浅析数控机床的发展进程及趋势

党欢

摘要：文章主要以数控机床为研究对象，结合数控机床的发展进程，明确国内数控机床的发展历史。并在此基础上，结合国内数控机床的发展现状，指出国内数控机床存在的不良问题。根据具体不良问题，提出适合我国数控机床的发展策略，确定我国数控机床的发展趋势，仅供参考。

关键词：数控机床；发展进程；发展策略；发展趋势

自上世纪末以来，我国制造业逐步迈入制造大国方向发展。其中，以机床制造为主的行业代表，呈现出突飞猛进的发展状态。从某种程度上来说，机床属于先进制造技术与制造信息的集成产物，不仅可以体现出先进生产力，又可以集中体现出商品属性，具有重要的制造意义。近些年来，国内数控机床与机床工具在性能、精度与速度方面基本上实现了智能化效果，有效解决了以往人工操作存在的不足问题。

1 数控机床的发展进程分析

追溯到上世纪50年代，国际数控机床主要历经数控NC与计算机数控CNC两个主体阶段。其中，数控NC阶段可以根据数控系统类型的不同，分为3个数控系统发展阶段。第1代数控系统主要源于上世纪50年代初期，系统组成结构主要以电子管元件为主、在运算方法方面主要以逻辑运算为主、在控制方法方面主要以硬件电路控制为主[1]。第2代数控系统主要以晶体管元件与印刷电路板为主，在原有基础上进一步优化了逻辑运算功能。第3代数控系统在功能方面，主要结合小规模集成电路，目的在于降低数控系统体积、功耗程度等，基本上有效推进了数控系统的全面发展。

计算机数控CNC阶段也可根据数控系统功能的不同，分为3个数控系统发展阶段。一般来说，计算机数控CNC阶段主要根据数控NC阶段的发展特点进行进一步完善与优化。因此，我们可以将计算机数控CNC阶段的发展视为数控CN的进一步发展。第4代数控系统源于上世纪70年代，系统结合CNC技术内容，实现数控机床的计算机控制功能。第5代数控系统在原有的基础上，利用新兴的大规模集成电路技术，实现微处理器芯片的广泛应用[2]。第6代数控系统受到计算机技术的发展影响，逐渐朝向以PC为基础，实现智能化、自动化的运行功能发展。

2 数控机床的主要结构及功能分析

一般来说，数控机床得以实现创新发展，基本上需要对其内部组成结构进行合理优化与创新。本文主要集中介绍数控机床中的进给伺服系统、机械传动系统的主要功能与发展情况，目的在于为数控机床提供良好的发展导向。

2.1 进给伺服系统

所谓的进给伺服系统主要是指以运动部件的位置及速度等因素作为可控量，实现系统自动化运行的控制装置。在运行功能方面属于机电一体化系统，基本上是由位置控制单元、速度控制单元、检测与反馈单元等共同协调形成的一体化系统。目前，我们可以根据系统电动机应用特性的不同，能够将进给伺服系统分为步进伺服系统、直流伺服系统、交流伺服系统及直线伺服系统四种形式[3]。

结合实践经验来看，传统步进伺服系统主要是以步进电动机驱动形式为主，实现开环控制功能。然而，介于步进伺服系统不存在检测功能，导致系统运行精度始终处于较低状态。且经过长时间运行之后，系统很容易出现“转不动”等问题。而直流伺服系统虽然在步进伺服系统的基础上进行了多次调整，但是在实际应用过程中，仍无法避免维护工作量大的问题，长时间运行比较容易出现隐患问题。

交流伺服系统的出现有效攻克了传统直流电动机的不足，以高精度、高性能的伺服驱动特点逐渐成为数控机床领域的技术重点。然而，介于交流电机强耦合、非线性的特点，实际控制管理要比以往难得多。直流伺服系统永磁同步直线电机的出现与广泛应用基本上解决了上述问题，并将 PMLSM应用于直流伺服系统当中。但是需要注意的是，直流伺服系统在正式应用过程中，往往会受到运行条件的限制，而出现负载扰动情况，影响数控机床的正常运行[4]。

2.2 机械传动系统

所谓的机械传动系统主要是由数控机床的主传动系统、进给运动系统等传动系统组成。结合实践经验来看，数控机床机械传动系统的主要功能在于满足不同数控加工需求，并根据主轴切削速度的不同，分别作用于各个运行设置当中，确保生产过程的科学、合理。

3 数控机床的发展趋势分析

随着制造业的不断发展，国内对于数控机床的精度、速度等方面要求愈加严格。且随着数控机床应用规模的不断扩大，生产加工方式必须实现进一步优化。针对于此，数控机床行业必须立足于当前发展现状，朝向高精度化、智能化、网络化等方向驶进[5]。

3.1 高精度化

一臺机床的重复定位精度必须达到ISO标准才能够实现正常运行功能。随着时代的不断进步，满足ISO标准的机床难以满足当前生产需求。唯有不断提高机床的重复定位精度，才能够实现高精度化要求。结合当前来看，CAM系统的不断发展为机床重复定位高精度的有效实现提供了可能，甚至可以达到微米级。

3.2 控制智能化

人工智能基本上已经渗透于各个领域当中，尤其对于制造业而言。目前，结合人工智能的控制功能，基本上可以加强数控机床的学习控制、自适应控制功能，并为自我诊断、故障监控等功能的有效实现提供可能。

3.3 信息网络化

面对激烈的市场竞争，制造行业唯有不断结合时代技术要求，才能够确保数控机床的应用性能。其中，实现信息网络化是确保数控机床加强联网通讯功能的主要保障，不仅可以实现网络资源共享功能，同时还可以实现在线监控等多方位功能，必须予以重点加强[6]。

4结论

结合目前来看，多数国家针对开放式数控系统进行了全面研究，并将实现数控系统开放化视为数控系统的未来发展趋势。所谓的开放式数控系统主要是指基于统一运行平台上，通过利用增加、改变数控功能的方法，形成系列化运行特征，迅速实现不同品种开放式数控系统的运行功能，形成具备创新化、鲜明化的数控产品。与此同时，实现数控装备网络化逐渐会成为生产线、制造系统的主要技术条件，并也会成为虚拟企业、敏捷制造等行业的基础技术条件。可以说，国内数控机床基本上会朝向数字化、网络化、自动化的方向发展，让我们拭目以待！

参考文献：

[1]王勃，杜宝瑞，王碧玲. 智能数控机床及其技术体系框架[J]. 航空制造技术，2016（09）：55-61.

[2]蒲卫华. 浅析数控机床的发展进程及趋势[J]. 四川劳动保障，2016（S1）：160-164.

[3]郭静. 我国数控机床的发展趋势与对策[J]. 时代农机，2017，44（08）：26-27.

[4]吴连连，黄爱华. 浅谈我国数控机床的现状与发展趋势[J]. 机械管理开发，2013（03）：115-116+118.

（作者单位：中信戴卡股份有限公司）