工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家通過發(fā)展數(shù)控技術(shù)，建立數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)，促使制造業(yè)跨入一個(gè)新的發(fā)展階段，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)帶來了巨大的變化。數(shù)控機(jī)床是世界第三次產(chǎn)業(yè)革命的重要內(nèi)容，它不但是機(jī)電工業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備，還是汽車、石化、電子和現(xiàn)代醫(yī)療裝備等產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的主要手段。特別是數(shù)控技術(shù)在制造業(yè)的擴(kuò)展與延伸所產(chǎn)生的輻射作用和波及效果，足以給機(jī)械制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、制造方式及管理模式等帶來深刻的變化。

1 數(shù)控技術(shù)發(fā)展的3個(gè)階段

1946年第一臺(tái)計(jì)算機(jī)在美國(guó)誕生，1952年第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床也在美國(guó)誕生。自此，數(shù)控技術(shù)緊跟著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展。近50多年來，數(shù)控技術(shù)經(jīng)歷了3個(gè)階段、6個(gè)時(shí)代的發(fā)展歷程。

數(shù)控技術(shù)發(fā)展的第一個(gè)階段稱為NC階段，這個(gè)階段的數(shù)控技術(shù)發(fā)展又經(jīng)歷了3個(gè)時(shí)代，即電子管時(shí)代、晶體管時(shí)代和中小規(guī)模集成電路時(shí)代。

第二個(gè)發(fā)展階段稱為CNC階段。1970年小型計(jì)算機(jī)開始用于數(shù)控系統(tǒng)，這是第4代數(shù)控系統(tǒng)；1974年微處理器開始用于數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展到第5代。迄今為止，在生產(chǎn)中使用的數(shù)控系統(tǒng)大多數(shù)都是第5代數(shù)控系統(tǒng)。

第三個(gè)發(fā)展階段稱為ONC階段。從20世紀(jì)90年代開始，在美國(guó)首先出現(xiàn)了在PC機(jī)平臺(tái)上開發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)，就是所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)，即第6代數(shù)控系統(tǒng)。

2 第5、第6代數(shù)控系統(tǒng)的比較

第5代數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)是計(jì)算機(jī)的專用性。目前市場(chǎng)上第5代數(shù)控系統(tǒng)的代表是日本的FANUC-0系統(tǒng)和德國(guó)的西門子810系統(tǒng)等，其最大特點(diǎn)就是計(jì)算機(jī)的專用性，一套數(shù)控系統(tǒng)就是一臺(tái)專用計(jì)算機(jī)，里面有十幾塊甚至幾十塊專用芯片，與標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)不兼容，它們之間也互相不兼容。

第6代數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)是計(jì)算機(jī)的開放性與兼容性。技術(shù)特點(diǎn)為：PC技術(shù)，Win操作平臺(tái)(并能在最短的時(shí)間內(nèi)采用計(jì)算機(jī)發(fā)展的新成果)；技術(shù)支持為：大量的硬件板卡廠商，大量的應(yīng)用軟件開發(fā)公司。

3 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

從目前來看，針對(duì)機(jī)械加工的要求，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)主要有5個(gè)方面：①基于PC的開放式；②網(wǎng)絡(luò)化(采用TCP／IP通訊協(xié)議)；③數(shù)字化；④多軸聯(lián)動(dòng)；⑤高速高精度。

目前世界上一些先進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)都采用Windows平臺(tái)，如：FANUC 300i、西門子840Di、海德漢TNCi 530等。

4 采用第6代數(shù)控技術(shù)的典型系統(tǒng)介紹

4.1 FANUC的新系統(tǒng)

日本FANUC的控制器具有PC機(jī)及個(gè)人計(jì)算機(jī)功能，如：150i／160i／180i／210i等，解決了第5代系統(tǒng)的封閉性、不兼容性的問題。

4.2 FANUC的納米數(shù)控系統(tǒng)30i和31i

納米插補(bǔ)：納米插補(bǔ)產(chǎn)生以納米為單位的指令給數(shù)字伺服控制器，使數(shù)字伺服控制器的位置指令平滑，因而提高了加工表面的平滑性。

2004年11月的日本東京國(guó)際機(jī)床展和2006年3月的上海國(guó)際機(jī)床展上，F(xiàn)ANUC展示了30i與31i兩款納米級(jí)數(shù)值控制器，其最小輸入單位為千分之一微米，日本安田工業(yè)已率先采用，目前一般的控制器精度約在0.1μm。

4.3 西門子840Di數(shù)控系統(tǒng)

840Di是全PC集成的更加靈活的開放式數(shù)控系統(tǒng)，建立在標(biāo)準(zhǔn)的微軟新操作系統(tǒng)和帶奔騰處理器(P2)的個(gè)人計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)之上，CNC控制功能與HMI功能一起都在PC處理器上運(yùn)行，可以省略傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中所需的NC處理單元。這種控制系統(tǒng)包含大量的標(biāo)準(zhǔn)化部件，如帶接口卡的工業(yè)PC機(jī)、PROFIBUS-DP、Windows NT操作系統(tǒng)、OPC(用于過程控制的OLE)用接口和NC控制軟件等。應(yīng)用領(lǐng)域更廣，包括各種機(jī)床以及木制品、建材等機(jī)械，而且可靠性更高，向智能化前進(jìn)了一大步。

4.4 我國(guó)應(yīng)積極采用第6代數(shù)控技術(shù)

計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展給中國(guó)數(shù)控產(chǎn)業(yè)帶來了巨大的希望和前所未有的機(jī)遇。就采用計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的新成果而論，我們和世界上最先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)廠家的差距不太大或基本是平等的，開發(fā)數(shù)控新產(chǎn)品，積極運(yùn)用先進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)，會(huì)給企業(yè)帶來生機(jī)。如南京四開公司成功地開發(fā)出了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的基于標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)平臺(tái)的數(shù)控系統(tǒng)，設(shè)計(jì)制造出多種型號(hào)的數(shù)控機(jī)床，滿足了市場(chǎng)的需求。

我國(guó)應(yīng)積極采用第6代數(shù)控系統(tǒng)，這樣可以大大縮小與國(guó)際先進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展之間的差距。

5 高速數(shù)控技術(shù)

高速加工是指主軸的高轉(zhuǎn)速和高進(jìn)給速度以及高進(jìn)給加速度，還有高的加速度變化率。

高速加工機(jī)床不僅要有高的主軸轉(zhuǎn)速，也應(yīng)具備與主軸轉(zhuǎn)速相匹配的高進(jìn)給速度。為了保證加工輪廓的高精度，機(jī)床還必須具備高的進(jìn)給加速度。因?yàn)橐慌_(tái)高速機(jī)床沒有足夠高的進(jìn)給加速度，是無(wú)法高速地進(jìn)行高精度復(fù)雜曲面輪廓的加工，所以要求高速加工的機(jī)床在加工復(fù)雜曲面時(shí)，根據(jù)不同的曲率半徑，在最短的時(shí)間內(nèi)不斷地調(diào)整進(jìn)給速度。

5.1 高速加工對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的要求

1)需要前瞻預(yù)處理，要求系統(tǒng)具有足夠的超前路徑加減速優(yōu)化預(yù)處理的能力。在高速加工中，為了保證機(jī)床在高速運(yùn)動(dòng)條件下的精度和平穩(wěn)性，系統(tǒng)必須估計(jì)到將要執(zhí)行的一系列空間待加工路徑，并根據(jù)速度預(yù)計(jì)得足夠遠(yuǎn)。

2)要求系統(tǒng)對(duì)高速采樣截尾誤差的精確預(yù)估，保證系統(tǒng)運(yùn)行的平穩(wěn)性。

為了保證直線電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)的高精度，數(shù)控系統(tǒng)必須具有高速采樣插補(bǔ)功能。

3)要求系統(tǒng)具有高的抑制外部擾動(dòng)力的能力即魯棒性。

5.2 高速加工技術(shù)的應(yīng)用

南京四開公司為漢江機(jī)床廠提供了一套數(shù)控凸輪軸磨床的數(shù)控系統(tǒng)。為保證磨削時(shí)恒線速切削，在國(guó)內(nèi)首次采用了旋轉(zhuǎn)的“零傳動(dòng)”技術(shù)，采用了主軸電機(jī)與機(jī)床主軸合二為一的結(jié)構(gòu)形式，取消了從主電機(jī)到機(jī)床主軸之間的一切中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，把主傳動(dòng)鏈的長(zhǎng)度縮短為零，因此加工精度更高(見圖1，圖2)。在2007年4月的北京機(jī)床博覽會(huì)上，受到好*。

圖1 采用“零傳動(dòng)”技術(shù)的MK8312凸輪軸磨床

圖2 MK8312精磨后的產(chǎn)品

另外，高速加工技術(shù)在航空航天、電子、船舶、兵器等精密機(jī)械制造領(lǐng)域大有作為，適合加工不銹鋼、淬硬鋼、石墨、石英玻璃等。

6 網(wǎng)絡(luò)數(shù)控技術(shù)

目前，由于國(guó)內(nèi)各企業(yè)的規(guī)模與發(fā)展進(jìn)程不一，其現(xiàn)代制造技術(shù)的應(yīng)用處于單元技術(shù)的應(yīng)用階段、局部集成階段、企業(yè)內(nèi)部的全面集成化、走向網(wǎng)絡(luò)制造、網(wǎng)絡(luò)制造促使信息化發(fā)展等各個(gè)階段。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在制造業(yè)的應(yīng)用，使制造業(yè)這一傳統(tǒng)行業(yè)日益現(xiàn)代化，現(xiàn)代制造業(yè)技術(shù)的典范網(wǎng)絡(luò)制造模式也越來越為企業(yè)接受并應(yīng)用。

網(wǎng)絡(luò)制造能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的企業(yè)間跨地域的協(xié)同設(shè)計(jì)、協(xié)同制造、信息共享、遠(yuǎn)程監(jiān)控及遠(yuǎn)程服務(wù)，企業(yè)與社會(huì)相互之間的供應(yīng)、銷售、服務(wù)等越來越便捷。

7 結(jié)束語(yǔ)

隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，使基于多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化制造技術(shù)為現(xiàn)代制造系統(tǒng)的并行作業(yè)、分布式運(yùn)行、虛擬協(xié)作、遠(yuǎn)程操作與監(jiān)視等提供了可能。可以預(yù)見，數(shù)控技術(shù)及裝備的發(fā)展趨勢(shì)為：

1)機(jī)械制造信息的數(shù)字化，將很快實(shí)現(xiàn)CAD／CAM／CAE／CAPP／PDM／PLM的集成應(yīng)用，如產(chǎn)品CAD數(shù)據(jù)經(jīng)過校核，可直接傳送給數(shù)控機(jī)床完成加工。

2)通過局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部并行工程，通過Internet建立跨地區(qū)的虛擬企業(yè)，實(shí)現(xiàn)資源共享，優(yōu)化配置，使制造業(yè)向互聯(lián)網(wǎng)輔助制造方向發(fā)展。