数控技术发展现状及发展趋势

2019-09-28

摘要：本⽂介绍了数控技术在我国⽬前的发展现状及今后数控技术的发展趋势。我国数控技术实际上起步较早，但由于多种原因，现在我国数控技术虽然较以前取得了巨⼤进步，但横向来看相⽐发达国家的数控技术差距还是很⼤。当今世界的数控技术发展趋势是朝着⾼速、⾼精、智能化、⽹络化、柔性化、绿⾊环保等⽅向发展。今后我国数控技术要想取得长⾜进步，必须就要在这些⽅⾯寻求突破。

关键词：数控技术;⾼速切削;五轴联动;智能化引⾔

数控技术英⽂简称CNC，它是通过计算机以及数字化技术来实现对机床运转的有效控制，以确保研发出⼀种加⼯过程智能化、⾃动化的制造技术。数控技术集信息处理、⾃动控制、微电⼦、⾃动检测、计算机等于⼀体的⾼新技术，具备⾼效率、⾼精度、柔性⾃动化等优势。数控技术的应⽤主要体现在数控机床上。当前利⽤数控机床可以加⼯出⾮常复杂的零件，⽽且加⼯出的零件精度⾼、质量稳定。并且由于数控机床进⾏的是⾃动化⽣产，这对提⾼⽣产效率，降低⼯⼈劳动强度也产⽣了⾮常重⼤的影响。因此当今世界各发达国家都在努⼒发展以数控技术为核⼼的先进制造技术，以期能进⼀步发展经济、提⾼综合国⼒。

1国内数控技术发展现状

如今，随着我国技术创新的不断推进，我国对数控系统、数控主机、伺服驱动、专机及其配套件等基础技术已经基本上掌握，并且创⽴了⼀批从事数控开发和⽣产制造的企业，建⽴了许多从事数控技术研究的研究机构，⽽且在许多⼤中院校开办了数控专业，为社会培养了⼀批优秀的数控专业⼈才，对于推动我国数控技术的发展⾄关重要。⽬前，在数控领域我国部分企业已经初具规模，如航天数控、沈阳数控、⼴州数控、华中数控等，上述企业所⽣产的数控系统具备普及型、经济型、实效性等特点。同时我国研发的数控产品的质量和性能对⽐以前，已有了很⼤的提⾼。这些产品⽬前在国内已逐步得到⽤户认可，并且有些已在国内站稳了脚跟，不少还出⼝到了国外，当然只能是出⼝到⼀些⽋发达地区和国家，但这依然说明我国的数控技术已取得了长⾜进步。下⾯介绍⼀些近些年来，我国相关企业⽣产的⼀些较具特⾊的⾼品质数控产品：（1）华中数控研发出的华中“世纪星”数控系统要远远超过国外普及型数控系统，尤其是在功能和配置⽅⾯。同时，该企业⽣产的三维图形显⽰、⼤容量程序内存、开放体系结构、动态仿真、⽹络功能、TET彩⾊薄形显⽰器、多轴联动、双向螺距补偿等配置⽅⾯所具备的⽔平均达到了国外⾼档系统的⽔平。⽽且华中数控的数控系统要⽐国外同类型的便宜很多，⽐如其五轴CNC单价要⽐同类型西⽅⽣产的单价便宜四分之⼀。（2）⼴州数控研发出的GSK983M系统属于中⾼档数控系统，其能够实现5轴4联动，最⾼加⼯精度达1um，移动速度可以达到24m/min,可实现⾼精度⾼速度闭环加⼯。同时GSK983M系统还能够实现12种固定循环，坐标旋转，空间螺旋线插补等等功能。这种数控系统还可实现DNC加⼯，并具备相关参数和程序的传输功能，实现了对对机床的调整和加⼯程序的备份。这套数控系统还具有加⼯稳定性⾼的特点，其已被国内绝⼤多数机床⼚家认可。（3）武汉重型机床⼚研发出的重型七轴五联动车铣复合机床，最⼤加⼯直径8000mm，最⼤加⼯⾼度2000mm，最⼤承重100t。其还具备在线测量、五轴联动车铣复合加⼯等功能。这台机床是我国⾸台⾃⾏研制的⼤型螺旋桨数控五轴联动加⼯机床，其已达到当代国际先进⽔平。当它加⼯螺旋桨时，⼀次装夹，就能完成所有⼯序的加⼯。2我国数控技术发展存在的主要问题

通过对数控机床的发展历程进⾏分析发现，虽然我国数控技术取得了较快的发展，但是与国外发达国家相⽐，还存在着较⼤的差距。尤其是在⾼精尖数控技术⽅⾯，差距更加明显。总的来说，我国数控技术的发展⽔平与国外相⽐的话⾄少落后10年。具体问题如下：2.1技术创新⼒度不够，技术消化吸收不良如今，我国数控技术还在照抄国外的发展模式，⼤部分内容缺乏创新，⽽且对国外的技术依赖性很强，很多⽅⾯只能模仿、改进，⼀旦出现问题很多时候不能⾃⼰解决，必须要请别国的专家来解决，这在很⼤程度上制约了我国数控技术的发展。总的来说没有形成⾃主创新能⼒。当前我国把引进国外先进的数控技术作为发展我国数控技术的⼀条捷径，虽然⽬前引进了很多国外的先进数控装备，但要从根本上提⾼我国数控技术的⽔平，就必须要对别⼈的技术进⾏充分研究，只有在此基础上才能消化吸收别⼈技术，把别⼈的变成⾃⼰的。但我国⽬前的情况是，很多情况下为了追求效率，只能是在没有充分消化的情况下求发展，结果是⽣产出的产品技术含量较低、质量不⾼、稳定性差。最终结果是：没有强⼤的技术根基，最后只能越来越依赖国外的技术。2.2技术创新环境不完善任何事物的出现都离不开环境，技术创新也⼀样。⽬前我国还未形成⼀套适合我国发展的技术创新环境。主要原因是因为我国经济发展还没有充分的市场化，市场机制不完善，⼀些结构性的深层次⽭盾还没有彻底解决，企业发展往往⾯临法制不健全、竞争不平等等⼀系列问题；另⼀⽅⾯我国相关企业也⾯临国外同⾏的巨⼤压⼒。所以种种原因最后使得很多企业为了能⽣存，只能在⼀定程度上牺牲掉技术创新机制。⽽且⼤部分企业的技术创新机制长时间处于停滞状态，因此⽆法获得更好的技术成果。2.3数控系统稳定性可、靠性有待提⾼通常情况下，⼀般会选择平均⽆故障时间来衡量数控技术的可靠性。国外数控技术平均⽆故障时间⼀般超过了10000h以上，⽽国内数控技术⼀般在3000~6000⼩时，由此可见我国数控系统在可靠性上与国外的相⽐差距也很⼤。2.4机床数控化率低⽬前我国是世界上拥有机床量最多的国家（统计发现接近300万台），但是机床数控化率只有1.9%左右，与西⽅发达国家的20%还存在着较⼤的差距。例如⽇本不到80万台的数控机床，其数控化率却达到了20%。数控率低已经成为我国现阶段制造业⾯临的很突出的问题。2.5数控体系开放⼒度不够⽬前，我国⼤部分企业⽣产的数控产品开放⼒度不够，⽤户接⼝不完善，虽然部分产品具有开放功能，但是⽆法形成真正的开放式系统。使⽤这些产品时，⽤户⽆法根据⾃⼰经验来进⾏操作，从⽽导致对数控技术的创新⽆法有效的进⾏。

3我国数控技术的发展趋势

3.1向⾼精度、⾼速度⽅向发展数控技术⽇后发展的基本⽅向是⾼速切削加⼯技术，因为⾼速切削加⼯可以在改善⼯件加⼯质量的同时，进⼀步提⾼⽣产效率。在实际操作过程中，操作⼈员发现如果将切削速度提⾼10倍，将会使其进给速度提⾼20倍，达到超过了传统的切削禁区，会诱发切削机理的改变，从⽽使⾦属切削单位功率提升30%~40%，⼑具寿命提⾼了70%，但是切削⼒会下降30%。该过程还会导致留在⼯件上的切削温度不升反降，切削热⼤幅度降低，切削振动消失。但要实现⾼速切削加⼯，机床上⾯相关的⼀些功能部件也必须要达到⼀定要求，⽐如：⼯作台最⾼进给速度应该控制在40~60m/min，主轴转速最好控制在12000~40000r/min，此外主轴还要求要稳定性好，刚度好，冷却效果好。随着今后制造业对产品的精度要求越来越⾼，实现⾼精度的加⼯也是数控机床今后发展的重要⽅向。在数控机床⾼精度加⼯中，美国拥有者最好的加⼯⽔平，其不仅推动了中⼩型精密机床的发展，⽽且在⼤型精密机床的发展上也取得了不错的成绩，这些装备的出现使得数控机床的加⼯精度越来越⾼。近些年来，我国⼀直在研发超精密机床，例如北京机床研究成功研发了JCS-031型超精密铣床、JCS-027型超精密车床和JCS-035型数控超精密车床等。3.2向五轴联动加⼯发展五轴联动加⼯是未来数控技术的发展⽅向。因为现已证明如果对拥有三维曲⾯的复杂零件选择5轴联动进⾏加⼯，不仅能够使加⼯后的⼯件符合使⽤要求，⽽且还能提⾼⽣产效率。总的来说，5轴联动的数控机床的⽣产效率与2台3轴联动数控机床的⽣产效率相当，尤其是选择⽴⽅氮化硼制成的铣⼑进⾏零件切割和加⼯时，5轴联动加⼯所获得的经济效益要⾼于3轴联动加⼯。但是由于5轴联动数控机床的主机结构、数控系统等极为复杂，从⽽使其购买价格明显⾼于3轴联动数控机床，再加上对5轴联动的数控系统具有较⼤的编程难度，从⽽在⼀定程度上制约了5轴联动数控机床的发展。如今，我国数控技术的软、硬件系统得到了有效的改进，这使得五轴联动数控机床的制造难度和成本⼤幅度降低了，这促进了5轴联动数控机床的发展。因此5轴联动数控机床是未来数控技术发展的主要⽅向。3.3向开放式、智能化、⽹络化⽅向发展智能化⼀定是21世纪数控装备的主要特点之⼀，也⼀定是我国在数控技术⽅⾯重点发展的领域。具体来说，智能化将体现在以下⼏个⽅⾯：（1）为提供加⼯品质和加⼯效率时的智能化，例如⼯艺参数⾃动⽣成、加⼯过程⾃适应控制需要智能化；（2）提⾼连接⽅便及驱动性能时的智能化，例如电机参数的⾃适应运算、前馈控制、⾃动选定模型、⾃动识别负载时等均需⽤到智能化；（3）在简化操作、简化编程⽅⾯时的智能化，例如智能化的⼈机界⾯、智能化的⾃动编程等。⽬前世界⼤部分国家开始对开放式数控系统进⾏研发，主要是由于开放式数控系统可以有效解决传统数控系统运⾏过程中所存在的封闭性缺陷，开放化的数控系统逐渐成为数控技术未来发展的主要⽅向。这⾥所提及的开放式数控系统主要是指各个系统的运⾏能够在统⼀的平台上进⾏，并借助增加、改变或剪裁结构对象，来使产品系统化。与此同时，其还能够把⽤户的技术诀窍和特殊应⽤集成到数控系统之中，从⽽有效的实现不同档次、不同品种的开放式数控系统，推动我国数控技术的发展。⽹络化是最近⼏年发展起来的数控装备。数控装备的⽹络化可以更好的满⾜制造系统、⽣产线、制造企业的发展需求，同时为虚拟企业、敏捷制造、全球制造等提供全新的基础单元。3.4向柔性化⽅向发展数控系统的柔性化也是今后数控技术的发展⽅向，其发展⽅向将体现在以下⼏个⽅⾯：（1）发展多功能机床。⽬前数控机床在加⼯零件的过程中，存在着对时间的⼤量浪费的问题，⽐如说在⼯件搬运、上下料、安装调整、换⼑上会浪费⼤量时间。为了尽可能的利⽤好时间，⼈类尝试将各种功能的加⼯环节整合到同⼀台机床上，这样的加⼯过程中将会在很⼤程度上节省时间，提⾼加⼯效率。⽬前多功能机床发展速度很快，这种机床可以在今后实现数控加⼯的柔性化。（2）模块化设计。今后数控系统会逐渐朝着模块化的⽅向发展，由于借助模块化设计具有可裁剪性强，功能覆盖⾯⼤等功能，⽽且可以更好的满⾜不同⽤户的需求。因此今后采⽤模块化设计的数控系统可以有效的实现加⼯过程的柔性化。（3）群控系统。由于同⼀群控系统可以根据其⽣产过程中的不同，⽽使信息流和物料流进⾏⾃动动态的调整，从⽽能实现制造过程的柔性化。3.5向绿⾊环保⽅向发展虽然当前⼈类⼯业⾼速发展，但也造成了⼀系列的环境污染问题，并且这些问题在近些年来越来越突出。所以使得⽬前⼈们的环境保护意识越来越强，对⽣活品质的要求越来越⾼。⽽制造业对环境的污染可以说是相当突出，并且数控加⼯在制造业中是最重要的⼀环，所以今后就要求数控加⼯要越来越环保。在这种情况下，装备制造⾏业对数控机床提出了⽆润滑液、⽆冷却液、⽆⽓味的环保要求。这样⼀来使机床的除尘、排屑等设备发⽣了翻天覆地的变化。因此数控机床今后的发展⽅向会朝着越来越环保的⽅向发展。4⼩结

本⽂对我国数控技术的发展现状给予了系统的介绍。从中我们可以发现我国数控技术的发展已取得了很⼤进步，但要跟上数控技术的发展趋势，尤其是能制造出有⾃⼰特⾊的⾼品质数控装备，依然有很长的路要⾛。⼀个国家强不强⼤，关键在于实体经济，⽽实体经济的强⼤⼜取决于制造业发不发达，⽽数控技术是衡量制造业发不发达的⼀个很重要的环节。所以今后我国要想成为真正的经济强国，就必须要⼤⼒发展与数控技术。参考⽂献：

[1]陈成.实现⾼速数控加⼯关键技术的研究[J].机械⼯程与⾃动化，2007,9(04):146-148.[2]邹庆华.数控⾼效加⼯理论研究[J].机电产品开发与创新，2010,14(01):167-169.[3]中国机床⼯具⼯业协会.CIMT2011展品预览[J].制造技术与机床，2011,30(03):8-15.作者：宋韬 单位：张家界航空⼯业职业技术学院

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