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數(shù)控技術的發(fā)展趨勢
中國作為一個制造大國，主要還是依靠勞動力、價格、資源等方面的比較優(yōu)勢，而在產(chǎn)品的技術創(chuàng)新與自主開發(fā)方面與國外同行的差距還很大。下面，小編就為大家講講數(shù)控技術的發(fā)展趨勢，一起來了解一下吧!
數(shù)控技術的發(fā)展趨勢
數(shù)控技術不僅給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術的不斷發(fā)展和應用領域的擴大，它對國計民生的一些重要行業(yè)的發(fā)展起著越來越重要的作用。盡管十多年前就出現(xiàn)了高精度、高速度的趨勢，但是科學技術的發(fā)展是沒有止境的，高精度、高速度的內涵也在不斷變化，正在向著精度和速度的極限發(fā)展。
從世界上數(shù)控技術發(fā)展的趨勢來看，主要有如下幾個方面：
1.機床的高速化、精密化、智能化、微型化發(fā)展
隨著汽車、航空航天等工業(yè)輕合金材料的廣泛應用，高速加工已成為制造技術的重要發(fā)展趨勢。高速加工具有縮短加工時間、提高加工精度和表面質量等優(yōu)點，在模具制造等領域的應用也日益廣泛。機床的高速化需要新的數(shù)控系統(tǒng)、高速電主軸和高速伺服進給驅動，以及機床結構的優(yōu)化和輕量化。高速加工不僅是設備本身，而且是機床、刀具、刀柄、夾具和數(shù)控編程技術，以及人員素質的集成。高速化的最終目的是高效化，機床僅是實現(xiàn)高效的關鍵之一，絕非全部，生產(chǎn)效率和效益在“刀尖”上。
2.五軸聯(lián)動加工和復合加工機床快速發(fā)展
采用五軸聯(lián)動對三維曲面零件進行加工，可用刀具最佳幾何形狀進行切削，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。一般認為，1臺五軸聯(lián)動機床的效率可以等于2臺三軸聯(lián)動機床，特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進行高速銑削淬硬鋼零件時，五軸聯(lián)動加工可比三軸聯(lián)動加工發(fā)揮更高的效益。但過去因五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)主機結構復雜等原因，其價格要比三軸聯(lián)動數(shù)控機床高出數(shù)倍，加之編程技術難度較大，制約了五軸聯(lián)動機床的發(fā)展。當前數(shù)控技術的發(fā)展，使得實現(xiàn)五軸聯(lián)動加工的復合主軸頭結構大為簡化，其制造難度和成本大幅度降低，數(shù)控系統(tǒng)的價格差距縮小。因此五軸聯(lián)動技術促進了復合主軸頭類型五軸聯(lián)動機床和復合加工機床的發(fā)展。
3.新結構、新材料及新設計方法的發(fā)展
機床的高速化和精密化要求機床的結構簡化和輕量化，以減少機床部件運動慣量對加工精度的負面影響，大幅度提高機床的動態(tài)性能。例如，借助有限元分析對機床構件進行拓撲優(yōu)化，設計箱中箱結構以及采用空心焊接結構和使用鉛合金材料等已經(jīng)開始從實驗室走向實用。
我國機床設計和開發(fā)手段要盡快從二維CAD向三維CAD過渡。三維建模和仿真是現(xiàn)代設計的基礎，是企業(yè)技術優(yōu)勢的源泉。在此三維設計基礎上進行CAD/CAM/CAE/PDM的集成，加快新產(chǎn)品的開發(fā)速度，保證新產(chǎn)品的順利投產(chǎn)，并逐步實現(xiàn)產(chǎn)品生命周期管理。
4.開放式數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展
許多國家對開放式數(shù)控系統(tǒng)進行了研究，數(shù)控系統(tǒng)開放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來之路。所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)，就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運行平臺上，面向機床廠家和最終用戶，通過改變、增加或剪裁結構對象（數(shù)控功能），形成系列化，并可方便地將用戶的特殊應用和技術訣竅集成到控制系統(tǒng)中，快速實現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng)，形成具有鮮明個性的名牌產(chǎn)品。開放式數(shù)控系統(tǒng)有三種形式：
�。�1）全開放系統(tǒng)，即基于微機的數(shù)控系統(tǒng)，以微機作為平臺，采用實時操作系統(tǒng)，開發(fā)數(shù)控系統(tǒng)的各種功能，通過伺服卡傳送數(shù)據(jù)，控制坐標軸電動機的運動。
（2）嵌入系統(tǒng)，即CNC+PC，CNC控制坐標軸電動機的運動，PC作為人機界面和網(wǎng)絡通信。
�。�3）融合系統(tǒng)，在CNC的基礎上增加PC主板，提供鍵盤操作，提高人機界面功能。
開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結構規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運行平臺、數(shù)控系統(tǒng)功能庫以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當前研究的核心。
5.可重組制造系統(tǒng)的發(fā)展
隨著產(chǎn)品更新?lián)Q代速度的加快，專用機床的可重構性和制造系統(tǒng)的可重組性日益重要。通過數(shù)控加工單元和功能部件的模塊化，可以對制造系統(tǒng)進行快速重組和配置，以適應變型產(chǎn)品的生產(chǎn)需要。機械、電氣和電子、液體和氣體，以及控制軟件的接口規(guī)范化和標準化是實現(xiàn)可重組性的關鍵。
6.虛擬機床和虛擬制造的發(fā)展
為了加快新機床的開發(fā)速度和質量，在設計階段借助虛擬現(xiàn)實技術，可以在機床還沒有制造出來以前，就能夠評價機床設計的正確性和使用性能，在早期發(fā)現(xiàn)設計過程的各種失誤，減少損失，提高新機床開發(fā)的質量
【拓展資料】
數(shù)控技術是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術，它是集傳統(tǒng)的機械制造技術、計算機技術、現(xiàn)代控制技術、傳感檢測技術、網(wǎng)絡通信技術和光機電技術等于一體的現(xiàn)代制造業(yè)的基礎技術，具有高精度、高效率、柔性自動化等特點，對制造業(yè)實現(xiàn)柔性自動化、集成化和智能化起著舉足輕重的作用
特點
1.提高加工精度
數(shù)控機床是高度綜合的機電一體化產(chǎn)品，是由精密機械和自動控制系統(tǒng)組成的，其本身具有很高的定位精度和重復定位精度，機床的傳動系統(tǒng)與機床的結構具有很高的剛度及熱穩(wěn)定性；在設計傳動結構時采取了減少誤差的措施，并由數(shù)控系統(tǒng)自動進行補償，所以，數(shù)控機床有較高的加工精度，尤其提高了同批零件加工的一致性，使產(chǎn)品質量穩(wěn)定，合格率高，這一點是普通機床無法與之相比的。
2.提高生產(chǎn)效率
數(shù)控機床可以采用較大的切削用量，有效地節(jié)省了加工時間。數(shù)控機床或加工中心還有自動換速、自動換刀和其他自動化操作功能，使輔助時間大大縮短，且一旦形成穩(wěn)定加工過程，無須進行工序間的檢驗與測量。所以，采用數(shù)控加工比普通機床的生產(chǎn)率高3-4倍，甚至更多。
3.提高適應性
數(shù)控機床按照被加工零件的數(shù)控程序來進行自動化加工，當加工對象改變時，只要改變數(shù)控程序，不必用靠模、樣板等專用工藝裝備，這有利于縮短生產(chǎn)準備周期，促進產(chǎn)品的更新?lián)Q代。
4.提高零件的可加工性
一些由復雜曲線、曲面形成的機械零件，用常規(guī)工藝方法和手工操作難以加工，甚至無法完成，而由數(shù)控機床采用多坐標軸聯(lián)動即可輕松實現(xiàn)。
5.提高經(jīng)濟效益
數(shù)控機床（特別是加工中心）大多采用工序集中，一機多用，在一次裝夾的情況下，可以完成零件的大部分工序的加工，一臺數(shù)控機床或加工中心可以代替數(shù)臺普通機床。這樣既可以減少裝夾誤差，節(jié)約工序間的運輸、測量、裝夾等輔助時間，又可以減少機床種類，節(jié)省機床占地面積，帶來較高的經(jīng)濟效益
應用
從世界上數(shù)控技術及其裝備應用來看，其主要應用領域有以下幾個方面：
1.制造行業(yè)
機械制造行業(yè)是最早應用數(shù)控技術的行業(yè)，它擔負著為國民經(jīng)濟各行業(yè)提供先進裝備的重任。主要應用有研制開發(fā)與生產(chǎn)現(xiàn)代化軍用裝備用的高性能五軸高速立式加工中心、五坐標加工中心、大型五坐標龍門銑等；汽車行業(yè)發(fā)動機、變速箱、曲軸柔性加工生產(chǎn)線上用的數(shù)控機床和高速加工中心，以及焊接、裝配、噴漆機器人、板件激光焊接機和激光切割機等；航空、船舶、發(fā)電行業(yè)加工螺旋槳、發(fā)動機、發(fā)電機和水輪機葉片零件用的高速五坐標加工中心、重型車銑復合加工中心等。
2.信息行業(yè)
在信息產(chǎn)業(yè)中，從計算機到網(wǎng)絡、移動通信、遙測、遙控等設備，都需要采用基于超精技術、納米技術的制造裝備，如芯片制造的引線鍵合機、晶片光刻機等，這些裝備的控制都需要采用數(shù)控技術。
3.醫(yī)療設備行業(yè)
在醫(yī)療行業(yè)中，許多現(xiàn)代化的醫(yī)療診斷、治療設備都采用了數(shù)控技術，如CT診斷儀、全身治療機以及基于視覺引導的微創(chuàng)手術機器人，口腔醫(yī)學中的正畸及牙齒修復等方面都需要采用高精度數(shù)控機床對牙齒進行加工生產(chǎn)。
4.其他行業(yè)
在輕工行業(yè)，有采用多軸伺服控制的印刷機械、紡織機械、包裝機械以及木工機械等；在建材行業(yè)，有用于石材加工的數(shù)控水刀切割機，用于玻璃加工的數(shù)控玻璃雕花機，用于席夢思加工的數(shù)控行縫機和用于服裝加工的數(shù)控繡花機；在藝術品行業(yè)，越來越多的工藝品、藝術品都會采用高性能的五軸加工中心進行生產(chǎn)
數(shù)控機床未來四大發(fā)展趨勢:
一 、高速化
隨著汽車、國防、航空、航天等工業(yè)的高速發(fā)展以及鋁合金等新材料的應用，對數(shù)控機床加工的高速化要求越來越高。
1）主軸轉速：機床采用電主軸（內裝式主軸電機），主軸最高轉速達200000r/min；
2）進給率：在分辨率為0.01μm時，最大進給率達到240m/min且可獲得復雜型面的精確加工；
3）運算速度：微處理器的迅速發(fā)展為數(shù)控系統(tǒng)向高速、高精度方向發(fā)展提供了保障，開發(fā)出CPU已發(fā)展到32位以及64位的數(shù)控系統(tǒng)，頻率提高到幾百兆赫、上千兆赫。由于運算速度的極大提高，使得當分辨率為0.1μm、0.01μm時仍能獲得高達24～240m/min的進給速度；
4）換刀速度：目前國外先進加工中心的刀具交換時間普遍已在1s左右，高的已達0.5s。德國Chiron公司將刀庫設計成籃子樣式，以主軸為軸心，刀具在圓周布置，其刀到刀的換刀時間僅0.9s。
二、高精度化
數(shù)控機床精度的要求現(xiàn)在已經(jīng)不局限于靜態(tài)的幾何精度，機床的運動精度、熱變形以及對振動的監(jiān)測和補償越來越獲得重視。
1）提高CNC系統(tǒng)控制精度：采用高速插補技術，以微小程序段實現(xiàn)連續(xù)進給，使CNC控制單位精細化，并采用高分辨率位置檢測裝置，提高位置檢測精度（日本已開發(fā)裝有106脈沖/轉的內藏位置檢測器的交流伺服電機，其位置檢測精度可達到0.01μm/脈沖），位置伺服系統(tǒng)采用前饋控制與非線性控制等方法；
2）采用誤差補償技術：采用反向間隙補償、絲桿螺距誤差補償和刀具誤差補償?shù)燃夹g，對設備的熱變形誤差和空間誤差進行綜合補償。研究結果表明，綜合誤差補償技術的應用可將加工誤差減少60%～80%；
3）采用網(wǎng)格檢查和提高加工中心的運動軌跡精度，并通過仿真預測機床的加工精度，以保證機床的定位精度和重復定位精度，使其性能長期穩(wěn)定，能夠在不同運行條件下完成多種加工任務，并保證零件的加工質量。
三、功能復合化
復合機床的含義是指在一臺機床上實現(xiàn)或盡可能完成從毛坯至成品的多種要素加工。根據(jù)其結構特點可分為工藝復合型和工序復合型兩類。工藝復合型機床如鏜銑鉆復合——加工中心、車銑復合——車削中心、銑鏜鉆車復合——復合加工中心等；工序復合型機床如多面多軸聯(lián)動加工的復合機床和雙主軸車削中心等。采用復合機床進行加工，減少了工件裝卸、更換和調整刀具的輔助時間以及中間過程中產(chǎn)生的誤差，提高了零件加工精度，縮短了產(chǎn)品制造周期，提高了生產(chǎn)效率和制造商的市場反應能力，相對于傳統(tǒng)的工序分散的生產(chǎn)方法具有明顯的優(yōu)勢。
四、控制智能化
隨著人工智能技術的發(fā)展，為了滿足制造業(yè)生產(chǎn)柔性化、制造自動化的發(fā)展需求，數(shù)控機床的智能化程度在不斷提高。具體體現(xiàn)在以下幾個方面：
1）加工過程自適應控制技術：通過監(jiān)測加工過程中的切削力、主軸和進給電機的功率、電流、電壓等信息，利用傳統(tǒng)的或現(xiàn)代的算法進行識別，以辯識出刀具的受力、磨損、破損狀態(tài)及機床加工的穩(wěn)定性狀態(tài)，并根據(jù)這些狀態(tài)實時調整加工參數(shù)（主軸轉速、進給速度）和加工指令，使設備處于最佳運行狀態(tài)，以提高加工精度、降低加工表面粗糙度并提高設備運行的安全性；
2）加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇：將工藝專家或技師的經(jīng)驗、零件加工的一般與特殊規(guī)律，用現(xiàn)代智能方法，構造基于專家系統(tǒng)或基于模型的“加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇器”，利用它獲得優(yōu)化的加工參數(shù)，從而達到提高編程效率和加工工藝水平、縮短生產(chǎn)準備時間的目的；
3）智能故障自診斷與自修復技術：根據(jù)已有的故障信息，應用現(xiàn)代智能方法實現(xiàn)故障的快速準確定位；
4）智能故障回放和故障仿真技術：能夠完整記錄系統(tǒng)的各種信息，對數(shù)控機床發(fā)生的各種錯誤和事故進行回放和仿真，用以確定錯誤引起的原因，找出解決問題的辦法，積累生產(chǎn)經(jīng)驗；
5）智能化交流伺服驅動裝置：能自動識別負載，并自動調整參數(shù)的智能化伺服系統(tǒng)，包括智能主軸交流驅動裝置和智能化進給伺服裝置。這種驅動裝置能自動識別電機及負載的轉動慣量，并自動對控制系統(tǒng)參數(shù)進行優(yōu)化和調整，使驅動系統(tǒng)獲得最佳運行；
6）智能4M數(shù)控系統(tǒng)：在制造過程中，加工、檢測一體化是實現(xiàn)快速制造、快速檢測和快速響應的有效途徑，將測量（Measurement）、建模（Modelling）、加工（Manufacturing）、機器操作（Manipulator）四者（即4M）融合在一個系統(tǒng)中，實現(xiàn)信息共享，促進測量、建模、加工、裝夾、操作的一體化。國產(chǎn)數(shù)控機床缺乏核心技術，從高性能數(shù)控系統(tǒng)到關鍵功能部件基本都依賴進口，即使近幾年有些國內制造商艱難地創(chuàng)出了自己的品牌，但其產(chǎn)品的功能、性能的可靠性仍然與國外產(chǎn)品有一定差距。近幾年國產(chǎn)數(shù)控機床制造商通過技術引進、海內外并購重組以及國外采購等獲得了一些先進數(shù)控技術，但缺乏對機床結構與精度、可靠性、人性化設計等基礎性技術的研究，忽視了自主開發(fā)能力的培育，國產(chǎn)數(shù)控機床的技術水平、性能和質量與國外還有較大差距，同樣難以得到大多數(shù)用戶的認可。一些國產(chǎn)數(shù)控機床制造商不夠重視整體工藝與制造水平的提高，加工手段基本以普通機床與低效刀具為主，裝配調試完全靠手工，加工質量在生產(chǎn)進度的緊逼下不能得到穩(wěn)定與提高。另外很多國產(chǎn)數(shù)控機床制造商的生產(chǎn)管理依然沿用原始的手工臺賬管理方式，工藝水平和管理效率低下使得企業(yè)無法形成足夠生產(chǎn)規(guī)模。如國外機床制造商能做到每周裝調出產(chǎn)品，而國內的生產(chǎn)周期過長且很難控制。因此我們在引進技術的同時應注意加強自身工藝技術改造和管理水平的提升。
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