王太勇 喬志峰 韓志國 董靖川 支勁章

1.天津大學，天津，300072 2.天津輕工業(yè)職業(yè)技術學院，天津，300161

高檔數控裝備的發(fā)展趨勢

王太勇1喬志峰1韓志國2董靖川1支勁章1

1.天津大學，天津，300072 2.天津輕工業(yè)職業(yè)技術學院，天津，300161

綜合介紹了現今高檔數控裝備各關鍵技術的發(fā)展趨勢，首先，結合機床關鍵功能部件的發(fā)展狀況，講述了數控機床在高速、高精度、高效率、高可靠性方面的主流發(fā)展動態(tài)，并進一步指出機床的可靠性是影響我國機床企業(yè)市場競爭能力的關鍵因素；然后，結合當前高檔數控系統(tǒng)在智能化、開放式、網絡化等方面的發(fā)展，闡述了最新的數字化控制技術對高檔數控技術的重要影響及其未來發(fā)展方向，并介紹了國內外最新的相關研究成果；最后，結合國內數控技術的發(fā)展現狀，提出了關于高檔數控裝備發(fā)展的相關建議。

高檔數控；高速高精；智能的；網絡化

0 引言

當今世界各國制造業(yè)廣泛采用數控技術，以提高制造能力和水平，提高對動態(tài)多變市場的適應能力和競爭能力。各工業(yè)發(fā)達國家還將數控裝備列為國家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重大措施來發(fā)展自己的數控技術及其產業(yè)，而且在“高精尖”數控關鍵技術和裝備方面對我國實行封鎖和限制政策。目前，我國已經將高檔數控機床與基礎制造技術列入《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要（2006～2020年）》所確定的十六個重大專項?，F今高檔數控裝備的技術呈現了以下幾種發(fā)展趨勢：①機床自身幾何精度和控制運動軌跡的精度不斷提高，機床的加工速度和效率大幅提高；②機床的加工精度、可重復性和可信賴度不斷提高，性能長期保持穩(wěn)定，能夠在不同運行條件下完成多種加工任務［1］；③出現許多高性能和高可靠的新型功能部件，如高頻電主軸、直線電機、轉矩電機、電滾珠絲桿等；④機床智能化水平不斷提高，結合當今高檔數控系統(tǒng)的快速發(fā)展，具有自優(yōu)化、自監(jiān)控、自診斷和預維護等功能的智能型、開放式、網絡化的數控裝備越來越多。

1 高速高精度高效率是主流發(fā)展趨勢

高速切削是指速度高于常規(guī)速度的5～10倍的切削方式［2］。高速加工（特別是高速銑削）與新一代高速數控機床（特別是高速加工中心）的開發(fā)應用緊密相關。近十多年來，刀具、伺服驅動、數字控制和機床等技術的不斷進步，使得高速加工和高精加工，特別是高速切削（HSM）已在航空、航天、模具制造業(yè)中得到了廣泛應用和推廣，傳統(tǒng)的電火花加工在很多場合已被高速切削所替代。通過高速銑削對一次裝夾下的模具坯件進行綜合加工，不僅大大提高了工件的加工精度和表面質量，大幅度縮短了加工時間，而且簡化了生產工藝流程，從而顯著縮短了工件的制造周期，降低了工件的生產成本。在轎車工業(yè)領域，年產30萬輛的生產節(jié)拍是每輛40s，而且多品種加工是轎車裝備必須解決的重點問題之一；在航空和宇航工業(yè)領域，加工的零部件多為薄壁和薄筋，剛度很差，材料為鋁或鋁合金，只有在高切削速度和切削力很小的情況下，才能對這些筋、壁進行加工，近年來采用大型整體鋁合金坯料“掏空”的方法來制造機翼、機身等大型零件來替代多個零件通過眾多的鉚釘、螺釘和其他連接方式拼裝，使構件的強度、剛度和可靠性得到提高［2］。這些都對加工裝備提出了高速、高精度和高柔性的要求。

為了實現高速、高精加工，與之配套的功能部件如電主軸、直線電機等得到了快速的發(fā)展，應用領域進一步擴大［3］。高頻電主軸、直線電機、電滾珠絲桿、轉矩電機、高速切削刀具等越來越多地應用在高檔數控裝備中。

（1）高頻電主軸［4］（圖1）。直接將電動機裝配在主軸中，中間不需傳動環(huán)節(jié)，是高頻電動機與主軸部件的集成，具有體積小、轉速高、可無級調速等一系列優(yōu)點。電主軸結構緊湊，軸承的內外環(huán)采用高氮合金鋼制造，配以陶瓷滾動元件，并采用優(yōu)良的密封和冷卻技術以滿足主軸高速運轉要求。高頻電主軸是精密制造技術、軸承技術、電機調速技術、電機技術等各項技術的綜合成果。國際上高速、高精度數控機床普遍采用電主軸單元。在多工件復合加工機床、多軸聯動多面體加工機床、并聯機床和柔性加工單元中，電主軸更有機械主軸不可替代的優(yōu)越性。

圖1 高頻電主軸

（2）直線電機［5］（圖2）。專門為動態(tài)性能和運動精度要求高的機床設計的直線電機，雖然價格高于傳統(tǒng)的伺服系統(tǒng)，但卻大大簡化了機械傳動結構，有效提高了機床動態(tài)性能。進給速度和加速度方面，直線電機最大加速度可達30g，目前加工中心的進給加速度已達3.24g，激光加工機的進給加速度已達5g。現在，進給速度100m／min、加速度1g～2g的直線電機驅動機床已很普遍，西門子公司生產的1FN1系列三相交流永磁式同步直線電機移動速度為120m／min，加速度為2g。德國Trumpf公司、法國Renault automation公司，可生產最大速度達150～200 m／min、加速度達5g的直線電機。在定位精度方面，利用直線電機并采用光柵閉環(huán)控制，定位精度可達0.01～0.1μm。應用前饋控制的直線電機驅動系統(tǒng)可減小跟蹤誤差200倍以上。由于運動部件的動態(tài)特性好，響應靈敏，加上插補控制的精細化，可實現納米級控制。從行程方面來講，傳統(tǒng)的絲杠傳動受絲杠制造工藝限制，行程一般為4～6m，更長的行程需要接長絲杠，無論是制造工藝方面還是性能方面都不理想，而采用直線電機驅動，定子可無限加長，且制造工藝簡單，已有大型高速加工中心X軸長達40m以上。由于直線電機驅動的工作平臺具有高速、高加速度、高精度、行程不受限制的特點，故可以更好地滿足現代數控機床對于進給伺服電機的要求。

圖2 直線電機

（3）電滾珠絲桿（圖3）。電滾珠絲桿是伺服電動機與滾珠絲桿的集成。具有傳動環(huán)節(jié)少、結構緊湊等一系列優(yōu)點。采用電滾珠絲桿可以大大簡化數控機床的結構。

圖3 電滾珠絲桿

（4）轉矩電機（圖4）。在高速加工中心上，回轉工作臺的擺動以及叉形主軸頭的擺動和回轉等運動，已廣泛采用轉矩電機來實現。轉矩電機是一種同步電機，其轉子直接固定在所要驅動的部件上，所以沒有機械傳動元件，它像直線電機一樣是直接驅動裝置的。轉矩電機所能達到的角加速度要比傳統(tǒng)的蝸輪蝸桿傳動所能達到的角加速度高6倍，應用于擺動叉形主軸頭時加速度可達到3g。由于轉矩電機可達到極高的靜態(tài)和動態(tài)負載剛性，因而提高了回轉軸和擺動軸的定位精度和重復定位精度。

圖4 轉矩電機

（5）高速切削刀具。刀具材料的進步是切削加工技術進步的決定性因素之一。對于高速切削加工，刀具材料更具有舉足輕重的影響。近三四十年來刀具材料所取得的突破使高速切削中出現的問題得到了較好解決。一些新型刀具材料（如氧化物、碳化物、氮化物陶瓷刀具和立方氮化硼（CBN）等）具有良好的耐熱性；晶須增韌陶瓷刀具和涂層技術的應用大大提高了刀具硬度，并使刀具兼有高硬度的刃部和高韌性的基體；用聚晶方法得到的聚晶立方氮化硼（PCBN）刀片的硬度高達HV3500～4500，已成為高速切削淬硬鋼的首選刀具；同樣用聚晶方法得到的聚晶金剛石（PCD）刀片的硬度可達HV6000～10 000，用PCD材料制作的車刀、銑刀、鉆頭等可對有色金屬進行高速切削，有時也應用于黑色金屬的切削加工。

值得提及的是，直接驅動的直線軸與直接驅動的回轉軸相組合，使機床所有的運動軸都具有較高的動態(tài)性能和較好的調節(jié)特性，從而為高速度、高精度和高表面質量的自由曲面加工提供了最佳條件。這些高性能和高可靠的新型功能部件的出現使數控機床的開發(fā)和試制周期縮短，數控機床的性能與可靠性也得到大幅度提升。此外，隨著功能部件性能的大幅提升，對高檔數控裝備的控制系統(tǒng)的控制精度又有了新的要求，國外的大型數控廠商紛紛提出了納米插補的概念，在國內，天津天大精益數控技術有限公司也在其最新的嵌入式數控系統(tǒng)TDNC－SX中采用了納米級插補技術。

2 高檔數控裝備的可靠性

數控機床的可靠性是數控機床產品質量的一項關鍵性指標。數控機床能否發(fā)揮其高性能、高精度、高效率，并獲得良好的效益，關鍵取決于可靠性。衡量可靠性重要的量化指標是平均無故障工作時間（meantime between failures，MTBF）。作為數控機床的大腦——數控系統(tǒng)的MTBF已由20世紀70年代的大于3000h，80年代的大于10 000h，提高到90年代初的大于30 000h。在數控系統(tǒng)可靠性大幅提高的同時，要求數控機床的可靠性也要大幅提高，這樣才能提高數控裝備的整機可靠性。

高速、高效、高精度、高可靠性是現代數控機床發(fā)展的主要趨勢。目前國內數控機床的研發(fā)，主要面向高檔次，追求高速、精密和多軸聯動復合加工等。然而，隨著復合功能的增多和密集型技術的引入，不可靠因素和故障隱患增多，在運轉和使用過程中發(fā)生故障的幾率增加，系統(tǒng)一旦發(fā)生故障，其先進性能和功能不能維持，就降低或失去了使用價值。而且，由于高檔數控裝備復合功能密集，體積龐大，結構復雜，加工工況多變等，使得可靠性問題成為制約國內高檔數控機床發(fā)展的主要瓶頸。

我國是世界上數控機床消費的大國，數控機床尤其是高檔數控機床的進口量一直居高不下。究其原因，產品的可靠性是影響市場占有率的關鍵因素［6］。國產數控機床與國外產品相比，在機床可靠性上存在明顯差距，國外機床平均無故障工作時間都在5000h以上，而國產機床僅在800h左右。國產機床故障率較高是用戶反映最強烈的問題之一。近些年來，雖然我國機床行業(yè)的許多企業(yè)與有關高校合作，實施可靠性技術，國產機床的可靠性水平在穩(wěn)步提高，但與發(fā)達國家同類產品相比仍然差距明顯。我國眾多行業(yè)的數控機床用戶，不選購國產機床的主要原因就是產品的可靠性不能滿足用戶要求［7］。機床市場的激烈競爭主要是產品可靠性的競爭，能否占領市場是影響我國數控裝備產業(yè)存亡和發(fā)展的要害。目前，國家“高檔數控機床與基礎制造裝備”科技重大專項正在實施當中，并對數控裝備（數控機床、數控系統(tǒng)和功能部件）的可靠性技術研究以及產品可靠性的提升和考核給予了高度關注，要求所研制的成果和樣機實現產品化，即得到應用驗證，并在可靠性方面得到提升和考核。

3 多軸聯動加工和復合加工機床的發(fā)展

隨著飛機產品飛行性能的提高，對現代航空零件加工精度的要求也逐步嚴格，復雜形狀表面的精度誤差從早期的±（0.15～0.30）mm已經提高到 ±（0.08～0.12）mm，表面粗糙度 Ra 從1.6～6.4μm提高到0.8～1.6μm。對于以機翼梁、機身框、翼肋及壁板為典型代表的飛機機體結構件，以及以機匣、整體葉盤、葉片和軸、盤為典型代表的航空發(fā)動機零件，既要保證零件的表面質量，又要保證加工的位置精度和形狀精度，這些零件，一般都要求一次裝卡，一次定位加工成形，只有多軸聯動的加工中心才能滿足上述要求。在目前，對于航空零部件，五軸聯動的數控銑床以及具有五坐標聯動控制、轉臺結構的數控機床等復合設備的需求增加。復合化加工包括工序復合化和功能復合化。采用五軸聯動對三維曲面零件進行加工時，可調整刀具的最佳幾何形狀來進行切削，不僅加工表面粗糙度低，而且效率也大幅度提高。一般認為，1臺五軸聯動機床的效率可等于2臺三軸聯動機床的效率，特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進行高速銑削淬硬鋼零件時，五軸聯動加工可比三軸聯動加工發(fā)揮更高的效益。圖5所示為德國德馬吉公司生產的HSC－20Linear五軸高速切削精密加工中心，其各進給軸均采用直線電機驅動，X、Y、Z向快速移動速度達到30m／min，主軸轉速可達42 000r／min，具有很高的精度、可靠性，且可獲得Ra＜0.2μm的加工表面質量。

圖5 HSC－20Linear五軸機床

當前由于電主軸和大功率力矩電機的出現，使得實現五軸聯動加工的復合主軸頭結構大為簡化，其制造難度和成本大幅度降低，數控系統(tǒng)的價格差距縮小［8］。因此促進了復合主軸頭類型五軸聯動機床和復合加工機床（含五面加工機床）的發(fā)展。

在復合加工機床方面，車銑加工可以完成車削加工硬質材料難以完成的精密加工，其加工表面質量可以和磨削相媲美，并且可以通過優(yōu)化切削用量來提高刀具壽命。當前數控機床的發(fā)展已模糊了粗精加工等工序的概念，加工中心又把車、銑、鏜、鉆等類的工序集中到一臺機床來完成。一臺具有自動換刀裝置、自動交換工作臺和自動轉換立臥主軸頭的鏜銑加工中心，不僅一次裝卡可以完成鏜、銑、鉆、鉸、攻絲和檢驗等工序，還可以完成箱體5個面粗精加工的工序。

近年來，又相繼出現了許多跨度更大、功能更集中的復合化數控機床。如日本池貝鐵工所的TV／4LII方式加工中心，由于采用了U軸，故亦可進行車加工；東芝機械的GMC一95立式加工中心，在一根主軸上既可進行切削又可進行磨削；美國CINCNNAI MILACRON公司的車、銑、鏜、鉆偏心孔多用途制造中心，在一臺車削中心上不僅可以完成回轉體外圓和端面的車削加工，還可完成銑平面鉆斜孔、開曲線槽等加工。在多軸和多軸聯動控制方面，日本的FANUCIS系統(tǒng)為2～15根軸，西門子880系統(tǒng)控制軸數達24根軸。

4 高檔數控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢

21世紀的數控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)，智能化的內容包括數控系統(tǒng)中的各個方面：為追求加工效率和加工質量方面的智能化，如加工過程的自適應控制、工藝參數的自動生成；為提高驅動性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機參數的自適應運算、自動識別負載、自動選定模型、自整定等；簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動編程、智能化的人機界面等；還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內容，方便系統(tǒng)的診斷及維修等。

為解決傳統(tǒng)的數控系統(tǒng)的封閉性和數控應用軟件的產業(yè)化生產存在的問題，目前許多國家制定了專項計劃對開放式數控系統(tǒng)進行研究，如美國的 NGC（the next generation work－station／machine control）、歐盟的 OSACA（open system architecture for control within automation systems）、日本的 OSEC（open system environment for controller）、中 國 的 ONC（open numerical control system）等。數控系統(tǒng)開放化已經成為數控系統(tǒng)的未來之路。所謂開放式數控系統(tǒng)就是數控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運行平臺上，面向機床廠家和最終用戶，通過改變、增加或剪裁結構對象（數控功能），形成系列化，并可方便地將用戶的特殊應用和技術訣竅集成到控制系統(tǒng)中，快速實現不同品種、不同檔次的開放式數控系統(tǒng)，形成具有鮮明個性的名牌產品。目前開放式數控系統(tǒng)的體系結構規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運行平臺、數控系統(tǒng)功能庫以及數控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是研究的核心。

數控系統(tǒng)的網絡化主要指數控系統(tǒng)與外部的其他控制系統(tǒng)或上位計算機進行網絡連接和網絡控制。數控系統(tǒng)網絡化一般首先面向生產現場和企業(yè)內部的局域網，然后再經由因特網通向企業(yè)外部，這就是所謂Internet／Intranet技術。隨著網絡技術的成熟和發(fā)展，最近業(yè)界又提出了數字制造的概念。數字制造，又稱“e－制造”，是機械制造企業(yè)現代化的標志之一，也是國際先進機床制造商當今標準配置的供貨方式。隨著信息化技術的大量采用，越來越多的國內用戶在進口數控機床時要求具有遠程通訊服務等功能［9］。

數控系統(tǒng)的網絡化進一步促進了柔性自動化制造技術的發(fā)展，現代柔性制造系統(tǒng)從點（數控單機、加工中心和數控復合加工機床）、線（FMC、FMS、FTL、FML）向面（工段車間獨立制造島、FA）、體（CIMS、分布式網絡集成制造系統(tǒng)）的方向發(fā)展。柔性自動化技術以易于聯網和集成為目標，同時注重加強單元技術的開拓、完善，數控機床及其構成的柔性制造系統(tǒng)能方便地與CAD、CAM、CAPP、MTS連接，向信息集成方向發(fā)展，網絡系統(tǒng)向開放、集成和智能化方向發(fā)展。

圖6所示為天津大學數字化制造與測控技術研究所研制的基于開放式數控體系開發(fā)的新型智能數控系統(tǒng)，該系統(tǒng)在實現八軸五聯動加工的同時，進一步集成了在機質量檢測與在線狀態(tài)監(jiān)測功能。在機質量檢測功能可以實現對正在加工的零件隨時進行質量檢測，做到對不符合質量要求的工件及時修正，減少裝卡工序，縮短檢測時間，降低不合格率。在線狀態(tài)監(jiān)測功能實現了對整臺機床的智能監(jiān)控和智能診斷，并結合網絡化技術，通過建立遠程專家系統(tǒng)，實現了遠程狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷功能。

圖6 天津大學精益TDNC－H8開放式智能數控系統(tǒng)

由德國西門子公司推出的840Di全PC集成的開放式數控系統(tǒng)與其傳統(tǒng)的840D系列數控系統(tǒng)相比，具有如下顯著特點：CNC控制功能與HMI功能一起在PC處理器上運行，省略了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中所需的NC處理單元。這種控制系統(tǒng)包含了大量的標準化部件：帶接口卡的工業(yè)PC機、Windows NT操作系統(tǒng)、PROFIBUS－DP、OPC（用于過程控制的OLE）用接口和NC控制軟件。

5 總線式、全數字、多軸多通道的通用型數控系統(tǒng)成為發(fā)展熱點

控制對象的復雜多變、生產的柔性化趨勢，需要數控系統(tǒng)具有較好的柔性結構功能重構與配置功能，基于此，采用現場總線將擁有獨立的控制和運算能力的功能單元，以一種全新的優(yōu)化方式和拓撲結構融入到數控系統(tǒng)的功能框架中，實現多層次的軟硬件可擴展，這已經成為高檔數控系統(tǒng)的必然選擇。

全數字化不僅包括數控單元到伺服接口以及伺服系統(tǒng)內部的數字化，而且還要包括測量單元的數字化。因此，現場總線、編碼器到伺服的數字化接口、驅動單元內部三環(huán)（位置環(huán)、速度環(huán)及電流環(huán)）數字化是數控系統(tǒng)全數字化的重要標志。目前國外的高檔數控系統(tǒng)甚至中低檔數控系統(tǒng)都已經實現全數字化控制，這使其系統(tǒng)控制精度、穩(wěn)定性和產品競爭力得到大幅提升。

圖7所示為大連光洋科技工程有限公司推出的全數字總線開放式高檔數控系統(tǒng)GDS07，該系統(tǒng)使用的是實時串行總線協(xié)議GLINK，是世界首臺采用單一總線方式實現的全數字總線開放式高檔數控系統(tǒng)，數控系統(tǒng)、伺服裝置以及PLC I／O之間以超五類雙絞線環(huán)形互連。系統(tǒng)內各裝置間傳輸的運動數據長度可達32位，能滿足納米加工的需求。該系統(tǒng)可完成兩軸以上各類機床的控制，如車銑復合加工中心、五軸龍門加工中心、五軸立式加工中心、多軸磨床等；可提供包括總線式數控系統(tǒng)、總線式伺服驅動器、總線式一體化電機、總線式PLC I／O擴展模塊、總線式模擬量控制模塊等設備的系統(tǒng)級整體解決方案。

圖7 大連光洋全數字總線開放式數控系統(tǒng)GDS07

針對制造業(yè)對整合數控機床（即融合工業(yè)機器人、影像處理系統(tǒng)和精密物料搬運各項功能的機械，該機械不僅能完成通常的加工功能，而且還具備自動測量、自動上下料、自動換刀、自動誤差補償、自動診斷和聯網等功能）的巿場需求，各著名數控系統(tǒng)廠商紛紛將多軸（包括多主軸）多通道控制、軸同步控制、軸疊加控制、軸混合控制、信道協(xié)同等功能列為新的研究點。同步控制可以令不同通道的運動軸按照某種時序關系或某種條件達到同步，混合控制可讓一個軸的混合命令在各通道之間進行交換，疊加控制能把一個軸的移動命令疊加到屬于另一通道的另一個軸上去。

FANUC開發(fā)的新一代復合、高速、高精、高效、多軸聯動、多通道的數控系統(tǒng)——FANUC 30i系統(tǒng)具有10通道，8根主軸，可控進給軸數達32根，可聯動控制進給軸數達24根，能同時運行10個獨立的數控加工程序，具有軸同步、混合、疊加控制等功能?；诖讼到y(tǒng)，FANUC公司推出了4個搬運機器人、一套天車輸送線、外加兩部六腿切削加工機器人的整合加工系統(tǒng)。整個系統(tǒng)動作協(xié)調、有序，銜接順暢，體現了典型的多通道數控系統(tǒng)的特征。

6 新一代的數控標準有待進一步發(fā)展

傳統(tǒng)的數控加工程序大多遵循ISO6983（G／M代碼）標準。該標準至今仍然是絕大多數數控系統(tǒng)遵循的基本程序輸入的數據標準。ISO6983標準約定了加工運動軌跡的基本定義（G代碼），以及輔助加工過程的指令（M 代碼），但不包含加工過程的其他信息（毛坯的集合信息、材料信息、刀具信息及工序信息等）。這些信息表述的欠缺在一定程度上制約了制造過程的信息集成和自動化管理。

針對上述問題，歐共體于1997年提出了OPTIMAL計劃，將 STEP（standard for the exchange of product model date，ISO 10303）標準延伸到自動化制造的底層設備，開發(fā)了一種STEP－NC的數據模型，作為銑削加工編程的數據接口。該接口遵從STEP標準，具有面向對象的特征。STEP－NC將產品模型數據轉換標準STEP擴展到CNC領域，重新制訂了CAD／CAM與CNC之間的接口，它要求CNC系統(tǒng)直接使用符合STEP標準的CAD三維數據模型（包括工件幾何數據、參數配置和制造特征），工藝信息和刀具信息直接產生加工程序［10］，圖8所示為其信息模型。STEP－NC作為數控技術中編程技術和數據交換的重要技術，正成為制造自動化領域的研究熱點之一。

圖8 STEP－NC信息模型

縱觀國際上關于STEP－NC技術的發(fā)展和應用推廣，可以發(fā)現大多數主流的數控系統(tǒng)制造商都是謹慎地參與和觀望。正視STEP－NC技術的發(fā)展，正確評估該技術對NC技術乃至制造自動化技術的影響是非常必要的。首先，STEP－NC的實施將面臨著對具體裝備工藝解析個性化的難題。不同的機床或其他加工設備具有不同的加工運動特征，當前數控裝備一般是針對加工對象的定制，基于模塊化和部件化的設計和制造模式正在形成潮流。其次，數控裝備本身的通用的模型描述還是值得研究的問題，而這部分模型是真正實現STEP－NC加工策略和加工路徑規(guī)劃的基礎［1］。

因此，STEP－NC技術替代ISO 6983標準不會在可預見的短時間內實現，但STEP－NC技術作為國際上數控領域新的研究熱點，也是值得我們繼續(xù)關注的。

7 結束語

從高檔數控裝備不斷創(chuàng)新的過程中可以看出，充分利用當今技術領域里的最新成就，特別是利用機床關鍵功能部件和數控系統(tǒng)關鍵技術的最新成果，是不斷提高高檔數控裝備制造和應用水平的關鍵。中國要加速機床工業(yè)的發(fā)展，最關鍵的還是要提高整體素質，只有加速培養(yǎng)大批配套的專家和人才，機床工業(yè)才能真正加快發(fā)展速度，高檔數控機床、刀具和配套件也才能切實地做到真正過關。真正做到人才一流、科研一流、創(chuàng)新一流和競爭力一流，使產品銷往國內外市場，工作做到踏踏實實、堅持有恒，這樣，才能真正進入世界一流的、名副其實的機床工業(yè)強國之列。

此外還需要認識到的是，我國對國外高檔數控裝備的依賴程度依然較大，尤其是作為現代制造裝備“大腦”與“心臟”的高檔數控系統(tǒng)依然嚴重依賴進口。在國外數控系統(tǒng)不斷發(fā)展與創(chuàng)新的同時，國內數控系統(tǒng)開發(fā)商，應該認清差距，腳踏實地，站在戰(zhàn)略規(guī)劃的高度，有步驟、分階段地追趕，優(yōu)先發(fā)展與高檔數控裝備密切相關的基礎技術，在數控裝備穩(wěn)定性上下足功夫，切忌盲目跟從，企圖實現跳躍式發(fā)展，要有十年磨一劍的決心與勇氣。

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［6］ 陳循介.2009年中國機床工業(yè)的運行特點、市場需供、問題和發(fā)展趨勢［J］.精密制造與自動化，2010（2）：1－5.

［7］ 劉清建，王太勇，王濤，等.嵌入式數控系統(tǒng)的結構可靠性分析［J］.天津大學學報，2010，43（2）：149－155.

［8］ 杜玉湘，陸啟建，劉明燈.五軸聯動數控機床的結構和應用［J］.機械制造與自動化，2008，37（3）：14－16.

［9］ 中國機床工具工業(yè)協(xié)會數控系統(tǒng)分會.從CCMT2008看數控系統(tǒng)發(fā)展趨勢及國內發(fā)展水平［J］.機械工程師，2008（8）：I0011－I0012.

［10］ 胡天亮.STEP－Compliant開放式數控平臺設計方法研究［D］.濟南：山東大學，2008.

Development Trends of High－end NC Equipment

Wang Taiyong1Qiao Zhifeng1Han Zhiguo2Dong Jingchuan1Zhi Jinzhang1
1.Tianjin University，Tianjin，300072
2.Tianjin Light Industry Vocational and Technical College，Tianjin，300161

This paper introduced the key technology’s development trend of a modern high grade NC equipment.Firstly，according with the development of the key functional units in a machine tool，the paper discussed the mainstream development of the NC machine tool in the aspect of high speed，high precision，high efficiency and high reliability，and further pointed out the reliability of machine tool was the key factor that affected the market competitiveness of China machine tool companies.Secondly，with the continuous development of high－grade NC system in intelligence，open，networking and other aspects，the future development direction and important impact on the CNC technology of the latest digital control technology were described and the latest research results both at home and abroad were also introduced.Finally，combining with the current development situation of domestic NC industry，the relevant individual recommendations about the development of high－grade digital equipment were proposed.

high－grade NC；high speed and high precision；intelligent；networking

TG502；TP1；TP27

1004—132X（2011）10—1247—06

2010—12—30

國家自然科學基金資助項目（50975193）；國家科技重大專項（2009ZX04014－101）

（編輯 袁興玲）

王太勇，男，1962年生。天津大學機械工程學院教授、博士研究生導師。主要研究方向為數字化制造與數控技術、智能診斷與動態(tài)測控技術、網絡制造及信息化技術等。獲國家發(fā)明專利10余項。發(fā)表論文200余篇。喬志峰，男，1985年生。天津大學機械工程學院博士研究生。韓志國，男，1973年生。天津輕工職業(yè)技術學院副教授。董靖川，男，1983年生。天津大學機械工程學院博士后研究人員。支勁章，男，1979年生。天津大學機械工程學院博士研究生。