数控技术新进展以及未来发展趋势分析

吴福贵

（安庆职业技术学院机电工程系，安徽 安庆246003）

数控技术以数字化为基础，对机械运动、机床运作及整个生产加工过程进行智能化控制， 是集机械制造技术、现代化自动控制技术、计算机技术、网络通讯技术、伺服驱动技术、光机电技术、传感器技术等于一体的制造业基础技术。 数控技术是现代制造业实现自动化控制的关键所在，是现代制造技术的核心环节，是衡量国家工业发展水平的重要标志。 当前，世界各国均采用现代化数控技术作为工业发展的基础，以促进制造水平和制造能力的不断提升， 从而进一步增强国际竞争能力，并且发达国家还将现代数控技术列为国家重点战略物资。在此次形式下，我国政府也开始重视起对数控技术的开发研制，并取得了较大的发展进步，例如，例如，基于PC机的智能化开放式控制系统， 不仅实现了多轴控制，还兼具联网进线功能。 随着科学技术的快速发展，生产方式不断变革，数控技术出现了诸多新的发展趋势，对这些新趋势进行发展探究，以可持续发展为导向，推动我国数控技术逐步迈向世界先列。

一、 我国数控技术发展现状

上世纪五十年代末，我国数控技术开始走向初步的封闭式开发，在社会的进步发展中，数控技术由封闭式开发、经过吸收引进阶段、国产化、产业化阶段，到现如今我国已基本掌握系统化的现代控制技术，相继开发华中、航天、蓝天等多种数控系统，建立了数控技术开发研究基地，初步形成由我国自主研发的数控产业。 历经半个世纪的探索与发展，我国数控设备性能、可靠性都有了明显的提高，并逐渐被社会所认可，稳步于市场竞争之中。现今，我国的数控机床企业已逐步拥有自己的知识产权，数控技术整体竞争力和综合实力显著增强，新产品新技术研发势头强劲，不仅可满足国内需求，有的还已出口国外。但就数控机床拥有量而言，我国虽已近300 万台的拥有量稳居世界前列， 但是我国的机床控化率仅为2%左右，而西方工业国家20%的控化率相比仍存在较大差距。 日本的机床总数虽不到80 万台，但是制造能力却高出我国10 倍。 因此，数控化率低，机床开动率、利用率低已成为现今我国制造业中的首要问题。

二、 数控技术发展改进对策

社会科技的迅猛发展， 推动着数控技术走向更加科技化、现代化的发展方向，不断的改进数控加工设备，使其更加完善规范， 是数控技术实现科技化发展的基础条件。而数控技术要想从本质上进行完善与发展，就需要对数控机床、仿真系统、伺服驱动系统进行全方位改进，使其适应不断发展进步的数控技术， 进一步推动数控技术走向开放式、智能化、网络化、集成化的发展道路。

（一） 改造机床

现代社会经济飞速发展，现代化进程不断加快，不断更新发展的数控技术带动着机床产业的快速发展。 基于此背景，数控机床改造应运而生。由于改造机床所花费的时间短、成本低，因此，数控机床改造应用广泛，改造机床是对机床的故障进行诊断、修复，对机床功能进程恢复，对机床外观进行翻新。对于机械部分可进行重装加工，从而极大的增强机床的作业效率及自动化程度。 同时，也可在普通机床上更新先进的数控系统，将这种普通机床改造为NC 机床。 另外，若想在数控机床档次、性能等方面做技术性的突破，也可对其进行改造。

（二） 仿真系统

物理仿真和几何仿真是虚拟制造的基础性技术保障。 现阶段，几何仿真已具备较为成熟完善的软件系统。物理仿真由于建模较难，且切削机理复杂，对其的研究仍待进一步发展。 在虚拟制造中， 对切削过程的研究意义重大。国外有对于切削形成、表面质量、切削力等的研究，国内也有物理仿真加工质量等方面的研究，这些都将会对数控系统未来的发展起到积极的推动作用。

（三） 伺机驱动技术

伺机驱动技术是数控机床中实现工业智能化和智能控制的重要因素之一。 伺机驱动技术的发展以电力电子技术、网络技术、微处理器技术为其发展的基础，因此，伺服驱动技术也成为了数控机床中的核心技术之一，并引起人们的广泛关注。 运用好伺服驱动技术也将成为数控技术智能化发展的重要促动剂。

三、 数控技术新发展

（一） 高速、高精度、高生产效率的发展方向

近些年以来， 高速数控加工逐渐成为国际生产制造业的热门话题，速度和精度作为数控系统的重要技术指标，作为影响产品质量和生产效率的关键，被给予越来越多的关注。 推动数控技术的高速、 高精度发展由此成为数控产业未来发展的基础。 根据最新调查显示， 国外高档数控机床主轴转速高达100000r/min，快进速度高达120m/min， 逐步实现5 轴联动， 极大提高了制造加工效率。 在今后的数控技术发展中， 为了更加有效的提高加工精度，可利用以下措施进行控制，如，将系统最小分辨率提升至0.02μm，或者更高；将传统的伺服系统转变为全数字交流伺服；缩短插补周期；利用先进精确的控制算法，增强伺服系统精度，力争达到零误差跟踪。 通过推动数控技术向高速、高精度的方向发展，我国的制造业也将逐步步入高生产率的发展趋势。

（二） 数控技术PC 化

PC 是现如今国际上最大的计算机产品，其数据处理能力强大，速度较快，利用PC 技术可实现网络通信，达成图形界面。另外，PC 更新换代较为频繁，与计算机发展几近同步，有利于功能扩展或二次开发。 PC 嵌入NC 的系统结构虽具备一定程度的开放性，但是由于系统的传统性所限，用户难以进入数控系统内部核心，加之其复杂的机构和昂贵的价格，使其很难被广泛应用。而NC 嵌入PC 则是一个相对独立的系统，能单独使用，且具有超强的PLC 控制能力，低成本、高可靠性，联网便捷、软件资源丰富，因此其应用较为广泛。

四、 数控技术未来发展趋势

伴随着数控技术的发展进步， 其应用领域已不再局限在传统的制造业中，在一些重要行业中，如汽车、轻工、医疗等也都纷纷融入现代化的数控技术， 并且对这些行业的发展起到了显著的推动作用。 现如今， 数控技术的主流发展方向主要为以下几方面：

（一）开放式发展方向

数控技术的开放式发展可有效促使数控系统更加灵活、柔性、具备适应性、通用性和扩展性，推动网络化和智能化的发展， 使数控设备和数控机床可根据时代发展灵活的进行更新换代。 开放式的数控系统可在不同的平台上有效运行，与其他系统进行相互操作，同时可与用户交互风格，因此，开放式系统具备互操作性、可互换性、可伸缩性等特征。 开放式结构可利用通用微机技术进行声控自动编程， 实现图形扫描自动编程。 极大的提高了系统的可靠性，使数控系统变得更加微型化、小型化；同时，利用其对外开放的软、 硬件资源可推动数控系统实现多品种、多档次，并大大缩短生产周期。

（二）智能化发展方向

随着计算机技术的快速发展， 人工智能技术渗透其中， 数控技术朝向智能化方向发展成为必然。 数控技术的智能化就是借助人工智能技术对制造过程进行全面监控， 并对工作过程及决策进行控制。 实现数控程度编制、 加工过程及故障诊断的智能化。 智能化数控技术主要表现为以下几方面：第一，将自适应控制融入数控系统中，自动测量多种参数，从而实现在保障产品质量的基础上，最大程度的提高生产率，降低生产成本；第二，加入自动编程和人机对话功能；第三，设置故障自动诊断功能；第四，利用模式识别技术，使机器可以自动识别图样，借助声控技术对其行驶语言命令加工。 在计算机技术的迅猛发展下，智能化数控技术将更加系统完善，数控技术智能化也将具备更为广阔的应用前景。

（三） 网络化发展方向

网络化数控技术是近些年国际数控机床博览会的新亮点，是数控技术迈向网络化发展格局的有力手段，网络化数控技术可将各机床联网， 继而对联网机床实现无人化操控和远程控制，有效的满足了制造企业及产品生产线对信息集成的要求，同时是更新制造模式，例如，虚拟企业、全球制造、敏捷制造的基础型单元。 数控技术网络化方向发展便于CN 内部与数字伺服之间及上级主计算机进行通信，便于维修数据的传递，方便与其他工厂的数据交换，实现信息的广泛共享。 另外，制造业可利用互联网络，连接起不同位置、不同制造资源的各制造企业，摆脱产品设计、加工中时间与空间的限制，节约时间，提高生产效率。

（四） 集成化发展方向

目前，利用无缆展宽频谱的通信方式，将通信信号调制成类似噪音的宽频谱， 进行数据和信息的传送。 该通信方式借助无缆连接代替传统陈旧的通信方式，减少了NC 系统中的电缆数目，保密性能极强。

（五） 数字化发展方向

数字化制造， 可利用DNC 技术将通信网络与CNC联系起来，继而联系起各制造企业，形成虚拟化的制造网络。 在计算机网络中，可以将各类信息，将制造过程虚拟化。 但是如何将计算机的信息传输到生产线上， 利用这些信息对生产过程中的机械进行有效控制，并制造出产品，这一过程被称为“数字制造”。 其中，生产核心是CNC ，将生产技术集聚到一起，并与生产信息相连接，成为整个生产过程中的主导力。 因此，NC 也随之变得更为开放。

五、 推动数控技术持续快速发展的策略

在国际数控技术快速发展的形势下， 我国应结合本国国情，确定指导思想，统一发展规划，以科技为支撑、以创新为先导、以营销管理为中心，推动我国的数控技术走上一条持续快速的发展之路。 第一， 国家应重视数控技术的创新发展，加大对数控产业的扶持力度，对数控领域的新技术组织做好立项攻关。 保证数控技术的发展更新始终处于更高的发展层次。 第二，加强技术创新，创新是增强竞争力的主要手段，一味的模仿国外，只会制约本国数控产业的发展。因此，加快创新，自主开发新技术、新产品是数控技术及其产业持续快速发展的基础保障。

结语：

数控技术是制造产业进步发展的技术保障， 影响着社会乃至国家的发展与兴旺。 在新一轮数控技术革新的浪潮中，我们应看清形势，准确把握数控技术的发展现状及未来发展趋势，采取正确的技术革新手段，不断创新、与时俱进， 争取在关键技术上不断取得突破性进展，推动我国数控技术实现跨越式发展，早日赶超世界，使我国成为真正意义上的“制造强国”。

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