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1、数控技术发展历史、现状及趋势摘要：我是机电信息系机械设计制造及其自动化专业的一名学生，机床数控技术是我们这个学期的一门必修课，并且我将来可能从事这方面的工作，为此，我要掌握一些有关数控方面的知识，我会本着认真的态度对待此门课的学习，提高自己的专业知识，接下来我将介绍一下我对数控的发展史、现状以及趋势的一些认识。关键字：发展历史、现状、发展趋势1数控的发展历史数控技术，简称数控（Numerical Control）是指用数字、文字、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。数控一般是指采用通用或专用计算机实现数字程序控制，因此数控也称为计算机数控。1946年诞生了世界上第一台电子
2、计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。6年后，即在1952年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。 1.1数控（NC）阶段（19521970年） 早期计算机的运算速度低，对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路搭成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控（HARD-WIREDNC），简称为数控（NC）。随着元
3、器件的发展，这个阶段历经了三代，即1952年的第一代-电子管；1959年的第二代-晶体管；1965年的第三代-小规模集成电路。 1.2计算机数控（CNC）阶段（1970年现在） 到1970年，通用小型计算机业已出现并成批生产。于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（CNC）阶段到1971年，美国INTEL公司在世界上第一次将计算机的两个最核心的部件-运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称之为微处理器（MICROPROCESSOR），又可称为中央处理单元（简称CPU）。 到1974年微处理器被应用于数控系统。这是因为小型计算机功能太强，控制一台机床能力有
4、富裕，不如采用微处理器经济合理。而且当时的小型机可靠性也不理想。早期的微处理器速度和功能虽还不够高，但可以通过多处理器结构来解决。由于微处理器是通用计算机的核心部件，故仍称为计算机数控。 到了1990年，PC机的性能已发展到很高的阶段，可以满足作为数控系统核心部件的要求。数控系统从此进入了基于PC的阶段。2我国数控机床的现状 我国数控技术起步于20 世纪50 年代经过不断地发展 ，现已基本掌握了现代数控技术，建立了数控开发生产基地，培养了许多数控专业技术人才，初步形成了自己的数控产业。经过半个世纪的发展。产品的性能和可靠性有了较大的提高，并且被用户认可，形成了一定的市场竞争力。但是由于系统的技
5、术含量无法与进口系统相比，只有在低端市场占有一席之地，仍然与国外有一定的差距，存在着一些问题。（1）技术创新成分低，消化吸收能力不足，落后于国外技术水平，特别是在高精尖方面，这造成了无法摆脱对国外技术依赖的状况。（2）技术创新环境不完善，还未形成有利于企业进行技术创新的竞争环境。目前大多数企业尚未建立起有效的技术创新机制，很难取得较高水平的科研成果。（3）大部分数控产品体系结构不开放，用户接口不完善，少数具有开发功能的产品，只停留在研制阶段，这无形中流失了许多资源。（4）功能化部件专业化生产水平较低，产品可靠性不高，市场占有率低，种类覆盖率低，没有形成规模生产。（5）网络化程度不高。我国目前的
6、数控技术网络主要被用于NC 程序的传送，其集成化、网络化水平，和远程故障排除水平有限。3数控技术未来的发展趋势 数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国际民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看,数控设备的发展方向有以下几个方面： 3.1向高速化和高精度化发展 随着数控系统核心处理器性能的进步，目前高速加工中心速度可达80m/min，空运行速度可达100m/min左右。目前世界上许多汽
7、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代替组合机床。美国的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60000r/min。加工一个薄壁飞机零件，只用30min，而同样的零件在一般高速铣床加工需3h，在普通铣床加工许8h；德国DMG公司的双主轴车床的主轴速度及加工速度分别达120000r/mm和1g。随着伺服控制技术和传感器技术的进步，在数控系统的控制下，机床可以执行亚微米级的精确运动。在加工精度方面，近10年来，普通级数控机床的加工精度已由10m提高到5m，精密级加工中心则从
8、35m提高到11.5m，并且超精密加工精度已开始进入纳米级（0.01m）。在可靠性方面，国外数控装置的MTBF值已达6000h以上，伺服系统的MTBF值达到30000h以上，表现出非常高的可靠性。为了实现高速、高精加工，与之配套的功能部件如主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进一步扩大。3.2五轴联动加工和复合加工机床快速发展采用五轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。一般认为，一台五轴联动机床的效率可以等于两台三轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时，五轴联动加工可比三轴联动加工发挥更高的效益。但过去
9、因五轴联动数控系统、主机结构复杂等原因，其价格要比三轴联动数控机床高出数倍，加之编程技术难度较大，制约了五轴联动机床的发展。当前由于电主轴的出现，使得实现五轴联动加工的复合主轴头结构大为简化，其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型五轴联动机床和复合加工机床（含五面加工机床）的发展。 3.3智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势 21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机
10、参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。智能化数字伺服驱动装置可以通过自动识别负载，而自动调整参数，使驱动系统获得最佳的运行。为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。目前许多国家对开放式数控系统进行研究，如美国的NGC、欧共体的OSACA、日本的OSEC，中国的ONC等。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象，形成
11、系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。 网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机，如在EMO2001展中，日本山崎马扎克（Mazak)公司展出的“Cyber
12、Production Center”；日本大隈（Okuma）机床公司展出“IT plaza”；德国西门子(Siemens)公司展出的Open Manufacturing Environment等，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。3.4重视新技术标准、规范的建立 数控标准是制造业信息化发展的一种趋势。为此，国际上正在研究和制定一种新的CNC系统标准ISO14649（STEPNC)，其目的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制，能够描述产品整个生命周期内的统一数据模型，从而实现整个制造过程，乃至各个工业领域产品信息的标准化。STEP-NC的出现可能是数控技术领域的一次革命，对于数控技术的发
13、展乃至整个制造业，将产生深远的影响。首先，STEP-NC提出一种崭新的制造理念，传统的制造理念中，NC加工程序都集中在单个计算机上。而在新标准下，NC程序可以分散在互联网上，这正是数控技术开放式、网络化发展的方向。其次，STEP-NC数控系统还可大大减少加工图纸、加工程序编制时间和加工时间。 目前，欧美国家非常重视STEP-NC的研究，欧洲发起了STEP-NC的IMS计划。参加这项计划的有来自欧洲和日本的20个CAD/CAM/CAPP/CNC用户、厂商和学术机构。美国的STEP Tools公司是全球范围内制造业数据交换软件的开发者，他已经开发了用作数控机床加工信息交换的超级模型，其目标是用统一
14、的规范描述所有加工过程。4结论网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点，数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。面对国外超前的机床数控系统，我们深刻认识到我国在这方面技术的落后，落后是多方面原因造成的，传统思维方式的束缚，中西方价值观的差异，对先进技术概念在理解上的差异，劳动分配机制的伯仲。只有突破这种种的限制与禁锢，以开放与自由的姿态，苦练基础知识，狠抓后备人才的培养，才能够迎接先进技术国家一波波的挑战与掠夺。唯有拥有自主知识产权的CNC系统，才能够制造完全属于中国人的一份自信；唯有拥有
15、国产CNC系统，才能够保有在世界工业制造领域无比富强的一份尊严；唯有掌握国产CNC系统的核心技术，才能更好地培养拥有较高劳动技能的技术工人。让我们为了这个共同的目标，一起奋斗吧！参考文献1 胡占齐，杨莉. 机床数控技术M. 北京：机械工业出版社，2007.2 王立新.浅谈数控技术的发展趋势J. 赤峰学院学报，2007.3 胡占齐，董长双，常兴. Numerical Control Technology. 武汉理工大学出版社，2004.4 董淳. 数控系统技术发展的新趋势J. 可编程控制器与工厂自动化，2006.5 梁训，王宣，周延佑. 机床技术发展的新动向J. 世界制造技术与装备市场，2001. 第 5 页 共 5 页
