摘 要：本文介紹了數(shù)控技術(shù)在我國(guó)目前的發(fā)展現(xiàn)狀及今后數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。我國(guó)數(shù)控技術(shù)實(shí)際上起步較早，但由于多種原因，現(xiàn)在我國(guó)數(shù)控技術(shù)雖然較以前取得了巨大進(jìn)步，但橫向來(lái)看相比發(fā)達(dá)國(guó)家的數(shù)控技術(shù)差距還是很大。當(dāng)今世界的數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)是朝著高速、高精、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化、綠色環(huán)保等方向發(fā)展。今后我國(guó)數(shù)控技術(shù)要想取得長(zhǎng)足進(jìn)步，必須就要在這些方面尋求突破。

關(guān)鍵詞：數(shù)控技術(shù)；高速切削；五軸聯(lián)動(dòng)；智能化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.17.026

0 引言

數(shù)控技術(shù)英文簡(jiǎn)稱CNC，它是通過(guò)計(jì)算機(jī)以及數(shù)字化技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)的有效控制，以確保研發(fā)出一種加工過(guò)程智能化、自動(dòng)化的制造技術(shù)。數(shù)控技術(shù)集信息處理、自動(dòng)控制、微電子、自動(dòng)檢測(cè)、計(jì)算機(jī)等于一體的高新技術(shù)，具備高效率、高精度、柔性自動(dòng)化等優(yōu)勢(shì)。數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床上。當(dāng)前利用數(shù)控機(jī)床可以加工出非常復(fù)雜的零件，而且加工出的零件精度高、質(zhì)量穩(wěn)定。并且由于數(shù)控機(jī)床進(jìn)行的是自動(dòng)化生產(chǎn)，這對(duì)提高生產(chǎn)效率，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度也產(chǎn)生了非常重大的影響。因此當(dāng)今世界各發(fā)達(dá)國(guó)家都在努力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進(jìn)制造技術(shù)，以期能進(jìn)一步發(fā)展經(jīng)濟(jì)、提高綜合國(guó)力。

1 國(guó)內(nèi)數(shù)控技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

如今，隨著我國(guó)技術(shù)創(chuàng)新的不斷推進(jìn)，我國(guó)對(duì)數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控主機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)、專機(jī)及其配套件等基礎(chǔ)技術(shù)已經(jīng)基本上掌握，并且創(chuàng)立了一批從事數(shù)控開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)制造的企業(yè)，建立了許多從事數(shù)控技術(shù)研究的研究機(jī)構(gòu)，而且在許多大中院校開(kāi)辦了數(shù)控專業(yè)，為社會(huì)培養(yǎng)了一批優(yōu)秀的數(shù)控專業(yè)人才，對(duì)于推動(dòng)我國(guó)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要。

目前，在數(shù)控領(lǐng)域我國(guó)部分企業(yè)已經(jīng)初具規(guī)模，如航天數(shù)控、沈陽(yáng)數(shù)控、廣州數(shù)控、華中數(shù)控等，上述企業(yè)所生產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)具備普及型、經(jīng)濟(jì)型、實(shí)效性等特點(diǎn)。同時(shí)我國(guó)研發(fā)的數(shù)控產(chǎn)品的質(zhì)量和性能對(duì)比以前，已有了很大的提高。這些產(chǎn)品目前在國(guó)內(nèi)已逐步得到用戶認(rèn)可，并且有些已在國(guó)內(nèi)站穩(wěn)了腳跟，不少還出口到了國(guó)外，當(dāng)然只能是出口到一些欠發(fā)達(dá)地區(qū)和國(guó)家，但這依然說(shuō)明我國(guó)的數(shù)控技術(shù)已取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。下面介紹一些近些年來(lái)，我國(guó)相關(guān)企業(yè)生產(chǎn)的一些較具特色的高品質(zhì)數(shù)控產(chǎn)品：

（1）華中數(shù)控研發(fā)出的華中“世紀(jì)星”數(shù)控系統(tǒng)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)國(guó)外普及型數(shù)控系統(tǒng)，尤其是在功能和配置方面。同時(shí)，該企業(yè)生產(chǎn)的三維圖形顯示、大容量程序內(nèi)存、開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)、動(dòng)態(tài)仿真、網(wǎng)絡(luò)功能、TET彩色薄形顯示器、多軸聯(lián)動(dòng)、雙向螺距補(bǔ)償?shù)扰渲梅矫嫠邆涞乃骄_(dá)到了國(guó)外高檔系統(tǒng)的水平。而且華中數(shù)控的數(shù)控系統(tǒng)要比國(guó)外同類型的便宜很多，比如其五軸CNC單價(jià)要比同類型西方生產(chǎn)的單價(jià)便宜四分之一。

（2）廣州數(shù)控研發(fā)出的GSK983M系統(tǒng)屬于中高檔數(shù)控系統(tǒng)，其能夠?qū)崿F(xiàn)5軸4聯(lián)動(dòng)，最高加工精度達(dá)1um，移動(dòng)速度可以達(dá)到24m/min，可實(shí)現(xiàn)高精度高速度閉環(huán)加工。同時(shí)GSK983M系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)12種固定循環(huán)，坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)，空間螺旋線插補(bǔ)等等功能。這種數(shù)控系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)DNC加工，并具備相關(guān)參數(shù)和程序的傳輸功能，實(shí)現(xiàn)了對(duì)對(duì)機(jī)床的調(diào)整和加工程序的備份。這套數(shù)控系統(tǒng)還具有加工穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，其已被國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)機(jī)床廠家認(rèn)可。

（3）武漢重型機(jī)床廠研發(fā)出的重型七軸五聯(lián)動(dòng)車銑復(fù)合機(jī)床，最大加工直徑8000mm，最大加工高度2000mm，最大承重100t。其還具備在線測(cè)量、五軸聯(lián)動(dòng)車銑復(fù)合加工等功能。這臺(tái)機(jī)床是我國(guó)首臺(tái)自行研制的大型螺旋槳數(shù)控五軸聯(lián)動(dòng)加工機(jī)床，其已達(dá)到當(dāng)代國(guó)際先進(jìn)水平。當(dāng)它加工螺旋槳時(shí)，一次裝夾，就能完成所有工序的加工。

2 我國(guó)數(shù)控技術(shù)發(fā)展存在的主要問(wèn)題

通過(guò)對(duì)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷程進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，雖然我國(guó)數(shù)控技術(shù)取得了較快的發(fā)展，但是與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比，還存在著較大的差距。尤其是在高精尖數(shù)控技術(shù)方面，差距更加明顯?？偟膩?lái)說(shuō)，我國(guó)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展水平與國(guó)外相比的話至少落后10年。具體問(wèn)題如下：

2.1 技術(shù)創(chuàng)新力度不夠，技術(shù)消化吸收不良

如今，我國(guó)數(shù)控技術(shù)還在照抄國(guó)外的發(fā)展模式，大部分內(nèi)容缺乏創(chuàng)新，而且對(duì)國(guó)外的技術(shù)依賴性很強(qiáng)，很多方面只能模仿、改進(jìn)，一旦出現(xiàn)問(wèn)題很多時(shí)候不能自己解決，必須要請(qǐng)別國(guó)的專家來(lái)解決，這在很大程度上制約了我國(guó)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展?？偟膩?lái)說(shuō)沒(méi)有形成自主創(chuàng)新能力。當(dāng)前我國(guó)把引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的數(shù)控技術(shù)作為發(fā)展我國(guó)數(shù)控技術(shù)的一條捷徑，雖然目前引進(jìn)了很多國(guó)外的先進(jìn)數(shù)控裝備，但要從根本上提高我國(guó)數(shù)控技術(shù)的水平，就必須要對(duì)別人的技術(shù)進(jìn)行充分研究，只有在此基礎(chǔ)上才能消化吸收別人技術(shù)，把別人的變成自己的。但我國(guó)目前的情況是，很多情況下為了追求效率，只能是在沒(méi)有充分消化的情況下求發(fā)展，結(jié)果是生產(chǎn)出的產(chǎn)品技術(shù)含量較低、質(zhì)量不高、穩(wěn)定性差。最終結(jié)果是：沒(méi)有強(qiáng)大的技術(shù)根基，最后只能越來(lái)越依賴國(guó)外的技術(shù)。

2.2 技術(shù)創(chuàng)新環(huán)境不完善

任何事物的出現(xiàn)都離不開(kāi)環(huán)境，技術(shù)創(chuàng)新也一樣。目前我國(guó)還未形成一套適合我國(guó)發(fā)展的技術(shù)創(chuàng)新環(huán)境。主要原因是因?yàn)槲覈?guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展還沒(méi)有充分的市場(chǎng)化，市場(chǎng)機(jī)制不完善，一些結(jié)構(gòu)性的深層次矛盾還沒(méi)有徹底解決，企業(yè)發(fā)展往往面臨法制不健全、競(jìng)爭(zhēng)不平等等一系列問(wèn)題；另一方面我國(guó)相關(guān)企業(yè)也面臨國(guó)外同行的巨大壓力。所以種種原因最后使得很多企業(yè)為了能生存，只能在一定程度上犧牲掉技術(shù)創(chuàng)新機(jī)制。而且大部分企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新機(jī)制長(zhǎng)時(shí)間處于停滯狀態(tài)，因此無(wú)法獲得更好的技術(shù)成果。

2.3 數(shù)控系統(tǒng)穩(wěn)定性可、靠性有待提高

通常情況下，一般會(huì)選擇平均無(wú)故障時(shí)間來(lái)衡量數(shù)控技術(shù)的可靠性。國(guó)外數(shù)控技術(shù)平均無(wú)故障時(shí)間一般超過(guò)了10000h以上，而國(guó)內(nèi)數(shù)控技術(shù)一般在3000～6000小時(shí)，由此可見(jiàn)我國(guó)數(shù)控系統(tǒng)在可靠性上與國(guó)外的相比差距也很大。

2.4 機(jī)床數(shù)控化率低

目前我國(guó)是世界上擁有機(jī)床量最多的國(guó)家（統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)接近300萬(wàn)臺(tái)），但是機(jī)床數(shù)控化率只有1.9%左右，與西方發(fā)達(dá)國(guó)家的20%還存在著較大的差距。例如日本不到80萬(wàn)臺(tái)的數(shù)控機(jī)床，其數(shù)控化率卻達(dá)到了20%。數(shù)控率低已經(jīng)成為我國(guó)現(xiàn)階段制造業(yè)面臨的很突出的問(wèn)題。

2.5 數(shù)控體系開(kāi)放力度不夠

目前，我國(guó)大部分企業(yè)生產(chǎn)的數(shù)控產(chǎn)品開(kāi)放力度不夠，用戶接口不完善，雖然部分產(chǎn)品具有開(kāi)放功能，但是無(wú)法形成真正的開(kāi)放式系統(tǒng)。使用這些產(chǎn)品時(shí)，用戶無(wú)法根據(jù)自己經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行操作，從而導(dǎo)致對(duì)數(shù)控技術(shù)的創(chuàng)新無(wú)法有效的進(jìn)行。

3 我國(guó)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

3.1 向高精度、高速度方向發(fā)展

數(shù)控技術(shù)日后發(fā)展的基本方向是高速切削加工技術(shù)，因?yàn)楦咚偾邢骷庸た梢栽诟纳乒ぜ庸べ|(zhì)量的同時(shí)，進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率。在實(shí)際操作過(guò)程中，操作人員發(fā)現(xiàn)如果將切削速度提高10倍，將會(huì)使其進(jìn)給速度提高20倍，達(dá)到超過(guò)了傳統(tǒng)的切削禁區(qū)，會(huì)誘發(fā)切削機(jī)理的改變，從而使金屬切削單位功率提升30%～40%，刀具壽命提高了70%，但是切削力會(huì)下降30%。該過(guò)程還會(huì)導(dǎo)致留在工件上的切削溫度不升反降，切削熱大幅度降低，切削振動(dòng)消失。

但要實(shí)現(xiàn)高速切削加工，機(jī)床上面相關(guān)的一些功能部件也必須要達(dá)到一定要求，比如：工作臺(tái)最高進(jìn)給速度應(yīng)該控制在40～60m/min，主軸轉(zhuǎn)速最好控制在12000～40000r/min，此外主軸還要求要穩(wěn)定性好，剛度好，冷卻效果好。

隨著今后制造業(yè)對(duì)產(chǎn)品的精度要求越來(lái)越高，實(shí)現(xiàn)高精度的加工也是數(shù)控機(jī)床今后發(fā)展的重要方向。在數(shù)控機(jī)床高精度加工中，美國(guó)擁有者最好的加工水平，其不僅推動(dòng)了中小型精密機(jī)床的發(fā)展，而且在大型精密機(jī)床的發(fā)展上也取得了不錯(cuò)的成績(jī)，這些裝備的出現(xiàn)使得數(shù)控機(jī)床的加工精度越來(lái)越高。近些年來(lái)，我國(guó)一直在研發(fā)超精密機(jī)床，例如北京機(jī)床研究成功研發(fā)了JCS-031型超精密銑床、JCS-027型超精密車床和JCS-035型數(shù)控超精密車床等。

3.2 向五軸聯(lián)動(dòng)加工發(fā)展

五軸聯(lián)動(dòng)加工是未來(lái)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展方向。因?yàn)楝F(xiàn)已證明如果對(duì)擁有三維曲面的復(fù)雜零件選擇5軸聯(lián)動(dòng)進(jìn)行加工，不僅能夠使加工后的工件符合使用要求，而且還能提高生產(chǎn)效率?？偟膩?lái)說(shuō)，5軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)效率與2臺(tái)3軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)效率相當(dāng)，尤其是選擇立方氮化硼制成的銑刀進(jìn)行零件切割和加工時(shí)，5軸聯(lián)動(dòng)加工所獲得的經(jīng)濟(jì)效益要高于3軸聯(lián)動(dòng)加工。但是由于5軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的主機(jī)結(jié)構(gòu)、數(shù)控系統(tǒng)等極為復(fù)雜，從而使其購(gòu)買價(jià)格明顯高于3軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床，再加上對(duì)5軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控系統(tǒng)具有較大的編程難度，從而在一定程度上制約了5軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展。

如今，我國(guó)數(shù)控技術(shù)的軟、硬件系統(tǒng)得到了有效的改進(jìn)，這使得五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的制造難度和成本大幅度降低了，這促進(jìn)了5軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展。因此5軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床是未來(lái)數(shù)控技術(shù)發(fā)展的主要方向。

3.3 向開(kāi)放式、智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展

智能化一定是21世紀(jì)數(shù)控裝備的主要特點(diǎn)之一，也一定是我國(guó)在數(shù)控技術(shù)方面重點(diǎn)發(fā)展的領(lǐng)域。具體來(lái)說(shuō)，智能化將體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）為提供加工品質(zhì)和加工效率時(shí)的智能化，例如工藝參數(shù)自動(dòng)生成、加工過(guò)程自適應(yīng)控制需要智能化；（2）提高連接方便及驅(qū)動(dòng)性能時(shí)的智能化，例如電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、前饋控制、自動(dòng)選定模型、自動(dòng)識(shí)別負(fù)載時(shí)等均需用到智能化；（3）在簡(jiǎn)化操作、簡(jiǎn)化編程方面時(shí)的智能化，例如智能化的人機(jī)界面、智能化的自動(dòng)編程等。

目前世界大部分國(guó)家開(kāi)始對(duì)開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行研發(fā)，主要是由于開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)可以有效解決傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中所存在的封閉性缺陷，開(kāi)放化的數(shù)控系統(tǒng)逐漸成為數(shù)控技術(shù)未來(lái)發(fā)展的主要方向。這里所提及的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)主要是指各個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行能夠在統(tǒng)一的平臺(tái)上進(jìn)行，并借助增加、改變或剪裁結(jié)構(gòu)對(duì)象，來(lái)使產(chǎn)品系統(tǒng)化。與此同時(shí)，其還能夠把用戶的技術(shù)訣竅和特殊應(yīng)用集成到數(shù)控系統(tǒng)之中，從而有效的實(shí)現(xiàn)不同檔次、不同品種的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)，推動(dòng)我國(guó)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展。

網(wǎng)絡(luò)化是最近幾年發(fā)展起來(lái)的數(shù)控裝備。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化可以更好的滿足制造系統(tǒng)、生產(chǎn)線、制造企業(yè)的發(fā)展需求，同時(shí)為虛擬企業(yè)、敏捷制造、全球制造等提供全新的基礎(chǔ)單元。

3.4 向柔性化方向發(fā)展

數(shù)控系統(tǒng)的柔性化也是今后數(shù)控技術(shù)的發(fā)展方向，其發(fā)展方向?qū)Ⅲw現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）發(fā)展多功能機(jī)床。目前數(shù)控機(jī)床在加工零件的過(guò)程中，存在著對(duì)時(shí)間的大量浪費(fèi)的問(wèn)題，比如說(shuō)在工件搬運(yùn)、上下料、安裝調(diào)整、換刀上會(huì)浪費(fèi)大量時(shí)間。為了盡可能的利用好時(shí)間，人類嘗試將各種功能的加工環(huán)節(jié)整合到同一臺(tái)機(jī)床上，這樣的加工過(guò)程中將會(huì)在很大程度上節(jié)省時(shí)間，提高加工效率。目前多功能機(jī)床發(fā)展速度很快，這種機(jī)床可以在今后實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工的柔性化。

（2）模塊化設(shè)計(jì)。今后數(shù)控系統(tǒng)會(huì)逐漸朝著模塊化的方向發(fā)展，由于借助模塊化設(shè)計(jì)具有可裁剪性強(qiáng)，功能覆蓋面大等功能，而且可以更好的滿足不同用戶的需求。因此今后采用模塊化設(shè)計(jì)的數(shù)控系統(tǒng)可以有效的實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的柔性化。

（3）群控系統(tǒng)。由于同一群控系統(tǒng)可以根據(jù)其生產(chǎn)過(guò)程中的不同，而使信息流和物料流進(jìn)行自動(dòng)動(dòng)態(tài)的調(diào)整，從而能實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程的柔性化。

3.5 向綠色環(huán)保方向發(fā)展

雖然當(dāng)前人類工業(yè)高速發(fā)展，但也造成了一系列的環(huán)境污染問(wèn)題，并且這些問(wèn)題在近些年來(lái)越來(lái)越突出。所以使得目前人們的環(huán)境保護(hù)意識(shí)越來(lái)越強(qiáng)，對(duì)生活品質(zhì)的要求越來(lái)越高。而制造業(yè)對(duì)環(huán)境的污染可以說(shuō)是相當(dāng)突出，并且數(shù)控加工在制造業(yè)中是最重要的一環(huán)，所以今后就要求數(shù)控加工要越來(lái)越環(huán)保。在這種情況下，裝備制造行業(yè)對(duì)數(shù)控機(jī)床提出了無(wú)潤(rùn)滑液、無(wú)冷卻液、無(wú)氣味的環(huán)保要求。這樣一來(lái)使機(jī)床的除塵、排屑等設(shè)備發(fā)生了翻天覆地的變化。因此數(shù)控機(jī)床今后的發(fā)展方向會(huì)朝著越來(lái)越環(huán)保的方向發(fā)展。

4 小結(jié)

本文對(duì)我國(guó)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀給予了系統(tǒng)的介紹。從中我們可以發(fā)現(xiàn)我國(guó)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展已取得了很大進(jìn)步，但要跟上數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，尤其是能制造出有自己特色的高品質(zhì)數(shù)控裝備，依然有很長(zhǎng)的路要走。一個(gè)國(guó)家強(qiáng)不強(qiáng)大，關(guān)鍵在于實(shí)體經(jīng)濟(jì)，而實(shí)體經(jīng)濟(jì)的強(qiáng)大又取決于制造業(yè)發(fā)不發(fā)達(dá)，而數(shù)控技術(shù)是衡量制造業(yè)發(fā)不發(fā)達(dá)的一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)。所以今后我國(guó)要想成為真正的經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國(guó)，就必須要大力發(fā)展與數(shù)控技術(shù)。

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作者簡(jiǎn)介：宋韜，本科，助教，研究方向：數(shù)控技術(shù)、特種加工。