圍繞質量、效率和工藝變革的要求，我國機械制造工藝裝備——主要是數控設備在技術層面發生了深刻的變化。數控機床功能(neng)不(bu)斷(duan)豐富，采用了工序、工藝集(ji)中化(hua)和復合(he)化(hua)技(ji)術(shu)；機床在(zai)結構(gou)布(bu)局和新(xin)材料應用方面都(dou)有了新(xin)發展(zhan)(zhan)；數控技(ji)術(shu)在(zai)開放化(hua)、智(zhi)能(neng)化(hua)、網絡(luo)化(hua)、高(gao)速高(gao)精化(hua)方面取得了新(xin)發展(zhan)(zhan)。其目的都(dou)是為了提高(gao)生產效(xiao)率，提高(gao)精度，保證(zheng)質量和實現效(xiao)益最大化(hua)。

　　   不斷追求高質(zhi)量和(he)(he)高效率是(shi)機(ji)械制造業研(yan)究的(de)(de)永恒主(zhu)題(ti)和(he)(he)目標(biao)，是(shi)促進其工藝裝備發展的(de)(de)源(yuan)動力。工藝要求和(he)(he)變革是(shi)機(ji)械制造工藝裝備技術發展創新(xin)和(he)(he)變革的(de)(de)根據(ju)和(he)(he)基礎。

      國產數(shu)控(kong)(kong)機床(chuang)走過(guo)了50年發(fa)(fa)展的(de)漫長歷程，在近10年來得(de)到了較(jiao)快發(fa)(fa)展，特別是(shi)得(de)到了政府的(de)重(zhong)視，設立了重(zhong)大技術攻關專(zhuan)項，有效地促進(jin)了數(shu)控(kong)(kong)機床(chuang)的(de)發(fa)(fa)展。

　　  目前，國產(chan)數(shu)控(kong)機(ji)(ji)床(chuang)可(ke)供品種達1500多種，覆蓋了(le)數(shu)控(kong)金(jin)屬切削(xue)機(ji)(ji)床(chuang)、數(shu)控(kong)板材加(jia)工機(ji)(ji)床(chuang)(數(shu)控(kong)沖壓機(ji)(ji)床(chuang)、數(shu)控(kong)激光加(jia)工機(ji)(ji)床(chuang)、火焰切割機(ji)(ji)床(chuang)等(deng))、數(shu)控(kong)電加(jia)工機(ji)(ji)床(chuang)、工業機(ji)(ji)器人、三坐標(biao)測量(liang)機(ji)(ji)等(deng)，種類(lei)基本齊全(quan)。2010年數(shu)控(kong)金(jin)屬切削(xue)機(ji)(ji)床(chuang)保有量(liang)約為150萬(wan)(wan)臺(其中(zhong)進口(kou)超(chao)過40萬(wan)(wan)臺)，僅(jin)金(jin)屬切削(xue)機(ji)(ji)床(chuang)的(de)年產(chan)量(liang)就超(chao)過了(le)16萬(wan)(wan)臺、2011年1~10月份累計達到21.8萬(wan)(wan)臺、全(quan)年可(ke)達到25萬(wan)(wan)臺左(zuo)右(you)。國產(chan)品牌(pai)數(shu)控(kong)機(ji)(ji)床(chuang)的(de)數(shu)量(liang)和價值占(zhan)國內市場50%以上。在代表先進技(ji)術(shu)水平的(de)五軸聯動和復合加(jia)工中(zhong)心、數(shu)控(kong)系統和其他配套技(ji)術(shu)產(chan)品方面也都取得了(le)新進展(zhan)。本文(wen)主要(yao)圍繞數(shu)控(kong)技(ji)術(shu)發展(zhan)與差距展(zhan)開討論。

　　  追(zhui)求(qiu)高生產率

　　  為了追求機械制造的高生產率，促進數(shu)控設備向加(jia)工(gong)復(fu)合(he)化(工(gong)序復(fu)合(he)和工(gong)藝(yi)復(fu)合(he))、高速(su)化、智能化、網絡化、工(gong)藝(yi)參數(shu)優化方向發展。

　　  1復合化

　　  數控機床(chuang)復(fu)合(he)加工，主要指工序集中化、復(fu)合(he)化和工藝復(fu)合(he)化。

　　  1.1工序(xu)集中化、復合化

　　  自(zi)從(cong)20世紀70年(nian)代末(mo)，隨著三(san)聯(lian)動(dong)加(jia)工(gong)(gong)(gong)中(zhong)(zhong)心開(kai)始(shi)用于(yu)機(ji)(ji)(ji)械(xie)制(zhi)(zhi)造(zao)，開(kai)始(shi)進入機(ji)(ji)(ji)械(xie)加(jia)工(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)序(xu)集中(zhong)(zhong)化時代。20世紀80年(nian)代，我國自(zi)制(zhi)(zhi)的三(san)聯(lian)動(dong)加(jia)工(gong)(gong)(gong)中(zhong)(zhong)心也開(kai)始(shi)在機(ji)(ji)(ji)械(xie)制(zhi)(zhi)造(zao)中(zhong)(zhong)得到(dao)應(ying)用，主要是用于(yu)箱體件和模具加(jia)工(gong)(gong)(gong)。在一次裝卡中(zhong)(zhong)就可以實現鏜(tang)、銑、鉆、攻絲等多道工(gong)(gong)(gong)序(xu)，提高了加(jia)工(gong)(gong)(gong)效率和精度。

　　  2000~2011年是我國數控機床發展最快的時期。在此期間，自主開發了五軸聯動加工中心、車銑復合加工中心、車銑磨復合加工中心和磨削復合加工(gong)中(zhong)心等。有(you)的國內(nei)制造廠商(shang)已經能夠提供五軸聯(lian)(lian)動和多軸聯(lian)(lian)動復合加工(gong)中(zhong)心等，但(dan)有(you)一(yi)些是(shi)屬(shu)于重大(da)專(zhuan)項攻關(guan)產品(pin)，有(you)待進一(yi)步商(shang)品(pin)化和產業化。

　　  1.1.1五軸聯動(dong)加工(gong)中心

　　  國內生(sheng)產(chan)(chan)(chan)五軸聯(lian)(lian)動加(jia)工(gong)(gong)中(zhong)心(xin)(xin)的(de)(de)(de)(de)廠家(jia)正(zheng)在(zai)不斷增加(jia)。如沈陽機(ji)床(chuang)（000410）廠生(sheng)產(chan)(chan)(chan)的(de)(de)(de)(de)GMC2590μ橋式(shi)五軸聯(lian)(lian)動加(jia)工(gong)(gong)中(zhong)心(xin)(xin)、VM22120μ立式(shi)五軸加(jia)工(gong)(gong)中(zhong)心(xin)(xin)、VMC05656e門式(shi)五軸加(jia)工(gong)(gong)中(zhong)心(xin)(xin)、HS664RT五軸高(gao)(gao)速加(jia)工(gong)(gong)中(zhong)心(xin)(xin)；大連(lian)機(ji)床(chuang)產(chan)(chan)(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)(de)VDM500五軸立式(shi)加(jia)工(gong)(gong)中(zhong)心(xin)(xin)；北(bei)京(jing)機(ji)電院(yuan)生(sheng)產(chan)(chan)(chan)的(de)(de)(de)(de)XKR32G五軸聯(lian)(lian)動加(jia)工(gong)(gong)中(zhong)心(xin)(xin)和XKH800五軸聯(lian)(lian)動葉片(pian)加(jia)工(gong)(gong)中(zhong)心(xin)(xin)；濟南二機(ji)床(chuang)生(sheng)產(chan)(chan)(chan)的(de)(de)(de)(de)XV2525×60高(gao)(gao)架式(shi)五軸聯(lian)(lian)動加(jia)工(gong)(gong)中(zhong)心(xin)(xin)等(deng)(deng)都(dou)能實現一次安裝完(wan)成零件的(de)(de)(de)(de)銑、鏜(tang)、鉆、鉸、攻(gong)絲(si)等(deng)(deng)多(duo)道工(gong)(gong)序。

　　  開發五軸(zhou)(zhou)聯動加(jia)工(gong)中心有(you)2個(ge)關鍵(jian)核(he)心部(bu)(bu)件技術(shu)難(nan)度(du)較(jiao)大，一個(ge)是雙擺角(jiao)萬(wan)能加(jia)工(gong)頭；一個(ge)是雙軸(zhou)(zhou)回轉臺(見圖2)。這2種(zhong)部(bu)(bu)件國(guo)內廠(chang)商也已開發出來(lai)，但有(you)待進(jin)一步的完善(shan)和商品化。雙擺角(jiao)萬(wan)能加(jia)工(gong)頭用(yong)于大型(xing)機床，雙擺軸(zhou)(zhou)回轉臺用(yong)于小型(xing)機床。目前這2種(zhong)部(bu)(bu)件都(dou)采用(yong)直驅(qu)力(li)矩電機，并裝有(you)編(bian)碼器，以提(ti)高動態性能和精度(du)。

　　  雙擺角萬能加工頭技術難度更(geng)大一(yi)些。國內某廠商開發的一(yi)種(zhong)直驅雙擺角萬能頭的主要參數如下：

　　  額度扭(niu)矩：A軸500~1000Nm(可選)、C軸660~2000Nm(可選)；

　  　定位精度：±2“、±2.5”、±3“、±5”(可(ke)選)；

　　  絕對編碼器分辨率：26位、29位(可選)；

　　  擺角范圍(wei)：A軸±110°、C軸±360°。

　　  我國(guo)(guo)還沒有(you)形(xing)成雙擺角萬能頭系列(lie)化(hua)商(shang)品，而國(guo)(guo)際上(shang)像德國(guo)(guo)CYTEC公(gong)司可以供應系列(lie)化(hua)商(shang)品。

　　  1.1.2車銑復合(he)加工中(zhong)心

　　  車(che)(che)(che)(che)(che)銑(xian)(xian)(xian)復(fu)(fu)合(he)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)中(zhong)心既有(you)(you)(you)在(zai)數控車(che)(che)(che)(che)(che)床(chuang)(chuang)基礎(chu)上(shang)(shang)開(kai)發(fa)出來的(de)，也有(you)(you)(you)在(zai)立(li)式加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)中(zhong)心基礎(chu)上(shang)(shang)開(kai)發(fa)出來的(de)。如南京數控機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)有(you)(you)(you)限公(gong)司生產(chan)的(de)CK1840S型(xing)車(che)(che)(che)(che)(che)銑(xian)(xian)(xian)復(fu)(fu)合(he)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)中(zhong)心是在(zai)數控車(che)(che)(che)(che)(che)床(chuang)(chuang)基礎(chu)上(shang)(shang)開(kai)發(fa)出來的(de)。該(gai)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)具有(you)(you)(you)雙主軸(zhou)、雙刀架、雙C軸(zhou)和W軸(zhou)，共7軸(zhou)，分為二(er)組三聯動全閉(bi)環(huan)控制(zhi)。其中(zhong)C軸(zhou)分辨(bian)率達到0.001°。該(gai)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)對(dui)回(hui)轉(zhuan)體零(ling)件(jian)一次(ci)(ci)裝卡可(ke)完成(cheng)車(che)(che)(che)(che)(che)削、分度(du)偏心鉆削、定位(wei)銑(xian)(xian)(xian)削等多(duo)道工(gong)(gong)(gong)序，即1臺車(che)(che)(che)(che)(che)銑(xian)(xian)(xian)復(fu)(fu)合(he)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)中(zhong)心能完成(cheng)2臺數控車(che)(che)(che)(che)(che)床(chuang)(chuang)的(de)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)序，提高(gao)效率1倍，且因能減少二(er)次(ci)(ci)安裝誤差(cha)而提高(gao)了精度(du)。安陽(yang)鑫盛(sheng)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)股(gu)份有(you)(you)(you)限公(gong)司生產(chan)的(de)CX110立(li)式車(che)(che)(che)(che)(che)銑(xian)(xian)(xian)復(fu)(fu)合(he)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)中(zhong)心，是在(zai)立(li)式加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)中(zhong)心基礎(chu)上(shang)(shang)增加(jia)(jia)車(che)(che)(che)(che)(che)削裝置開(kai)發(fa)出來的(de)。該(gai)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)具有(you)(you)(you)車(che)(che)(che)(che)(che)、鏜、銑(xian)(xian)(xian)、鉆、鉸、攻絲(si)等功(gong)能，可(ke)實現(xian)五(wu)軸(zhou)聯動的(de)五(wu)面(mian)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)。此(ci)外大連機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)開(kai)發(fa)的(de)VHT800五(wu)軸(zhou)聯動車(che)(che)(che)(che)(che)銑(xian)(xian)(xian)復(fu)(fu)合(he)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)中(zhong)心、CHD25五(wu)軸(zhou)聯動車(che)(che)(che)(che)(che)銑(xian)(xian)(xian)復(fu)(fu)合(he)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)中(zhong)心；武漢重型(xing)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)集(ji)團(tuan)公(gong)司開(kai)發(fa)的(de)WHGS7000車(che)(che)(che)(che)(che)銑(xian)(xian)(xian)復(fu)(fu)合(he)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)中(zhong)心等，也都(dou)能實現(xian)零(ling)件(jian)一次(ci)(ci)裝卡，完成(cheng)復(fu)(fu)雜(za)結構和復(fu)(fu)雜(za)型(xing)面(mian)零(ling)件(jian)的(de)多(duo)道工(gong)(gong)(gong)序加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)。

　　  1.1.3車銑(xian)磨復合加工中(zhong)心

　　  寧波海(hai)天精工（601882）機械有限公司(si)開發的HTM-V120L數控立式車(che)銑磨(mo)復合加工中心，工件一(yi)次裝卡可(ke)完成(cheng)車(che)、銑、磨(mo)多道工序，還可(ke)進行重切削高精度加工，適合用(yong)于大型軸承(cheng)加工。

　　  1.1.4車銑磨齒輪加工復合中心(xin)

　　  有的車削中心在回轉刀架上安裝了第二主軸和砂輪軸。在第二主軸上也可安(an)裝齒(chi)(chi)輪(lun)(lun)刀(dao)具(ju)加工軸齒(chi)(chi)輪(lun)(lun)和(he)蝸輪(lun)(lun)，甚至可以實現(xian)五軸聯動(dong)，用指(zhi)型銑刀(dao)加工弧齒(chi)(chi)輪(lun)(lun)和(he)錐齒(chi)(chi)輪(lun)(lun)等(deng)。

　　  1.1.5磨削復合加(jia)工中心

　　  上海機床廠有限公司開(kai)發的H405-BE型數控復合磨(mo)床，采用西門子數控系(xi)統分別控制砂輪(lun)架(jia)和(he)工作(zuo)臺進給，頭架(jia)主軸旋轉(zhuan)和(he)砂輪(lun)架(jia)旋轉(zhuan)，具有外(wai)圓磨(mo)削(xue)和(he)砂輪(lun)架(jia)自動(dong)分度等(deng)功能。一(yi)次裝卡可完成內外(wai)圓和(he)端(duan)面自動(dong)循環(huan)磨(mo)削(xue)。

　　  1.2工藝復合

　　  工藝復(fu)合(he)加工在國內還不多見(jian)。沈陽機床集團SCHIESS公司開發的VTM3501立式(shi)車銑磨及激(ji)光淬(cui)火(huo)復(fu)合(he)加工中(zhong)心。可實現(xian)車、鏜、鉆(zhan)、攻絲、銑、磨及激(ji)光淬(cui)火(huo)等(deng)加工。該機床把冷加工工藝和熱加工工藝復(fu)合(he)在一起，大幅提高了生產效率。

　　  據有(you)關資料顯示(shi)，1臺五軸聯(lian)動(dong)(dong)加(jia)工(gong)中(zhong)(zhong)心或多(duo)工(gong)序復合(he)加(jia)工(gong)中(zhong)(zhong)心比三聯(lian)動(dong)(dong)加(jia)工(gong)中(zhong)(zhong)心能(neng)提高(gao)生(sheng)產效率1倍以(yi)上(shang)。多(duo)軸聯(lian)動(dong)(dong)和復合(he)加(jia)工(gong)不但能(neng)提高(gao)生(sheng)產效率，而且減(jian)少了二次安裝誤差，提高(gao)了精度和質量。國內(nei)已經可以(yi)生(sheng)產五軸聯(lian)動(dong)(dong)加(jia)工(gong)中(zhong)(zhong)心和多(duo)軸聯(lian)動(dong)(dong)復合(he)加(jia)工(gong)中(zhong)(zhong)心，但有(you)些屬重大攻關產品還有(you)待進一(yi)步商品化和產業化。

　　  2高速(su)化

　　  為實現數控(kong)加工(gong)高(gao)速(su)化(hua)，傳動系統采用直驅(qu)技術(shu)，數控(kong)系統采用高(gao)速(su)運(yun)算處(chu)理技術(shu)。

　　  2.1直驅技(ji)術

　　  為了提(ti)高生產(chan)效率，數控機(ji)(ji)床傳(chuan)動部件(jian)逐步采(cai)用直驅(qu)(qu)(qu)(qu)技術。主軸采(cai)用電主軸直驅(qu)(qu)(qu)(qu)，進給采(cai)用直線電機(ji)(ji)驅(qu)(qu)(qu)(qu)動，回轉工作臺采(cai)用力矩電機(ji)(ji)直驅(qu)(qu)(qu)(qu)，五(wu)軸聯(lian)動的(de)擺角萬能頭采(cai)用力矩電機(ji)(ji)直驅(qu)(qu)(qu)(qu)等。

　　  早(zao)在2000年以(yi)前，我國就開始了直(zhi)驅技(ji)術的研(yan)究與(yu)(yu)開發(fa)。目(mu)前山東博特精工(gong)股(gu)份有(you)限公(gong)司(si)和(he)(he)洛軸研(yan)科(ke)技(ji)（002046）股(gu)份有(you)限公(gong)司(si)都(dou)能生產(chan)和(he)(he)供應(ying)電主軸系(xi)列產(chan)品，北京首科(ke)凱奇電氣技(ji)術有(you)限公(gong)司(si)也開發(fa)了直(zhi)線電機。用戶對以(yi)上產(chan)品性(xing)能和(he)(he)技(ji)術指標(biao)反應(ying)良好，但與(yu)(yu)國外(wai)先進水平(ping)相比(bi)還(huan)有(you)差距。

　　  目前，國外先(xian)進(jin)(jin)的電(dian)(dian)(dian)主軸(zhou)單元轉速(su)(su)可達15000~100000r/min，一(yi)般的用(yong)(yong)到40000~50000r/min的較多(duo)。采(cai)用(yong)(yong)直線(xian)電(dian)(dian)(dian)機直驅的進(jin)(jin)給(gei)(gei)部件(jian)(jian)既要(yao)求速(su)(su)度(du)(du)高，還要(yao)求有高的加(jia)減速(su)(su)功(gong)能。快速(su)(su)移動(dong)速(su)(su)度(du)(du)可達60~200m/min，加(jia)速(su)(su)度(du)(du)達2g~10g；工作進(jin)(jin)給(gei)(gei)可高達60m/min以(yi)上，加(jia)速(su)(su)度(du)(du)達1g~2g。采(cai)用(yong)(yong)傳(chuan)(chuan)統(tong)的滾珠絲杠(gang)傳(chuan)(chuan)動(dong)的進(jin)(jin)給(gei)(gei)部件(jian)(jian)的進(jin)(jin)給(gei)(gei)速(su)(su)度(du)(du)為(wei)20~30m/min，加(jia)速(su)(su)度(du)(du)為(wei)0.1g~0.3g；一(yi)般情況下，進(jin)(jin)給(gei)(gei)速(su)(su)度(du)(du)為(wei)30m/min左右(you)。直驅比用(yong)(yong)滾珠絲杠(gang)驅動(dong)的進(jin)(jin)給(gei)(gei)速(su)(su)度(du)(du)提高了1倍以(yi)上，從而減少了輔助時間，提高了生產(chan)效率。直線(xian)電(dian)(dian)(dian)機驅動(dong)技術有著廣(guang)闊的應用(yong)(yong)前景，但還需進(jin)(jin)一(yi)步降低成本和(he)解決(jue)發熱(re)問題。

　　  目前(qian)，我(wo)國一些廠家開(kai)發(fa)的數(shu)(shu)控(kong)(kong)機(ji)床已(yi)采用(yong)了(le)直驅(qu)(qu)技術(shu)(shu)。如(ru)濟南二機(ji)床開(kai)發(fa)的XHV2525×60高架式五軸(zhou)(zhou)(zhou)聯動(dong)高速鏜銑加(jia)工中心(xin)，x、y軸(zhou)(zhou)(zhou)采用(yong)了(le)直線電機(ji)驅(qu)(qu)動(dong)。北京(jing)機(ji)電院(yuan)開(kai)發(fa)的XKR32G五軸(zhou)(zhou)(zhou)聯動(dong)加(jia)工中心(xin)工作臺(tai)的2個回轉(zhuan)軸(zhou)(zhou)(zhou)采用(yong)力矩電機(ji)直驅(qu)(qu)，XKH800五軸(zhou)(zhou)(zhou)聯動(dong)葉片加(jia)工中心(xin)的主軸(zhou)(zhou)(zhou)采用(yong)電主軸(zhou)(zhou)(zhou)直驅(qu)(qu)等。國內(nei)數(shu)(shu)控(kong)(kong)機(ji)床采用(yong)直驅(qu)(qu)技術(shu)(shu)還處于初級階(jie)段，還不普遍(bian)，在性能方面(mian)還存(cun)在一定差距。而德(de)國DMG公司每年生產(chan)的數(shu)(shu)控(kong)(kong)機(ji)床中有1500多臺(tai)采用(yong)了(le)直驅(qu)(qu)技術(shu)(shu)。德(de)國巨浪公司生產(chan)的FZ12KS五軸(zhou)(zhou)(zhou)加(jia)工中心(xin)，主軸(zhou)(zhou)(zhou)轉(zhuan)速達40000r/min，換(huan)刀時(shi)間低于0.6s，進給加(jia)速度達1g~2g，快速進給速度可達90m/min，工件交(jiao)換(huan)時(shi)間為2s。

　　  2.2數控系統高速運算處理(li)技術

　　  高(gao)速(su)直驅進(jin)給(gei)要求數控(kong)系統運算速(su)度(du)(du)快(kuai)，采樣周期(qi)短，具有足夠的(de)(de)超前路徑加(減(jian))速(su)優化(hua)(hua)程序(xu)(xu)段(duan)預處理能力。較先進(jin)的(de)(de)數控(kong)系統可(ke)預處理幾千(qian)和幾萬個(ge)程序(xu)(xu)段(duan)。在多軸(zhou)聯動控(kong)制時可(ke)根據預處理緩沖區的(de)(de)G代(dai)(dai)碼進(jin)行加減(jian)速(su)優化(hua)(hua)處理。為保證加工速(su)度(du)(du)，第六代(dai)(dai)數控(kong)系統每秒(miao)可(ke)進(jin)行2000~10000次進(jin)給(gei)速(su)度(du)(du)改變。

　　  3智能(neng)化(hua)

　　  為追求數(shu)控機床加(jia)(jia)工效(xiao)率和加(jia)(jia)工質(zhi)量(liang)，數(shu)控系(xi)統不但有(you)自(zi)(zi)動(dong)編程、前饋控制(zhi)、模糊控制(zhi)、自(zi)(zi)學(xue)習控制(zhi)、工藝參數(shu)自(zi)(zi)動(dong)生(sheng)成、三維刀具補(bu)償(chang)、運動(dong)參數(shu)動(dong)態(tai)補(bu)償(chang)等智能(neng)化(hua)功(gong)(gong)能(neng)，并(bing)有(you)故障診斷(duan)專家(jia)系(xi)統，使自(zi)(zi)診斷(duan)和故障監(jian)控功(gong)(gong)能(neng)更趨于完善。伺服驅動(dong)系(xi)統智能(neng)化(hua)，能(neng)自(zi)(zi)動(dong)感知負載變化(hua)，自(zi)(zi)動(dong)優化(hua)調整(zheng)參數(shu)。

　　  國產數控系(xi)統(tong)正在(zai)努力朝智(zhi)能(neng)化(hua)方向(xiang)發(fa)展，引入了一些智(zhi)能(neng)化(hua)技術(shu)。比如華(hua)中的(de)“中華(hua)8型”和(he)凱恩帝K1000TIV型等，數控系(xi)統(tong)都具有自診(zhen)斷(duan)功能(neng)、狀態實時顯示和(he)故障實時報警等智(zhi)能(neng)化(hua)功能(neng)，并(bing)都在(zai)進一步豐富(fu)和(he)完善智(zhi)能(neng)化(hua)技術(shu)。

　　  國外如西門子(zi)、發那科、三菱生產的(de)數控(kong)(kong)系統(tong)融入的(de)智(zhi)能(neng)(neng)化技術更為(wei)豐富。國產數控(kong)(kong)系統(tong)與(yu)之相(xiang)比還有(you)(you)(you)不少差(cha)距。如西門子(zi)的(de)SINUMERIK828DBASICM具(ju)(ju)有(you)(you)(you)圓柱形零件加(jia)(jia)工智(zhi)能(neng)(neng)坐標轉換功能(neng)(neng)，具(ju)(ju)有(you)(you)(you)SINUMERIKMDynamics工藝包，含有(you)(you)(you)全部“精優曲(qu)面”功能(neng)(neng)，可以實現高效加(jia)(jia)工和(he)獲(huo)得加(jia)(jia)工最(zui)佳表面質量。發那科的(de)Oi-D和(he)OiDMate具(ju)(ju)有(you)(you)(you)有(you)(you)(you)輪廓智(zhi)能(neng)(neng)控(kong)(kong)制功能(neng)(neng)、30i/31i/32i/35i-MODELB系列數控(kong)(kong)系統(tong)是最(zui)新的(de)人(ren)工智(zhi)能(neng)(neng)納(na)米(mi)級(ji)系統(tong)，能(neng)(neng)靈活(huo)地支持鏜銑加(jia)(jia)工中心、數控(kong)(kong)車床多軸聯動復合(he)加(jia)(jia)工機床等。智(zhi)能(neng)(neng)化技術對于(yu)提高數控(kong)(kong)加(jia)(jia)工機床生產效率有(you)(you)(you)極大的(de)貢獻率，必須(xu)重視。

　　  4開放化和網(wang)絡化

　　  數控裝置的開放化可以更容易地(di)實(shi)現智能化網絡化制造，有效地(di)促進生產效率(lv)的提高。

　　  4.1開放化(hua)

　　  開放(fang)式數(shu)控裝置是指硬件、軟件和總(zong)線(xian)對用戶是開放(fang)的。開放(fang)式數(shu)控裝置最主要的優點是具有更好(hao)的通用性、靈活(huo)性、適(shi)應性和可(ke)(ke)擴展性，可(ke)(ke)以滿足用戶二次開發的要求。

　　  4.1.1NC和CNC概念及開放化

　　  目前，數(shu)(shu)控(kong)裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)主要(yao)有NC和CNC2種。由硬件(jian)(jian)邏輯電路組成的(de)數(shu)(shu)控(kong)裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)被稱(cheng)為(wei)NC裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)；由計(ji)算機(ji)硬件(jian)(jian)和軟(ruan)件(jian)(jian)共(gong)同組成的(de)數(shu)(shu)控(kong)裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)被稱(cheng)為(wei)CNC數(shu)(shu)控(kong)裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)。硬件(jian)(jian)是軟(ruan)件(jian)(jian)運(yun)行的(de)物(wu)理基礎，軟(ruan)件(jian)(jian)是整個CNC運(yun)行和功能實現(xian)的(de)靈(ling)魂(hun)。NC正逐(zhu)步(bu)被CNC所取(qu)代。

　　  CNC數控裝置硬(ying)件除具有CPU、EPROM、RAM外(wai)，還有位(wei)置控制器、手動(dong)輸入(ru)(MDA)接口、顯示(CRT)接口和PLC接口等，因此CNC數控裝置是一

　　  專用(yong)計算機。

　　  CNC軟(ruan)(ruan)件(jian)(jian)分為管理(li)(li)軟(ruan)(ruan)件(jian)(jian)和控制(zhi)軟(ruan)(ruan)件(jian)(jian)2種。管理(li)(li)軟(ruan)(ruan)件(jian)(jian)用于管理(li)(li)零件(jian)(jian)程序的輸入輸出、刀(dao)(dao)具位(wei)置系統(tong)參數、零件(jian)(jian)程序顯(xian)示(shi)、機床狀態(tai)故障診斷及報警等。控制(zhi)軟(ruan)(ruan)件(jian)(jian)由譯碼、插補(bu)(bu)、運算、刀(dao)(dao)具補(bu)(bu)償、速度控制(zhi)、位(wei)置控制(zhi)等軟(ruan)(ruan)件(jian)(jian)組成(cheng)。

　　  現代(dai)開(kai)放(fang)式數控裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)置(zhi)主要是在PC機平臺(tai)上開(kai)發的(de)CNC數控裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)置(zhi)。我國“華中(zhong)8型”數控裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)置(zhi)采用了(le)(le)基于多處理器(qi)的(de)開(kai)放(fang)式軟(ruan)硬(ying)件(jian)體(ti)系結構和自主創新的(de)總線技術。硬(ying)件(jian)跨(kua)平臺(tai)，軟(ruan)件(jian)可以置(zhi)換，具有軟(ruan)硬(ying)件(jian)多層次開(kai)放(fang)功能。北京(jing)凱恩(en)帝的(de)K1000TIV數控裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)置(zhi)采用開(kai)放(fang)式PLC，提供調試(shi)軟(ruan)件(jian)支(zhi)持用戶二(er)次開(kai)發。廣州數控的(de)GSK25i數控裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)置(zhi)也(ye)采用了(le)(le)開(kai)放(fang)式PLC，支(zhi)持PLC梯形(xing)圖在線編(bian)輯、診斷及信號(hao)跟蹤(zong)功能。

　　  4.1.2標準(zhun)與(yu)規范(fan)

　　  能否實現數(shu)控(kong)裝置(zhi)的開放化與(yu)建立(li)技(ji)術(shu)標(biao)準(zhun)和規范密切(qie)相關。數(shu)控(kong)技(ji)術(shu)誕生50多年來(lai)，信息交換都是(shi)基于(yu)ISO6983標(biao)準(zhun)，即采(cai)用(yong)G、M代(dai)碼描(miao)述(shu)如何加工。顯然，該標(biao)準(zhun)越(yue)來(lai)越(yue)不能滿足現代(dai)數(shu)控(kong)技(ji)術(shu)高速發展的要求。

　　歐(ou)美和日(ri)本等國(guo)(guo)家在20世紀(ji)90年代就開(kai)始研究制定了(le)開(kai)放(fang)式數(shu)控(kong)裝(zhuang)置的體系結構規范(OMAC、OSACA、OSEC)，開(kai)發了(le)開(kai)放(fang)式數(shu)控(kong)裝(zhuang)置并(bing)作為發展戰略。我國(guo)(guo)于2000年也開(kai)始研究并(bing)制定了(le)開(kai)放(fang)式數(shu)控(kong)裝(zhuang)置規范框(kuang)架，但(dan)還(huan)很不完善(shan)。

　　  4.2網絡化

　　  網絡化有(you)利(li)于(yu)信息共享和提(ti)高生產效率。有(you)資料(liao)介紹在多(duo)品種小批量生產中，1臺數控機(ji)床用(yong)于(yu)切削(xue)的時間只(zhi)占機(ji)動時間的25%~35%，聯成(cheng)網絡后，可(ke)以提(ti)高到60%~65%。

　　  數(shu)控(kong)的(de)網(wang)(wang)(wang)絡(luo)化技術，主(zhu)要是指數(shu)控(kong)系(xi)統與外(wai)部的(de)其他控(kong)制(zhi)(zhi)系(xi)統或(huo)上(shang)位(wei)機進行(xing)網(wang)(wang)(wang)絡(luo)連(lian)接和網(wang)(wang)(wang)絡(luo)控(kong)制(zhi)(zhi)。數(shu)控(kong)系(xi)統首(shou)先面向企業內部局域(yu)網(wang)(wang)(wang)，然后再經因特網(wang)(wang)(wang)向企業外(wai)部傳輸。這就(jiu)是所謂的(de)Internet/Intranet。網(wang)(wang)(wang)絡(luo)可(ke)(ke)使企業與企業之間進行(xing)跨地區協(xie)同設計、協(xie)同制(zhi)(zhi)造、信(xin)息(xi)共享、遠(yuan)程監控(kong)、遠(yuan)程診斷和服務等。網(wang)(wang)(wang)絡(luo)能為制(zhi)(zhi)造提(ti)供完整的(de)生產(chan)(chan)數(shu)據信(xin)息(xi)，可(ke)(ke)以通過網(wang)(wang)(wang)絡(luo)將加工(gong)(gong)程序傳給遠(yuan)方的(de)機床進行(xing)加工(gong)(gong)，也可(ke)(ke)遠(yuan)程診斷并發出指令調整。網(wang)(wang)(wang)絡(luo)使各地分散(san)數(shu)控(kong)機床聯系(xi)在一起，互相協(xie)調，統一優(you)化調整，使產(chan)(chan)品加工(gong)(gong)不局限于一個工(gong)(gong)廠內而實現社會化生產(chan)(chan)。

　　  我(wo)國的機械(xie)制造企業(ye)信息化(hua)集成(cheng)的發展也比較快，實現了車間級和企業(ye)級信息網(wang)絡集成(cheng)。數控的網(wang)絡化(hua)發展前景廣闊，但真正實現跨企業(ye)、跨地(di)區的信息化(hua)網(wang)路還有很長的路要走。

　　  5優化工藝參(can)數提高效率

　　  數(shu)控加工采用的工藝參數(shu)是否合理(li)，對于(yu)提高(gao)生產效(xiao)率和保證(zheng)加工質(zhi)量非(fei)常(chang)重要，必須逐(zhu)步(bu)進行(xing)優(you)化并建(jian)立工藝數(shu)據庫(ku)。

　　  優化工(gong)(gong)藝(yi)參(can)數(shu)有2種(zhong)方(fang)(fang)法(fa)。一(yi)種(zhong)是(shi)通過實(shi)際試切來選擇(ze)合理的(de)工(gong)(gong)藝(yi)參(can)數(shu)，費時(shi)、費力、費材料；另一(yi)種(zhong)方(fang)(fang)法(fa)是(shi)應用力學動(dong)態優化仿真(zhen)方(fang)(fang)法(fa)，比(bi)第一(yi)種(zhong)方(fang)(fang)法(fa)省時(shi)、省力、省材料，同樣可(ke)(ke)以(yi)(yi)獲(huo)得較合理的(de)工(gong)(gong)藝(yi)參(can)數(shu)。在生(sheng)產實(shi)踐中(zhong)，還可(ke)(ke)以(yi)(yi)對這些(xie)參(can)數(shu)進行合理的(de)調整。

　　  航(hang)(hang)空行業是數(shu)控(kong)機(ji)床的大用戶，對優(you)(you)化(hua)(hua)(hua)(hua)工(gong)藝(yi)參數(shu)、建立(li)工(gong)藝(yi)數(shu)據庫(ku)，并應用到生產實(shi)踐中有急切的需求。因此，由政(zheng)府支(zhi)持組織(zhi)北(bei)京(jing)航(hang)(hang)空航(hang)(hang)天(tian)大學(xue)和(he)中航(hang)(hang)工(gong)業北(bei)京(jing)航(hang)(hang)空制造工(gong)程研究所開(kai)展優(you)(you)化(hua)(hua)(hua)(hua)工(gong)藝(yi)參數(shu)技術攻關。以上(shang)單(dan)位開(kai)發了(le)一整套工(gong)藝(yi)參數(shu)力(li)學(xue)動態優(you)(you)化(hua)(hua)(hua)(hua)仿真、預測和(he)數(shu)字化(hua)(hua)(hua)(hua)軟硬件系統(tong)，建立(li)了(le)優(you)(you)化(hua)(hua)(hua)(hua)工(gong)藝(yi)參數(shu)數(shu)據庫(ku)，形成了(le)優(you)(you)化(hua)(hua)(hua)(hua)高速切削工(gong)藝(yi)參數(shu)手冊，從根本上(shang)實(shi)現了(le)工(gong)藝(yi)參數(shu)選擇從試切到仿真的跨越(yue)，提高了(le)加工(gong)效(xiao)率和(he)質量。這是一項意義重(zhong)大而又(you)深(shen)遠(yuan)的工(gong)作(zuo)。

　　  陜(shan)西飛機制(zhi)造公司在近(jin)100項(xiang)零件加工上(shang)應用了(le)優(you)化(hua)的(de)工藝參(can)(can)數，平均加工效率(lv)提(ti)高了(le)2倍以上(shang)；望江工業(ye)有(you)限公司在火炮零件加工中采(cai)用優(you)化(hua)工藝參(can)(can)數，效率(lv)提(ti)高了(le)4倍以上(shang)；昌(chang)河飛機工業(ye)(集團(tuan))公司采(cai)用優(you)化(hua)工藝參(can)(can)數加工鋁合金零件，效率(lv)提(ti)高了(le)2.8倍以上(shang)。

　　  西門子828D數控系(xi)統具(ju)有動態工藝包(Dynmics)，含有全新的“精優曲面”功能，可以實現高效加(jia)工并獲得最(zui)佳表面質量。

　　  我國數控設備生產企業也(ye)應(ying)該提供這方(fang)面(mian)的技術(shu)和服(fu)務(wu)。采用(yong)工藝優化參數不但可以提高生產效率和提高加(jia)工質量，而且對(dui)節省材(cai)料、節能減排，實現(xian)綠色(se)制造有著重要意義。

　　  追求高精度高質量

　　  追求數(shu)(shu)控(kong)(kong)(kong)機(ji)床(chuang)(chuang)加工工件(jian)(jian)的高(gao)(gao)精(jing)(jing)度(du)(du)和高(gao)(gao)質量(liang)。首先(xian)數(shu)(shu)控(kong)(kong)(kong)機(ji)床(chuang)(chuang)本(ben)身必(bi)(bi)須(xu)具有這樣(yang)的性能。為此，數(shu)(shu)控(kong)(kong)(kong)機(ji)床(chuang)(chuang)在(zai)結構和布局上，在(zai)材料選用上必(bi)(bi)須(xu)考慮到(dao)提高(gao)(gao)剛性和承載能力，以保(bao)證實現高(gao)(gao)精(jing)(jing)度(du)(du)；同時數(shu)(shu)控(kong)(kong)(kong)系統、伺服驅動(dong)(dong)系統、傳動(dong)(dong)系統和測量(liang)傳感器等也必(bi)(bi)須(xu)具有高(gao)(gao)分辨率、高(gao)(gao)精(jing)(jing)度(du)(du)的性能，才能滿足加工工件(jian)(jian)高(gao)(gao)精(jing)(jing)度(du)(du)、高(gao)(gao)質量(liang)的要求。

　　  1結構布(bu)局

　　  為了(le)實現功能和提高剛性，數(shu)控車(che)床(chuang)、車(che)削中(zhong)心、立式(shi)加(jia)工(gong)(gong)中(zhong)心、臥式(shi)加(jia)工(gong)(gong)中(zhong)心、龍門加(jia)工(gong)(gong)中(zhong)心、車(che)銑復合加(jia)工(gong)(gong)中(zhong)心等在結(jie)構布(bu)局方面發(fa)生了(le)深刻(ke)變化。

　　  例(li)如，國內(nei)有些廠家生產的立(li)式(shi)(shi)加工(gong)(gong)中心(xin)和臥(wo)式(shi)(shi)加工(gong)(gong)中心(xin)，橫(heng)向(xiang)坐標采用立(li)柱(zhu)移(yi)動(dong)(dong)，這樣減(jian)少了(le)一層(ceng)工(gong)(gong)作臺(tai)(tai)(傳統結(jie)(jie)構(gou)是雙層(ceng)十字(zi)工(gong)(gong)作臺(tai)(tai))，提(ti)高了(le)工(gong)(gong)作臺(tai)(tai)的剛性和承載能力(li)；龍(long)門(men)加工(gong)(gong)中心(xin)從工(gong)(gong)作臺(tai)(tai)不動(dong)(dong)、雙立(li)柱(zhu)移(yi)動(dong)(dong)發展成橋式(shi)(shi)結(jie)(jie)構(gou)，即工(gong)(gong)作臺(tai)(tai)固(gu)定(ding)，2個立(li)柱(zhu)做(zuo)成固(gu)定(ding)式(shi)(shi)墻(qiang)體，在墻(qiang)體上面(mian)裝(zhuang)有導軌，橫(heng)梁在導軌上做(zuo)縱(zong)向(xiang)運動(dong)(dong)。這種結(jie)(jie)構(gou)減(jian)少了(le)運動(dong)(dong)部件的質(zhi)量和運動(dong)(dong)慣性，有利于準定(ding)位(wei)，減(jian)少了(le)占地面(mian)積(ji)。

　　  沈陽(yang)機床(chuang)生產的GMC2590μ橋式五軸(zhou)加工中心(xin)、濟南二機床(chuang)生產的XHV2525×60高(gao)架式五軸(zhou)聯(lian)動(dong)高(gao)速鏜銑加工中心(xin)、臺(tai)灣亞太菁英(ying)(股份(fen))公司生產的跨軌(gui)式高(gao)速龍(long)門(men)加工中心(xin)，都采(cai)用了橋架式龍(long)門(men)框架結(jie)構。該結(jie)構布局合(he)理、剛(gang)性(xing)好(hao)、承載能力(li)強、受(shou)力(li)均勻(yun)、熱平(ping)衡性(xing)好(hao)、精度穩(wen)定、占地面積小。典型結(jie)構布局形式如圖3所示。

　　  2采用新材料提高(gao)剛性

　　  用于數(shu)控(kong)機(ji)床的(de)優質新材料的(de)開發與應(ying)用，有利于提高數(shu)控(kong)機(ji)床整體(ti)剛性(xing)和精度，非常重要(yao)。

　　  例(li)如(ru)，寧波海天精工機(ji)械(xie)有限公司在生產的HTM-V120L數控立(li)式車銑磨加工中心(xin)上(shang)采用了90%花崗巖成分聚合澆鑄的床(chuang)身。據該廠介紹，該材料制(zhi)成的床(chuang)身比一般鑄鐵床(chuang)身抗(kang)震強度增加10倍。

　　  又(you)如(ru)，大連科(ke)德(de)公(gong)司在生產(chan)的TG-45型六軸(zhou)(或五(wu)軸(zhou))聯動數控刀具(ju)磨(mo)床的底(di)座(zuo)采用了人造石材。

　　  據稱以上2家企業應(ying)用(yong)了這(zhe)兩種新材料，因其具有吸震性(xing)好、穩定性(xing)好、耐磨等特點，為提(ti)高和(he)保(bao)持機床精度提(ti)供(gong)了保(bao)證。

　　  此(ci)外，還有(you)資料顯示，蜂窩狀材料、水泥(ni)材料、天然(ran)(ran)花崗巖石材等也有(you)用于(yu)數控設(she)備的情況(kuang)。重視新型材料的開發與應用，必然(ran)(ran)使機床(chuang)結構(gou)設(she)計和性(xing)能發生變革。

　　  3高精度插補數控系統

　　  高(gao)位數CPU(64位)在數控裝(zhuang)置上的應用，高(gao)速納米級插補運算、高(gao)分辨率伺服等功能(neng)為提(ti)高(gao)數控機床精(jing)度做(zuo)出重要(yao)貢(gong)獻(xian)。

　　  在(zai)數控機床上應(ying)用的(de)CPU，從20世(shi)紀80年代的(de)16位發(fa)展到現在(zai)的(de)64位，其頻率(lv)也從原來的(de)5MHZ、10MHZ提高(gao)到上千MHZ。CPU的(de)發(fa)展進(jin)一步提高(gao)了運算速度(du)和(he)分辨率(lv)(0.1μm、0.01μm)。國產數控系統開始(shi)采用64位CPU，可實現微米級精度(du)插補(bu)，但與國外先進(jin)數控系統相比還有距離(li)。

　　  例如(ru)，發那科30i/31i/32i/35iB系(xi)列(lie)數(shu)(shu)控系(xi)統(tong)、三菱(ling)M700V數(shu)(shu)控系(xi)統(tong)、西門子的828D數(shu)(shu)控系(xi)統(tong)為都是納米(mi)級插補或納米(mi)級運(yun)算精度。

　　  實現納(na)米級精度插補，伺服驅動(dong)(dong)系統(tong)控制分辨率和響應能力是(shi)非常關鍵的(de)。為此，在驅動(dong)(dong)單元之(zhi)中伺服電機(ji)軸上安裝高(gao)精度傳感(gan)器(qi)(16×106線/轉(zhuan))，在閉環系統(tong)中采用高(gao)分辨率(1μm)的(de)光柵尺，可(ke)使小(xiao)型(xing)數控機(ji)床(chuang)的(de)運(yun)動(dong)(dong)部(bu)件定位精度達到2~3μm。一般(ban)情況下，國產小(xiao)型(xing)數控機(ji)床(chuang)還達不到這樣的(de)水平。

　　  結(jie)束語

　　  只有(you)組成數(shu)控設備的(de)各(ge)種(zhong)部件(jian)(jian)(包括(kuo)軟硬(ying)件(jian)(jian))技術(shu)都卓越，整(zheng)體綜合性能(neng)(neng)才(cai)能(neng)(neng)卓越，才(cai)能(neng)(neng)實(shi)現加(jia)工的(de)高(gao)生產率(lv)、高(gao)精度、高(gao)質量(liang)。而且，每個(ge)部件(jian)(jian)都有(you)保證生產效率(lv)和質量(liang)的(de)功能(neng)(neng)，只是貢獻率(lv)不(bu)同而已(yi)。本文只介紹了數(shu)控技術(shu)發展的(de)幾個(ge)重要方面(mian)，不(bu)夠全面(mian)。

　　  要(yao)特(te)別強(qiang)調(diao)的是，今后要(yao)特(te)別重(zhong)視(shi)新(xin)(xin)工(gong)(gong)藝的研(yan)究與(yu)(yu)創(chuang)(chuang)新(xin)(xin)，從而促進數(shu)(shu)控產品的創(chuang)(chuang)新(xin)(xin)；要(yao)特(te)別重(zhong)視(shi)數(shu)(shu)控加工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝參數(shu)(shu)的優化和建(jian)立數(shu)(shu)據庫(ku)的工(gong)(gong)作，以(yi)提(ti)高生產效率和加工(gong)(gong)質量。要(yao)特(te)別重(zhong)視(shi)新(xin)(xin)材(cai)料的研(yan)究與(yu)(yu)應用，以(yi)提(ti)高數(shu)(shu)控機床性能；要(yao)特(te)別重(zhong)視(shi)數(shu)(shu)控技術(shu)的智能化網(wang)絡化技術(shu)的開發與(yu)(yu)應用，其前景廣闊(kuo)。

　　  以上強調(diao)的(de)4個特別，政府應(ying)大力支持，數控設備(bei)生產企業(ye)和機(ji)(ji)械(xie)制造企業(ye)應(ying)特別重視，要不(bu)懈(xie)地努力工作，使我國數控機(ji)(ji)床技術發展從跟(gen)隨變為領跑(pao)。