我国数控技术的发展现状及发展趋势
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
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.17.026
0 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：
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作者简介：宋韬，本科，助教，研究方向：数控技术、特种加工。