浅谈数控技术的发展趋势

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浅谈数控技术的发展趋势

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）30-0103-01 数控技术出现以来，数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。自从我国经济与国际全面接轨，进入了一个蓬勃发展的新时期。机床制造业既面临着机械制造业需求水平提升而引发的制造装备发展的良机，也遭遇到加入世界贸易组织后激烈的国际市场竞争的压力，加速推进数控机床的发展是解决机床制造业持续发展的一个关键。

一、数控技术的发展现状

目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。加工过程变量根据经验以固定参数形式事先设定，加工程序在实际加工前用手工方式或通过CAD/CAM及自动编程系统进行编制。CAD/CAM和CNC之间没有反馈控制环节，整个制造过程中CNC只是一个封闭式的开环执行机构。在复杂环境以及多变条件下，加工过程中的刀具组合、工件材料、主轴转速、进给速率、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加工参数，无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整，更无法通过反馈控制环节随机修正CAD/CAM中的设定量，因而影响CNC的工作效率和产品加工质量。由此可见，传统CNC系统的这种固定程序控制模式和封闭式体系结构，限制了CNC向多变量智能化控制发展，已不适应日益复杂的制造过程，因此，对数控技术实行变革势在必行。

二、数控技术发展趋势

1、数控技术体系结构的发展

体系结构的网络化。通过机床联网的形式，可以在任一台机床上对其它机床进行操作、编程、运行、设定，而且不同机床的画面可以同时显示在每台机床的屏幕上。因此，

机床联网可以进行无人化操作和远程控制。其次，体系结构的集成化。采用高度集成化的RISC、CPU芯片和大规模可编程集成电路EPLD、FPGA、CPLD及专用集成电路ASIC芯片，可以提高软硬件运行速度和数控系统的集成度。而且应用FPD平板显示技术，还可提高显示器的性能。

2、数控技术的性能发展方向

工艺复合性及多轴化。数控机床的工艺复合化，是指工件在一台机床上经一次装夹后，通过旋转主轴头、自动换刀或转台等各种措施，完成多表面、多工序的复合加工。其次，性能的高速高精高效化。速度、精度及效率是机械制造技术的主要性能指标。采用RISC芯片、高速CPU芯片、带高分辨率绝对式检测元件以及多CPU控制系统的交流数字伺服系统，如同时采取改善机床静态、动态特性等有效措施，能够使机床的性能将得到大大的提高。

3、数控技术的功能发展方向

首先，科学计算可视化。可以将科学计算可视化用于高效解释和处理数据，使信息的交流不再局限于应用文字语言来表达，可以直接使用图像、图形、动画等可视信息。其次，插补及补偿方式多样化。多种插补方式如圆弧插补、直线插补、空间椭圆曲面插补、圆柱插补、极坐标插补、螺纹插补、多项式插补等。多种补偿功能如垂直度补偿、间隙补偿、螺距和测量系统误差补偿、象限误差补偿、温度补偿、与速度相关的前馈补偿、相反点计算的刀具半径补偿以及带平滑接近和退出等。

三、现代科技产品对数控技术发展的新要求

1、高速数控机床与高速切削技术成为主要趋势

我国航空航天事业近年来发展迅速，对数控技术的需求量比较大，现代航空航天产品（尤其是航空产品）中大量采用整体结构件，而且多为复杂结构及薄壁结构，高速数控切削加工已成为此类构件机械加工的最重要手段。高速数控切削加工相对于低转速、小进给、大扭矩的传统切削加工，具有高转速、高进给、小切削负荷的特点，在整体结构件切削加工中，可以减少加工时间60～80%，进给速度提高5～10倍，材料去除率提高3～5倍，刀具耐用度加70%，切削力降低30%以上，表面粗糙度减小，热变形及热膨胀减小，非常适合于航空航天产品的复杂薄壁整体构件的切削加工。高速切削加工技术及其应用对机床结构、进给系统、主轴、刀具、控制系统、数控工艺与编程等均提出了更高要求，是一项系统工程，需要整体解决，不断完善。

2、多轴联动与工艺复合化的数控加工需求逐渐增多

以减少工序、辅助时间为主要目的复合加工，正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工，以减少非加工时间。因为在零件加工过程中有大量的无用时间消耗在工件搬运、上下料、安装调整、换刀和主轴的升、降速上，因此复合功能的机床是近年来发展很快的机种，其核心是在一台机床上要完成车、铣、钻、镗、攻丝、铰孔和扩孔等多种操作工序。此外，数控切削加工方法与特种加工（如电加工、激光加工、超声加工等）方法或热加工（如焊接）方法的复合，也形成各种新的复合加工机。这些复合加工技术与机床，已开始越来越多地在航空航天产品制造中得到应用，例如：数控车铣复合加工机床应用于导弹筒体、飞机弹射器滑座壳体、机翼连接件等的加工，车焊一体化数控机床解决航空产品上的大型薄壁筒体的回转面切削加工与对焊，等等。

3、数控切削过程的运动与力学仿真及数控工艺的优化。

数控切削加工过程中，“机床-刀具-工件”三者构成的工艺系统之间既有由数控编程定义的坐标位置和运动关系的变化，又在切削加工过程中会产生切削力变化、切削热、工作和刀具形、振动情况等力学特性的变化，实际数控切削加工过程中工艺系统的运动与力学两方面特性直接影响到加工质量、效率和成本。因此，在零件的实际切削之前，对其数控过程加工的运动特性仿真，可以预知切削过程的刀具运动轨迹、验证数控程序、了解刀具与机床及工件是否存在干涉和碰撞等；进行力学特性仿真，可以获得不同切削参数条件下的动态切削力、刀具和工件的变形与振动状态、颤振稳定域、切削温度变化、已加工表面形貌等，从而为切削参数和刀具的选择和优化提供可靠依据。由于航空航天产品的数控加工过程具有机床精密、毛坯昂贵、结构复杂、工艺和编程复杂等特点，采用数控加工运动仿真，特别是力学仿真，可为数控加工程序、切削参数、切削工艺进行优化，因此，际数控加工前的运动仿真和力学仿真具有重要的意义。

四、结论

作为现在制造系统中的关键技术，数控技术的研发是十分必要的。其在实现设计加工自动化、提高加工精度和加工质量、缩短产品研制周期等方面发挥着重要作用，在不久的将来数控技术将引领现代的制造技术。为了让大家简要的了解数控装备技术及加工技术的发展的现状与未来，以满足个人生产与企业的需要，合理选用及购买数控机床，降低工人的劳动强度，提高产品生产效率和质量，进而提高企业的经济效益。本设计使我清醒地认识到我国在数控装备产品的技术创新与自主开发方面与国外同行还有一定的差距。我们不能安于现状，应该抓住机会不断发展，努力研发拥有自主知识产权的先进数控装备产品，并加大技术创新与人才培训的力度，从而提高企业综合竞争势力，进一步缩短与发达国家在这方面上的差距。

我衷心希望国家以基本国情的角度出发，以国家的战略需求和国民经济的市场需求为导向，以提高我国制造装备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

够主导我国制造装备业发展升级的关键技术以及支持产业化发展的支撑技术、配套技术作为研究开发的内容，实现制造装备业的跨跃式发展。