床为适应加工技术的发展，在以下几个技术领域都有了较大的进步。

1.高速化

高速加工技术普及，机床普遍提高各方面的速度，车床主轴转速由3000~4000r／min提高到8000～10000r／min，铣床和加工中心主轴转速由4000～8000r／min提高到12000r／rain、24000r／miIl、40000r／min，以上快速移动速度由过去的10～20m／min提高到48m／rain、60m／min、80m／rain、120m／min，在提高速度的同时，要求提高运动部件起动的加速度。

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0.008ram左右，亚微米级机床达到O.0005mm左右，纳米级机床达到0.005~0.01pma，最小分辨率为Inm的数控系统和机床已有产品。

3.复合加工、新结构机床大量出现

如：五轴五面体复合加工机床，五轴五联动加工各类异形零件，也派生出各种新颖的机床结构，包括六轴虚拟轴机床，串并联铰链机床等。

4.使用各种高效特殊功能的刀具

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。

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，计算机集成制造、网络制造、异地诊断、虚拟制造、异形工程等各种新技术都在数控机床基础上发展起来。

二、数控技术的发展趋势

1.性能发展方向

1.1高速高精高效化。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。

1.2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。

1.3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。

1.4实时智能化。在数控技术领域，实时智能控制的研究和应用正沿着几个主要分支发展：自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等。

2.功能发展方向

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。图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用。

2.2科学计算可视化。科学计算可视化可用于高效处理数据和解释数据，可视化技术与虚拟环境技术相结合，进一步拓宽了应用领域，这对缩短产品设计周期、提高产品质量、降低产品成本具有重要意义。

2.3插补和补偿方式多样化。多种插补方式如直线插补、圆弧插补、空间椭圆曲面插补、极坐标插补、2D+2螺旋插补、NANO插补、NURBS插补、样条插补(A、B、c样条)、多项式插补等。

2.4内装高性能PLC。数控系统内装高性能PLC控制模块，可直接用梯形图或高级语言编程，具有直观的在线调试和在线帮助功能。

2.5多媒体技术应用。多媒体技术集计算机、声像和通信技术于一体，使计算机具有综合处理声音、文字、图像和视频信息的能力。

3.体系结构的发展

3.1集成化。采用高度集成化CPU、RISC芯片和大规模可编程集成电路FPGA、EPLD、CPLD以及专用集成电路ASIC芯片，可提高数控系统的集成度和软硬件运行速度。应用FPD平板显示技术，可提高显示器性能。平板显示器具有科技含量高、重量轻、体积小、功耗低、便于携带等优点，可实现超大尺寸显示，成为和CRT抗衡的新兴显示技术。

3.2模块化。根据不同的功能需求，将基本模块，如CPU、存储器、位置伺服、PLC、输入输出接口、通讯等模块，作成标准的系列化产品，通过积木方式进行功能裁剪和模块数量的增减，构成不同档次的数控系统。

3.3网络化。机床联网可进行远程控制和无人化操作。

3.4通用型开放式闭环控制模式。采用通用计算机组成总线式、模块化、开放式、嵌入式体系结构，便于裁剪、扩展和升级，可组成不同档次、不同类型、不同集成程度的数控系统。

三、智能化新一代PCNC数控系统

当前开发研究适应于复杂制造过程的、具有闭环控制体系结构的、智能化新一代PCNC数控系统已成为可能。新一代数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。

总之，制定符合中国国情的总体发展战略，确立与国际接轨的发展道路，对我国数控技术与产业的发展至关重要。衷心希望，我国科技界、产业界和教育界通力合作，把握好知识经济带来的难得机遇，迎接竞争全球化带来的严峻挑战，使我国数控技术和产业最终走向世界的前列。

参考文献：

[1]吕红霞.数控技术的发展趋势与途径，机械制造与自动化2005。

[2]董香萍，陈启渊，段凤.浅析数控技术发展趋势与发展途径，内蒙古水利，2010年第四期。

[3]张小兵.数控技术发展趋势探讨，机电技术，2008年第二期。

[4]陶尚华，浅论数控技术发展趋势，科技信息，2009年第十期。