数控技术研究现状与发展趋势

数控技术研究现状及发展趋势1国内外数控技术发展状况20世纪 人 类 社 会 最 伟 大 的 科 技 成果是计算机的发明与应用，计算机及控制 技 术 在 机 械 制 造 设 备 中 的 应 用 是 世纪内制造业发展的最重大的技术进步。自从1952年美国第1台数控铣床问世至今已经历了50个年头。数控设备包括：车、铣、加工中心、镗、磨、冲压、电加工以及各类专机，形成庞大的数控制造设备家族，每年全世界的产量有1020万台，产值上百亿美元。 “十五“刚刚开始，国防科工委就明确提出 了 在 军 工 企业 中 投 入68亿 元，用 于 对12 18万 台 机 床 的 数 控 化 改造。 目前，国际上最大的数控系统生产厂是日本FANUC公司，1年生产5万套以上系统，占世界市场约40左右，其次是德国的西门子公司约占15以上，再 次 是 德 海 德 汉 尔、西 班 牙 发 格、意 大利菲地亚、法国的NUM、日本的三菱、安川。国 产 数 控 系 统 厂 家 主 要 有 华 中 数控、北 京 航 天 机 床 数 控 集 团、北 京 凯 恩帝、北 京 凯 奇、沈 阳 艺 天、广 州 数 控、南京 新 方 达、成 都 广 泰 等，国 产 数 控 生 产厂 家 规 模 都 较 小，年 产 都 还 没 有 超 过300400套。近10年，数控机床为适应加工技术发展，在以下几个技术领域都有巨大进步。11高速化 由于高速加工技术普及，机床普遍提高各方面速度，车床主轴转速由3 0004 000r min提 高 到8 00010 000r min，铣床和加工中心主轴转速由4 0008 000r min提高到12 000r min、24 000r min、40 000r min以 上 快 速 移 动 速 度 由 过 去的10 20m min提 高 到48m min、60m min、80m min、120m min，在提高速度的同时要求提高运动部件起动的加速度，其已由过去一般机床的05G（重力加速度）提高到152G，最高可达15G，直线电机在机床上开始使用，主轴上大量采用内装式主轴电机。12高精度化 数 控 机 床 的 定 位 精 度 已 由 一 般 的001002mm提 高 到0008mm左 右，亚微米级机床达到00005mm左右，纳米级机床达到0005001m，最小分辨率为1nm（0mm）的 数 控 系 统 和 机床已有产品。数控中两轴以上插补技术大大提高，纳米级插补使两轴联动出的圆弧都可以达到1的圆度，插补前多程 序 段 预 读，大 大 提 高 插 补 质 量，并 可进行自动拐角处理等。13复合加工、新结构机床大量出现 如5轴5面 体 复 合 加 工 机 床，5轴5联动加工各类异形零件。也派生出各新 颖 的 机 床 结 构，包 括6轴 虚 拟 轴 机床，串并联铰链机床等。采用特殊机械结 构，数 控 的 特 殊 运 算 方 式，特 殊 编 程要求。14使用 各 种 高 效 特 殊 功 能 的 刀 具 使数控机床“如虎添翼”如 内 冷 钻 头 由 于 使 高 压 冷 却 液 直接冷却钻头切削刃和排除切屑，在钻深孔时大大提高效率。加工钢件切削速度能达1000m min，加工铝件能达5000m min。15数控机床的开放性和联网管理数 控 机 床 的 开 放 性 和 联 网 管 理 已是使用数控机床的基本要求，它不仅是提高数控机床开动率、生产率的必要手段，而 且 是 企 业 合 理 化、最 佳 化 利 用 这些制造手段的方法。因此，计算机集成制 造、网 络 制 造、异 地 诊 断、虚 拟 制 造、异 行 工 程 等 等 各 种 新 技 术 都 在 数 控 机床基础上发展起来，这必然成为21世纪制造业发展的一个主要潮流。2数控技术的发展趋势21性能发展方向（1）高速高精高效化。速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统以 及 带 高 分 辨 率 绝 对式检测元件的交流数字伺服系统，同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高速高精高效化已大大提高。（2）柔性化。柔性化包含两方面：数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，便于满足不同用户的需求；群控系统的柔性，同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥群控系统的效能。（3）工艺复合性和多轴化。以减少工 序、辅 助 时 间 为 主 要 目 的 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。数控技术轴，西门子880系统控制轴数可达24轴。（4）实时智能化。早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是如何调度任务，以确保任务在规定期限内完成。而人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。科学技术发展到今天，实时系统和人工智能相互结 合，人 工 智 能 正 向 着 具 有 实 时 响 应的、更 现 实 的 领 域 发 展，而 实 时 系 统 也朝着具有智能行为的、更加复杂的应用发展，由此产生了实时智能控制这一新的领域。22功能发展方向221用户界面图形化用 户 界 面 是 数 控 系 统 与 使 用 者 之间的对话接口。由于不同用户对界面的要求不同，因而开发用户界面的工作量极大，用户界面成为计算机软件研制中最 困 难 的 部 分 之 一。当 前INTERNET、虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等技术也对用户界面提出了更高要求。图形 用 户 界 面 极 大 地 方 便 了 非 专 业 用 户的使用，人们可以通过窗口和菜单进行操 作，便 于 蓝 图 编 程 和 快 速 编 程、三 维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。222科学计算可视化科 学 计 算 可 视 化 可 用 于 高 效 处 理数据和解释数据，使信息交流不再局限于用文字和语言表达，而可以直接使用图形、图像、动画等可视信息。可视化技术与虚拟环境技术相结合，进一步拓宽了 应 用 领 域，如 无 图 纸 设 计、虚 拟 样 机技 术 等，这 对 缩 短 产 品 设 计 周 期、提 高产 品 质 量、降 低 产 品 成 本 具 有 重 要 意义。在数控技术领域，可视化技术可用于CAD CAM，如自动编程设计、参数自动设定、刀具补偿和刀具管理数据的动态 处 理 和 显 示 以 及 加 工 过 程 的 可 视 化仿真演示等。223插补和补偿方式多样化多种插补方式如直线插补、圆弧插补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹插 补、极 坐 标 插 补、2D 2螺 旋 插 补、NANO插补、NURBS插补（非均匀有理B样条插补）、样条插补（A、B、C样 条）、多项式插补等。多种补偿功能如间隙补偿、垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和测量系统误差补偿、与速度相关的前馈补 偿、温 度 补 偿、带 平 滑 接 近 和 退 出 以及相反点计算的刀具半径补偿等。23体系结构的发展231集成化采 用 高 度 集 成 化CPU、RISC芯 片和 大 规 模 可 编 程 集 成 电 路FPGA、E-PLD、CPLD以及 专 用 集 成 电 路ASIC芯片，可提高数控系统的集成度和软硬件运行速度。应用FPD平板显示技术，可提高显示器性能。平板显示器具有科技含量 高、重 量 轻、体 积 小、功 耗 低、便 于携带等优点，可实现超大尺寸显示，成为和CRT抗衡的新兴显示技术，是21世纪显示技术的主流。应用先进封装和互连技术，将半导体和表面安装技术融为一体。通过提高集成电路密度、减少互连长度和数量来降低产品价格，改进性 能，减 小 组 件 尺 寸，提 高 系 统 的 可 靠性。232模块化硬 件 模 块 化 易 于 实 现 数 控 系 统 的集 成 化 和 标 准 化。根 据 不 同 的 功 能 需求，将 基 本 模 块，如CPU、存 储 器、位 置伺服、PLC、输入输出接口、通讯等模块，作成标准的系列化产品，通过积木方式进行功能裁剪和模块数量的增减，构成不同档次的数控系统。233网络化机 床 联 网 可 进 行 远 程 控 制 和 无 人化操作。通过机床联网，可在任何一台机床上对其它机床进行编程、设定、操作、运 行，不 同 机 床 的 画 面 可 同 时 显 示在每一台机床的屏幕上。3智 能 化 新 一 代PCNC数 控系统当 前 开 发 研 究 适 应 于 复 杂 制 造 过程 的、具 有 闭 环 控 制 体 系 结 构 的、智 能化新一代PCNC数控系统已成为可能。智 能 化 新 一 代PCNC数 控 系 统 将 计 算机智能技 术、网 络技 术、CAD CAM、伺服 控 制、自 适 应 控 制、动 态 数 据 管 理 及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，形成严密的制造过程闭环控制体系。4展望制 定 符 合 中 国 国 情 的 总 体 发 展 战略，确立与国际 接轨 的 发 展 道 路，对21世 纪 我 国 数 控 技 术 与 产 业 的 发 展 至 关重要。本章对数控技术和产业发展趋势的分析，对我国数控领域存在的问题进行研究的基础上，对21世纪我国数控技术和产业的发展途径进行了探讨，提出了以科技创新为先导，以商品化为主干，以 管 理 和 营 销 为 重 点，以 技 术 支 持和服务为后盾，坚持可持续发展道路的总体发展战略。在此基础上，研究了发展 新 型 数 控 系 统、数 控 功 能 部 件、数 控机床整机等的具体技术途径。衷 心 希 望，我 国 科 技 界、产 业 界 和教育界通力合作，把握好知识经济带来的难得机遇，迎接竞争全球化带来的严峻挑战，使我国数控技术和产业最终走向世界的前列。数控技术和数控机床是制造业现代化的基础，是一个国家综合国力的重要体现。我国在从制造大国向制造强国转变的过程中，大力发展数控技术具有重要意义。 我国数控技术的现状表现在以下几个方面：1 数控系统的硬件技术发展迅速 随着集成电路及计算机技术的迅猛发展，给数控硬件技术的更新换代注入新的活力，现代数控系统普遍采用超大规模集成电路(VLSI)、专用芯片(ASIC)及数字信号处理(DSP)技术。在电气装联上广泛采用表面安装(SMT)、三维高密度(three dimensional high density)技术，极大地提高系统的可靠性。高速高性能存储技术，比如闪烁存储(flash memory)，移动存储(PCMCIA card)等极大地方便用户。薄膜晶体管液晶显示器(TFTLCD)技术使得显示装置趋于平板化，更便于机电一体化安装并改善人机界面。作为数控系统核心的处理器广泛采用“位以上的高速RISC CPU，保证高速、高精度的数控加工。 2 体系结构向开放式发展 开放式数控的讨论已有好些年了，但是应该看到，对于开放式结构至今没有一致性的定义。某些用户认为开放式表示能够接受当地使用的通信协议;而另一些用户认为开放式意味着所有控制器操作界面完全一致;对机床应用工程师而言，开放式意味着对刀架移动、传感器和逻辑控制有标准的输入/输出接口;对大公司和大学的研究工程师来说，开放式意味着以上这些均来自随即拿来就用的积木块。由于来自最终用户和集成商(机床厂)的压力，开放式结构的开发工作正在向前发展并将持续下去。目前的一个积极成果即是基于PC的CNC，即PC-based。 3 实时操作系统进入CNC 严格意义上说，数控控制软件中包含着实时操作系统的思想，例如任务调度、存储器管理、中断处理等，但这种技术是隐含的，是和数控应用程序比如插补，伺服、译码等混合的。每一个数控系统都是独特的，不透明的。这种情况对于最终用户和系统集成商而言带来诸多不便。在开放式数控呼声日益高涨的今天，研究实时操作系统在CNC软件中的应用是顺理成章的事。特别是最近嵌入式实时操作系统的技术发展迅猛，这对于数控控制软件的开发将产生革命性的影响。选择一个合适的商用嵌入式实时操作系统，将插补、伺服、译码、数据处理等数控应用软件往上“挂”，最终移植到一个硬件环境中去，形成最终使用户满意的数控系统，也就是个性化的CNC系统，这将是开放式数控的主要方向。 4 现场总线技术开始广泛使用 现场总线(field bus)实质上是工控网络中的低档产品。因为底层设备通信有以下特点。 1)通信环境恶劣，可能受到温度、湿度变化、尘埃、电压波动、机械振动和电磁场干扰等因素影响。 2)信息传递主要是设备与设备之间，故对通信可靠性要求高。 3)通信内容和时间一般可以预先设定，随机、自发产生的信息相对较少，这可使通信协议大大简化。 4)由于有较多的监控信息，实时性要求高。 5)要求有一定的故障诊断和容错能力，以防止不必要的系统故障。 6)距离短，频度高。 5 PLC功能继续增强 可编程控制器(PLC)在数控机床上主要完成MST功能(辅助功能)，即除了主运动以外的辅助功能，但目前PLC在数控机床上的功能正在逐渐扩大，例如：1)可通过报警文本编辑产生个性化的诊断页面。2)PLC直接控制坐标轴。3)在系统配置和初始化时发挥作用，这个作用对西门子系统的PLC最为明显。 6 CNC的通讯、网络功能不断扩大 从早期的DNC，RS232、422和485一直到目前的MAP，EtIlemet等，数控机床的网络通讯功能在不断增强。为解决大容量零件加工程序的传递和存储，一是可采用DNC中的前端机进行分配和传输，即形成DNC主机一前端机.CNC的三层模式。而一台前端机可控制多台CNC。另外一种，对于带PCMC认卡的CNC系统，可利用该存储卡传递加工程序(一张卡为58M)。第二种最简单的方法可利用CNC和后台编辑功能，在切削时同时传递零件加工程序。 7 数字式交流伺服成为主流 数字式交流伺服系统体积小，性能好，调试方便，克服了过去模拟伺服系统用电位器调节的不便。通过数字设定可优化速度、电流环，可进行转矩限制，进行加减速控制，另外可以和外部计算机通讯，备份伺服参数，并在上位机显示电流、扭矩波形，便于观察。 8 数控系统开发环境越来越友好 数控系统如何安装在一台机床上，这就是数控系统的开发环境。除了硬件联结之外主要有两个方面的问题，一个是PLC梯形图的编写。另一个是机床参数的确定。前者主要解决辅助功能的匹配，比如机床冷却、润滑、主轴正、反转以及机床操作面板的适配。而后者主要匹配机床的主运动，例如进给速度，加减速，行程限制等。这里主要介绍PLC梯形图的开发问题。早期的数控机床的梯形图是由CNC工程师根据机床的功能编写的。编译完以后再插入到数控软件中去，随着数控技术的普及，原先由数控系统制造商垄断的接口软件开发已转移到机床厂或数控集成商。用户可根据CNC制造商提供的集成方法和文件自行开发，大大促进了数控技术的发展和普及。现在为了减轻机床厂和系统集成商编写梯形图的负担，西门子公司在802D系统中提供了PLC应用程序实例和子程序库说明，最终用户在编写梯形图时，只要利用参数调用就可以完成梯形图的编写，大大方便了用户并节约了时间。 9 数控相关技术和社会服务体系正在逐步完善 数控相关技术，首推CAD/CAM，目前商用的CAD/CAM软件十分丰富，UG-II，Pro/E，Solidworks，Mastercam等已十分普遍。并将工艺设计(CAPP)内容融合进去，给用户提供典型工艺方案以供选择。所生成的数控零件加工程序更符合实际需要。目前存在的普遍问题是CAD/CAM软件产生的二进制文件(刀位文件)均要经过后置处理转化为字符串文件，供给数控机床使用。而这些零件加工程序一进入数控系统后又还原二进制文件以供插补等运算。这种信息传递的过程很难做到高效、优质、快捷。人们期待着一种CAD/CAM/CNC的高效信息传递方式，这里还有较长的路要走。1 数控技术发展现状11 国外数控技术发展现状目前国外数控系统技术发展的总体趋势如下：新一代数控系统向PC化和开放式体系结构方向发展。驱动装置向交流、数字化方向发展。增强通信功能，向网络化发展。数控系统在控制性能上向智能化发展。国外具有世界影响力的机床公司有很多，在此重点介绍以下几家。(1)日本山崎马扎克公司开发出了2种可使用长镗杆切削工件的复合加工机床，一种是以卧式车床为原型，与卧式加工中心(MC)组合而成的卧式复合加工机床“INTEGREX e一650H II”；另一种是以立式车床为原型，与立式MC组合而成的立式复合加工机床“INTEGREX e一1060V8 II RAM”。INTEGREX e II系列装载了MAZATROL MATRIX以及各种新功能，以Mark II为名称，是对2l世纪的制造工厂带来革命性冲击的划时代的复合加工机。其主要特点是主轴最高转速1 600 rmin，快移速度40 mmin，刀具库容量40把，刀具更换时间(刀到刀)18 s(刀具质量20 kg以下)。新的卧式复合加工机床在MC端的主轴轴头上安装一个带有长849 mm镗杆的“长镗杆架”。该镗杆架自顶端起依次由刀具、长柄和刀架组成。该镗杆架的后端有4个固定位置，由操作人员将其装在MC一侧设计有相同固定位置的主轴轴头上。MC一侧的主轴除从机床正面观察处于纵深方向的y轴外，还有一个B轴(位于l，轴四周的轴)。l，轴的可动范围为650mm，B轴的转动范围在1800以上。长镗杆架与MC一侧的主轴轴头的上述动作联动。在由车床主轴(工件主轴)固定的工件外周上能够加工任意角度的轴孔。而且还能在最后形成的轴孔内径上切削沟槽等。而立式复合加工机床并没有在MC主轴轴头上安装用于镗杆加工的刀架，而是沿着机床立柱在主体垂直方向安装一个供镗杆使用的柱塞。这种柱塞具有900 mm的行程，固定在镗杆杆头上的刀具在工件内面可达到900 mm的深度。同时还配备供钻孔加工工具专用的自动工具更换装置(ATC)，从进料斗中准备的6种工具中选择并固定所使用的工具的工作由ATC自动完成。该ATC是在MC一侧的ATC之外另外设计的。立式复合加工机床采用由MC主轴和钻孔柱塞组成的“双头”结构。因此，在其中一方进行切削的过程中，通过让另一方移至可动范围之外处于待机状态，防止二者相互干扰。(2)美国法道VMC4020C机床是由上海法道机床有限公司严格按照美国法道公司的技术标准在国内组装生产。其具有168 kW(225 hp)强大的主轴电动机在全转速范围内提供稳定的扭矩输出。主轴采用无齿轮双速电子调速系统，更宽的调速范围提供更好的运行特性。主轴转速最高可达到7 500 rrain。采用获得专利的刀柄拉杆机构，确保刀具在强力切削中的锁紧。无论是切削钢件还是铝件，都保证其有充分的动力，既可重切削又可高速切削。剐性攻丝在1501 500 rmin高速下可保证螺矩和深度精度，且不须额外配备攻丝夹头。床身采用整体铸造，内部遍布网状加强筋结构。重型铸铁的矩型导轨提供更大的接触面，实现最佳的减振性能和刚性。伺服电动机采用世界名品BALDO电动机，高达16 900 N的轴推力，有着高的安全可靠性。机床全部采用直径达到40 mm的日本精工滚珠丝杠，在低速下提供工作台的高速移动，延长丝杠寿命，允许长时间重载运行。工作台的承载能力可达到1 700 kg。加高的z轴立柱，有着长达711mm的垂直行程。主轴端面到工作台面距离可达102813 nun。可容纳21把刀具的全封闭刀库，最大刀具直径(邻位无刀具)可达到152 mill，刀具最大重量可达68 kg。(3)CNC613240数控车床配备西门子(SINUMERIK 801)系统和交流伺服单元，采用自动刀架及手压式润滑系统。该机床床身导轨采用超音频淬火工艺，最大工件回转直径为400 mill，耐磨性强，精度保持性好；主轴系统结构先进，回转精度高，抗振性好，主轴转速范围1001 600 rmin，具有运行平稳、工作可靠、精度高、功能丰富、操作方便、应用范围广等特点，能自动完成开深槽、坯料去除、螺纹车削、深孔、弹性攻丝等，都可以通过固定的车削循环以及丰富的编程指令集来实现。适合于多品种、中小批量产品的加工。(4)德马吉(DMG)公司生产的CTX 310 ECO通用车床其主轴驱动在无级可调情况下，转速可达5 000rmin，输出功率为ll kW，扭矩为112 NIll，可为书51200 mm直径范围的高要求车削操作提供最佳的前提条件。在此，主轴上的直接测量系统与可供选择的法那科或西门子提供的高端CNC控制器相结合，提供最高的定位精度。此外，在标准配置中就已拥有德马吉的创新产品1个带有12个刀位的VDI 30刀塔，其中的6个刀位可以选配动力刀具并配置C轴。除此之外，用于轴加工的可编程移动的尾座也包含在标准配置中；标准配置中还包括在所有轴上用于保证工艺稳定性及工件加工精度的直线滚动导轨。每根轴均配有数字驱动装置，它使x轴的快移速度可达到24 mmin，Z轴的快移速度可达到30 mmin。在操控方面，无论是CTX 310 ECO还是CTX 510ECO，都采用西门子和发那科的高科技三维CNC数控系统，同时还提供最大可达15英寸的彩色LCD操作显示器，标准键盘和电子控制手轮。除了在任何情况下都极具说服力的硬件配置，CTX 310 ECO和CTX510 ECO外，还有若干在现场信息领域内支持操作人员对车床进行舒适操控的软件，其中包括整合在西门子控制系统中的ShopTum图形化编程软件以及法那科控制系统中的Manual Guide i图形化编程软件。ECO系列产品在操控方面的其他过人之处在于强大的刀具管理以及直观的图形界面设置，还具有强大的图形界面故障诊断功能。12 国内数控技术发展现状我国数控技术起步于20世纪50年代末期，经历了初期的封闭式开发阶段，“六五”、“七五”期间的消化吸收、引进技术阶段，“八五”期间建立国产化体系阶段，“九五”期间产业化阶段，现已基本掌握了现代数控技术，建立了数控开发、生产基地，培养了一批数控专业人才，初步形成了自己的数控产业。目前，较具规模的企业有广州数控、航天数控、华中数控等，生产了具有中国特色的经济型、普及型数控系统。经半个世纪的发展，产品的性能和可靠性有了较大的提高，逐渐被用户认可，在市场上站稳了脚跟。但是由于系统技术含量低，产生的附加值少，不具备与进口系统进行全面抗衡的能力，只在低端市场占有一席之地，还不能为我国数控产业起到支撑的作用，与国外相比，还有不小的差距。主要问题有以下几方面：(1)技术创新成分低、消化吸收能力不足目前我国数控技术的研究主要还是依照国外开发的一些模式按部就班地进行。真正创新的成分不多，对国外技术的依赖度较高，对所引进技术的消化依旧停留在掌握已有技术和提高国产化率上，没有完全形成产品自主开发能力和技术创新能力。技术引进是加快我国控技术发展的一条重要途径，但引进的技术要实现从根本上提高我国数控技术水平，必须进行充分的消化吸收。消化吸收的力度不强，不但无法摆脱对国外技术的依赖，而且还会造成对国外技术依赖性增强的反作用。(2)技术创新环境不完善我国尚未形成有利于企业技术创新的竞争环境。企业技术创新的动力来源于对经济利益的追求和外部市场的竞争压力，其技术创新意识不强。企业还没有建立良好的技术创新机制，绝大部分企业的技术创新组织仍处于一种分散状态，很难取得高水平的科研成果。(3)产品可靠性、稳定性不高可靠性的指标一般采用平均无故障时间(MTBF，单位为h)，国外数控系统平均无故障时间在10 000 h以上，国产数控系统平均无故障时间仅为3 0006 000 h。这使得可靠性、稳定性上就与国外技术相差很大，必然影响产品的市场占有率。(4)网络化程度不够我国数控技术的网络化程度不够，目前主要用于NC程序传送，采用纸带阅读器、串口通讯技术，其集成化、远程故障排除、网络化水平有限。 (5)体系结构不够“开放” 大部分数控产品体系结构不够开放，用户接口不完善，少数具有开放功能的产品又不能形成真正的产品，只是停留在试验、试制阶段。用户不能根据自己的需要将积累的技术经验融入到系统中，无形中流失了很多对数控技术改进、创新和完善的资源。针对以上存在的不足，国内机床公司厂家作出了很大的努力。目前，较具规模的企业有广州数控、航天数控、华中数控等，生产了具有中国特色的经济型、普及型数控系统。下面作简单的介绍。(1)华中“世纪星”数控系统在功能和配置方面远优于国外普及型数控系统。特别是在多轴(9轴)联动、三维图形显示、动态仿真、大容量程序内存、双向螺距补偿、汉字界面、网络功能、开放体系结构、哪彩色脚糕LWO豁f貉-。 ，一平昂-朋洲Repons综述薄形显示器等配置方面，已达到国外高档系统(如FANUC18、SIMENSE一840)的水平。众所周知，国外的高档数控系统价格非常昂贵，如意大利Fidia仿形数控系统价格为60一70万元人民币，英国的雷尼绍仿形测头价格高达28万元人民币；德国Walter的数控工具磨床，仅一种刀具的编程软件即需l万美元。而华中数控与菲地亚相同档次的仿形数控系统价格约仅为其13。此外，若进口五轴联动以上的数控系统，还受到西方政府的管制，要对最终用户和最终用途进行调查，限制其使用，若认为与军事工业有关，则不予批准。即使我国民用工业能购进口这类设备，其价格也非常昂贵，仅一套CNC单元价格高达20多万元人民币，而华中数控五轴CNC，价格约为其14。另外开放式、网络化已成为当今数控系统发展的主要趋势。华中“世纪星”系列数控系统包括世纪星HNC一18i、HNC一19i、HNC一2I和HNC一22四个系列产品，均采用工业微机(IPC)作为硬件平台的开放式体系结构的创新技术路线，充分利用PC软、硬件的丰富资源，通过软件技术的创新，实现数控技术的突破。通过工业PC的先进技术和低成本保证数控系统的高性价比和可靠性。并充分利用通用微机已有软硬件资源和分享计算机领域的最新成果，如大容量存储器、高分辨率彩色显示器、多媒体信息交换、联网通讯等技术，使数控系统可以伴随PC技术的发展而发展，从而长期保持技术上的优势。(2)广州数控生产的GSK983M系统是中高档数控系统产品，该系统最多可实现5轴4联动，可实现高速高精闭环加工，最高移动速度达24 mmim，精度达。可实现12种固定循环，空间螺旋线插补，刀补C，螺补，用户宏AB，比例缩放，坐标系旋转等等功能；内嵌式PMC，192128个I0点，5 000步容量，梯图编程，大大方便和简化机床强电设计并可由用户自行二次开发。可实现DNC加工，程序及参数传输功能，极大方便于加工程序备份保存和机床调整。图形显示，中英文菜单，后台编辑；配备104英寸TFT液晶显示器。具有低价格、高性能、高可靠性，等等优点，较适合用于铣床和小型加工中心。其加工稳定性在国产系统中占有一定的优势，该系统已被国内绝大多数机床厂家认可。(3)北京航天数控系统有限公司最新推出的CASNUC2100E数控系统是一个将PCI04板嵌入到控制系统中的一体化的车、铣床闭环数控系统。该系统是将控制系统、显示面板、操作面板集于一体，结构紧凑，易于安装；彩色LCD显示，具有功能全面、性能可靠、连接简单、性价比高等优点。CASNUC 2100E数控系统适用于车床、铣床、钻床、磨床等4轴以下的机械设备控制。(4)凯奇数控开发的NC一110系统采用开放式结构，模块化设计，嵌入式PC机可跟踪PC机的技术发展，不断丰富系统的功能，保持系统的高处理速度。该系统经过广泛的国际、国内合作，能为用户提供最佳的软硬件配置方案和合理的性能价格比。系统可进行多过程控制，大容量程序存储，内藏PLC控制器，提供充足的IO点。系统采用一体化设计，使用维修方便，并经过严格的国内外电磁兼容性和环境试验、检测，具有高可靠性。软件功能强大，可控制多种机床，如车床、铣床、各种类型加工中心、磨床等。该系列产品已在国内外得到广泛应用。(5)由齐齐哈尔二机床集团、清华大学和哈尔滨电机厂有限公司“产学研用”密切合作开发的XNZD2415大型龙门式五轴联动混联机床，是我国在并联机床研究方面的一个突破。该机床结合串联结构与并联结构的优点，采用双柱龙门工作台移动式，用直线驱动实现虚拟空间坐标位置变换。结构简单，多自由度运动能力强，具有较高的柔性和工艺集成度。并联运动采用两组平行四边形机构，AC摆角铣头采用双蜗杆消隙机构驱动，交叉滚柱轴承支撑，刚度高，保证了主轴进给刚度及精度，实现A轴转角1050、C轴连续转角O4000，可实现叶片、导叶等复杂空间曲面的加工。由清华大学开发的基于RTLinux的数控系统采用高精度控制算法，应用数控后置处理系统将标准刀位文件转换为标准加工代码。(6)山东大学研制的具有自主知识产权的内装式电动机驱动的磁悬浮轴承高速主轴单元样机。通过采用遗传算法对电磁轴承进行了多目标优化设计，开展了磁悬浮轴承的仿真研究、轴承刚度测试以及工业磨削试验、磁悬浮轴承起浮实验等。该主轴单元样机的最高转速达到34 000 rrain，刚度达6459 Np,m，回转精度达0001 5 mm。数字控制器采用DSPTMS320VC33为系统硬件平台，PC机监视状态实时显示。通过在济南四机数控机床有限公司研制的J4K一095数控内外圆复合磨床上进行磨削试验，目前磨出的钢件内孔表面粗糙度为089 p,m。(7)南京数控机床公司开发的高效、大型车削单兀是国内重机、军工和航天等行业急需的设备。通过大型车削加工单元的研制，主轴最大输出扭矩达2 500Nm，主轴最高转速2 500 rmin，可适合大扭矩切削。高加工效率。同时对主轴的加工工艺，轴单元的动平衡，主轴箱体孔的研磨工艺，轴承与主轴和箱体孔的眄己合，主轴轴承的预加负荷及温升控制进行了大量的试验，保证主轴单元规定的技术要求。采用模块化设计。针对加工不同零件实现不同的模块组合，使机床具有较宽适用范围。此外还针对兵器和航天行业典型的弹体类零件的特点和要求设计了龙门式上下料机械手。(8)武汉重型机床厂研制的CKX53160型数控单柱移动立式铣车床，加工直径16 m，加工高度63 in，工作台承重550 t并可精确分度，要求工件一次装卡完成车、铣、镗、钻、攻丝、磨削全部加工工序，制造难度大。该机床的试制成功，保证了三峡电站550 t巨型水轮机转轮的加工。武汉重型机床厂研制开发的重型七轴五联动车铣复合加工机床，最大加工高度2 000lllm，最大加工直径8 000 mm，承重100 t，具有五联动车、铣复合加工，在线测量等功能，可实现工作台自动精确分度，能一次装卡完成螺旋桨的全部工序的加工，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，并达到当代国际先进水平。2 数控技术发展趋势在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅大力发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。因此大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展，提高综合国力和国家地位的重要途径。数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，其技术范围覆盖很多领域：机械制造技术；信息处理、加工、传输技术；自动控制技术；伺服驱动技术；传感器技术；软件技术等。从目前世界上数控技术发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面。21 高速、高精度化高速切削加工不仅可以提高生产效率，而且可以改善加工质量，所以自20世纪90年代初以来，便成为机床技术重要的发展方向。各国相继推出了许多主轴转速10 000 rrain至60 000 rmin以上的加工中心和数控铣床。高速切削加工正与硬切削加工、于切削和准干切削加工以及超精密切削加工相结合；正从铣削向车、钻、镗等其他工艺扩展；正向较大切削负荷方向发展。高速加工对机床和功能部件的要求是：主轴功能部件的速度应能达到12 00040 000 rmin；工作台最高进给速度应达到4060 mmin；加速度达到lg；高刚性的机械部件结构；高稳定、高刚度、冷却良好的高速主轴；精确的热补偿系统；高速处理能力的控制系统(具有NURBS插补功能和预处理能力的控制系统)。 瑞士的米克朗(MIKRON)公司生产的HSM立式加工中心，它在主轴转速为30 000 rmin(125 kW)、进给速度40 mmin、加速度17 ms2的情况下，实现平稳运行；日本安田公司生产的YBM950V型立式加工中心，其主轴在20 00030 000 rmin高速运转时，仍十分平稳，铣削平面的粗糙度可达04斗m。 国产数控机床及其功能部件无论在技术参数上，还是在各种动态指标上，与工业发达国家的同类产品均存在一定差距。目前，国内沈阳机床集团在引进技术的基础上成功开发出BW60HSI型系列高速卧式加工中心，并已批量进入市场。该机采用电主轴，主轴最高转速16 000 rmin，由零至最高转速的时间为l s，快速移动速度60 mmin。宁江集团开发的高速加工中心主轴转速高达40 000 rmin。当前，在数控机床精密化方面，美国的水平最高，不仅生产中小型精密机床，而且由于国防和尖端技术的需要，研究开发了大型精密机床。其代表产品有LLL实验室研制成功的DTM一3型精密车床和LODTM大型光学金刚石车床，它们是世界公认水平最高的、达到当前技术最前沿的大型精密机床。其它国家也相应研制成功各种类似的装备，如英国的Cranfield、日本的东芝机械等。近年来我国对超精密机床的研制也一直在进行。北京机床研究所研制成功了JCS一027型超精密车床、JCS一03型超精密铣床、JCS一035型数控超精密车床等。22 智能化、开放式、网络化2l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、电动机参数的自适应运算、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、specid Repons综述能化的人机界面等；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。日本MAZAK株式会社的日本工厂是世界上为数不多的智能管理的代表。整个工厂实行计算机网络智能化管理。智能生产中心通过机床的数控系统、生产线上的网络管理Pc机、立体仓库的计算机进行管理。智能生产中心由CAMWARE辅助制造编程系统、智能化日程管理系统、智能化工具管理系统、智能化监控系统组成。马扎克公司在中国的企业，生产现场的数控机床用以太网并与智能生产中心相连。在此基础上再借助以太网与企业上层的CADMRP(EPR)等系统联接，实现整个企业的信息集成，建立了智能网络化工厂。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(数控功能)，形成系列化。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EM0200l展中，日本山崎马扎克公司展出的“Cyber-Production Center”(智能生产控制中心，简称CPC)；日本大隈机床公司展出的“IT plaza”(信息技术广场，简称IT广场)；德国西门子公司展出的“Open Manufactufing Environment”(开放式制造环境，简称OME)等，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。23 环保化随着人们环境保护意识的加强，对环保的要求越来越高。不仅要求在机床制造过程中不产生对环境的污染，也要求在机床的使用过程中不产生二次污