黨歡

摘要：文章主要以數(shù)控機(jī)床為研究對(duì)象，結(jié)合數(shù)控機(jī)床的發(fā)展進(jìn)程，明確國內(nèi)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷史。并在此基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀，指出國內(nèi)數(shù)控機(jī)床存在的不良問題。根據(jù)具體不良問題，提出適合我國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展策略，確定我國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢，僅供參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；發(fā)展進(jìn)程；發(fā)展策略；發(fā)展趨勢

自上世紀(jì)末以來，我國制造業(yè)逐步邁入制造大國方向發(fā)展。其中，以機(jī)床制造為主的行業(yè)代表，呈現(xiàn)出突飛猛進(jìn)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。從某種程度上來說，機(jī)床屬于先進(jìn)制造技術(shù)與制造信息的集成產(chǎn)物，不僅可以體現(xiàn)出先進(jìn)生產(chǎn)力，又可以集中體現(xiàn)出商品屬性，具有重要的制造意義。近些年來，國內(nèi)數(shù)控機(jī)床與機(jī)床工具在性能、精度與速度方面基本上實(shí)現(xiàn)了智能化效果，有效解決了以往人工操作存在的不足問題。

1 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展進(jìn)程分析

追溯到上世紀(jì)50年代，國際數(shù)控機(jī)床主要?dú)v經(jīng)數(shù)控NC與計(jì)算機(jī)數(shù)控CNC兩個(gè)主體階段。其中，數(shù)控NC階段可以根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)類型的不同，分為3個(gè)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展階段。第1代數(shù)控系統(tǒng)主要源于上世紀(jì)50年代初期，系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)主要以電子管元件為主、在運(yùn)算方法方面主要以邏輯運(yùn)算為主、在控制方法方面主要以硬件電路控制為主[1]。第2代數(shù)控系統(tǒng)主要以晶體管元件與印刷電路板為主，在原有基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化了邏輯運(yùn)算功能。第3代數(shù)控系統(tǒng)在功能方面，主要結(jié)合小規(guī)模集成電路，目的在于降低數(shù)控系統(tǒng)體積、功耗程度等，基本上有效推進(jìn)了數(shù)控系統(tǒng)的全面發(fā)展。

計(jì)算機(jī)數(shù)控CNC階段也可根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)功能的不同，分為3個(gè)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展階段。一般來說，計(jì)算機(jī)數(shù)控CNC階段主要根據(jù)數(shù)控NC階段的發(fā)展特點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步完善與優(yōu)化。因此，我們可以將計(jì)算機(jī)數(shù)控CNC階段的發(fā)展視為數(shù)控CN的進(jìn)一步發(fā)展。第4代數(shù)控系統(tǒng)源于上世紀(jì)70年代，系統(tǒng)結(jié)合CNC技術(shù)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的計(jì)算機(jī)控制功能。第5代數(shù)控系統(tǒng)在原有的基礎(chǔ)上，利用新興的大規(guī)模集成電路技術(shù)，實(shí)現(xiàn)微處理器芯片的廣泛應(yīng)用[2]。第6代數(shù)控系統(tǒng)受到計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展影響，逐漸朝向以PC為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)智能化、自動(dòng)化的運(yùn)行功能發(fā)展。

2 數(shù)控機(jī)床的主要結(jié)構(gòu)及功能分析

一般來說，數(shù)控機(jī)床得以實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展，基本上需要對(duì)其內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理優(yōu)化與創(chuàng)新。本文主要集中介紹數(shù)控機(jī)床中的進(jìn)給伺服系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的主要功能與發(fā)展情況，目的在于為數(shù)控機(jī)床提供良好的發(fā)展導(dǎo)向。

2.1 進(jìn)給伺服系統(tǒng)

所謂的進(jìn)給伺服系統(tǒng)主要是指以運(yùn)動(dòng)部件的位置及速度等因素作為可控量，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)行的控制裝置。在運(yùn)行功能方面屬于機(jī)電一體化系統(tǒng)，基本上是由位置控制單元、速度控制單元、檢測與反饋單元等共同協(xié)調(diào)形成的一體化系統(tǒng)。目前，我們可以根據(jù)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用特性的不同，能夠?qū)⑦M(jìn)給伺服系統(tǒng)分為步進(jìn)伺服系統(tǒng)、直流伺服系統(tǒng)、交流伺服系統(tǒng)及直線伺服系統(tǒng)四種形式[3]。

結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看，傳統(tǒng)步進(jìn)伺服系統(tǒng)主要是以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)形式為主，實(shí)現(xiàn)開環(huán)控制功能。然而，介于步進(jìn)伺服系統(tǒng)不存在檢測功能，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行精度始終處于較低狀態(tài)。且經(jīng)過長時(shí)間運(yùn)行之后，系統(tǒng)很容易出現(xiàn)“轉(zhuǎn)不動(dòng)”等問題。而直流伺服系統(tǒng)雖然在步進(jìn)伺服系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了多次調(diào)整，但是在實(shí)際應(yīng)用過程中，仍無法避免維護(hù)工作量大的問題，長時(shí)間運(yùn)行比較容易出現(xiàn)隱患問題。

交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)有效攻克了傳統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)的不足，以高精度、高性能的伺服驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)逐漸成為數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域的技術(shù)重點(diǎn)。然而，介于交流電機(jī)強(qiáng)耦合、非線性的特點(diǎn)，實(shí)際控制管理要比以往難得多。直流伺服系統(tǒng)永磁同步直線電機(jī)的出現(xiàn)與廣泛應(yīng)用基本上解決了上述問題，并將 PMLSM應(yīng)用于直流伺服系統(tǒng)當(dāng)中。但是需要注意的是，直流伺服系統(tǒng)在正式應(yīng)用過程中，往往會(huì)受到運(yùn)行條件的限制，而出現(xiàn)負(fù)載擾動(dòng)情況，影響數(shù)控機(jī)床的正常運(yùn)行[4]。

2.2 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)

所謂的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)主要是由數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)等傳動(dòng)系統(tǒng)組成。結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看，數(shù)控機(jī)床機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的主要功能在于滿足不同數(shù)控加工需求，并根據(jù)主軸切削速度的不同，分別作用于各個(gè)運(yùn)行設(shè)置當(dāng)中，確保生產(chǎn)過程的科學(xué)、合理。

3 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢分析

隨著制造業(yè)的不斷發(fā)展，國內(nèi)對(duì)于數(shù)控機(jī)床的精度、速度等方面要求愈加嚴(yán)格。且隨著數(shù)控機(jī)床應(yīng)用規(guī)模的不斷擴(kuò)大，生產(chǎn)加工方式必須實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步優(yōu)化。針對(duì)于此，數(shù)控機(jī)床行業(yè)必須立足于當(dāng)前發(fā)展現(xiàn)狀，朝向高精度化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等方向駛進(jìn)[5]。

3.1 高精度化

一臺(tái)機(jī)床的重復(fù)定位精度必須達(dá)到ISO標(biāo)準(zhǔn)才能夠?qū)崿F(xiàn)正常運(yùn)行功能。隨著時(shí)代的不斷進(jìn)步，滿足ISO標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)床難以滿足當(dāng)前生產(chǎn)需求。唯有不斷提高機(jī)床的重復(fù)定位精度，才能夠?qū)崿F(xiàn)高精度化要求。結(jié)合當(dāng)前來看，CAM系統(tǒng)的不斷發(fā)展為機(jī)床重復(fù)定位高精度的有效實(shí)現(xiàn)提供了可能，甚至可以達(dá)到微米級(jí)。

3.2 控制智能化

人工智能基本上已經(jīng)滲透于各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中，尤其對(duì)于制造業(yè)而言。目前，結(jié)合人工智能的控制功能，基本上可以加強(qiáng)數(shù)控機(jī)床的學(xué)習(xí)控制、自適應(yīng)控制功能，并為自我診斷、故障監(jiān)控等功能的有效實(shí)現(xiàn)提供可能。

3.3 信息網(wǎng)絡(luò)化

面對(duì)激烈的市場競爭，制造行業(yè)唯有不斷結(jié)合時(shí)代技術(shù)要求，才能夠確保數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用性能。其中，實(shí)現(xiàn)信息網(wǎng)絡(luò)化是確保數(shù)控機(jī)床加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)通訊功能的主要保障，不僅可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享功能，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控等多方位功能，必須予以重點(diǎn)加強(qiáng)[6]。

4結(jié)論

結(jié)合目前來看，多數(shù)國家針對(duì)開放式數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行了全面研究，并將實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)開放化視為數(shù)控系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢。所謂的開放式數(shù)控系統(tǒng)主要是指基于統(tǒng)一運(yùn)行平臺(tái)上，通過利用增加、改變數(shù)控功能的方法，形成系列化運(yùn)行特征，迅速實(shí)現(xiàn)不同品種開放式數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)行功能，形成具備創(chuàng)新化、鮮明化的數(shù)控產(chǎn)品。與此同時(shí)，實(shí)現(xiàn)數(shù)控裝備網(wǎng)絡(luò)化逐漸會(huì)成為生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)的主要技術(shù)條件，并也會(huì)成為虛擬企業(yè)、敏捷制造等行業(yè)的基礎(chǔ)技術(shù)條件?？梢哉f，國內(nèi)數(shù)控機(jī)床基本上會(huì)朝向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化的方向發(fā)展，讓我們拭目以待！

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：中信戴卡股份有限公司）