吳福貴

（安慶職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，安徽 安慶246003）

數(shù)控技術(shù)以數(shù)字化為基礎(chǔ)，對機(jī)械運(yùn)動、機(jī)床運(yùn)作及整個生產(chǎn)加工過程進(jìn)行智能化控制， 是集機(jī)械制造技術(shù)、現(xiàn)代化自動控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、伺服驅(qū)動技術(shù)、光機(jī)電技術(shù)、傳感器技術(shù)等于一體的制造業(yè)基礎(chǔ)技術(shù)。 數(shù)控技術(shù)是現(xiàn)代制造業(yè)實現(xiàn)自動化控制的關(guān)鍵所在，是現(xiàn)代制造技術(shù)的核心環(huán)節(jié)，是衡量國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。 當(dāng)前，世界各國均采用現(xiàn)代化數(shù)控技術(shù)作為工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，以促進(jìn)制造水平和制造能力的不斷提升， 從而進(jìn)一步增強(qiáng)國際競爭能力，并且發(fā)達(dá)國家還將現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)列為國家重點戰(zhàn)略物資。在此次形式下，我國政府也開始重視起對數(shù)控技術(shù)的開發(fā)研制，并取得了較大的發(fā)展進(jìn)步，例如，例如，基于PC機(jī)的智能化開放式控制系統(tǒng)， 不僅實現(xiàn)了多軸控制，還兼具聯(lián)網(wǎng)進(jìn)線功能。 隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，生產(chǎn)方式不斷變革，數(shù)控技術(shù)出現(xiàn)了諸多新的發(fā)展趨勢，對這些新趨勢進(jìn)行發(fā)展探究，以可持續(xù)發(fā)展為導(dǎo)向，推動我國數(shù)控技術(shù)逐步邁向世界先列。

一、 我國數(shù)控技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

上世紀(jì)五十年代末，我國數(shù)控技術(shù)開始走向初步的封閉式開發(fā)，在社會的進(jìn)步發(fā)展中，數(shù)控技術(shù)由封閉式開發(fā)、經(jīng)過吸收引進(jìn)階段、國產(chǎn)化、產(chǎn)業(yè)化階段，到現(xiàn)如今我國已基本掌握系統(tǒng)化的現(xiàn)代控制技術(shù)，相繼開發(fā)華中、航天、藍(lán)天等多種數(shù)控系統(tǒng)，建立了數(shù)控技術(shù)開發(fā)研究基地，初步形成由我國自主研發(fā)的數(shù)控產(chǎn)業(yè)。 歷經(jīng)半個世紀(jì)的探索與發(fā)展，我國數(shù)控設(shè)備性能、可靠性都有了明顯的提高，并逐漸被社會所認(rèn)可，穩(wěn)步于市場競爭之中。現(xiàn)今，我國的數(shù)控機(jī)床企業(yè)已逐步擁有自己的知識產(chǎn)權(quán)，數(shù)控技術(shù)整體競爭力和綜合實力顯著增強(qiáng)，新產(chǎn)品新技術(shù)研發(fā)勢頭強(qiáng)勁，不僅可滿足國內(nèi)需求，有的還已出口國外。但就數(shù)控機(jī)床擁有量而言，我國雖已近300 萬臺的擁有量穩(wěn)居世界前列， 但是我國的機(jī)床控化率僅為2%左右，而西方工業(yè)國家20%的控化率相比仍存在較大差距。 日本的機(jī)床總數(shù)雖不到80 萬臺，但是制造能力卻高出我國10 倍。 因此，數(shù)控化率低，機(jī)床開動率、利用率低已成為現(xiàn)今我國制造業(yè)中的首要問題。

二、 數(shù)控技術(shù)發(fā)展改進(jìn)對策

社會科技的迅猛發(fā)展， 推動著數(shù)控技術(shù)走向更加科技化、現(xiàn)代化的發(fā)展方向，不斷的改進(jìn)數(shù)控加工設(shè)備，使其更加完善規(guī)范， 是數(shù)控技術(shù)實現(xiàn)科技化發(fā)展的基礎(chǔ)條件。而數(shù)控技術(shù)要想從本質(zhì)上進(jìn)行完善與發(fā)展，就需要對數(shù)控機(jī)床、仿真系統(tǒng)、伺服驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行全方位改進(jìn)，使其適應(yīng)不斷發(fā)展進(jìn)步的數(shù)控技術(shù)， 進(jìn)一步推動數(shù)控技術(shù)走向開放式、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化的發(fā)展道路。

（一） 改造機(jī)床

現(xiàn)代社會經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，現(xiàn)代化進(jìn)程不斷加快，不斷更新發(fā)展的數(shù)控技術(shù)帶動著機(jī)床產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。 基于此背景，數(shù)控機(jī)床改造應(yīng)運(yùn)而生。由于改造機(jī)床所花費(fèi)的時間短、成本低，因此，數(shù)控機(jī)床改造應(yīng)用廣泛，改造機(jī)床是對機(jī)床的故障進(jìn)行診斷、修復(fù)，對機(jī)床功能進(jìn)程恢復(fù)，對機(jī)床外觀進(jìn)行翻新。對于機(jī)械部分可進(jìn)行重裝加工，從而極大的增強(qiáng)機(jī)床的作業(yè)效率及自動化程度。 同時，也可在普通機(jī)床上更新先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)，將這種普通機(jī)床改造為NC 機(jī)床。 另外，若想在數(shù)控機(jī)床檔次、性能等方面做技術(shù)性的突破，也可對其進(jìn)行改造。

（二） 仿真系統(tǒng)

物理仿真和幾何仿真是虛擬制造的基礎(chǔ)性技術(shù)保障。 現(xiàn)階段，幾何仿真已具備較為成熟完善的軟件系統(tǒng)。物理仿真由于建模較難，且切削機(jī)理復(fù)雜，對其的研究仍待進(jìn)一步發(fā)展。 在虛擬制造中， 對切削過程的研究意義重大。國外有對于切削形成、表面質(zhì)量、切削力等的研究，國內(nèi)也有物理仿真加工質(zhì)量等方面的研究，這些都將會對數(shù)控系統(tǒng)未來的發(fā)展起到積極的推動作用。

（三） 伺機(jī)驅(qū)動技術(shù)

伺機(jī)驅(qū)動技術(shù)是數(shù)控機(jī)床中實現(xiàn)工業(yè)智能化和智能控制的重要因素之一。 伺機(jī)驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展以電力電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、微處理器技術(shù)為其發(fā)展的基礎(chǔ)，因此，伺服驅(qū)動技術(shù)也成為了數(shù)控機(jī)床中的核心技術(shù)之一，并引起人們的廣泛關(guān)注。 運(yùn)用好伺服驅(qū)動技術(shù)也將成為數(shù)控技術(shù)智能化發(fā)展的重要促動劑。

三、 數(shù)控技術(shù)新發(fā)展

（一） 高速、高精度、高生產(chǎn)效率的發(fā)展方向

近些年以來， 高速數(shù)控加工逐漸成為國際生產(chǎn)制造業(yè)的熱門話題，速度和精度作為數(shù)控系統(tǒng)的重要技術(shù)指標(biāo)，作為影響產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的關(guān)鍵，被給予越來越多的關(guān)注。 推動數(shù)控技術(shù)的高速、 高精度發(fā)展由此成為數(shù)控產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的基礎(chǔ)。 根據(jù)最新調(diào)查顯示， 國外高檔數(shù)控機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速高達(dá)100000r/min，快進(jìn)速度高達(dá)120m/min， 逐步實現(xiàn)5 軸聯(lián)動， 極大提高了制造加工效率。 在今后的數(shù)控技術(shù)發(fā)展中， 為了更加有效的提高加工精度，可利用以下措施進(jìn)行控制，如，將系統(tǒng)最小分辨率提升至0.02μm，或者更高；將傳統(tǒng)的伺服系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)槿珨?shù)字交流伺服；縮短插補(bǔ)周期；利用先進(jìn)精確的控制算法，增強(qiáng)伺服系統(tǒng)精度，力爭達(dá)到零誤差跟蹤。 通過推動數(shù)控技術(shù)向高速、高精度的方向發(fā)展，我國的制造業(yè)也將逐步步入高生產(chǎn)率的發(fā)展趨勢。

（二） 數(shù)控技術(shù)PC 化

PC 是現(xiàn)如今國際上最大的計算機(jī)產(chǎn)品，其數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)大，速度較快，利用PC 技術(shù)可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信，達(dá)成圖形界面。另外，PC 更新?lián)Q代較為頻繁，與計算機(jī)發(fā)展幾近同步，有利于功能擴(kuò)展或二次開發(fā)。 PC 嵌入NC 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)雖具備一定程度的開放性，但是由于系統(tǒng)的傳統(tǒng)性所限，用戶難以進(jìn)入數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部核心，加之其復(fù)雜的機(jī)構(gòu)和昂貴的價格，使其很難被廣泛應(yīng)用。而NC 嵌入PC 則是一個相對獨(dú)立的系統(tǒng)，能單獨(dú)使用，且具有超強(qiáng)的PLC 控制能力，低成本、高可靠性，聯(lián)網(wǎng)便捷、軟件資源豐富，因此其應(yīng)用較為廣泛。

四、 數(shù)控技術(shù)未來發(fā)展趨勢

伴隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步， 其應(yīng)用領(lǐng)域已不再局限在傳統(tǒng)的制造業(yè)中，在一些重要行業(yè)中，如汽車、輕工、醫(yī)療等也都紛紛融入現(xiàn)代化的數(shù)控技術(shù)， 并且對這些行業(yè)的發(fā)展起到了顯著的推動作用。 現(xiàn)如今， 數(shù)控技術(shù)的主流發(fā)展方向主要為以下幾方面：

（一）開放式發(fā)展方向

數(shù)控技術(shù)的開放式發(fā)展可有效促使數(shù)控系統(tǒng)更加靈活、柔性、具備適應(yīng)性、通用性和擴(kuò)展性，推動網(wǎng)絡(luò)化和智能化的發(fā)展， 使數(shù)控設(shè)備和數(shù)控機(jī)床可根據(jù)時代發(fā)展靈活的進(jìn)行更新?lián)Q代。 開放式的數(shù)控系統(tǒng)可在不同的平臺上有效運(yùn)行，與其他系統(tǒng)進(jìn)行相互操作，同時可與用戶交互風(fēng)格，因此，開放式系統(tǒng)具備互操作性、可互換性、可伸縮性等特征。 開放式結(jié)構(gòu)可利用通用微機(jī)技術(shù)進(jìn)行聲控自動編程， 實現(xiàn)圖形掃描自動編程。 極大的提高了系統(tǒng)的可靠性，使數(shù)控系統(tǒng)變得更加微型化、小型化；同時，利用其對外開放的軟、 硬件資源可推動數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)多品種、多檔次，并大大縮短生產(chǎn)周期。

（二）智能化發(fā)展方向

隨著計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展， 人工智能技術(shù)滲透其中， 數(shù)控技術(shù)朝向智能化方向發(fā)展成為必然。 數(shù)控技術(shù)的智能化就是借助人工智能技術(shù)對制造過程進(jìn)行全面監(jiān)控， 并對工作過程及決策進(jìn)行控制。 實現(xiàn)數(shù)控程度編制、 加工過程及故障診斷的智能化。 智能化數(shù)控技術(shù)主要表現(xiàn)為以下幾方面：第一，將自適應(yīng)控制融入數(shù)控系統(tǒng)中，自動測量多種參數(shù)，從而實現(xiàn)在保障產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)上，最大程度的提高生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本；第二，加入自動編程和人機(jī)對話功能；第三，設(shè)置故障自動診斷功能；第四，利用模式識別技術(shù)，使機(jī)器可以自動識別圖樣，借助聲控技術(shù)對其行駛語言命令加工。 在計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展下，智能化數(shù)控技術(shù)將更加系統(tǒng)完善，數(shù)控技術(shù)智能化也將具備更為廣闊的應(yīng)用前景。

（三） 網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展方向

網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控技術(shù)是近些年國際數(shù)控機(jī)床博覽會的新亮點，是數(shù)控技術(shù)邁向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展格局的有力手段，網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控技術(shù)可將各機(jī)床聯(lián)網(wǎng)， 繼而對聯(lián)網(wǎng)機(jī)床實現(xiàn)無人化操控和遠(yuǎn)程控制，有效的滿足了制造企業(yè)及產(chǎn)品生產(chǎn)線對信息集成的要求，同時是更新制造模式，例如，虛擬企業(yè)、全球制造、敏捷制造的基礎(chǔ)型單元。 數(shù)控技術(shù)網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展便于CN 內(nèi)部與數(shù)字伺服之間及上級主計算機(jī)進(jìn)行通信，便于維修數(shù)據(jù)的傳遞，方便與其他工廠的數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)信息的廣泛共享。 另外，制造業(yè)可利用互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，連接起不同位置、不同制造資源的各制造企業(yè)，擺脫產(chǎn)品設(shè)計、加工中時間與空間的限制，節(jié)約時間，提高生產(chǎn)效率。

（四） 集成化發(fā)展方向

目前，利用無纜展寬頻譜的通信方式，將通信信號調(diào)制成類似噪音的寬頻譜， 進(jìn)行數(shù)據(jù)和信息的傳送。 該通信方式借助無纜連接代替?zhèn)鹘y(tǒng)陳舊的通信方式，減少了NC 系統(tǒng)中的電纜數(shù)目，保密性能極強(qiáng)。

（五） 數(shù)字化發(fā)展方向

數(shù)字化制造， 可利用DNC 技術(shù)將通信網(wǎng)絡(luò)與CNC聯(lián)系起來，繼而聯(lián)系起各制造企業(yè)，形成虛擬化的制造網(wǎng)絡(luò)。 在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，可以將各類信息，將制造過程虛擬化。 但是如何將計算機(jī)的信息傳輸?shù)缴a(chǎn)線上， 利用這些信息對生產(chǎn)過程中的機(jī)械進(jìn)行有效控制，并制造出產(chǎn)品，這一過程被稱為“數(shù)字制造”。 其中，生產(chǎn)核心是CNC ，將生產(chǎn)技術(shù)集聚到一起，并與生產(chǎn)信息相連接，成為整個生產(chǎn)過程中的主導(dǎo)力。 因此，NC 也隨之變得更為開放。

五、 推動數(shù)控技術(shù)持續(xù)快速發(fā)展的策略

在國際數(shù)控技術(shù)快速發(fā)展的形勢下， 我國應(yīng)結(jié)合本國國情，確定指導(dǎo)思想，統(tǒng)一發(fā)展規(guī)劃，以科技為支撐、以創(chuàng)新為先導(dǎo)、以營銷管理為中心，推動我國的數(shù)控技術(shù)走上一條持續(xù)快速的發(fā)展之路。 第一， 國家應(yīng)重視數(shù)控技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，加大對數(shù)控產(chǎn)業(yè)的扶持力度，對數(shù)控領(lǐng)域的新技術(shù)組織做好立項攻關(guān)。 保證數(shù)控技術(shù)的發(fā)展更新始終處于更高的發(fā)展層次。 第二，加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，創(chuàng)新是增強(qiáng)競爭力的主要手段，一味的模仿國外，只會制約本國數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，加快創(chuàng)新，自主開發(fā)新技術(shù)、新產(chǎn)品是數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)持續(xù)快速發(fā)展的基礎(chǔ)保障。

結(jié)語：

數(shù)控技術(shù)是制造產(chǎn)業(yè)進(jìn)步發(fā)展的技術(shù)保障， 影響著社會乃至國家的發(fā)展與興旺。 在新一輪數(shù)控技術(shù)革新的浪潮中，我們應(yīng)看清形勢，準(zhǔn)確把握數(shù)控技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢，采取正確的技術(shù)革新手段，不斷創(chuàng)新、與時俱進(jìn)， 爭取在關(guān)鍵技術(shù)上不斷取得突破性進(jìn)展，推動我國數(shù)控技術(shù)實現(xiàn)跨越式發(fā)展，早日趕超世界，使我國成為真正意義上的“制造強(qiáng)國”。

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