机械电子工程技术的发展趋势与创新实践能力研究

吴兆庭

摘要：介绍数控技术的发展趋势及我国数控装备技术发展和产业化的现状，在此基础上讨论了我国发展数控技术的重要性和发展我国数控技术的几点看法。

关键词：数控技术;数控装备;创新实践;发展趋势;

引言：

数控技术（Numerical Control，NC）是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现。

一、我国数控技术及其产业发展的趋势

我国数控技术起步于1958年，在“九五”末期，国产数控的国内市场占有率达50%，配国产数控系统（普及型）也达到了10%。纵观我国数控技术近50年的发展历程，特别是经过4个5年计划的攻矣，总体来看取得了很好成绩。1908年，穿孔的金属薄片互换式数据载体问世;19世纪末，以纸为数据载体并具有辅助功能的控制系统被发明;1938年，香农在美国麻省理工学院进行了数据快速运算和传输，奠定了现代计算机，包括计算机数字控制系统的基础。数控技术是与机床控制密切结合发展起来的。1952年，第一台数控机床问世，成为世界机械工业史上一件划时代的事件，推动了自动化的发展。

现在，数控技术也叫计算机数控技术（Computer Numerical Control），目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术。这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入数据的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计算机软件来完成。数控技术是制造业信息化的重要组成部分。

数控装备是指应用数控技术对工作机械的工作过程进行控制的装备。它是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴产业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备，其技术范围覆盖很多领域：（1）机械制造技术;（2）信息处理、加工、传输技术;（3）自动控制技术;（4）伺服驱动技术;（5）传感器技术;（6）软件技术等。其特点是高精度、高效率、高柔性和高超的信息处理和传输能力。

数控设备包括：车、铣、加工中心、镗、磨、冲压、电加工以及各类专机，形成庞大的数控制造设备家族，每年全世界的产量有10～20万台，产值上百亿美元。数控技术应用最早、最成功的应用行业是制造业，现在数控技术的已广泛应用于国民经济各行业（如轻工、农业、能源、交通、材料、医疗、环保、信息、国防工业等）的生产装备和成套技术装备。例如制造行业（工业机器人等）、医疗诊断治疗设备（CT机、γ刀治疗机的等）、电子制造行业（键合机、光刻机的等）、轻工行业（多色印刷机、木工机械等）都是各行业典型的数控装备。

二、高速、高精加工技术及装备的新趋势

效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一，国际生产工程学会（CIRP）将其确定为21世纪的中心研究方向之一。

在轿车工业领域，年产30万辆的生产节拍是40秒/辆，而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一;在航空和宇航工业领域，其加工的零部件多为薄壁和薄筋，刚度很差，材料为铝或铝合金，只有在高切削速度和切削力很小的情况下，才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料"掏空"的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装，使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。

从EMO2001展会情况来看，高速加工中心进给速度可达80m/min，甚至更高，空运行速度可达100m/min左右。目前世界上许多汽车厂，包括我国的上海通用汽车公司，已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国CINCINNATI公司的HyperMach机床进给速度最大达60m/min，快速为100m/min，加速度达2g，主轴转速已达60 000r/min。加工一薄壁飞机零件，只用30min，而同样的零件在一般高速铣床加工需3h，在普通铣床加工需8h;德国DMG公司的双主轴车床的主轴速度及加速度分别达12*！000r/mm和1g。

数控机床作为装备制造业的核心技术应用，是现代制造业的关键设备，对制造业提高加工质量和效率有着重要的意义。一个国家数控机床的产量和技术水平在某种程度上代表了这个国家制造业技术水平和竞争力，所以装备制造业已成为国家或地区科技水平和综合实力的体现。为此，国家“十一五”规划也提出了重点发展智能化装备，即数控装备，以提高我国制造业的综合竞争能力。

当前，我国社会经济飞速发展使得中国制造技术正在发生日新月异的变化。但是，中国目前只是非创新产品的制造大国，靠劳动力、价格、资源和非竞争性的比较优势，在低端产品上世界上占有一席之地。中国的制造业一定要掌握现今的数控技术应用，实现从低端到高端，从初级产品加工到高精尖产品实现，实现从中国制造到中国创造，从制造大国到制造强国的转变。

以国家的战略需求和国民经济的市场需求为导向，以提高我国装备制造业综合竞争能力和产业化水平为目标，用系统的方法，选择能够主导21世纪初期我国装备制造业发展升级的关键技术以及支持产业话发展的支撑技术、配套技术作为研究开发内容，實现装备制造的跨越式发展。强调市场需求为导向，即以数控终端产品为主，以整机（如量大面广的数控车床、铣床、高速高精高性能数控机床、典型数字化机械、重点行业关键设备等）带动数控产业的发展。重点解决数控系统和相关功能部件（数字化伺服系统与电机、高速电主轴系统和新型装备的附件等）的可靠性和生产规模问题。没有规模就不会有可靠性的产品;没有规模就不会有价格低廉而富有竞争力的产品;当然，没有规模中国的数控装备最终难以有出头之日。最后在数控技术研发方面，要强调产、学、研以及强调创新，强调研究开发具有自主知识产权的技术和产品，最终与用户的紧密结合。从而为我国数控产业乃至整个制造业的可持续发展奠定基础。

参考文献：

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【2】 杨皖苏·严鸿和·加入WTO后我国数控产业发展的战略思路及对策[J]·组合机床与自动化加工技术，2002（10）·

【3】 张承瑞·刘日良·STEP-NC新一代机床控制器[J]·组合机床与自动化加工技术·2002（12）·