時間：2023-05-30 10:09:50
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
關(guān)鍵詞：國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)；普通機(jī)床；數(shù)控化改造
1 問題提出
我國自改革開放三十多年以來，從一個制造小國、弱國發(fā)展成舉世注目的制造大國，而奠定制造大國基礎(chǔ)的生產(chǎn)母機(jī)—機(jī)床也從改革開放時的幾十萬臺增長到現(xiàn)在的700萬臺左右，但這700萬臺機(jī)床其數(shù)控化率還不到40%，與歐美、日本主要發(fā)達(dá)國家機(jī)床數(shù)控化率70~80%有較大差距。因此，我國要從制造大國躍進(jìn)到制造強(qiáng)國，機(jī)床數(shù)控化率還需要加快提升。
2 普通機(jī)床數(shù)控化改造方向
2.1機(jī)床數(shù)控化的途徑。對于機(jī)床數(shù)控化率的大力提升，僅靠國內(nèi)機(jī)床企業(yè)生產(chǎn)和從國外進(jìn)口是短時期無法達(dá)到，也不現(xiàn)實(shí)。一是國內(nèi)數(shù)控機(jī)床年生產(chǎn)量僅為20萬臺左右，僅從數(shù)量就無法滿足國內(nèi)需求；二是進(jìn)口數(shù)控機(jī)床也有限，各企業(yè)也只進(jìn)口少數(shù)高端的、國內(nèi)還無法生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床；三是國內(nèi)各制造企業(yè)，尤其是中小企業(yè)還無法通過購買數(shù)控機(jī)床來淘汰普通機(jī)床。因此，普通機(jī)床數(shù)控化改造就是提升機(jī)床數(shù)控化率的重要途徑，同時，從經(jīng)濟(jì)上看，普通機(jī)床數(shù)控化改造費(fèi)用為購買新的數(shù)控機(jī)床投資的1/3~1/4。
2.2機(jī)床數(shù)控化改造方向。一是用國外數(shù)控系統(tǒng)，如SINUMERIK、FANUC系統(tǒng)改造普通機(jī)床；二是用國內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)，如廣州數(shù)控、華中數(shù)控等改造普通機(jī)床。從經(jīng)濟(jì)性上看，國內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)價格是國外數(shù)控系統(tǒng)價格的1/2~1/3左右；從性能上分析，目前中低檔數(shù)控系統(tǒng)國內(nèi)與國外已無明顯差距，中高檔數(shù)控系統(tǒng)國內(nèi)與國外有一定差距，不過差距正不斷縮小；從使用性上看，國內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)操作各有其特點(diǎn)，甚至國內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)更簡單，更適合中國人使用習(xí)慣；從機(jī)床改造的技術(shù)復(fù)雜性分析，用國內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)比用國外數(shù)控系統(tǒng)改造普通機(jī)床其技術(shù)更簡便，調(diào)試更容易。因此，從性價比分析，用國內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)比用國外數(shù)控系統(tǒng)改造普通機(jī)床性價比高，同時，為支持國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展，也應(yīng)選擇用國內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)改造普通機(jī)床的方向。
3 國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展與優(yōu)勢
3.1國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展。我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展起步于上世紀(jì)五十年代，發(fā)展于改革開放年代。通過“六五”期間引進(jìn)數(shù)控技術(shù)，“七五”期間組織消化吸收“科技攻關(guān)”，我國數(shù)控技術(shù)和數(shù)控產(chǎn)業(yè)取得了相當(dāng)大的成績，特別是最近十來年，我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)得到了迅速發(fā)展。以廣州數(shù)控為例，廣州數(shù)控設(shè)備有限公司從1991年成立以來，堅(jiān)持走自主研發(fā)、自主創(chuàng)新的道路，通過二十年的發(fā)展，現(xiàn)建成全國規(guī)模最大的數(shù)控系統(tǒng)研發(fā)中心，先后研發(fā)的生產(chǎn)數(shù)字式交流伺服驅(qū)動裝置和普及型數(shù)控系統(tǒng)填補(bǔ)了國內(nèi)空白，已發(fā)展成為中低檔為主的年產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)近十萬套的國內(nèi)最大的機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)企業(yè)，開辟了一條振興民族數(shù)控產(chǎn)業(yè)的道路。又如華中數(shù)控，武漢華中數(shù)控股份有限公司創(chuàng)立于1994年，通過的發(fā)展，華中數(shù)控通過近二十年的自主創(chuàng)新，開發(fā)出了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的開放式的數(shù)控系統(tǒng)，而且伺服驅(qū)動和主軸驅(qū)動裝置性能指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平，其產(chǎn)品覆蓋高、中、低檔。現(xiàn)在國內(nèi)能自主研發(fā)數(shù)控系統(tǒng)的企業(yè)已有十多家，能滿足國內(nèi)機(jī)床企業(yè)對生產(chǎn)各檔次、多品種數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品的要求。
3.2國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)優(yōu)勢。改革開放三十多年來，在國家有關(guān)部委的統(tǒng)一布署、政策支持下，各科研院所、大學(xué)、企業(yè)通過引進(jìn)、吸收、自主開發(fā)、自主創(chuàng)新，使我國數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床的水平與德、日的差距縮小到5—10年，個別產(chǎn)品達(dá)到世界先進(jìn)水平，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)與國外相比，有自己的獨(dú)特優(yōu)勢，其優(yōu)勢特點(diǎn)如下：
1、我國數(shù)控機(jī)床市場容量大，需求旺盛，為數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床開發(fā)創(chuàng)新與生產(chǎn)注入了強(qiáng)勁動力。從2002年起，中國連續(xù)多年成為世界機(jī)床消費(fèi)第一大國，在此背景下，國內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)的研制與開發(fā)在關(guān)鍵技術(shù)上取得了較明顯的突破，我國成功研制出為具有國際技術(shù)水平的五軸聯(lián)動加工機(jī)床配套的數(shù)控系統(tǒng)，打破了國外對我國技術(shù)上的封鎖；滾珠絲杠及直線導(dǎo)軌、數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺、雙擺角數(shù)控萬能銑頭等功能部件也實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵技術(shù)突破，并在一些重點(diǎn)企業(yè)得到應(yīng)用，部分替代了進(jìn)口。
2、跨代追趕，掌握最新技術(shù)。數(shù)控系統(tǒng)在體系結(jié)構(gòu)上已進(jìn)入最新一代，即第六代—基于PC的，其特點(diǎn)：一是元器件集成度高，可靠性好，性能指標(biāo)高；二是技術(shù)進(jìn)步快，升級換代容易；三是提供了開放式的基礎(chǔ)，可供利用的軟、硬件資源極為豐富。在數(shù)控技術(shù)發(fā)展上，我們是后來者，在接受最新技術(shù)上，我們幾乎沒有任何歷史包袱，通過“八五”、“九五”攻關(guān)，已掌握了第六代關(guān)鍵技術(shù)，并在近十年得到大力發(fā)展。在這方面，我們與國外競爭對手處于同一條起跑線，這就給我們帶來了極為難得的發(fā)展機(jī)遇，同時為機(jī)床改造提供了更多方便。
3、擁有一批高水平的、有中國特色的、自主的知識產(chǎn)權(quán)。高性能的數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)，在“八五”、“九五”攻關(guān)中已被我們掌握，不再受到外國的限制。各研發(fā)企業(yè)和單位通過多年的研究、創(chuàng)新，開發(fā)出了有自己特色的高水平的擁有知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床。如占國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)總量的50%，進(jìn)入世界同行產(chǎn)量前三位的廣州數(shù)控公司，在中高檔數(shù)控系統(tǒng)有突出貢獻(xiàn)的華中數(shù)控公司，在高檔數(shù)控系統(tǒng)獨(dú)領(lǐng)的珠峰公司和沈陽高檔數(shù)控國家工程研究中心等，都有一批受市場歡迎的有自主知識產(chǎn)權(quán)的高水平的數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品，為機(jī)床改造提供了更多更好的選擇。
4、在可靠性方面不低于國外產(chǎn)品水平。國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)已進(jìn)入了第六代，PC機(jī)的主機(jī)板均為世界名牌工控機(jī)企業(yè)制造，其可靠性指標(biāo)MTBF(平均無故障時間)可達(dá)30余年。由于國內(nèi)元器件技術(shù)飛速發(fā)展，自制電路板的可靠性也大為提高；經(jīng)過近十年的發(fā)展，伺服驅(qū)動單元和主軸驅(qū)動單元用的電力電子器件已向前發(fā)展了三代。不僅性能得到不斷提高，保護(hù)功能也更加完善，使國產(chǎn)伺服和主軸驅(qū)動單元可靠性大為提高，這為機(jī)床的改造提供了技術(shù)支持。同時不少企業(yè)強(qiáng)化了元器件篩選和質(zhì)量保證體系，還通過了ISO9000質(zhì)量認(rèn)證，其質(zhì)量與可靠性得到充分的保證。
4 國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)改造普通機(jī)床的實(shí)踐
近幾年我們曾用國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)對多臺普通機(jī)床（普車、普銑）進(jìn)行了數(shù)控化改造，其中用廣州數(shù)控改造車床，華中數(shù)控改造銑床,通過改造后的機(jī)床其主要技術(shù)（精度）指標(biāo)達(dá)到改造設(shè)計(jì)要求，改造費(fèi)用僅為購買新的數(shù)控機(jī)床的1/4~1/3，性價比高。通過用國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)對普通機(jī)床改造，我們得到以下有益啟示：
1、用國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)改造普通機(jī)床，性能指標(biāo)和可靠性滿足要求。現(xiàn)在國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)和與之相配套的伺服裝置、伺服電機(jī)、滾珠絲杠螺母付、電動刀架等部件的性能指標(biāo)和可靠性已與國外同類產(chǎn)品不相上下，完全滿足改造設(shè)計(jì)要求。如改造后的數(shù)控車床，經(jīng)檢測和零件加工，X向的精度為0.005~0.01mm，Z向精度為0.01~0.02mm，故障率低、可靠性高。
2、用國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)改造普通機(jī)床，有可靠的技術(shù)支持。現(xiàn)在國產(chǎn)數(shù)控企業(yè)如廣州數(shù)控、華中數(shù)控在全國各省市都設(shè)有技術(shù)服務(wù)機(jī)構(gòu)，有關(guān)數(shù)控技術(shù)方面的問題能得到及時支持和解決，使普通機(jī)床數(shù)控化改造有技術(shù)支撐。
3、用國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)改造普通機(jī)床，適應(yīng)性和針對性強(qiáng)。現(xiàn)在國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)和與之相配套的部件，品種多、規(guī)格齊，水平覆蓋高、中、低檔，并且在網(wǎng)上或用電話就可選購。在進(jìn)行機(jī)床改造時，可針對機(jī)床的類別、機(jī)床主要部件的磨損狀況，擬定具體的改造方案，有更多的選擇；同時，用國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)比用國外數(shù)控改造普通機(jī)床更方便，技術(shù)難度較低，如電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)、裝配及機(jī)床調(diào)試等。
參考文獻(xiàn)：
[1]張柱良．?dāng)?shù)控原理與數(shù)控技術(shù)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003．
【摘要】21世紀(jì)，PLC在工業(yè)上控制領(lǐng)域應(yīng)用很廣，不管在控制性能上還是在組機(jī)周期和硬件成本等方面所展現(xiàn)出的絕對優(yōu)勢是和其它產(chǎn)品難以相比的。隨著PLC技術(shù)的進(jìn)步發(fā)展, 它對于位置控制、過程控制、數(shù)據(jù)處理等方面的應(yīng)用也越來越多，涉及的也越來越廣。本文就數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行過程以及數(shù)控系統(tǒng)需要解決的幾個問題進(jìn)行說明。
【關(guān)鍵詞】數(shù)控；控制器；系統(tǒng)；效率；質(zhì)量
一、數(shù)控機(jī)床組成結(jié)構(gòu)及工作過程
（1）數(shù)控機(jī)床的組成。數(shù)控機(jī)床由輸入、輸出裝置、數(shù)控裝置、可編程控制器、伺服系統(tǒng)、檢測反饋裝置和機(jī)床本體等組成。（2）裝置過程。輸入設(shè)備是將不同的加工信息傳輸給計(jì)算機(jī)處理。由于數(shù)控機(jī)床發(fā)展早期階段，輸入設(shè)備是一個簡單的穿孔紙帶，目的是記錄信息數(shù)據(jù)，現(xiàn)已淘汰。數(shù)控機(jī)床設(shè)備是機(jī)床本體的核心，核心時的數(shù)據(jù)處理全部完工后，可以運(yùn)行命令指揮數(shù)據(jù)的工作。其功能是接收送來的脈沖信號的，通過系統(tǒng)軟件或邏輯的過程中，執(zhí)行各個部分進(jìn)行規(guī)定的、有序的動作。主軸控制可編程控制器是通過命令處理控制轉(zhuǎn)速，控制主軸正反轉(zhuǎn)和停止，進(jìn)給保持，切削液開關(guān)，卡盤夾緊松開等動作;還涉及了關(guān)于機(jī)床開關(guān)外部控制。測試反饋裝置，主要是檢測速度和位移，并將信息傳遞給數(shù)控設(shè)備，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制的反饋，以確保數(shù)控加工精度。（3）合理的安排。數(shù)控加工的準(zhǔn)備過程較復(fù)雜，內(nèi)容多，含對零件的結(jié)構(gòu)認(rèn)識、工藝分析、工藝方案的制訂、加工程序編制及使用方法等。首先要由編程人員或操作人員通過對零件圖作深入分析，特別是工藝分析，確定合適的加工工藝，其中也包含了裝夾方法的確定、工序劃分、走刀路線及其切削用量的選擇等。
二、機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)需要解決的問題
（1）機(jī)床的組成。機(jī)床是由機(jī)械設(shè)施和電氣設(shè)施組成，在設(shè)計(jì)時應(yīng)從機(jī)床的總體方面合理安排考慮。機(jī)床的系統(tǒng)和功能強(qiáng)大的背后程序總很復(fù)雜，所以二者應(yīng)該溝通一體化。在機(jī)床控制系統(tǒng)的選用上必須滿足使用的要求，同時為了實(shí)現(xiàn)維護(hù)，各項(xiàng)操作應(yīng)該是手動設(shè)置，如手動軸移動速度的快捷功能，切削液和開關(guān)。（2）指標(biāo)。在實(shí)踐中，我們?nèi)绾未_保控制精度的同時又能提高定位速度，現(xiàn)在是認(rèn)真思考并加以解決問題。定位精度也是一個極為重要的指標(biāo)。為了確保有足夠的位置精度，一方面是位置檢測設(shè)備提出精度的要求；另一方面正確選擇系統(tǒng)中開環(huán)放大倍數(shù)的大小。因?yàn)樵陂]環(huán)控制系統(tǒng)，對誤差和偏差，是很難區(qū)分，以及信息反饋往往起著決定性的作用。當(dāng)生產(chǎn)過程中的參數(shù)發(fā)生變化時，為了滿足生產(chǎn)的連續(xù)性，我們必須修改的參數(shù)值，它應(yīng)該是一個額外的功能線上。雖然編程器可以快速，方便地改變原來的設(shè)置參數(shù)的使用，但編程器通常是不能教操作人員使用，所以應(yīng)該考慮簡單的開發(fā)在線修改。最后，為了滿足系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定與安全也應(yīng)該提供保護(hù)。
三、機(jī)床定位伺服控制系統(tǒng)分析
（1）淺談數(shù)控機(jī)床。數(shù)控機(jī)床是一種高效率，高精度的自動化現(xiàn)代化設(shè)備，提高數(shù)控機(jī)床的可靠性，安全性已變得非常重要。可靠性評估主要指標(biāo)之一是可靠性。機(jī)床功能部件對數(shù)控機(jī)床的性能和功能有擁有開拓的非常重要的作用。所以它與不同的零部件和配件，不僅要有結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)合作，一般使用，而且它具有最優(yōu)越的性能，而且還可以證明機(jī)床的個性化功能。（2）單步功能。單步動作為一種輔助工作方式常常在工作臺的調(diào)整中使用。機(jī)床的機(jī)械允許界限和實(shí)際加工要求的選擇決定于伺服系統(tǒng)最高速度，速度提高生產(chǎn)率也提高，但對驅(qū)動設(shè)施要求也就提高了。在全閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)，部件和位置檢測元件選擇的反饋是必不可少的。數(shù)控機(jī)床應(yīng)具有穩(wěn)定性，快速性和高精度。在大型數(shù)控機(jī)床中，機(jī)械傳動的時刻擁有較大的慣性，固有低頻率。全閉環(huán)包括了進(jìn)給系統(tǒng)軸的不穩(wěn)定因素，當(dāng)不正確的調(diào)整，會使機(jī)器很容易出現(xiàn)抖動現(xiàn)象。因此，全閉環(huán)數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的速度比在穩(wěn)定的情況下半閉環(huán)伺服系統(tǒng)，定位精度高。伺服電機(jī)編碼器將檢測信號反饋到伺服驅(qū)動器，伺服電機(jī)的速度和輸入脈沖頻率信號成正比，但是電機(jī)編碼器則是由脈沖數(shù)決定
四、相關(guān)程序設(shè)計(jì)與操作
PLC通過編程器輸入程序，達(dá)到控制目的。由于PLC的工作過程是循環(huán)性的，因此會快速的執(zhí)行程序。另外針對軟件故障，必須在設(shè)計(jì)上采用直接導(dǎo)入程序，執(zhí)行自動停止運(yùn)行，這時機(jī)器會停止運(yùn)作程序，有效地減少事故的發(fā)生。
我國目前對數(shù)控技床的需求日益增加，國內(nèi)市場的需求量很大，所以我國機(jī)床企業(yè)必須奮發(fā)圖強(qiáng)，不斷擴(kuò)大技術(shù)隊(duì)伍和提高人員的技術(shù)素質(zhì)，學(xué)習(xí)和引進(jìn)國外技術(shù)的先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，以便早日趕上世界先進(jìn)水平。
【關(guān)鍵詞】：數(shù)控機(jī)床 數(shù)控系統(tǒng) 數(shù)控加工 機(jī)床設(shè)備維護(hù)
科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對機(jī)械產(chǎn)品提出了高精度、高復(fù)雜性的要求，而且產(chǎn)品的更新?lián)Q代也在加快，這對機(jī)床設(shè)備不僅提出了精度和效率的要求，而且也對其提出了通用性和靈活性的要求。數(shù)控機(jī)床就是針對這種要求而產(chǎn)生的一種新型自動化機(jī)床。數(shù)控機(jī)床集微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)及伺服驅(qū)動技術(shù)、精密機(jī)械技術(shù)于一體，是高度機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品。它本身又是機(jī)電一體化的重要組成部分，是現(xiàn)代機(jī)床技術(shù)水平的重要標(biāo)志。
一、數(shù)控機(jī)床
1.數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)
(1)具有高度柔性
在數(shù)控機(jī)床上加工零件，主要取決于加工程序，它與普通機(jī)床不同，不必制造、更換許多工具、夾具，不需要經(jīng)常調(diào)整機(jī)床。因此，數(shù)控機(jī)床適用于零件頻繁更換的場合。也就是適合單件、小批生產(chǎn)及新產(chǎn)品的開發(fā)，縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，節(jié)省了大量工藝設(shè)備的費(fèi)用。
(2)加工精度高
數(shù)控機(jī)床的加工精度，一般可達(dá)到0.005～0.1mm，數(shù)控機(jī)床是按數(shù)字信號形式控制的，數(shù)控裝置每輸出一個脈沖信號，則機(jī)床移動部件移動一個脈沖當(dāng)量（一般為0.001mm），而且機(jī)床進(jìn)給傳動鏈的反向間隙與絲杠螺距平均誤差可由數(shù)控裝置進(jìn)行補(bǔ)償，因此，數(shù)控機(jī)床定位精度比較高。
(3)加工質(zhì)量穩(wěn)定、可靠
加工同一批零件，在同一機(jī)床，在相同加工條件下，使用相同刀具和加工程序，刀具的走刀軌跡完全相同，零件的一致性好，質(zhì)量穩(wěn)定。
(4)生產(chǎn)率高
數(shù)控機(jī)床可有效地減少零件的加工時間和輔助時間，數(shù)控機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量的范圍大，允許機(jī)床進(jìn)行大切削量的強(qiáng)力切削，數(shù)控機(jī)床目前正進(jìn)入高速加工時代，數(shù)控機(jī)床移動部件的快速移動和定位及高速切削加工，減少了半成品的工序間周轉(zhuǎn)時間，提高了生產(chǎn)效率。
2.數(shù)控機(jī)床使用中應(yīng)注意的事項(xiàng)
使用數(shù)控機(jī)床之前，應(yīng)仔細(xì)閱讀機(jī)床使用說明書以及其他有關(guān)資料，以便正確操作使用機(jī)床，并注意以下幾點(diǎn)：
(1)機(jī)床操作、維修人員必須是掌握相應(yīng)機(jī)床專業(yè)知識的專業(yè)人員或經(jīng)過技術(shù)培訓(xùn)的人員，且必須按安全操作規(guī)程及安全操作規(guī)定操作機(jī)床；
(2)非專業(yè)人員不得打開電柜門，打開電柜門前必須確認(rèn)已經(jīng)關(guān)掉了機(jī)床總電源開關(guān)。只有專業(yè)維修人員才允許打開電柜門，進(jìn)行通電檢修；
(3)除一些供用戶使用并可以改動的參數(shù)外，其它系統(tǒng)參數(shù)、主軸參數(shù)、伺服參數(shù)等，用戶不能私自修改，否則將給操作者帶來設(shè)備、工件、人身等傷害；
二、數(shù)控機(jī)床的維護(hù)
數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的核心部件，因此，數(shù)控機(jī)床的維護(hù)主要是數(shù)控系統(tǒng)的維護(hù)。數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過一段較長時間的使用，電子元器件性能要老化甚至損壞，有些機(jī)械部件更是如此，為了盡量地延長元器件的壽命和零部件的磨損周期，防止各種故障，特別是惡性事故的發(fā)生，就必須對數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行日常的維護(hù)。概括起來，要注意以下幾個方面。
1.制訂數(shù)控系統(tǒng)日常維護(hù)的規(guī)章制度
根據(jù)各種部件特點(diǎn)，確定各自保養(yǎng)條例。如明文規(guī)定哪些地方需要天天清理（如CNC系統(tǒng)的輸入／輸出單元——光電閱讀機(jī)的清潔，檢查機(jī)械結(jié)構(gòu)部分是否良好等），哪些部件要定期檢查或更換（如直流伺服電動機(jī)電刷和換向器應(yīng)每月檢查一次）。
2.應(yīng)盡量少開數(shù)控柜和強(qiáng)電柜的門
因?yàn)樵跈C(jī)加工車間的空氣中一般都含有油霧、灰塵甚至金屬粉末。一旦它們落在數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)的印制線路或電器件上，容易引起元器件間絕緣電阻下降，甚至導(dǎo)致元器件及印制線路的損壞。有的用戶在夏天為了使數(shù)控系統(tǒng)超負(fù)荷長期工作，打開數(shù)控柜的門來散熱，這是種絕不可取的方法，最終會導(dǎo)致數(shù)控系統(tǒng)的加速損壞。正確的方法是降低數(shù)控系統(tǒng)的外部環(huán)境溫度。因此，應(yīng)該有一種嚴(yán)格的規(guī)定，除非進(jìn)行必要的調(diào)整和維修，不允許隨便開啟柜門，更不允許在使用時敞開柜門。
3.定時清掃數(shù)控柜的散熱通風(fēng)系統(tǒng)
應(yīng)每天檢查數(shù)控系統(tǒng)柜上各個冷卻風(fēng)扇工作是否正常，應(yīng)視工作環(huán)境狀況，每半年或每季度檢查一次風(fēng)道過濾器是否有堵塞現(xiàn)象。如果過濾網(wǎng)上灰塵積聚過多，需及時清理，否則將會引起數(shù)控系統(tǒng)柜內(nèi)溫度高（一般不允許超過55℃），造成過熱報(bào)警或數(shù)控系統(tǒng)工作不可靠。
4.經(jīng)常監(jiān)視數(shù)控系統(tǒng)用的電網(wǎng)電壓
FANUC公司生產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)，允許電網(wǎng)電壓在額定值的85%～110%的范圍內(nèi)波動。如果超出此范圍，就會造成系統(tǒng)不能正常工作，甚至?xí)饠?shù)控系統(tǒng)內(nèi)部電子部件損壞。
5.定期更換存儲器用電池
FANUC公司所生產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)的存儲器有兩種：
(1)不需電池保持的磁泡存儲器。
一、數(shù)控的發(fā)展歷史
1952年美國帕森斯（PARSONS）公司與麻省理工學(xué)院（MIT）合作試制了世界上第一臺三坐標(biāo)聯(lián)動、利用脈沖乘法器原理工作、直線插補(bǔ)連續(xù)控制的立式數(shù)控銑床。1954年11月美國本迪克斯公司（Bendix一eooperation）生產(chǎn)了世界上第一臺工業(yè)用數(shù)控機(jī)床。最初由電子管控制，隨后經(jīng)歷了用晶體管控制、集成電路控制（NC）、計(jì)算機(jī)控制（CNC），直到用微處理器控制（MNC）。數(shù)控系統(tǒng)到現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到了第六代，數(shù)控系統(tǒng)采用電子管的為第一代（1952年），晶體管的為第二代（1959年），小規(guī)模集成電路的為第三代（1965年），20世紀(jì)70年代小型計(jì)算機(jī)開始用于數(shù)控系統(tǒng)（1970年），成為第四代數(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)展到第五代。前三代數(shù)控系統(tǒng)是屬于采用專用控制計(jì)算機(jī)的硬接線（硬件）數(shù)控系統(tǒng)，一般稱為普通數(shù)控系統(tǒng)，簡稱NC;從第四代開始的數(shù)控系統(tǒng)稱為軟接線（軟件）數(shù)控，即計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC），其控制功能大部分由軟件技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，因而使得硬件得到簡化，系統(tǒng)可靠性得到提高，功能更加靈活和完善[l.]。從20世紀(jì)末到今天，在生產(chǎn)中使用較多的數(shù)控系統(tǒng)還是第五代數(shù)控系統(tǒng)。第五代數(shù)控系統(tǒng)的ePu采用80286、80386芯片，用DOS3.3、DOS6.2軟件。隨著個人計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，芯片的集成度越來越高，功能越來越強(qiáng)，成本也越來越低，軟件和器件又越來越好，出現(xiàn)了以個人計(jì)算機(jī)（PC機(jī)）為平臺的數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)入第六代（1990年）。第六代數(shù)控系統(tǒng)采用現(xiàn)代個人計(jì)算機(jī)（PC機(jī)）、采用Windows95、Windows98或Windows20OO操作系統(tǒng)。第五代數(shù)控系統(tǒng)的存儲量小，只有32KB、64KB，為解決存儲器小的問題而采用RS232、Rs485接口，與計(jì)算機(jī)通信傳輸。由于受到通信瓶頸限制，不能進(jìn)行高速進(jìn)給，當(dāng)插補(bǔ)線段長度小于0.05mm時加速度只有每分鐘幾百毫米，不能滿足高速進(jìn)給的需要。而第六代數(shù)控系統(tǒng)的存儲量可達(dá)120GB以上，cAD、cAM的加工代碼可通過網(wǎng)絡(luò)傳到硬盤上，網(wǎng)絡(luò)速度比RS232接口速度提高了幾千倍，加工數(shù)據(jù)可在加工前全部存儲到硬盤上，避免了邊加工邊傳送數(shù)據(jù)的缺點(diǎn)，解決了高速高精度加工的問題。第六代數(shù)控系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)顯示器，分辨率高、價格低、可靠性好，而且具有網(wǎng)絡(luò)通信功能。
二、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床不斷采用計(jì)算機(jī)、控制理論等領(lǐng)域的最新技術(shù)成就，它的性能日臻完善，應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大。同時，為了滿足市場和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要，為了達(dá)到現(xiàn)代制造技術(shù)對數(shù)控技術(shù)提出的更高要求，當(dāng)前，世界數(shù)控技術(shù)及其裝備正朝著下述幾個方向發(fā)展。要提高加工效率，首先必須提高切削和進(jìn)給速度，同時，還要縮短加工時間;要確保加工質(zhì)量，必須提高機(jī)床部件運(yùn)動軌跡的精度，而可靠性則是上述目標(biāo)的基本保證。為此，必須要有高性能的數(shù)控裝置作保證。
1.高速、高效
機(jī)床向高速化方向發(fā)展，可充分發(fā)揮現(xiàn)代刀具材料的性能，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且還可提高零件的表面加工質(zhì)量和精度。超高速加工技術(shù)對制造業(yè)實(shí)現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低成本生產(chǎn)有廣泛的適用性。新一代數(shù)控機(jī)床（含加工中心）只有通過高速化大幅度縮短切削工時才-可能進(jìn)一步提高其生產(chǎn)率。超高速加工特別是超高速銑削與新一代高速數(shù)控機(jī)床，特別是高速加工中心的開發(fā)應(yīng)用緊密相關(guān)。20世紀(jì)90年代以來，歐、美、日各國爭相開發(fā)應(yīng)用新一代高速數(shù)控機(jī)床，加快機(jī)床高速化發(fā)展步伐。高速主軸單元（電主軸，轉(zhuǎn)速15000一100000r/min）、高速且高加/減速度的進(jìn)給運(yùn)動部件（快移速度60一120m/min，切削進(jìn)給速度高達(dá)6Om/min）、高性能數(shù)控和伺服系統(tǒng)以及數(shù)控工具系統(tǒng)都出現(xiàn)了新的突破，達(dá)到了新的技術(shù)水平。隨著超高速切削機(jī)理、超硬耐磨長壽命刀具材料和磨料磨具，大功率高速電主軸、高加/減速度直線電機(jī)驅(qū)動進(jìn)給部件以及高性能控制系統(tǒng)（含監(jiān)控系統(tǒng)）和防護(hù)裝置等一系列技術(shù)領(lǐng)域中關(guān)鍵技術(shù)的解決，數(shù)控機(jī)床正在朝高速方向發(fā)展。
2.高精度
從精密加工發(fā)展到超精密加工（特高精度加工），是世界各工業(yè)強(qiáng)國致力發(fā)展的方向。其精度從微米級到亞微米級，乃至納米級（<10納米），其應(yīng)用范圍日趨廣泛。超精密加工主要包括超精密切削（車、銑）、超精密磨削、超精密研磨拋光以及超精密特種加工（三束加工及微細(xì)電火花加工、微細(xì)電解加工和各種復(fù)合加工等）。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對超精密加工技術(shù)不斷提出了新的要求。新材料及新零件的出現(xiàn)，更高精度要求的提出等都需要超精密加工工藝，發(fā)展新型超精密加工機(jī)床，完善現(xiàn)代超精密加工技術(shù)，以適應(yīng)現(xiàn)代科技發(fā)展的需要。精密化是為了適應(yīng)高新技術(shù)發(fā)展的需要，也是為了提高普通機(jī)電產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和可靠性，減少其裝配時的工作量從而提高裝配效率的需要。隨著高新技術(shù)的發(fā)展和對機(jī)電產(chǎn)品性能與質(zhì)量要求的提高，機(jī)床用戶對機(jī)床加工精度的要求也越來越高。
3.高可靠性
關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床 控制技術(shù)
數(shù)控機(jī)床是機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品，數(shù)控機(jī)床控制技術(shù)是集計(jì)算機(jī)及軟件技術(shù)、自動控制技術(shù)、電子技術(shù)、自動檢測技術(shù)、液壓與氣動技術(shù)和精密機(jī)械等技術(shù)為一體的多學(xué)科交叉的綜合技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)迅猛發(fā)展，數(shù)控機(jī)床在企業(yè)普遍應(yīng)用，對生產(chǎn)線操作人員的知識和能力要求越來越高。
一、數(shù)控機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)
(一)數(shù)控機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)
對零件的適應(yīng)性強(qiáng)，可加工復(fù)雜形狀的零件表面。在同一臺數(shù)控機(jī)床上，只需更換加工程序，就可適應(yīng)不同品種及尺寸工件的自動加工，這就為復(fù)雜結(jié)構(gòu)的單件、小批量生產(chǎn)以及試制新產(chǎn)品提供了極大的便利，特別是對那些普通機(jī)床很難加工或無法加工的精密復(fù)雜表面(如螺旋表面)，數(shù)控機(jī)床也能實(shí)現(xiàn)自動加工。
加工精度高，加工質(zhì)量穩(wěn)定。目前，數(shù)控機(jī)床控制的刀具和工作臺最小移動量(脈沖當(dāng)量)普遍達(dá)到0.0001mm，而且數(shù)控系統(tǒng)可自動補(bǔ)償進(jìn)給傳動鏈的反向間隙和絲杠螺距誤差，使數(shù)控機(jī)床達(dá)到很高的加工精度。此外，數(shù)控機(jī)床的制造精度高，其自動加工方式避免了生產(chǎn)者的人為操作誤差，因此，同一批工件的尺寸一致性好，產(chǎn)品合格率高，加工質(zhì)量穩(wěn)定。
生產(chǎn)效率高。由于數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)剛性好，允許進(jìn)行大切削用量的強(qiáng)力切削，從主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量的變化范圍比普通機(jī)床大，因此在加工時可選用最佳切削用量，提高了數(shù)控機(jī)床的切削效率，節(jié)省了機(jī)動時間。與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)效率可提高2—3倍。
良好的經(jīng)濟(jì)效益。使用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行單件、小批量生產(chǎn)時，可節(jié)省劃線工時，減少調(diào)整、加工和檢驗(yàn)時間，節(jié)省直接生產(chǎn)費(fèi)用；同時還能節(jié)省工裝設(shè)計(jì)、制造費(fèi)用；數(shù)控機(jī)床加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定，減少了廢品率，使生產(chǎn)成本進(jìn)一步下降。此外，數(shù)控機(jī)床還可實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，所以數(shù)控機(jī)床雖然價格較高，仍可獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。
自動化程度高。數(shù)控機(jī)床自動化程度高，可大大減輕工人的勞動強(qiáng)度，減少操作人員的人數(shù)，同時有利于現(xiàn)代化管理，可向更高級的制造系統(tǒng)發(fā)展。
(二)數(shù)控機(jī)床的缺點(diǎn)
數(shù)控機(jī)床的主要缺點(diǎn)如下：價格較高，設(shè)備首次投資大；對操作、維修人員的技術(shù)要求較高；加工復(fù)雜形狀的零件時。手工編程的工作量大。
二、數(shù)控機(jī)床的種類
數(shù)控機(jī)床的種類很多，主要分類如下：
按工藝用途分類。按工藝用途，數(shù)控機(jī)床可分類如下。普通數(shù)控機(jī)床：這種分類方式與普通機(jī)床分類方法一樣，銑床、數(shù)控錨床、數(shù)控鉆床、數(shù)控磨床、數(shù)控齒輪加工機(jī)床等。加工中心機(jī)床：數(shù)控加工中心是在普通數(shù)控機(jī)床上加裝一個刀庫和自動換刀裝置而構(gòu)成的數(shù)控機(jī)床，它可在一次裝夾后進(jìn)行多種工序加工。
按運(yùn)動方式分類。按運(yùn)動方式，數(shù)控機(jī)床可分類如下：點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床。數(shù)控系統(tǒng)只控制刀具從要有數(shù)控鉆床、數(shù)控坐標(biāo)錘床、數(shù)控沖剪床等。直線控制數(shù)控機(jī)床：數(shù)控系統(tǒng)除了控制點(diǎn)與點(diǎn)之間的準(zhǔn)確位置以外，還要保證兩點(diǎn)之間移動的軌跡是一條直線，而且對移動的速度也要進(jìn)行控制。這類機(jī)床主要有簡易數(shù)控車床、數(shù)控銷、銑床等。輪廓控制數(shù)控機(jī)床：數(shù)控系統(tǒng)能對兩個或兩個以上運(yùn)動坐標(biāo)的位移及速度進(jìn)行連續(xù)相關(guān)的控制，使合成的運(yùn)動軌跡能滿足加工的要求。這類機(jī)床主要有數(shù)控車床、數(shù)控銑床等。
按伺服系統(tǒng)的控制方式分類。按伺服系統(tǒng)的控制方式，數(shù)控機(jī)床可分類如下。開環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床。閉環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床。半閉環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床。
按數(shù)控系統(tǒng)的功能水平分類。技功能水平分類，數(shù)控系統(tǒng)可分類如下。經(jīng)濟(jì)性數(shù)控機(jī)床。經(jīng)濟(jì)性數(shù)控機(jī)床大多指采用開環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床價格便宜，適用于自動化程度要求不高的場合。中檔數(shù)控機(jī)床。這類數(shù)控機(jī)床功能較全，價格適中，應(yīng)用較廣。高檔數(shù)控機(jī)床。這類數(shù)控機(jī)床功能齊全，價格較貴。
三、數(shù)控機(jī)床控制技術(shù)的發(fā)展
機(jī)械設(shè)備最早的控制裝置是手動控制器。目前，繼電器—接觸器控制仍然是我國機(jī)械設(shè)備最基本的電氣控制形式之一。到了20世紀(jì)奶年代至50年代，出現(xiàn)了交磁放大機(jī)—電動機(jī)控制，這是一種閉環(huán)反饋系統(tǒng)，系統(tǒng)的控制精度和快速性都有了提高。20世紀(jì)60年代出現(xiàn)了晶體管——晶閘管控制，由晶閘管供電的直流調(diào)速系統(tǒng)和交流調(diào)速系統(tǒng)不僅調(diào)運(yùn)性能大為改善，而且減少了機(jī)械設(shè)備和占地面積，耗電少，效率局，完全取代了交磁放大機(jī)—電動機(jī)控制系統(tǒng)。
在20世紀(jì)的60年代出現(xiàn)丁一種能夠根據(jù)需要方便地改變控制程序，結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉的自動化裝置—順序控制器。隨著大規(guī)模集成電路和微處理器技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，在20世紀(jì)70年代出現(xiàn)了一種以微處理器為核心的新型工業(yè)控制器——可編程序控制器。這種器件完全能夠適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境，由于它具備了計(jì)算機(jī)控制和繼電器控制系統(tǒng)兩方面的優(yōu)點(diǎn)，故目前已作為一種標(biāo)準(zhǔn)化通用設(shè)備普通應(yīng)用于工業(yè)控制。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用日益廣泛，井進(jìn)一步推動了數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展，產(chǎn)生了自動編程系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)群控系統(tǒng)和天性制造系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、制造一體化是機(jī)械制造一體化的高級階段，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到制造的全部自動化。
綜上所述，機(jī)械設(shè)備控制技術(shù)的產(chǎn)生，并不是孤立的，而是各種技術(shù)相互滲透的結(jié)果。它代表了正在形成中的新一代的生產(chǎn)技術(shù)，已顯示出并將越來越顯示出強(qiáng)大的威力。
四、數(shù)控機(jī)床控制技術(shù)的發(fā)展趨勢
關(guān)鍵詞 數(shù)控機(jī)床；控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)
中圖分類號TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識碼A 文章編號 1674-6708（2012）80-0194-02
數(shù)控機(jī)床是一種以數(shù)字量作為指令信息形式，通過數(shù)字邏輯電路或計(jì)算機(jī)控制的機(jī)床。涉及機(jī)械、微電子、自動控制、傳感測試、電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)、通信等多種現(xiàn)代技術(shù)，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的核心。
1 數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)的組成
數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)由輸入/輸出裝置、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動裝置、位置檢測裝置等部分構(gòu)成。數(shù)控機(jī)床開始工作時必須編制相應(yīng)的加工程序，加工程序被通過控制介質(zhì)存儲，常用的控制介質(zhì)有穿孔帶、磁帶和磁盤等。數(shù)控裝置運(yùn)用邏輯電路或系統(tǒng)軟件，對從內(nèi)部存儲器中讀取出或從輸入裝置接收到的一段或幾段數(shù)控加工程序進(jìn)行一系列的編譯、運(yùn)算和邏輯處理，并輸出所形成的各種控制信息和指令，以指導(dǎo)控制機(jī)床各部分按照程序所規(guī)定的指令進(jìn)行有序運(yùn)動和動作。伺服驅(qū)動裝置作為數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，將從數(shù)控裝置部分接收指令信息，再經(jīng)功率放大后，驅(qū)動數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動機(jī)構(gòu)，以加工出符合指令要求的零件。伺服驅(qū)動裝置包括控制器（含功率放大器）和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)大都為直流或交流伺服電動機(jī)。檢測裝置用來檢測數(shù)控機(jī)床各坐標(biāo)軸的實(shí)際位移量，經(jīng)反饋系統(tǒng)輸入到機(jī)床的數(shù)控中心。數(shù)控中心接收到數(shù)據(jù)后，將其與原設(shè)定值進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的修正，以確保機(jī)床的運(yùn)動系統(tǒng)能夠按指令完成數(shù)控加工任務(wù)。輔助控制裝置則是在接收到數(shù)控中心的指令信號后，驅(qū)動相應(yīng)的電器去帶動包括主軸運(yùn)動機(jī)構(gòu)、刀具、冷卻裝置、機(jī)床夾持機(jī)構(gòu)和分度工作臺等在內(nèi)的輔助裝置，以完成指令所規(guī)定的動作。從機(jī)床本體來看，數(shù)控機(jī)床與傳統(tǒng)機(jī)床極為相似，但其內(nèi)在的控制原理、結(jié)構(gòu)布局、傳動系統(tǒng)等方面都有很大的不同。
2 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
2.1 系統(tǒng)總體方案選擇
基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)使用十分便利，使用者可以充分利用計(jì)算機(jī)的軟、硬件資源，運(yùn)用通用的高級計(jì)算機(jī)語言編制程序，還可以將數(shù)控系統(tǒng)與外部網(wǎng)絡(luò)連接起來。這一開放式數(shù)控系統(tǒng)大致可以分為以下四類，即PC連接型CNC、PC嵌入型CNC、NC嵌入型PC（NC嵌入PC型）、全軟件型NC。
考慮實(shí)際被控對象的要求以及對上述四種方案利弊的比較，NC嵌入型開放式數(shù)控系統(tǒng)方案的可行性較高。NC嵌入型開放式數(shù)控系統(tǒng)方案，即數(shù)控系統(tǒng)由開放體系結(jié)構(gòu)運(yùn)動控制卡+PC機(jī)兩部分構(gòu)成。開放體系結(jié)構(gòu)運(yùn)動控制卡通常以高速DSP作為CPU或以專用的運(yùn)動控制芯片作為核心，其運(yùn)動控制控制和PLC能力較強(qiáng)。采用NC嵌入型開放式數(shù)控系統(tǒng)方案的優(yōu)勢是，數(shù)控機(jī)床的軟、硬件兩方面都具有開放性：軟件方面，其所有的開放性函數(shù)庫能夠?yàn)橛脩粼赪indows平臺下自行開發(fā)所需的控制系統(tǒng)提供強(qiáng)大支持，而各種軟件資源和開發(fā)工具又十分豐富，極大地降低并縮短了系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的難度和周期；硬件方面，數(shù)控核心（NCK）與硬件驅(qū)動程序都預(yù)留有標(biāo)準(zhǔn)的接口，支持系統(tǒng)升級。當(dāng)有硬件修改要求時，只需改動硬件驅(qū)動程序。目前，很多硬件供應(yīng)商在提供硬件的同時也會為客戶提供相應(yīng)的驅(qū)動程序，大大降低了系統(tǒng)升級和功能拓展時的工作量，提高了系統(tǒng)開發(fā)效率。NC嵌入PC型數(shù)控系統(tǒng)則主要由工控機(jī)（IPC）、運(yùn)動控制卡、伺服驅(qū)動器、伺服電機(jī)及各種外部設(shè)備等組成。
2.2 伺服驅(qū)動方案選擇
伺服驅(qū)動裝置是CNC裝置和機(jī)床的聯(lián)系環(huán)節(jié)。CNC裝置發(fā)出的控制信息，通過伺服驅(qū)動裝置，轉(zhuǎn)換成坐標(biāo)軸的運(yùn)動，完成程序所規(guī)定的操作。伺服驅(qū)動裝置應(yīng)具有信號放大控制能力，根據(jù)裝置發(fā)出的控制信息對機(jī)床移動部件的位置和速度進(jìn)行控制。
主軸伺服驅(qū)動方案選擇交流變頻調(diào)速方案。由于將直流電逆變成交流電的環(huán)節(jié)可操控性較強(qiáng)，且在頻率的調(diào)節(jié)范圍以及改善變頻后，電動機(jī)的特性在各個方面都具有明顯的優(yōu)勢。因此，在機(jī)床主軸驅(qū)動中，交流電動機(jī)憑借絕對優(yōu)勢成為開放式數(shù)控系統(tǒng)的主要選擇。
伺服進(jìn)給和主軸驅(qū)動是決定數(shù)控機(jī)床技術(shù)的性能和加工精度的主要因素。因此，數(shù)控機(jī)床對進(jìn)給伺服電機(jī)、伺服系統(tǒng)的位置和速度控制以及機(jī)械傳動等方面都有很高的要求。為滿足數(shù)控加工精度的要求，伺服系統(tǒng)應(yīng)具有優(yōu)良的靜態(tài)與動態(tài)負(fù)載特性。這樣，即便在伺服系統(tǒng)的負(fù)載或切削條件發(fā)生變化時，仍能保持恒定的進(jìn)給速度。在加工過程中，機(jī)床工作臺在隨機(jī)狀態(tài)下，要能夠根據(jù)加工軌跡的要求，隨時實(shí)現(xiàn)正向或反向運(yùn)動。在方向發(fā)生改變時，也不可以出現(xiàn)反向間隙和運(yùn)動損失。另外，在不同的加工條件下，如，加工零件的材質(zhì)、尺寸、部位以及刀具的種類和冷卻方式等不同，數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給速度應(yīng)在很寬的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級變化。
3 數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)性價比分析
經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)采用單片機(jī)為核心控制器，伺服進(jìn)給系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成開環(huán)系統(tǒng)，顯示采用數(shù)碼管，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，成本低，但控制精度不高、功能不強(qiáng)，主要用于線切割機(jī)床或舊機(jī)床的改造。
中、高檔數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)采用PLC、工控機(jī)等為核心控制器，伺服進(jìn)給系統(tǒng)采用半閉環(huán)的交流伺服系統(tǒng)，聯(lián)動軸數(shù)3～5軸，顯示采用彩色CRT或液晶顯示器，具有三維圖形顯示、圖形編程、人機(jī)對話及自診斷的功能，同時還具有RS232或直接數(shù)控接口，加工精度較高，應(yīng)用范圍廣泛。
在開放式體系結(jié)構(gòu)中，數(shù)控系統(tǒng)的硬件、軟件和總線規(guī)范都呈現(xiàn)出開放式狀態(tài)，為數(shù)控制造商和用戶進(jìn)行系統(tǒng)集成時提供了豐富的軟、硬件資源，也為用戶對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行二次開發(fā)創(chuàng)造了一定條件，推動了數(shù)控系統(tǒng)多檔次、多品種的開發(fā)和更為廣泛地應(yīng)用，開發(fā)周期大大縮短。
采用NC嵌入PC型開放式結(jié)構(gòu)和全數(shù)字伺服交流系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)，具有較好的通用性、柔性、適應(yīng)性、擴(kuò)展性，雖然硬件系統(tǒng)成本略高，但由于系統(tǒng)是開放的，修改軟件就可以應(yīng)用于不同功能要求的系統(tǒng)，節(jié)省開發(fā)資源和人力，因而性能價格比較高。
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床 控制技術(shù)
數(shù)控機(jī)床是機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品，數(shù)控機(jī)床控制技術(shù)是集計(jì)算機(jī)及軟件技術(shù)、自動控制技術(shù)、電子技術(shù)、自動檢測技術(shù)、液壓與氣動技術(shù)和精密機(jī)械等技術(shù)為一體的多學(xué)科交叉的綜合技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)迅猛發(fā)展，數(shù)控機(jī)床在企業(yè)普遍應(yīng)用，對生產(chǎn)線操作人員的知識和能力要求越來越高。
一、數(shù)控機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)
(一)數(shù)控機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)
對零件的適應(yīng)性強(qiáng)，可加工復(fù)雜形狀的零件表面。在同一臺數(shù)控機(jī)床上，只需更換加工程序，就可適應(yīng)不同品種及尺寸工件的自動加工，這就為復(fù)雜結(jié)構(gòu)的單件、小批量生產(chǎn)以及試制新產(chǎn)品提供了極大的便利，特別是對那些普通機(jī)床很難加工或無法加工的精密復(fù)雜表面(如螺旋表面)，數(shù)控機(jī)床也能實(shí)現(xiàn)自動加工。
加工精度高，加工質(zhì)量穩(wěn)定。目前，數(shù)控機(jī)床控制的刀具和工作臺最小移動量(脈沖當(dāng)量)普遍達(dá)到0.0001mm，而且數(shù)控系統(tǒng)可自動補(bǔ)償進(jìn)給傳動鏈的反向間隙和絲杠螺距誤差，使數(shù)控機(jī)床達(dá)到很高的加工精度。此外，數(shù)控機(jī)床的制造精度高，其自動加工方式避免了生產(chǎn)者的人為操作誤差，因此，同一批工件的尺寸一致性好，產(chǎn)品合格率高，加工質(zhì)量穩(wěn)定。
生產(chǎn)效率高。由于數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)剛性好，允許進(jìn)行大切削用量的強(qiáng)力切削，從主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量的變化范圍比普通機(jī)床大，因此在加工時可選用最佳切削用量，提高了數(shù)控機(jī)床的切削效率，節(jié)省了機(jī)動時間。與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)效率可提高2—3倍。
良好的經(jīng)濟(jì)效益。使用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行單件、小批量生產(chǎn)時，可節(jié)省劃線工時，減少調(diào)整、加工和檢驗(yàn)時間，節(jié)省直接生產(chǎn)費(fèi)用；同時還能節(jié)省工裝設(shè)計(jì)、制造費(fèi)用；數(shù)控機(jī)床加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定，減少了廢品率，使生產(chǎn)成本進(jìn)一步下降。此外，數(shù)控機(jī)床還可實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，所以數(shù)控機(jī)床雖然價格較高，仍可獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。
自動化程度高。數(shù)控機(jī)床自動化程度高，可大大減輕工人的勞動強(qiáng)度，減少操作人員的人數(shù)，同時有利于現(xiàn)代化管理，可向更高級的制造系統(tǒng)發(fā)展。
(二)數(shù)控機(jī)床的缺點(diǎn)
數(shù)控機(jī)床的主要缺點(diǎn)如下：價格較高，設(shè)備首次投資大；對操作、維修人員的技術(shù)要求較高；加工復(fù)雜形狀的零件時。手工編程的工作量大。
二、數(shù)控機(jī)床的種類
數(shù)控機(jī)床的種類很多，主要分類如下：
按工藝用途分類。按工藝用途，數(shù)控機(jī)床可分類如下。普通數(shù)控機(jī)床：這種分類方式與普通機(jī)床分類方法一樣，銑床、數(shù)控錨床、數(shù)控鉆床、數(shù)控磨床、數(shù)控齒輪加工機(jī)床等。加工中心機(jī)床：數(shù)控加工中心是在普通數(shù)控機(jī)床上加裝一個刀庫和自動換刀裝置而構(gòu)成的數(shù)控機(jī)床，它可在一次裝夾后進(jìn)行多種工序加工。
按運(yùn)動方式分類。按運(yùn)動方式，數(shù)控機(jī)床可分類如下：點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床。數(shù)控系統(tǒng)只控制刀具從要有數(shù)控鉆床、數(shù)控坐標(biāo)錘床、數(shù)控沖剪床等。直線控制數(shù)控機(jī)床：數(shù)控系統(tǒng)除了控制點(diǎn)與點(diǎn)之間的準(zhǔn)確位置以外，還要保證兩點(diǎn)之間移動的軌跡是一條直線，而且對移動的速度也要進(jìn)行控制。這類機(jī)床主要有簡易數(shù)控車床、數(shù)控銷、銑床等。輪廓控制數(shù)控機(jī)床：數(shù)控系統(tǒng)能對兩個或兩個以上運(yùn)動坐標(biāo)的位移及速度進(jìn)行連續(xù)相關(guān)的控制，使合成的運(yùn)動軌跡能滿足加工的要求。這類機(jī)床主要有數(shù)控車床、數(shù)控銑床等。
按伺服系統(tǒng)的控制方式分類。按伺服系統(tǒng)的控制方式，數(shù)控機(jī)床可分類如下。開環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床。閉環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床。半閉環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床。
按數(shù)控系統(tǒng)的功能水平分類。技功能水平分類，數(shù)控系統(tǒng)可分類如下。經(jīng)濟(jì)性數(shù)控機(jī)床。經(jīng)濟(jì)性數(shù)控機(jī)床大多指采用開環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床價格便宜，適用于自動化程度要求不高的場合。中檔數(shù)控機(jī)床。這類數(shù)控機(jī)床功能較全，價格適中，應(yīng)用較廣。高檔數(shù)控機(jī)床。這類數(shù)控機(jī)床功能齊全，價格較貴。
三、數(shù)控機(jī)床控制技術(shù)的發(fā)展
機(jī)械設(shè)備最早的控制裝置是手動控制器。目前，繼電器—接觸器控制仍然是我國機(jī)械設(shè)備最基本的電氣控制形式之一。到了20世紀(jì)奶年代至50年代，出現(xiàn)了交磁放大機(jī)—電動機(jī)控制，這是一種閉環(huán)反饋系統(tǒng)，系統(tǒng)的控制精度和快速性都有了提高。20世紀(jì)60年代出現(xiàn)了晶體管——晶閘管控制，由晶閘管供電的直流調(diào)速系統(tǒng)和交流調(diào)速系統(tǒng)不僅調(diào)運(yùn)性能大為改善，而且減少了機(jī)械設(shè)備和占地面積，耗電少，效率局，完全取代了交磁放大機(jī)—電動機(jī)控制系統(tǒng)。
在20世紀(jì)的60年代出現(xiàn)丁一種能夠根據(jù)需要方便地改變控制程序，結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉的自動化裝置—順序控制器。隨著大規(guī)模集成電路和微處理器技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，在20世紀(jì)70年代出現(xiàn)了一種以微處理器為核心的新型工業(yè)控制器——可編程序控制器。這種器件完全能夠適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境，由于它具備了計(jì)算機(jī)控制和繼電器控制系統(tǒng)兩方面的優(yōu)點(diǎn)，故目前已作為一種標(biāo)準(zhǔn)化通用設(shè)備普通應(yīng)用于工業(yè)控制。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用日益廣泛，井進(jìn)一步推動了數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展，產(chǎn)生了自動編程系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)群控系統(tǒng)和天性制造系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、制造一體化是機(jī)械制造一體化的高級階段，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到制造的全部自動化。
綜上所述，機(jī)械設(shè)備控制技術(shù)的產(chǎn)生，并不是孤立的，而是各種技術(shù)相互滲透的結(jié)果。它代表了正在形成中的新一代的生產(chǎn)技術(shù)，已顯示出并將越來越顯示出強(qiáng)大的威力。
四、數(shù)控機(jī)床控制技術(shù)的發(fā)展趨勢
關(guān)鍵詞：伺服裝置 CT40 數(shù)控機(jī)床
中圖分類號：TG51 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
文章編號：1007-3973(2011)006-084-02
1 Fanuca系列伺服裝置簡介
Fanuc公司于2000年前后，先后推出了α／β系列和αi／βi系列伺服裝置，CNC至伺服采用總線結(jié)構(gòu)連接，即FSSB(Fan-ucSerialServoBus-FANUC串行伺服總線)，反饋裝置采用高分辨率編碼器，電子倍頻后分辨率可達(dá)100萬脈沖／轉(zhuǎn)。各伺服軸通過FSSB總線，實(shí)現(xiàn)總線控制結(jié)構(gòu)。
目前FANUC公司新推出的αi系列伺服控制器，采用HRV(HighResponseVector高響應(yīng)矢量)控制技術(shù)，其目的是對交流電機(jī)矢量控制從硬件和軟件方面進(jìn)行優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)伺服裝置的高性能化，從而使數(shù)控機(jī)床的加工達(dá)到高速和高精度。HRV控制技術(shù)可大大提高伺服控制的剛性和跟蹤精度，可實(shí)現(xiàn)高精度輪廓加工。主軸伺服系統(tǒng)采用HRV控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高響應(yīng)矢量控制，提高了主軸速度和位置控制精度。
Fanuc公司也不斷推出其他形式的驅(qū)動裝置，如直線電機(jī)、高速內(nèi)裝電主軸、低速力矩電機(jī)(數(shù)控轉(zhuǎn)臺用直接驅(qū)動電機(jī))等。
低速力矩電機(jī)直接作為旋轉(zhuǎn)工作臺的驅(qū)動電機(jī)是伺服技術(shù)的又一個發(fā)展。傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)工作臺一般通過伺服電機(jī)帶動蝸輪、蝸桿副進(jìn)行驅(qū)動，制造成本高，機(jī)械磨損不可避免，維護(hù)性差。采用了直接驅(qū)動的力矩電機(jī)后，由于力矩電機(jī)加大了轉(zhuǎn)子直徑，并采用稀土金屬作為磁極材料，所以可以獲得大轉(zhuǎn)矩；又由于力矩電機(jī)對磁路進(jìn)行了最佳設(shè)計(jì)，減小了低速時轉(zhuǎn)矩脈動。例如，F(xiàn)anuc旋轉(zhuǎn)工作臺內(nèi)裝式伺服電機(jī)D3000／150is具體的技術(shù)參數(shù)為：最大輸出轉(zhuǎn)矩-3000Nm，連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩-1200Nm，最大轉(zhuǎn)速，150r／min，外形高度.160mm，外徑-565mm。
Fanuc數(shù)控系統(tǒng)a系列伺服由PSM(PowerSupplyModule電源模塊)、SPM(SpindleamplifierModule主軸放大器模塊)、SVM(ServoamplifierModule伺服放大器模塊)組成。
1.1 1PSM電源模塊
為主軸伺服模塊和進(jìn)給伺服模塊提供逆變直流電源的模塊。輸入電源模塊(PSM)的交流電為三相200V，經(jīng)PSM處理后，向直流母線排輸送DC300V電壓，供主軸伺服放大器和進(jìn)給伺服放大器使用。此外，PSM模塊中還有輸入保護(hù)電路，通過外部急停信號或內(nèi)部繼電器控制MCC主接觸器，實(shí)現(xiàn)急停狀態(tài)切斷伺服系統(tǒng)電源，停止各種機(jī)床移動的控制功能。
1.2 1SPM主軸伺服模塊
接收CNC發(fā)出的串行主軸(數(shù)字主軸)控制信號。Fanuc數(shù)控系統(tǒng)串行主軸控制指令符合Fanuc公司產(chǎn)品通訊協(xié)議，與其他數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)商的串行主軸控制方式不兼容。簡單地說，F(xiàn)anuc系統(tǒng)SPM主軸伺服模塊的工作原理是，經(jīng)過變頻調(diào)速控制，向Fanuc主軸伺服電動機(jī)輸出與用戶指令主軸轉(zhuǎn)速對應(yīng)的動力電。主軸伺服模塊的JY2和JY4接口分別接收主軸速度反饋信號和主軸位置編碼器信號。
1.3 1SVM進(jìn)給伺服模塊
接收通過FSSB傳輸?shù)腃NC軸控制指令，并各軸伺服電動機(jī)按數(shù)控系統(tǒng)的指令運(yùn)轉(zhuǎn)。SVM進(jìn)給伺服模塊的JFn接口接收伺服電機(jī)編碼器反饋信號，并將位置信息通過FSSB光纜轉(zhuǎn)送到CNC。Fanuc系統(tǒng)SVM伺服放大器最多可以驅(qū)動三個伺服電動機(jī)。
2 CT40型數(shù)控車床伺服系統(tǒng)的升級改造
2.1 了解原有數(shù)控系統(tǒng)的性能，確定操作者對機(jī)床性能的要求
CT40數(shù)控車床是1988年德國Gildmeister公司生產(chǎn)的設(shè)備，所配備的數(shù)控系統(tǒng)是DatapiloEPL2系統(tǒng)，僅有德語一種語言顯示。近20年來，CT40始終用于數(shù)控車床編程與操作教學(xué)演示及單件小批量中等復(fù)雜程度零件的加工。雖然使用年限已較長，但機(jī)床機(jī)械部分的性能仍十分可靠，但控制系統(tǒng)的使用壽命已到極限，突出表現(xiàn)在：顯示器亮度很差，幾乎看不清顯示信息，無法買到與CNC系統(tǒng)中顯示接口匹配的顯示器；機(jī)床的最大進(jìn)給速度為10m／min、最大切削進(jìn)給速度為5m／min，伺服系統(tǒng)的性能已不能滿足實(shí)際生產(chǎn)中加工工藝的要求；數(shù)控系統(tǒng)早已停產(chǎn)，數(shù)控系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，無法買到配件。為了最大限度的利用資源、發(fā)揮機(jī)床機(jī)械性能可靠的優(yōu)勢，同時從根本上排除各種故障、改變數(shù)控系統(tǒng)的操作方式及編程規(guī)則不具有普遍性對數(shù)控編程教學(xué)演示的影響、提高伺服系統(tǒng)的性能，擴(kuò)大CT40在教學(xué)和生產(chǎn)中的使用范圍，結(jié)合項(xiàng)目預(yù)算，確定了保留機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)、重新開發(fā)機(jī)床控制系統(tǒng)的方案。經(jīng)分析，表1所列機(jī)床參數(shù)是實(shí)施改造項(xiàng)目應(yīng)重點(diǎn)保證的功能項(xiàng)目。
2.2 結(jié)合機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)及功率要求進(jìn)行伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)
機(jī)床X、Z兩軸的伺服電動機(jī)型號均為Simens1FT5064-0AC，按照西門子技術(shù)手冊中的數(shù)據(jù)可知：機(jī)床要求x、&，It，SPANIang=EN-US>Z兩軸的額定扭矩均為：4.7NM、兩軸靜扭矩范圍為4.5～5.5NM；電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速2000rpm。
伺服電機(jī)型號的選擇：電機(jī)型號的選擇應(yīng)綜合考慮電機(jī)扭矩、電機(jī)的外形尺寸、軸的連接形式、編碼器的型號，以便在安裝后調(diào)整參數(shù)。根據(jù)CT40機(jī)床扭矩及功率要求，選用α系列交流伺服電動機(jī)，電動機(jī)的扭矩和功率適當(dāng)大于機(jī)床額定扭矩和功率。Fanuc系統(tǒng)手冊提供的各型號電動機(jī)的技術(shù)參數(shù)，選取α6／2000。
伺服驅(qū)動單元的選擇：伺服驅(qū)動單元是在電機(jī)選擇完成后，根據(jù)系統(tǒng)廠家提供的規(guī)格手冊進(jìn)行選擇。從電機(jī)外形尺寸可見，α6／2000交流伺服電機(jī)與CT40機(jī)械結(jié)構(gòu)匹配、軸的連接均可順利實(shí)現(xiàn)安裝。
2.3 伺服系統(tǒng)初始化參數(shù)調(diào)試
在完成了伺服系統(tǒng)硬件安裝后，數(shù)控系統(tǒng)第一次上電時，必須進(jìn)行數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)、伺服系統(tǒng)參數(shù)、主軸控制參數(shù)的初始化調(diào)試，以及PLC編程等軟件方面的初始化調(diào)試操作。CT40型數(shù)控車床伺服系統(tǒng)升級改造時，伺服系統(tǒng)參數(shù)的初始化設(shè)置及其含義。在實(shí)際進(jìn)行伺服系統(tǒng)參數(shù)初始化調(diào)試時，應(yīng)在了解伺服系統(tǒng)初始化參數(shù)的含義的基礎(chǔ)上，結(jié)合機(jī)床配置的機(jī)電部件重要技術(shù)參數(shù)，完成調(diào)試操作。
3 結(jié)束語
關(guān)鍵詞：840D數(shù)控系統(tǒng) S7-300 伺服驅(qū)動系統(tǒng) 伺服電機(jī)
引言：我車間原有一臺德國生產(chǎn)的13米數(shù)控龍門銑床，購于上世紀(jì)90年代初期。該機(jī)床采用西門子840C數(shù)控系統(tǒng)配備S5型PLC以及直流電機(jī)的模擬驅(qū)動控制系統(tǒng)。近些年，由于原數(shù)控系統(tǒng)與驅(qū)動裝置以及元?dú)饧家牙匣庸ぞ冉档停O(shè)備故障率增高，給維修造成了極大的困難，并且部分電氣備件已經(jīng)停產(chǎn)而買不到。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高工作效率，公司決定對機(jī)床進(jìn)行電氣的整體改造。
一、數(shù)控系統(tǒng)的選擇
1、為什么選擇840D系統(tǒng)控制
該機(jī)床原有的數(shù)控系統(tǒng)為西門子公司的840C數(shù)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)已經(jīng)使用了很多年，系統(tǒng)已經(jīng)出現(xiàn)老化情況，死機(jī)情況時有發(fā)生。840D數(shù)控系統(tǒng)是西門子公司20世紀(jì)90年代中期推出的一種全數(shù)字化高度開放式數(shù)控系統(tǒng)，具有高度模塊化及規(guī)范化的結(jié)構(gòu)。在現(xiàn)今加工企業(yè)中很多數(shù)控加工機(jī)床都采用該控制系統(tǒng)。而且840D數(shù)控系統(tǒng)的控制通道和軸數(shù)也較多,可達(dá)10個通道,31個進(jìn)給軸/主軸,每個通道控制12個進(jìn)給軸/主軸,是一種高性能數(shù)控系統(tǒng)。鑒于840D系統(tǒng)的控制性能優(yōu)于840C系統(tǒng)。因此公司決定選用840D數(shù)控系統(tǒng)代替原有的840C數(shù)控系統(tǒng)。
2、840D控制系統(tǒng)的功能及特點(diǎn)
該數(shù)控龍門銑床由SP軸(主軸)、X軸(機(jī)床工作臺)、Y軸(溜板)、Z軸(滑枕)、W軸、W1軸(橫梁同步移動)6個軸組成，配有3個附件頭。
而840D控制系統(tǒng)一般應(yīng)用在控制功能要求較高的機(jī)床上,至少3個連動軸,它的硬件結(jié)構(gòu)更加簡單;軟件內(nèi)容更加豐富。西門子840D系統(tǒng)的主要特點(diǎn)為計(jì)算機(jī)化、控制與驅(qū)動接口的數(shù)字化。
二、電氣改造總體方案的設(shè)計(jì)
1、電氣柜電氣元件的改造與選型
該數(shù)控龍門銑機(jī)床的電氣電路較分散,電氣柜內(nèi)電氣元件使用時間也較長,老化現(xiàn)象十分嚴(yán)重,并且占用面積大,加之其故障率很高,很大程度的影響機(jī)床的加工效率。因此決定整體更換機(jī)床電氣柜。拆除原電控柜，改造后的電氣元件都裝在新的電控柜中。
2、伺服系統(tǒng)的改造與選型
該機(jī)床原有的伺服驅(qū)動為模擬驅(qū)動。改造后的伺服系統(tǒng)選用SIMODRIVE 611D伺服驅(qū)動系統(tǒng)。611D伺服驅(qū)動系統(tǒng)是數(shù)字控制總線驅(qū)動的交流伺服驅(qū)動，可與西門子數(shù)字電機(jī)1PH7、1FT6系列伺服電動機(jī)配套使用。611D伺服驅(qū)動系統(tǒng)分為單軸模塊和雙軸模塊兩種，并且功能先進(jìn)強(qiáng)大，便于使用和維護(hù)。
3、驅(qū)動電機(jī)的選擇及電機(jī)參數(shù)
機(jī)床原有的主軸電機(jī)和進(jìn)給電機(jī)均為直流電機(jī)。直流電機(jī)的故障率較高，且維修費(fèi)用較高。改造后的主軸電機(jī)選用1PH7伺服電機(jī)驅(qū)動。進(jìn)給電機(jī)選用1FT6系列。1PH7交流伺服電機(jī)是強(qiáng)制風(fēng)冷型鼠籠異步電機(jī)。其具有功率密度高,調(diào)速范圍寬的特點(diǎn)。1FT6全數(shù)字交流伺服電機(jī)具有低功率消耗,瞬時過載能力強(qiáng)的特點(diǎn)。1PH7和1FT6
系列電機(jī)都通過獨(dú)立的風(fēng)扇單元散熱，集成編碼器。該系列電機(jī)體積小,無碳刷和換向器，基本免維護(hù)。因此可以很大程度上降低機(jī)床的停工率。電機(jī)參數(shù)如下：
X軸、Y軸、Z軸：1FT6105-8SH71-1AB0；額定轉(zhuǎn)矩40Nm，額定轉(zhuǎn)速4500rpm；電機(jī)抱閘EBD48,扭矩100/85 Nm，32W，24V DC/1.4A.
W軸：1FT6134-6SF71-1AB0; 額定轉(zhuǎn)矩110 Nm；額定轉(zhuǎn)速3000 rpm;
電機(jī)抱閘型號同上。
三、PLC的編程設(shè)計(jì)
1、PLC的功能特點(diǎn)
可編程控制器PLC的主要功能為對機(jī)床各個機(jī)械動作進(jìn)行邏輯控制和狀態(tài)檢測,建立數(shù)控裝置、操作部件及外部電氣控制系統(tǒng)相互之間的信號聯(lián)系。 機(jī)床原使用的PLC為西門子SIMATIC S5型，是控制系統(tǒng)綜合了數(shù)字電路，模擬電路，繼電回路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的小型可編程控制器。840D系統(tǒng)集成S7-300型的PLC，支持的編程語言是STEP 7。S7-300型PLC是模塊化的中小型PLC，簡單實(shí)用的分布式結(jié)構(gòu)，豐富的指令系統(tǒng)，強(qiáng)大的通信能力，使其應(yīng)用十分靈活，完全能夠滿足機(jī)床控制的需要。
2、PLC的程序設(shè)計(jì)理念
此次機(jī)床改造保留了原機(jī)床PLC程序的設(shè)計(jì)思想，改造后不改變原有的機(jī)床控制邏輯，這對機(jī)床的改造很重要。因此將原來的S5 PLC程序重新編制成S7程序。
S7-300 PLC的編程軟件是STEP 7。根據(jù)邏輯功能不同，用戶塊由組織塊(OB)、功能塊(FB，F(xiàn)C) 和數(shù)據(jù)塊(DB)構(gòu)成。OB是系統(tǒng)操作程序與用戶應(yīng)用程序在各種條件下的接口界面，用于控制程序的運(yùn)行。OB1是主循環(huán)程序塊。數(shù)據(jù)塊DB是用戶定義的用于存放數(shù)據(jù)的存儲區(qū)。FB塊是通過數(shù)據(jù)塊參數(shù)而調(diào)用的。FC塊沒有指定的數(shù)據(jù)塊。按照S7的規(guī)劃，用戶程序塊放在功能塊FC50-FC120范圍內(nèi)，并由OB1統(tǒng)一管理。所以，系統(tǒng)在安裝時首先要設(shè)計(jì)用戶程序塊。功能塊利用語句表STL編程設(shè)計(jì)之后，下載到整個機(jī)床的PLC中去，它與NC之間的數(shù)據(jù)交換通過雙端RAM實(shí)現(xiàn)。
四、系統(tǒng)的調(diào)試
在對機(jī)床的整體改造都完成后,就要接通電源進(jìn)行機(jī)床的調(diào)試。在接通電源之前,一定要認(rèn)真檢查電氣柜內(nèi)以及機(jī)床本身所有的接線口，確定是否按改造設(shè)計(jì)正確接線。并且仔細(xì)檢查所有地線是否良好的接地。確保一切正常后方可通電。
在機(jī)床通電后，先讓機(jī)床空運(yùn)行，觀察機(jī)床各部分的運(yùn)行情況，檢查各個油路是否正常，有無漏油現(xiàn)象。檢查所有，冷卻，液壓等處是否正常。然后把機(jī)床操作面板上的所有輔助操作按鈕都試用一遍。在輔助功能沒問題的情況下，再進(jìn)行機(jī)床參數(shù)設(shè)定的調(diào)試。先調(diào)整機(jī)床基本的機(jī)床數(shù)據(jù);進(jìn)而調(diào)整有關(guān)各個軸的編碼器和光柵尺數(shù)據(jù)，建立全閉環(huán)控制;然后檢查機(jī)床所有電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向及運(yùn)行情況是否正常。其次對各個軸的限位開關(guān)進(jìn)行檢測，檢測限位開關(guān)是否正常。接下來檢驗(yàn)機(jī)床上所有電磁閥得電是否正常；試驗(yàn)主軸定向功能是否正常；主軸分度功能是否正常；主軸變檔功能是否正常；主軸松刀卡刀功能是否正常，最后調(diào)試各個軸的反向間隙誤差。
五、改造后的效果
德國十三米數(shù)控龍門銑床經(jīng)過技術(shù)更新改造后，通過對產(chǎn)品的加工發(fā)現(xiàn)其生產(chǎn)加工能力較改造之前有個很大的提高，加工精度也超過了之前的機(jī)床。改造后的機(jī)床完全能夠滿足公司的加工使用要求。機(jī)床改造后的電器元件少了，電器柜的體積小了。改造后設(shè)備的故障率降低了很多，并很大程度上提高了機(jī)床的生產(chǎn)效率。這臺設(shè)備將會為車間以后的加工生產(chǎn)起到更大的作用。
參考文獻(xiàn)
在我國，數(shù)控技術(shù)與裝備的發(fā)展亦得到了高度重視，近年來取得了相當(dāng)大的進(jìn)步。特別是在通用微機(jī)數(shù)控領(lǐng)域，以PC平臺為基礎(chǔ)的國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，已經(jīng)走在了世界前列。但是，我國在數(shù)控技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面亦存在不少問題，特別是在技術(shù)創(chuàng)新能力、商品化進(jìn)程、市場占有率等方面情況尤為突出。在新世紀(jì)到來時，如何有效解決這些問題，使我國數(shù)控領(lǐng)域沿著可持續(xù)發(fā)展的道路，從整體上全面邁入世界先進(jìn)行列，使我們在國際競爭中有舉足輕重的地位，將是數(shù)控研究開發(fā)部門和生產(chǎn)廠家所面臨的重要任務(wù)。
為完成此任務(wù)，首先必須確立符合中國國情的發(fā)展道路。為此，本文從總體戰(zhàn)略和技術(shù)路線兩個層次及數(shù)控系統(tǒng)、功能部件、數(shù)控整機(jī)等幾個具體方面探討了新世紀(jì)的發(fā)展途徑。
1 總體戰(zhàn)略
制定符合中國國情的總體發(fā)展戰(zhàn)略，對21世紀(jì)我國數(shù)控技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。通過對數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢的分析和對我國數(shù)控領(lǐng)域存在問題的研究，我們認(rèn)為以科技創(chuàng)新為先導(dǎo)，以商品化為主干，以管理和營銷為重點(diǎn)，以技術(shù)支持和服務(wù)為后盾，堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展道路將是一種符合我國國情的發(fā)展數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的總體戰(zhàn)略。
1.1 以科技創(chuàng)新為先導(dǎo)
中國數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)經(jīng)過40多年的發(fā)展，從無到有，從引進(jìn)消化到擁有自己獨(dú)立的自主版權(quán)，取得了相當(dāng)大的進(jìn)步。但回顧這幾十年的發(fā)展，可以看到我們在數(shù)控領(lǐng)域的進(jìn)步主要還是按國外一些模式，按部就班地發(fā)展，真正創(chuàng)新的成分不多。這種局面在發(fā)展初期的起步階段，是無可非議的。但到了世界數(shù)控強(qiáng)手如林的今天和知識經(jīng)濟(jì)即將登上舞臺的新世紀(jì)，這一常規(guī)途徑就很難行通了。例如，在國外模擬伺服快過時時，我們開始搞模擬伺服，還沒等我們占穩(wěn)市場，技術(shù)上就已經(jīng)落后了；在國外將脈沖驅(qū)動的數(shù)字式伺服打入我國市場時，我們就跟著搞這類所謂的數(shù)字伺服，但至今沒形成大的市場規(guī)模；近來國外將數(shù)字式伺服發(fā)展到用網(wǎng)絡(luò)（通過光纜等）與數(shù)控裝置連接時，我們又跟著發(fā)展此類系統(tǒng)，前途仍不樂觀。這種老是跟在別人后面走，按國外已有控制和驅(qū)動模式來開發(fā)國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，在技術(shù)上難免要滯后，再加上國外公司在我國境內(nèi)設(shè)立研究所和生產(chǎn)廠，實(shí)行就地開發(fā)、就地生產(chǎn)和就地銷售，使我們的產(chǎn)品在性能價格比上已越來越無多大優(yōu)勢，因此要進(jìn)一步擴(kuò)大市場占有率，難度自然就很大了。
為改變這種現(xiàn)狀，我們必須深刻理解和認(rèn)真落實(shí)“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力”的偉大論斷，大力加強(qiáng)數(shù)控領(lǐng)域的科技創(chuàng)新，努力研究具有中國特色的實(shí)用的先進(jìn)數(shù)控技術(shù)，逐步建立自己獨(dú)立的、先進(jìn)的技術(shù)體系。在此基礎(chǔ)上大力發(fā)展符合中國國情的數(shù)控產(chǎn)品，從而形成從數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控功能部件到種類齊全的數(shù)控機(jī)床整機(jī)的完整的產(chǎn)業(yè)體系。這樣，才不會被國外牽著鼻子，永遠(yuǎn)受別人的制約，才有可能用先進(jìn)、實(shí)用的數(shù)控產(chǎn)品去收復(fù)國內(nèi)市場，打開國際市場，使中國的數(shù)控技術(shù)和數(shù)控產(chǎn)業(yè)在21世紀(jì)走在世界的前列。
1.2 在商品化上狠下工夫
近幾年我國數(shù)控產(chǎn)品雖然發(fā)展很快，但真正在市場上站住腳的卻不多。就數(shù)控系統(tǒng)而言，國產(chǎn)貨仍未真正被廣大機(jī)床廠所接受，因此出現(xiàn)國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)用于舊機(jī)床改造的例子較多，而裝備新機(jī)床的卻很少，機(jī)床廠出產(chǎn)的國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床大多數(shù)用的都是國外的系統(tǒng)。這當(dāng)然不是說舊機(jī)床的數(shù)控化改造不重要，而是說明從商品的角度看，我們的數(shù)控系統(tǒng)與國外相比還存在相當(dāng)大的差距。
影響數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床商品化的主要因素除技術(shù)性能和功能外，更重要的就是可靠性、穩(wěn)定性和實(shí)用性。以往，一些數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)品的研究、開發(fā)部門，所追求的往往是一些體現(xiàn)技術(shù)水平的指標(biāo)（如多少通道、多少軸聯(lián)動、每分鐘多少米的進(jìn)給速度等等），而對影響實(shí)用性的一些指標(biāo)和一些小問題卻不太重視，在產(chǎn)品的穩(wěn)定性、魯棒性、可靠性、實(shí)用性方面花的精力相對較少。從而出現(xiàn)某些產(chǎn)品鑒定時的水平都很高，甚至也獲各種大獎。但這些高指標(biāo)、高性能的產(chǎn)品到用戶哪兒卻由于一些小問題而表現(xiàn)不盡人意，最后喪失了信譽(yù)，打不開市場。這說明，高指標(biāo)、高性能的樣機(jī)型的產(chǎn)品離用戶真正需要的實(shí)用、可靠的商品是有相當(dāng)大的距離的，將一個高指標(biāo)、高性能的產(chǎn)品變?yōu)橐粋€有市場的商品還需作出大量艱苦的努力。
另一方面，數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床不像家電類產(chǎn)品那樣易于大批量生產(chǎn)，應(yīng)用環(huán)境也不那么簡單。數(shù)控產(chǎn)品是在生產(chǎn)環(huán)境中使用，面臨的是五花八門的工藝問題。如果開發(fā)部門對這些問題掌握得不透，就難以將產(chǎn)品設(shè)計(jì)得很完善。而且數(shù)控產(chǎn)品的某些問題在開發(fā)、試用，甚至鑒定時都難以發(fā)現(xiàn)。這就造成，同樣型號的數(shù)控機(jī)床在有的用戶那兒運(yùn)行得很好，而在別的用戶那兒卻表現(xiàn)欠佳。或者同樣型號的數(shù)控機(jī)床用于加工某些零件工作得很好，但用于加工其他零件時卻不盡人意。出現(xiàn)這種情況，有時是用戶操作人員的水平問題，但有時就是數(shù)控產(chǎn)品本身潛在問題的暴露。為解決這一問題，國外一些公司設(shè)立了專門機(jī)構(gòu)來測試考驗(yàn)自己的產(chǎn)品，如為考驗(yàn)新開發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)，廠家自己設(shè)計(jì)和從生產(chǎn)實(shí)際中收集了大量零件程序，讓數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)行各種各樣的程序，一旦發(fā)現(xiàn)問題，即立即反饋給開發(fā)部門予以解決。經(jīng)過這樣的測試考驗(yàn)過程后，數(shù)控系統(tǒng)的潛在問題就大為減少。以往，我們的產(chǎn)品就很少進(jìn)行這樣嚴(yán)格的全面的自我測試考驗(yàn)。好些問題要等到用戶去給我們挑出來。這樣，即使一個小問題也將嚴(yán)重影響國產(chǎn)數(shù)控產(chǎn)品的聲譽(yù)。
因此，我們應(yīng)充分重視上述問題，在商品化上切實(shí)狠下工夫，將其作為數(shù)控產(chǎn)業(yè)的主干來抓，貫穿于技術(shù)研究、產(chǎn)品開發(fā)、試制、生產(chǎn)等的全過程中，從而將我們已有的技術(shù)水平較高的數(shù)控產(chǎn)品變成真正有市場的好商品。
1.3 將管理和營銷作為產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點(diǎn)
經(jīng)過20來年市場風(fēng)雨的沖擊，國人已越來越認(rèn)識到，技術(shù)固然重要，但在市場經(jīng)濟(jì)的環(huán)境下，要在激烈的全球競爭中獲勝，管理和營銷就顯得更為重要。例如，我國臺灣生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床不但占領(lǐng)了大陸市場的相當(dāng)大的份額，而且還打進(jìn)了美國市場。是臺灣數(shù)控機(jī)床的技術(shù)和質(zhì)量超過美國了嗎？顯然不是。那他們靠的是什么？重要的一條就是在企業(yè)管理和產(chǎn)品營銷上下了工夫。而我們長期以來把主要精力放在開發(fā)技術(shù)和提高水平上，忽視了經(jīng)營管理、市場開拓、產(chǎn)品營銷等方面的工作，結(jié)果在新技術(shù)、新產(chǎn)品開發(fā)出來以后，在產(chǎn)品質(zhì)量提高以后，企業(yè)仍然處于產(chǎn)品銷售不暢的困境［1］。國內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn)說明，數(shù)控產(chǎn)品的競爭力不僅取決于技術(shù)，更取決于經(jīng)營管理能力和營銷能力。
因此，從現(xiàn)在起我們應(yīng)將管理和營銷作為產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點(diǎn)，真正擺脫計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時代所遺留下來的思維方式和工作習(xí)慣的束縛，建立適應(yīng)市場的高效、靈敏的運(yùn)行機(jī)制和有效的激勵機(jī)制。通過這種機(jī)制，一方面切實(shí)加強(qiáng)企業(yè)管理，激發(fā)企業(yè)負(fù)責(zé)人和廣大職工的負(fù)責(zé)精神、創(chuàng)造精神和獻(xiàn)身精神，努力提高產(chǎn)品的競爭能力；另一方面充分調(diào)動企業(yè)內(nèi)外、行業(yè)內(nèi)外一切積極因素，大力加強(qiáng)市場開拓力度，奮力打通營銷渠道。可以堅(jiān)信，有過硬競爭力的產(chǎn)品，再加上北京開關(guān)廠那樣的“找、掙、鉆、搶”精神，我們就一定能在市場競爭中取得勝利。
1.4 大力加強(qiáng)技術(shù)支持和服務(wù)
數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床作為典型的高技術(shù)產(chǎn)品，對用戶的技術(shù)支持和服務(wù)是相當(dāng)重要的。以前國產(chǎn)數(shù)控產(chǎn)品喪失信譽(yù)的原因，除可靠性問題外，另一大問題就是缺乏有力的技術(shù)支持和服務(wù)。用戶花了很多錢買的數(shù)控機(jī)床或數(shù)控系統(tǒng)，一旦出現(xiàn)問題卻叫天天不應(yīng)，叫地地不靈，以后誰還敢買我們的產(chǎn)品。因此，應(yīng)將對用戶的技術(shù)支持和服務(wù)當(dāng)成重要的日常工作來抓，使我們在市場上向縱深挺進(jìn)時，有一個強(qiáng)大后方。因此，為了取得數(shù)控產(chǎn)品市場競爭的全面勝利，必須建立以技術(shù)支持和服務(wù)為核心的強(qiáng)大后方。當(dāng)然，為贏得主動，后方也須主動出擊。目前，利用先進(jìn)的信息技術(shù)手段（如網(wǎng)絡(luò)和多媒體），將為建立新一代立體化的技術(shù)支持和服務(wù)體系開辟新的途徑。
1.5 堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展道路
可持續(xù)發(fā)展是下一世紀(jì)企業(yè)發(fā)展的重要戰(zhàn)略，我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)要有大的發(fā)展也必須堅(jiān)持走可持續(xù)發(fā)展的道路。綠色是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑，其主要思想是清潔和節(jié)約。為此應(yīng)大力加強(qiáng)綠色數(shù)控產(chǎn)品的開發(fā)，加速促進(jìn)數(shù)控產(chǎn)品、數(shù)控產(chǎn)業(yè)以及整個制造業(yè)的綠色化，主要戰(zhàn)略措施應(yīng)考慮以下幾方面：①有效減少產(chǎn)品制造及使用過程中的環(huán)境污染。如減少數(shù)控機(jī)床的鑄件結(jié)構(gòu)，消除鑄造對環(huán)境的污染；將數(shù)控機(jī)床主軸的以油氣、噴油等取代油霧，減少對生產(chǎn)環(huán)境的污染；在精密數(shù)控機(jī)床及其運(yùn)行環(huán)境的溫度控制中取消氟利昂制冷的恒溫技術(shù)；以電傳動代替機(jī)械傳動，減少噪聲污染。②大幅度降低資源消耗和能源消耗。如以軟件代替硬件，從而減少硬件制造的資源和能源消耗及污染，并減少產(chǎn)品壽命結(jié)束后硬件裝置的拆卸回收問題；以永磁驅(qū)動代替感應(yīng)驅(qū)動，提高效率和功率因數(shù)，節(jié)約能源；以電傳動代替機(jī)械傳動，提高效率，減少能源消耗。③加強(qiáng)用數(shù)控技術(shù)改造傳統(tǒng)機(jī)床。這既符合運(yùn)用信息技術(shù)和自動化技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，使傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)和裝備現(xiàn)代化這一產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)，又可取得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。我國擁有普通機(jī)床數(shù)百萬臺，加強(qiáng)用數(shù)控技術(shù)改造傳統(tǒng)機(jī)床將成為下世紀(jì)我國數(shù)控領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。④大力發(fā)展綠色數(shù)控機(jī)床。綠色數(shù)控機(jī)床應(yīng)是材料消耗少、能耗低、無污染，壽命長且便于拆卸回收的新型機(jī)床。例如，以并聯(lián)結(jié)構(gòu)代替串聯(lián)結(jié)構(gòu)就是開發(fā)綠色數(shù)控機(jī)床的一條途徑，這是因?yàn)椴⒙?lián)結(jié)構(gòu)機(jī)床消耗的金屬材料僅為常規(guī)串聯(lián)結(jié)構(gòu)機(jī)床的幾分之一，其加工量也比常規(guī)機(jī)床大幅度減少，特別是消除了大型結(jié)構(gòu)件的鑄造，這將顯著降低機(jī)床制造過程中的能源消耗和對環(huán)境的污染。此外，并聯(lián)結(jié)構(gòu)機(jī)床有利于采用電傳動，效率高，可有效降低使用中的能源消耗。
國際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定了ISO14000環(huán)境管理標(biāo)準(zhǔn)，全球環(huán)境問題“法律化”的趨勢正在進(jìn)一步發(fā)展，可持續(xù)發(fā)展將成為企業(yè)通向國際市場的通行證［2］。因此，我們的數(shù)控產(chǎn)品要在下一世紀(jì)走向國際市場，我們的企業(yè)就必須“從我做起，從現(xiàn)在做起”。
2 技術(shù)途徑
2.1 發(fā)展具有中國特色的新一代PC數(shù)控系統(tǒng)
數(shù)控系統(tǒng)是各類數(shù)控裝備的核心，因此通過科技創(chuàng)新首先發(fā)展具有中國特色的新型數(shù)控系統(tǒng)，將是推動數(shù)控產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的有效技術(shù)途徑。
實(shí)踐證明，10年來我們所走的PC數(shù)控道路是完全正確的。PC機(jī)（包括工業(yè)PC）產(chǎn)量大、價格便宜，技術(shù)進(jìn)步和性能提高很快，且可靠性高（工業(yè)PC主機(jī)的MTBF已達(dá)30年［3］）。因此，以其作為數(shù)控系統(tǒng)的軟硬件平臺不但可以大幅度提高數(shù)控系統(tǒng)的性能價格比，而且還可充分利用通用微機(jī)已有軟硬件資源和分享計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的最新成果，如大容量存儲器、高分辨率彩色顯示器、多媒體信息交換、聯(lián)網(wǎng)通訊等。此外，以通用微機(jī)作為數(shù)控平臺還可獲得快速的技術(shù)進(jìn)步，當(dāng)PC機(jī)升級換代時，數(shù)控系統(tǒng)也可相應(yīng)升級換代，從而長期保持技術(shù)上的優(yōu)勢，在競爭中立于不敗之地。
目前，PC數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)有2種主要形式：（1）專用數(shù)控加PC前端的復(fù)合式結(jié)構(gòu)；（2）通用PC加位控卡的遞階式結(jié)構(gòu)。另外還有一種正在發(fā)展的數(shù)字化分布式結(jié)構(gòu)。其方案是將由DSP等組成的數(shù)字式伺服通過以光纜等為介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)與數(shù)控裝置連接起來，組成一完整的數(shù)控系統(tǒng)。這種系統(tǒng)雖然性能很好，但由于開發(fā)和生產(chǎn)成本太高，近期難以被國內(nèi)廣大用戶所接受。我們認(rèn)為，上述結(jié)構(gòu)并不是符合中國國情的最好方案，適合中國國情的應(yīng)是將所有數(shù)控功能全軟件化的集成式結(jié)構(gòu)，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)的硬件規(guī)模最小，不但有利于降低系統(tǒng)成本，而且更重要的是可以有效提高系統(tǒng)的可靠性。
幾十年的經(jīng)驗(yàn)表明，可靠性好壞是國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)能否發(fā)展的關(guān)鍵。雖然影響數(shù)控系統(tǒng)可靠性的因素很多，但過大的硬件規(guī)模和較低的硬件制造工藝水平往往對可靠性造成最大的威脅。以往，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)在總體設(shè)計(jì)時由于種種原因的限制，不得不選用技術(shù)指標(biāo)不太高的普通CPU，這樣，為完成數(shù)控的復(fù)雜功能往往需要由多個CPU來組成系統(tǒng)，有時還需另加一些專用或通用硬件電路來實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的一些高實(shí)時性功能（如細(xì)插補(bǔ)、位置伺服控制等），從而造成系統(tǒng)硬件規(guī)模龐大。對于數(shù)控系統(tǒng)這種批量不大的產(chǎn)品，在國內(nèi)現(xiàn)有工藝條件下，很難從硬件制造的角度保證系統(tǒng)的可靠性，因而使得國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)在生產(chǎn)現(xiàn)場的表現(xiàn)不佳，對國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的形象和聲譽(yù)造成嚴(yán)重影響，使得不少用戶現(xiàn)在還心有余悸。
因此，我們在開發(fā)新型數(shù)控系統(tǒng)時，應(yīng)優(yōu)先選用新型高性能CPU（如高主頻的Pentium II、Pentium III等）作為系統(tǒng)的運(yùn)算和控制核心，并盡量用軟件來實(shí)現(xiàn)數(shù)控的所有功能。這樣，可大幅度減小系統(tǒng)硬件的規(guī)模。此外，還應(yīng)在軟件設(shè)計(jì)、電源設(shè)計(jì)、接插件設(shè)計(jì)與選用、接地與屏蔽設(shè)計(jì)和施工等方面采用強(qiáng)抗擾高可靠性設(shè)計(jì)與制造技術(shù)，從而全面提高系統(tǒng)的可靠性。
由于一個新型高性能CPU可以代替數(shù)十個普通CPU（如80286、80386等），因此，在基于高性能CPU的PC平臺上不僅可以完成數(shù)控系統(tǒng)的基本功能（如信息處理、刀補(bǔ)計(jì)算、插補(bǔ)計(jì)算、加減速控制等）和開關(guān)量控制功能（內(nèi)裝PLC），而且還可以完成伺服控制功能。這樣，以前由DSP完成的數(shù)字化伺服控制功能（如位置控制、速度控制、矢量變換控制等）均可由PC中的CPU完成，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)裝式伺服控制，這不僅有效縮小了數(shù)控部分的硬件規(guī)模，而且還大幅度縮小了伺服控制部分硬件規(guī)模。
這種具有內(nèi)裝PLC和內(nèi)裝伺服控制的全軟件化集成式數(shù)控系統(tǒng)，其硬件規(guī)模將達(dá)到最小化，整個數(shù)控系統(tǒng)除一個PC平臺外，剩下的只有驅(qū)動機(jī)床運(yùn)動的功率接口和反饋接口。這既有效提高了系統(tǒng)可靠性，又消除了信息傳遞瓶頸，提高了系統(tǒng)性能，同時還可顯著降低系統(tǒng)成本，使系統(tǒng)（包括電機(jī)）售價將可降至現(xiàn)有數(shù)控系統(tǒng)的一半左右。顯然，這種高性能、高可靠性、低成本的新型數(shù)控系統(tǒng)將具有極強(qiáng)的競爭力，有望為開創(chuàng)中國數(shù)控的新局面作出貢獻(xiàn)。
此外，集成化PC數(shù)控系統(tǒng)還有一大優(yōu)點(diǎn)，就是容易實(shí)現(xiàn)開放式結(jié)構(gòu)。這是因?yàn)椋@種系統(tǒng)的硬件本身已經(jīng)是完全開放的，構(gòu)成開放式數(shù)控系統(tǒng)的工作完全在軟件上，只要制定好標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，從信息處理、軌跡插補(bǔ)、加減速控制、開關(guān)量控制到伺服控制都可以實(shí)現(xiàn)開放，從而可大大方便用戶的使用。
2.2 推進(jìn)數(shù)控功能部件的專業(yè)化生產(chǎn)
解決數(shù)控系統(tǒng)問題后，如何實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的模塊化設(shè)計(jì)與制造便是我國機(jī)床制造企業(yè)快速響應(yīng)市場需求，在競爭中獲勝的另一關(guān)鍵。要實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的模塊化設(shè)計(jì)制造，必須解決數(shù)控機(jī)床功能部件的專業(yè)化生產(chǎn)問題。目前我國在這方面離實(shí)際需求還有相當(dāng)大的差距。因此，在今后的若干年內(nèi)，我們必須大力促進(jìn)數(shù)控機(jī)床功能部件的開發(fā)和專業(yè)化生產(chǎn)。其要點(diǎn)如下：
(1)新型永磁電主軸單元 電主軸已成為國際市場上最熱門的數(shù)控機(jī)床功能部件。但目前這類產(chǎn)品幾乎都為感應(yīng)異步型，存在以下突出問題：①轉(zhuǎn)子上存在繞組，有大電流流過，因此轉(zhuǎn)子發(fā)熱嚴(yán)重，直接影響主軸精度；②低速出力小且轉(zhuǎn)矩脈動大，難以滿足寬范圍切削要求；③效率和功率因素低，不僅電機(jī)體積和重量大而且要求逆變器容量大、耗能多；④控制系統(tǒng)復(fù)雜、成本高。
因此，利用我國稀土永磁材料的優(yōu)勢，開發(fā)新型大功率、高效率、寬調(diào)速范圍永磁同步型交流電主軸單元，將可有效解決現(xiàn)有電主軸存在的問題，形成具有中國特色的新一代電主軸產(chǎn)品。由于永磁電主軸的機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)都較感應(yīng)異步型電主軸簡單，因此易于進(jìn)行專業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。當(dāng)然，這還要攻克主軸支承（陶瓷軸承、流體動靜壓軸承、磁懸浮軸承）技術(shù)、高精度高速動平衡技術(shù)、高速驅(qū)動、檢測與控制技術(shù)、高可靠性安全保證技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。
(2)廉價的高性能伺服系統(tǒng) 目前，一套進(jìn)給交流伺服系統(tǒng)（驅(qū)動器+電機(jī)）的價格一般都在萬元以上，主軸伺服系統(tǒng)的價格高達(dá)數(shù)萬元，已成為降低國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床成本的一大障礙。因此，應(yīng)配合新型集成化國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展，大力開發(fā)廉價的高性能內(nèi)裝式伺服系統(tǒng)。由于內(nèi)裝式伺服的硬件部分只有電機(jī)和功率接口，充分利用我國的永磁資源優(yōu)勢，通過專業(yè)化生產(chǎn)可以把電機(jī)的造價降下來，而采用智能化的IPM模塊作為功率接口也很便宜，因此將內(nèi)裝式進(jìn)給伺服的價格控制在數(shù)千元以內(nèi)，將內(nèi)裝式主軸伺服的價格控制在2萬元以內(nèi)，將是完全可能的。
(3)直線交流伺服系統(tǒng) 直線交流伺服系統(tǒng)是下一世紀(jì)數(shù)控機(jī)床不可缺少的功能部件，目前我國還沒有成熟產(chǎn)品，因此應(yīng)加強(qiáng)研究、開發(fā)和推廣應(yīng)用。考慮到常規(guī)機(jī)床的防磁問題較難解決，而并聯(lián)機(jī)床的防磁相對容易，因此可為常規(guī)結(jié)構(gòu)機(jī)床開發(fā)感應(yīng)異步型直線電機(jī)，為并聯(lián)結(jié)構(gòu)機(jī)床開發(fā)永磁同步型直線電機(jī)，從而揚(yáng)長避短，構(gòu)成符合實(shí)際應(yīng)用要求的新型高速高精度進(jìn)給系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步開發(fā)將驅(qū)動與支承合二為一的磁懸浮工作臺。
(4)零傳動數(shù)控轉(zhuǎn)臺與擺頭 數(shù)控轉(zhuǎn)臺與擺頭是多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵部件，傳統(tǒng)的采用高精度蝸桿蝸輪等傳動的轉(zhuǎn)臺與擺頭不僅制造難度大、成本高，而且難以達(dá)到高速加工所需的速度和精度，因而必須另辟蹊徑開發(fā)新型零傳動（無機(jī)械傳動鏈）數(shù)控轉(zhuǎn)臺和擺頭，以促進(jìn)我國高速高精度多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展。
(5)高速高精度檢測裝置 高速高精度是下世紀(jì)數(shù)控機(jī)床發(fā)展的主題，這不但需要高性能的控制和驅(qū)動，同時還需要高品質(zhì)的檢測環(huán)節(jié)，因此應(yīng)在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開發(fā)0.1 μm以上精度的高速(60 m/min以上)線位移傳感器和100萬脈沖/r的角位移傳感器，此類技術(shù)國外對我國是封鎖的。
2.3 加速數(shù)控機(jī)床的全國產(chǎn)化，打好市場翻身仗
數(shù)控產(chǎn)業(yè)化的最終成功將體現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床的全國產(chǎn)化和市場占有率上。在上述總體戰(zhàn)略指導(dǎo)下，采取抓兩頭（低價位數(shù)控機(jī)床和高速高效數(shù)控機(jī)床）、帶中間（普通數(shù)控機(jī)床）、促重型（重型關(guān)鍵裝備）的方針，將是在國內(nèi)市場上快速收復(fù)失地，在國際市場上穩(wěn)步進(jìn)軍，最終打贏國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床市場翻身仗的一種有效戰(zhàn)術(shù)和策略。關(guān)于普通數(shù)控機(jī)床的發(fā)展已有許多文章作了專門論述，因此下面僅就低價位數(shù)控機(jī)床、高速高效數(shù)控機(jī)床和重型數(shù)控機(jī)床的發(fā)展問題作一討論。
(1)大力發(fā)展低價位數(shù)控機(jī)床 低價位機(jī)床是功能滿足用戶要求(無功能浪費(fèi))、技術(shù)指標(biāo)適中、可靠性好、價格便宜的普及型數(shù)控機(jī)床。這類機(jī)床已成為國際市場上數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢之一，也是國內(nèi)眾多用戶渴求的產(chǎn)品，其市場前景相當(dāng)廣闊。然而，如果采用國外數(shù)控系統(tǒng)（包括伺服）按照傳統(tǒng)思路來發(fā)展低價位機(jī)床，是很難將價格降至廣大用戶所能接受的水平的。因此，采用本文提出的新型集成化國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)來發(fā)展高性能的低價位數(shù)控機(jī)床，將是一條最有希望成功的道路。只要有一定批量，由此構(gòu)成的全國產(chǎn)普及型數(shù)控車床的售價完全可以控制在10萬元以內(nèi)，三坐標(biāo)數(shù)控銑床可控制在15萬元左右，加工中心可控制在20萬元左右。此價位的國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床將是具有較強(qiáng)競爭力的。
(2)加速開發(fā)高速高效數(shù)控機(jī)床 高速高效是數(shù)控機(jī)床發(fā)展的另一大潮流。發(fā)展高速高效數(shù)控機(jī)床的技術(shù)途徑可有以下幾條：①通過提高切削速度和進(jìn)給速度，從而達(dá)到成倍提高生產(chǎn)效率，有效提高零件的表面加工質(zhì)量和加工精度并解決常規(guī)加工難以解決的某些特殊材料（如鋁鈦合金、模具鋼、淬硬鋼）和特殊形狀零件（如復(fù)雜薄壁零件）的高效加工問題。②通過工藝復(fù)合，減少工件的安裝次數(shù)，有效縮短搬運(yùn)和裝夾時間。例如，將五面五軸加工中心與立車復(fù)合構(gòu)成萬能加工中心，可實(shí)現(xiàn)一次裝卡完成零件的大部分（或全部）加工。③采用高速高精度圓周銑加工孔和以螺旋軌跡插補(bǔ)實(shí)現(xiàn)不鉆底孔的直接攻絲等新加工方法，大幅度減少換刀次數(shù)，提高加工效率。④為數(shù)控機(jī)床開發(fā)智能尋位加工功能，消除對精密夾具和人工找正的依賴，有效縮短單件小批加工的準(zhǔn)備時間。
在我國現(xiàn)實(shí)條件下如果沿用傳統(tǒng)思路是難以實(shí)現(xiàn)上述途徑的，因此，必須立足國情，結(jié)合實(shí)際勇于創(chuàng)新，大膽探索新的道路。 考慮到常規(guī)數(shù)控機(jī)床在總體結(jié)構(gòu)上基本上采用工件和刀具沿各自導(dǎo)軌共同運(yùn)動的方案，一方面由于機(jī)床傳動環(huán)節(jié)剛性不足和導(dǎo)軌中的摩擦阻力較大，使運(yùn)動部件難以獲得高的進(jìn)給速度；另一方面由于工件、夾具和工作臺的總質(zhì)量比較大，使之難以獲得高的加速度。此外，傳統(tǒng)機(jī)床結(jié)構(gòu)是一種串聯(lián)開鏈結(jié)構(gòu)，組成環(huán)節(jié)多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且由于存在懸臂部件和環(huán)節(jié)間的聯(lián)接間隙，不容易獲得高的總體剛度，因此難以適應(yīng)高速高效加工的特殊要求。為此，開發(fā)國產(chǎn)高速高效數(shù)控機(jī)床時，可采用工件固定，以直線電機(jī)組成并聯(lián)短鏈直接驅(qū)動主軸和刀具運(yùn)動、將高速高精度傳動與高剛度支撐合二為一的適合于高速高效加工中心的新型結(jié)構(gòu)。采用該結(jié)構(gòu)的高速高效數(shù)控機(jī)床不但速度高、剛度高，如果在傳動與控制上處理得當(dāng)，可以達(dá)到比常規(guī)機(jī)床更高的加工精度和加工質(zhì)量，而且具有機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，零部件通用化、標(biāo)準(zhǔn)化程度高，制造成本低，易于經(jīng)濟(jì)化批量生產(chǎn)等顯著優(yōu)點(diǎn)。因此，沿此思路發(fā)展高速高效數(shù)控機(jī)床將是一條符合國情、易于取得成功的道路。
(3)突破重型數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)制造技術(shù) 重型數(shù)控機(jī)床（特別是多坐標(biāo)重型數(shù)控機(jī)床）是國民經(jīng)濟(jì)和國防生產(chǎn)中的重大關(guān)鍵設(shè)備，屬于戰(zhàn)略物資，真正先進(jìn)的重型數(shù)控機(jī)床國外是不可能賣給我們的，因此，在我國下世紀(jì)數(shù)控產(chǎn)品的發(fā)展中必須依靠自己的力量進(jìn)行解決。發(fā)展重型數(shù)控機(jī)床必須有過硬的基礎(chǔ)，我們在數(shù)控機(jī)床國產(chǎn)化的進(jìn)程中應(yīng)不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)基礎(chǔ)技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)研究，充分發(fā)揮我國產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的優(yōu)勢，各部門通力合作、共同努力，爭取在下世紀(jì)初取得突破性進(jìn)展。
目前，在發(fā)展重型數(shù)控機(jī)床中除需加強(qiáng)基礎(chǔ)理論研究外，還應(yīng)加強(qiáng)其關(guān)鍵技術(shù)研究。例如，重型機(jī)床的控制就是需要加以特殊解決的關(guān)鍵問題。因重型機(jī)床加工的工件特別昂貴不允許報(bào)廢，為了確保機(jī)床工作可靠，在數(shù)控系統(tǒng)中可采用雙（或多）CPU冗余工作方案，以確保運(yùn)算和控制的絕對正確，并在出現(xiàn)故障時自動診斷、自動修復(fù)或自動替補(bǔ)，確保加工不出問題。此外，在電源上可采取雙蓄電池供電的全隔離供電方案，即一組電池在給系統(tǒng)供電時，可對另一組電池進(jìn)行充電，電網(wǎng)與控制系統(tǒng)是完全隔離的。這就徹底消除了重型車間中電網(wǎng)電壓波動厲害、干擾嚴(yán)重對數(shù)控系統(tǒng)造成的影響，從而有效保證系統(tǒng)的可靠性。又如，重型數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動也是一大關(guān)鍵問題。當(dāng)行程長度超過5 m，普通滾珠絲桿就難以勝任大負(fù)荷的傳動，因此目前一般采用預(yù)加負(fù)載的雙齒輪-齒條機(jī)構(gòu)、靜壓蝸桿-蝸母條機(jī)構(gòu)、四足（或雙足）爬行進(jìn)給機(jī)構(gòu)等來實(shí)現(xiàn)長行程傳動。但這些方案存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、速度和加速度低、動態(tài)性能差、難以達(dá)到高精度、維護(hù)保養(yǎng)復(fù)雜等問題。為此可發(fā)展陣列式高效直線電機(jī)直接驅(qū)動技術(shù)和空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)驅(qū)動技術(shù)，以新的途徑來解決重型數(shù)控機(jī)床的高速、高精度驅(qū)動問題。除此之外，機(jī)床結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、長行程精密檢測、重力變形補(bǔ)償、切削力變形補(bǔ)償、熱變形補(bǔ)償?shù)纫彩侵匦蛿?shù)控機(jī)床中必須解決的關(guān)鍵問題，必須予以充分重視。
3 結(jié)語
制定符合中國國情的總體發(fā)展戰(zhàn)略，確立與國際接軌的發(fā)展道路，對21世紀(jì)我國數(shù)控技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。本文在對數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢的分析，對我國數(shù)控領(lǐng)域存在的問題進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，對21世紀(jì)我國數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展途徑進(jìn)行了探討，提出了以科技創(chuàng)新為先導(dǎo)，以商品化為主干，以管理和營銷為重點(diǎn)，以技術(shù)支持和服務(wù)為后盾，堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展道路的總體發(fā)展戰(zhàn)略。在此基礎(chǔ)上，研究了發(fā)展新型數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控功能部件、數(shù)控機(jī)床整機(jī)等的具體技術(shù)途徑。
我們衷心希望，我國科技界、產(chǎn)業(yè)界和教育界通力合作，把握好知識經(jīng)濟(jì)給我們帶來的難得機(jī)遇，迎接競爭全球化帶來的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，為在21世紀(jì)使我國數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)走向世界的前列，使我國經(jīng)濟(jì)繼續(xù)保持強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭而共同努力奮斗！
作者簡介
周 凱 男，1954年生。清華大學(xué)（北京市 100084）精密儀器與機(jī)械學(xué)系副教授、工學(xué)博士。主要從事數(shù)控技術(shù)、機(jī)電控制工程、制造科學(xué)與制造系統(tǒng)等方面的研究工作。取得科研成果15項(xiàng)。70余篇。
參考文獻(xiàn)1 楊皖蘇，嚴(yán)鴻和.機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，1997，26(4):1～6
在我國，數(shù)控技術(shù)與裝備的發(fā)展亦得到了高度重視，近年來取得了相當(dāng)大的進(jìn)步。特別是在通用微機(jī)數(shù)控領(lǐng)域，以PC平臺為基礎(chǔ)的國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，已經(jīng)走在了世界前列。但是，我國在數(shù)控技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面亦存在不少問題，特別是在技術(shù)創(chuàng)新能力、商品化進(jìn)程、市場占有率等方面情況尤為突出。在新世紀(jì)到來時，如何有效解決這些問題，使我國數(shù)控領(lǐng)域沿著可持續(xù)發(fā)展的道路，從整體上全面邁入世界先進(jìn)行列，使我們在國際競爭中有舉足輕重的地位，將是數(shù)控研究開發(fā)部門和生產(chǎn)廠家所面臨的重要任務(wù)。
為完成此任務(wù)，首先必須確立符合中國國情的發(fā)展道路。為此，本文從總體戰(zhàn)略和技術(shù)路線兩個層次及數(shù)控系統(tǒng)、功能部件、數(shù)控整機(jī)等幾個具體方面探討了新世紀(jì)的發(fā)展途徑。
1總體戰(zhàn)略
制定符合中國國情的總體發(fā)展戰(zhàn)略，對21世紀(jì)我國數(shù)控技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。通過對數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢的分析和對我國數(shù)控領(lǐng)域存在問題的研究，我們認(rèn)為以科技創(chuàng)新為先導(dǎo)，以商品化為主干，以管理和營銷為重點(diǎn)，以技術(shù)支持和服務(wù)為后盾，堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展道路將是一種符合我國國情的發(fā)展數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的總體戰(zhàn)略。
1.1以科技創(chuàng)新為先導(dǎo)
中國數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)經(jīng)過40多年的發(fā)展，從無到有，從引進(jìn)消化到擁有自己獨(dú)立的自主版權(quán)，取得了相當(dāng)大的進(jìn)步。但回顧這幾十年的發(fā)展，可以看到我們在數(shù)控領(lǐng)域的進(jìn)步主要還是按國外一些模式，按部就班地發(fā)展，真正創(chuàng)新的成分不多。這種局面在發(fā)展初期的起步階段，是無可非議的。但到了世界數(shù)控強(qiáng)手如林的今天和知識經(jīng)濟(jì)即將登上舞臺的新世紀(jì)，這一常規(guī)途徑就很難行通了。例如，在國外模擬伺服快過時時，我們開始搞模擬伺服，還沒等我們占穩(wěn)市場，技術(shù)上就已經(jīng)落后了；在國外將脈沖驅(qū)動的數(shù)字式伺服打入我國市場時，我們就跟著搞這類所謂的數(shù)字伺服，但至今沒形成大的市場規(guī)模；近來國外將數(shù)字式伺服發(fā)展到用網(wǎng)絡(luò)（通過光纜等）與數(shù)控裝置連接時，我們又跟著發(fā)展此類系統(tǒng)，前途仍不樂觀。這種老是跟在別人后面走，按國外已有控制和驅(qū)動模式來開發(fā)國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，在技術(shù)上難免要滯后，再加上國外公司在我國境內(nèi)設(shè)立研究所和生產(chǎn)廠，實(shí)行就地開發(fā)、就地生產(chǎn)和就地銷售，使我們的產(chǎn)品在性能價格比上已越來越無多大優(yōu)勢，因此要進(jìn)一步擴(kuò)大市場占有率，難度自然就很大了。
為改變這種現(xiàn)狀，我們必須深刻理解和認(rèn)真落實(shí)“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力”的偉大論斷，大力加強(qiáng)數(shù)控領(lǐng)域的科技創(chuàng)新，努力研究具有中國特色的實(shí)用的先進(jìn)數(shù)控技術(shù)，逐步建立自己獨(dú)立的、先進(jìn)的技術(shù)體系。在此基礎(chǔ)上大力發(fā)展符合中國國情的數(shù)控產(chǎn)品，從而形成從數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控功能部件到種類齊全的數(shù)控機(jī)床整機(jī)的完整的產(chǎn)業(yè)體系。這樣，才不會被國外牽著鼻子，永遠(yuǎn)受別人的制約，才有可能用先進(jìn)、實(shí)用的數(shù)控產(chǎn)品去收復(fù)國內(nèi)市場，打開國際市場，使中國的數(shù)控技術(shù)和數(shù)控產(chǎn)業(yè)在21世紀(jì)走在世界的前列。
1.2在商品化上狠下工夫
近幾年我國數(shù)控產(chǎn)品雖然發(fā)展很快，但真正在市場上站住腳的卻不多。就數(shù)控系統(tǒng)而言，國產(chǎn)貨仍未真正被廣大機(jī)床廠所接受，因此出現(xiàn)國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)用于舊機(jī)床改造的例子較多，而裝備新機(jī)床的卻很少，機(jī)床廠出產(chǎn)的國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床大多數(shù)用的都是國外的系統(tǒng)。這當(dāng)然不是說舊機(jī)床的數(shù)控化改造不重要，而是說明從商品的角度看，我們的數(shù)控系統(tǒng)與國外相比還存在相當(dāng)大的差距。
影響數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床商品化的主要因素除技術(shù)性能和功能外，更重要的就是可靠性、穩(wěn)定性和實(shí)用性。以往，一些數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)品的研究、開發(fā)部門，所追求的往往是一些體現(xiàn)技術(shù)水平的指標(biāo)（如多少通道、多少軸聯(lián)動、每分鐘多少米的進(jìn)給速度等等），而對影響實(shí)用性的一些指標(biāo)和一些小問題卻不太重視，在產(chǎn)品的穩(wěn)定性、魯棒性、可靠性、實(shí)用性方面花的精力相對較少。從而出現(xiàn)某些產(chǎn)品鑒定時的水平都很高，甚至也獲各種大獎。但這些高指標(biāo)、高性能的產(chǎn)品到用戶哪兒卻由于一些小問題而表現(xiàn)不盡人意，最后喪失了信譽(yù)，打不開市場。這說明，高指標(biāo)、高性能的樣機(jī)型的產(chǎn)品離用戶真正需要的實(shí)用、可靠的商品是有相當(dāng)大的距離的，將一個高指標(biāo)、高性能的產(chǎn)品變?yōu)橐粋€有市場的商品還需作出大量艱苦的努力。
另一方面，數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床不像家電類產(chǎn)品那樣易于大批量生產(chǎn)，應(yīng)用環(huán)境也不那么簡單。數(shù)控產(chǎn)品是在生產(chǎn)環(huán)境中使用，面臨的是五花八門的工藝問題。如果開發(fā)部門對這些問題掌握得不透，就難以將產(chǎn)品設(shè)計(jì)得很完善。而且數(shù)控產(chǎn)品的某些問題在開發(fā)、試用，甚至鑒定時都難以發(fā)現(xiàn)。這就造成，同樣型號的數(shù)控機(jī)床在有的用戶那兒運(yùn)行得很好，而在別的用戶那兒卻表現(xiàn)欠佳。或者同樣型號的數(shù)控機(jī)床用于加工某些零件工作得很好，但用于加工其他零件時卻不盡人意。出現(xiàn)這種情況，有時是用戶操作人員的水平問題，但有時就是數(shù)控產(chǎn)品本身潛在問題的暴露。為解決這一問題，國外一些公司設(shè)立了專門機(jī)構(gòu)來測試考驗(yàn)自己的產(chǎn)品，如為考驗(yàn)新開發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)，廠家自己設(shè)計(jì)和從生產(chǎn)實(shí)際中收集了大量零件程序，讓數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)行各種各樣的程序，一旦發(fā)現(xiàn)問題，即立即反饋給開發(fā)部門予以解決。經(jīng)過這樣的測試考驗(yàn)過程后，數(shù)控系統(tǒng)的潛在問題就大為減少。以往，我們的產(chǎn)品就很少進(jìn)行這樣嚴(yán)格的全面的自我測試考驗(yàn)。好些問題要等到用戶去給我們挑出來。這樣，即使一個小問題也將嚴(yán)重影響國產(chǎn)數(shù)控產(chǎn)品的聲譽(yù)。
因此，我們應(yīng)充分重視上述問題，在商品化上切實(shí)狠下工夫，將其作為數(shù)控產(chǎn)業(yè)的主干來抓，貫穿于技術(shù)研究、產(chǎn)品開發(fā)、試制、生產(chǎn)等的全過程中，從而將我們已有的技術(shù)水平較高的數(shù)控產(chǎn)品變成真正有市場的好商品。
1.3將管理和營銷作為產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點(diǎn)
經(jīng)過20來年市場風(fēng)雨的沖擊，國人已越來越認(rèn)識到，技術(shù)固然重要，但在市場經(jīng)濟(jì)的環(huán)境下，要在激烈的全球競爭中獲勝，管理和營銷就顯得更為重要。例如，我國臺灣生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床不但占領(lǐng)了大陸市場的相當(dāng)大的份額，而且還打進(jìn)了美國市場。是臺灣數(shù)控機(jī)床的技術(shù)和質(zhì)量超過美國了嗎？顯然不是。那他們靠的是什么？重要的一條就是在企業(yè)管理和產(chǎn)品營銷上下了工夫。而我們長期以來把主要精力放在開發(fā)技術(shù)和提高水平上，忽視了經(jīng)營管理、市場開拓、產(chǎn)品營銷等方面的工作，結(jié)果在新技術(shù)、新產(chǎn)品開發(fā)出來以后，在產(chǎn)品質(zhì)量提高以后，企業(yè)仍然處于產(chǎn)品銷售不暢的困境［1］。國內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn)說明，數(shù)控產(chǎn)品的競爭力不僅取決于技術(shù)，更取決于經(jīng)營管理能力和營銷能力。
因此，從現(xiàn)在起我們應(yīng)將管理和營銷作為產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點(diǎn)，真正擺脫計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時代所遺留下來的思維方式和工作習(xí)慣的束縛，建立適應(yīng)市場的高效、靈敏的運(yùn)行機(jī)制和有效的激勵機(jī)制。通過這種機(jī)制，一方面切實(shí)加強(qiáng)企業(yè)管理，激發(fā)企業(yè)負(fù)責(zé)人和廣大職工的負(fù)責(zé)精神、創(chuàng)造精神和獻(xiàn)身精神，努力提高產(chǎn)品的競爭能力；另一方面充分調(diào)動企業(yè)內(nèi)外、行業(yè)內(nèi)外一切積極因素，大力加強(qiáng)市場開拓力度，奮力打通營銷渠道。可以堅(jiān)信，有過硬競爭力的產(chǎn)品，再加上北京開關(guān)廠那樣的“找、掙、鉆、搶”精神，我們就一定能在市場競爭中取得勝利。
1.4大力加強(qiáng)技術(shù)支持和服務(wù)
數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床作為典型的高技術(shù)產(chǎn)品，對用戶的技術(shù)支持和服務(wù)是相當(dāng)重要的。以前國產(chǎn)數(shù)控產(chǎn)品喪失信譽(yù)的原因，除可靠性問題外，另一大問題就是缺乏有力的技術(shù)支持和服務(wù)。用戶花了很多錢買的數(shù)控機(jī)床或數(shù)控系統(tǒng)，一旦出現(xiàn)問題卻叫天天不應(yīng)，叫地地不靈，以后誰還敢買我們的產(chǎn)品。因此，應(yīng)將對用戶的技術(shù)支持和服務(wù)當(dāng)成重要的日常工作來抓，使我們在市場上向縱深挺進(jìn)時，有一個強(qiáng)大后方。因此，為了取得數(shù)控產(chǎn)品市場競爭的全面勝利，必須建立以技術(shù)支持和服務(wù)為核心的強(qiáng)大后方。當(dāng)然，為贏得主動，后方也須主動出擊。目前，利用先進(jìn)的信息技術(shù)手段（如網(wǎng)絡(luò)和多媒體），將為建立新一代立體化的技術(shù)支持和服務(wù)體系開辟新的途徑。
1.5堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展道路
可持續(xù)發(fā)展是下一世紀(jì)企業(yè)發(fā)展的重要戰(zhàn)略，我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)要有大的發(fā)展也必須堅(jiān)持走可持續(xù)發(fā)展的道路。綠色是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑，其主要思想是清潔和節(jié)約。為此應(yīng)大力加強(qiáng)綠色數(shù)控產(chǎn)品的開發(fā)，加速促進(jìn)數(shù)控產(chǎn)品、數(shù)控產(chǎn)業(yè)以及整個制造業(yè)的綠色化，主要戰(zhàn)略措施應(yīng)考慮以下幾方面：①有效減少產(chǎn)品制造及使用過程中的環(huán)境污染。如減少數(shù)控機(jī)床的鑄件結(jié)構(gòu)，消除鑄造對環(huán)境的污染；將數(shù)控機(jī)床主軸的以油氣、噴油等取代油霧，減少對生產(chǎn)環(huán)境的污染；在精密數(shù)控機(jī)床及其運(yùn)行環(huán)境的溫度控制中取消氟利昂制冷的恒溫技術(shù)；以電傳動代替機(jī)械傳動，減少噪聲污染。②大幅度降低資源消耗和能源消耗。如以軟件代替硬件，從而減少硬件制造的資源和能源消耗及污染，并減少產(chǎn)品壽命結(jié)束后硬件裝置的拆卸回收問題；以永磁驅(qū)動代替感應(yīng)驅(qū)動，提高效率和功率因數(shù)，節(jié)約能源；以電傳動代替機(jī)械傳動，提高效率，減少能源消耗。③加強(qiáng)用數(shù)控技術(shù)改造傳統(tǒng)機(jī)床。這既符合運(yùn)用信息技術(shù)和自動化技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，使傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)和裝備現(xiàn)代化這一產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)，又可取得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。我國擁有普通機(jī)床數(shù)百萬臺，加強(qiáng)用數(shù)控技術(shù)改造傳統(tǒng)機(jī)床將成為下世紀(jì)我國數(shù)控領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。④大力發(fā)展綠色數(shù)控機(jī)床。綠色數(shù)控機(jī)床應(yīng)是材料消耗少、能耗低、無污染，壽命長且便于拆卸回收的新型機(jī)床。例如，以并聯(lián)結(jié)構(gòu)代替串聯(lián)結(jié)構(gòu)就是開發(fā)綠色數(shù)控機(jī)床的一條途徑，這是因?yàn)椴⒙?lián)結(jié)構(gòu)機(jī)床消耗的金屬材料僅為常規(guī)串聯(lián)結(jié)構(gòu)機(jī)床的幾分之一，其加工量也比常規(guī)機(jī)床大幅度減少，特別是消除了大型結(jié)構(gòu)件的鑄造，這將顯著降低機(jī)床制造過程中的能源消耗和對環(huán)境的污染。此外，并聯(lián)結(jié)構(gòu)機(jī)床有利于采用電傳動，效率高，可有效降低使用中的能源消耗。
國際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定了ISO14000環(huán)境管理標(biāo)準(zhǔn)，全球環(huán)境問題“法律化”的趨勢正在進(jìn)一步發(fā)展，可持續(xù)發(fā)展將成為企業(yè)通向國際市場的通行證［2］。因此，我們的數(shù)控產(chǎn)品要在下一世紀(jì)走向國際市場，我們的企業(yè)就必須“從我做起，從現(xiàn)在做起”。
2技術(shù)途徑
2.1發(fā)展具有中國特色的新一代PC數(shù)控系統(tǒng)
數(shù)控系統(tǒng)是各類數(shù)控裝備的核心，因此通過科技創(chuàng)新首先發(fā)展具有中國特色的新型數(shù)控系統(tǒng)，將是推動數(shù)控產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的有效技術(shù)途徑。
實(shí)踐證明，10年來我們所走的PC數(shù)控道路是完全正確的。PC機(jī)（包括工業(yè)PC）產(chǎn)量大、價格便宜，技術(shù)進(jìn)步和性能提高很快，且可靠性高（工業(yè)PC主機(jī)的MTBF已達(dá)30年［3］）。因此，以其作為數(shù)控系統(tǒng)的軟硬件平臺不但可以大幅度提高數(shù)控系統(tǒng)的性能價格比，而且還可充分利用通用微機(jī)已有軟硬件資源和分享計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的最新成果，如大容量存儲器、高分辨率彩色顯示器、多媒體信息交換、聯(lián)網(wǎng)通訊等。此外，以通用微機(jī)作為數(shù)控平臺還可獲得快速的技術(shù)進(jìn)步，當(dāng)PC機(jī)升級換代時，數(shù)控系統(tǒng)也可相應(yīng)升級換代，從而長期保持技術(shù)上的優(yōu)勢，在競爭中立于不敗之地。
目前，PC數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)有2種主要形式：（1）專用數(shù)控加PC前端的復(fù)合式結(jié)構(gòu)；（2）通用PC加位控卡的遞階式結(jié)構(gòu)。另外還有一種正在發(fā)展的數(shù)字化分布式結(jié)構(gòu)。其方案是將由DSP等組成的數(shù)字式伺服通過以光纜等為介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)與數(shù)控裝置連接起來，組成一完整的數(shù)控系統(tǒng)。這種系統(tǒng)雖然性能很好，但由于開發(fā)和生產(chǎn)成本太高，近期難以被國內(nèi)廣大用戶所接受。我們認(rèn)為，上述結(jié)構(gòu)并不是符合中國國情的最好方案，適合中國國情的應(yīng)是將所有數(shù)控功能全軟件化的集成式結(jié)構(gòu)，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)的硬件規(guī)模最小，不但有利于降低系統(tǒng)成本，而且更重要的是可以有效提高系統(tǒng)的可靠性。
幾十年的經(jīng)驗(yàn)表明，可靠性好壞是國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)能否發(fā)展的關(guān)鍵。雖然影響數(shù)控系統(tǒng)可靠性的因素很多，但過大的硬件規(guī)模和較低的硬件制造工藝水平往往對可靠性造成最大的威脅。以往，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)在總體設(shè)計(jì)時由于種種原因的限制，不得不選用技術(shù)指標(biāo)不太高的普通CPU，這樣，為完成數(shù)控的復(fù)雜功能往往需要由多個CPU來組成系統(tǒng)，有時還需另加一些專用或通用硬件電路來實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的一些高實(shí)時（如細(xì)插補(bǔ)、位置伺服控制等），從而造成系統(tǒng)硬件規(guī)模龐大。對于數(shù)控系統(tǒng)這種批量不大的產(chǎn)品，在國內(nèi)現(xiàn)有工藝條件下，很難從硬件制造的角度保證系統(tǒng)的可靠性，因而使得國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)在生產(chǎn)現(xiàn)場的表現(xiàn)不佳，對國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的形象和聲譽(yù)造成嚴(yán)重影響，使得不少用戶現(xiàn)在還心有余悸。
因此，我們在開發(fā)新型數(shù)控系統(tǒng)時，應(yīng)優(yōu)先選用新型高性能CPU（如高主頻的PentiumII、PentiumIII等）作為系統(tǒng)的運(yùn)算和控制核心，并盡量用軟件來實(shí)現(xiàn)數(shù)控的所有功能。這樣，可大幅度減小系統(tǒng)硬件的規(guī)模。此外，還應(yīng)在軟件設(shè)計(jì)、電源設(shè)計(jì)、接插件設(shè)計(jì)與選用、接地與屏蔽設(shè)計(jì)和施工等方面采用強(qiáng)抗擾高可靠性設(shè)計(jì)與制造技術(shù)，從而全面提高系統(tǒng)的可靠性。
由于一個新型高性能CPU可以代替數(shù)十個普通CPU（如80286、80386等），因此，在基于高性能CPU的PC平臺上不僅可以完成數(shù)控系統(tǒng)的基本功能（如信息處理、刀補(bǔ)計(jì)算、插補(bǔ)計(jì)算、加減速控制等）和開關(guān)量控制功能（內(nèi)裝PLC），而且還可以完成伺服控制功能。這樣，以前由DSP完成的數(shù)字化伺服控制功能（如位置控制、速度控制、矢量變換控制等）均可由PC中的CPU完成，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)裝式伺服控制，這不僅有效縮小了數(shù)控部分的硬件規(guī)模，而且還大幅度縮小了伺服控制部分硬件規(guī)模。
這種具有內(nèi)裝PLC和內(nèi)裝伺服控制的全軟件化集成式數(shù)控系統(tǒng)，其硬件規(guī)模將達(dá)到最小化，整個數(shù)控系統(tǒng)除一個PC平臺外，剩下的只有驅(qū)動機(jī)床運(yùn)動的功率接口和反饋接口。這既有效提高了系統(tǒng)可靠性，又消除了信息傳遞瓶頸，提高了系統(tǒng)性能，同時還可顯著降低系統(tǒng)成本，使系統(tǒng)（包括電機(jī)）售價將可降至現(xiàn)有數(shù)控系統(tǒng)的一半左右。顯然，這種高性能、高可靠性、低成本的新型數(shù)控系統(tǒng)將具有極強(qiáng)的競爭力，有望為開創(chuàng)中國數(shù)控的新局面作出貢獻(xiàn)。
此外，集成化PC數(shù)控系統(tǒng)還有一大優(yōu)點(diǎn)，就是容易實(shí)現(xiàn)開放式結(jié)構(gòu)。這是因?yàn)椋@種系統(tǒng)的硬件本身已經(jīng)是完全開放的，構(gòu)成開放式數(shù)控系統(tǒng)的工作完全在軟件上，只要制定好標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，從信息處理、軌跡插補(bǔ)、加減速控制、開關(guān)量控制到伺服控制都可以實(shí)現(xiàn)開放，從而可大大方便用戶的使用。
2.2推進(jìn)數(shù)控功能部件的專業(yè)化生產(chǎn)
解決數(shù)控系統(tǒng)問題后，如何實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的模塊化設(shè)計(jì)與制造便是我國機(jī)床制造企業(yè)快速響應(yīng)市場需求，在競爭中獲勝的另一關(guān)鍵。要實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的模塊化設(shè)計(jì)制造，必須解決數(shù)控機(jī)床功能部件的專業(yè)化生產(chǎn)問題。目前我國在這方面離實(shí)際需求還有相當(dāng)大的差距。因此，在今后的若干年內(nèi)，我們必須大力促進(jìn)數(shù)控機(jī)床功能部件的開發(fā)和專業(yè)化生產(chǎn)。其要點(diǎn)如下：
(1)新型永磁電主軸單元電主軸已成為國際市場上最熱門的數(shù)控機(jī)床功能部件。但目前這類產(chǎn)品幾乎都為感應(yīng)異步型，存在以下突出問題：①轉(zhuǎn)子上存在繞組，有大電流流過，因此轉(zhuǎn)子發(fā)熱嚴(yán)重，直接影響主軸精度；②低速出力小且轉(zhuǎn)矩脈動大，難以滿足寬范圍切削要求；③效率和功率因素低，不僅電機(jī)體積和重量大而且要求逆變器容量大、耗能多；④控制系統(tǒng)復(fù)雜、成本高。
因此，利用我國稀土永磁材料的優(yōu)勢，開發(fā)新型大功率、高效率、寬調(diào)速范圍永磁同步型交流電主軸單元，將可有效解決現(xiàn)有電主軸存在的問題，形成具有中國特色的新一代電主軸產(chǎn)品。由于永磁電主軸的機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)都較感應(yīng)異步型電主軸簡單，因此易于進(jìn)行專業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。當(dāng)然，這還要攻克主軸支承（陶瓷軸承、流體動靜壓軸承、磁懸浮軸承）技術(shù)、高精度高速動平衡技術(shù)、高速驅(qū)動、檢測與控制技術(shù)、高可靠性安全保證技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。
(2)廉價的高性能伺服系統(tǒng)目前，一套進(jìn)給交流伺服系統(tǒng)（驅(qū)動器+電機(jī)）的價格一般都在萬元以上，主軸伺服系統(tǒng)的價格高達(dá)數(shù)萬元，已成為降低國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床成本的一大障礙。因此，應(yīng)配合新型集成化國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展，大力開發(fā)廉價的高性能內(nèi)裝式伺服系統(tǒng)。由于內(nèi)裝式伺服的硬件部分只有電機(jī)和功率接口，充分利用我國的永磁資源優(yōu)勢，通過專業(yè)化生產(chǎn)可以把電機(jī)的造價降下來，而采用智能化的IPM模塊作為功率接口也很便宜，因此將內(nèi)裝式進(jìn)給伺服的價格控制在數(shù)千元以內(nèi)，將內(nèi)裝式主軸伺服的價格控制在2萬元以內(nèi)，將是完全可能的。
(3)直線交流伺服系統(tǒng)直線交流伺服系統(tǒng)是下一世紀(jì)數(shù)控機(jī)床不可缺少的功能部件，目前我國還沒有成熟產(chǎn)品，因此應(yīng)加強(qiáng)研究、開發(fā)和推廣應(yīng)用。考慮到常規(guī)機(jī)床的防磁問題較難解決，而并聯(lián)機(jī)床的防磁相對容易，因此可為常規(guī)結(jié)構(gòu)機(jī)床開發(fā)感應(yīng)異步型直線電機(jī)，為并聯(lián)結(jié)構(gòu)機(jī)床開發(fā)永磁同步型直線電機(jī)，從而揚(yáng)長避短，構(gòu)成符合實(shí)際應(yīng)用要求的新型高速高精度進(jìn)給系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步開發(fā)將驅(qū)動與支承合二為一的磁懸浮工作臺。
(4)零傳動數(shù)控轉(zhuǎn)臺與擺頭數(shù)控轉(zhuǎn)臺與擺頭是多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵部件，傳統(tǒng)的采用高精度蝸桿蝸輪等傳動的轉(zhuǎn)臺與擺頭不僅制造難度大、成本高，而且難以達(dá)到高速加工所需的速度和精度，因而必須另辟蹊徑開發(fā)新型零傳動（無機(jī)械傳動鏈）數(shù)控轉(zhuǎn)臺和擺頭，以促進(jìn)我國高速高精度多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展。
(5)高速高精度檢測裝置高速高精度是下世紀(jì)數(shù)控機(jī)床發(fā)展的主題，這不但需要高性能的控制和驅(qū)動，同時還需要高品質(zhì)的檢測環(huán)節(jié)，因此應(yīng)在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開發(fā)0.1μm以上精度的高速(60m/min以上)線位移傳感器和100萬脈沖/r的角位移傳感器，此類技術(shù)國外對我國是封鎖的。
2.3加速數(shù)控機(jī)床的全國產(chǎn)化，打好市場翻身仗
數(shù)控產(chǎn)業(yè)化的最終成功將體現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床的全國產(chǎn)化和市場占有率上。在上述總體戰(zhàn)略指導(dǎo)下，采取抓兩頭（低價位數(shù)控機(jī)床和高速高效數(shù)控機(jī)床）、帶中間（普通數(shù)控機(jī)床）、促重型（重型關(guān)鍵裝備）的方針，將是在國內(nèi)市場上快速收復(fù)失地，在國際市場上穩(wěn)步進(jìn)軍，最終打贏國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床市場翻身仗的一種有效戰(zhàn)術(shù)和策略。關(guān)于普通數(shù)控機(jī)床的發(fā)展已有許多文章作了專門論述，因此下面僅就低價位數(shù)控機(jī)床、高速高效數(shù)控機(jī)床和重型數(shù)控機(jī)床的發(fā)展問題作一討論。
(1)大力發(fā)展低價位數(shù)控機(jī)床低價位機(jī)床是功能滿足用戶要求(無功能浪費(fèi))、技術(shù)指標(biāo)適中、可靠性好、價格便宜的普及型數(shù)控機(jī)床。這類機(jī)床已成為國際市場上數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢之一，也是國內(nèi)眾多用戶渴求的產(chǎn)品，其市場前景相當(dāng)廣闊。然而，如果采用國外數(shù)控系統(tǒng)（包括伺服）按照傳統(tǒng)思路來發(fā)展低價位機(jī)床，是很難將價格降至廣大用戶所能接受的水平的。因此，采用本文提出的新型集成化國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)來發(fā)展高性能的低價位數(shù)控機(jī)床，將是一條最有希望成功的道路。只要有一定批量，由此構(gòu)成的全國產(chǎn)普及型數(shù)控車床的售價完全可以控制在10萬元以內(nèi)，三坐標(biāo)數(shù)控銑床可控制在15萬元左右，加工中心可控制在20萬元左右。此價位的國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床將是具有較強(qiáng)競爭力的。
(2)加速開發(fā)高速高效數(shù)控機(jī)床高速高效是數(shù)控機(jī)床發(fā)展的另一大潮流。發(fā)展高速高效數(shù)控機(jī)床的技術(shù)途徑可有以下幾條：①通過提高切削速度和進(jìn)給速度，從而達(dá)到成倍提高生產(chǎn)效率，有效提高零件的表面加工質(zhì)量和加工精度并解決常規(guī)加工難以解決的某些特殊材料（如鋁鈦合金、模具鋼、淬硬鋼）和特殊形狀零件（如復(fù)雜薄壁零件）的高效加工問題。②通過工藝復(fù)合，減少工件的安裝次數(shù)，有效縮短搬運(yùn)和裝夾時間。例如，將五面五軸加工中心與立車復(fù)合構(gòu)成萬能加工中心，可實(shí)現(xiàn)一次裝卡完成零件的大部分（或全部）加工。③采用高速高精度圓周銑加工孔和以螺旋軌跡插補(bǔ)實(shí)現(xiàn)不鉆底孔的直接攻絲等新加工方法，大幅度減少換刀次數(shù)，提高加工效率。④為數(shù)控機(jī)床開發(fā)智能尋位加工功能，消除對精密夾具和人工找正的依賴，有效縮短單件小批加工的準(zhǔn)備時間。
在我國現(xiàn)實(shí)條件下如果沿用傳統(tǒng)思路是難以實(shí)現(xiàn)上述途徑的，因此，必須立足國情，結(jié)合實(shí)際勇于創(chuàng)新，大膽探索新的道路。考慮到常規(guī)數(shù)控機(jī)床在總體結(jié)構(gòu)上基本上采用工件和刀具沿各自導(dǎo)軌共同運(yùn)動的方案，一方面由于機(jī)床傳動環(huán)節(jié)剛性不足和導(dǎo)軌中的摩擦阻力較大，使運(yùn)動部件難以獲得高的進(jìn)給速度；另一方面由于工件、夾具和工作臺的總質(zhì)量比較大，使之難以獲得高的加速度。此外，傳統(tǒng)機(jī)床結(jié)構(gòu)是一種串聯(lián)開鏈結(jié)構(gòu)，組成環(huán)節(jié)多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且由于存在懸臂部件和環(huán)節(jié)間的聯(lián)接間隙，不容易獲得高的總體剛度，因此難以適應(yīng)高速高效加工的特殊要求。為此，開發(fā)國產(chǎn)高速高效數(shù)控機(jī)床時，可采用工件固定，以直線電機(jī)組成并聯(lián)短鏈直接驅(qū)動主軸和刀具運(yùn)動、將高速高精度傳動與高剛度支撐合二為一的適合于高速高效加工中心的新型結(jié)構(gòu)。采用該結(jié)構(gòu)的高速高效數(shù)控機(jī)床不但速度高、剛度高，如果在傳動與控制上處理得當(dāng)，可以達(dá)到比常規(guī)機(jī)床更高的加工精度和加工質(zhì)量，而且具有機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，零部件通用化、標(biāo)準(zhǔn)化程度高，制造成本低，易于經(jīng)濟(jì)化批量生產(chǎn)等顯著優(yōu)點(diǎn)。因此，沿此思路發(fā)展高速高效數(shù)控機(jī)床將是一條符合國情、易于取得成功的道路。
(3)突破重型數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)制造技術(shù)重型數(shù)控機(jī)床（特別是多坐標(biāo)重型數(shù)控機(jī)床）是國民經(jīng)濟(jì)和國防生產(chǎn)中的重大關(guān)鍵設(shè)備，屬于戰(zhàn)略物資，真正先進(jìn)的重型數(shù)控機(jī)床國外是不可能賣給我們的，因此，在我國下世紀(jì)數(shù)控產(chǎn)品的發(fā)展中必須依靠自己的力量進(jìn)行解決。發(fā)展重型數(shù)控機(jī)床必須有過硬的基礎(chǔ)，我們在數(shù)控機(jī)床國產(chǎn)化的進(jìn)程中應(yīng)不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)基礎(chǔ)技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)研究，充分發(fā)揮我國產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的優(yōu)勢，各部門通力合作、共同努力，爭取在下世紀(jì)初取得突破性進(jìn)展。
目前，在發(fā)展重型數(shù)控機(jī)床中除需加強(qiáng)基礎(chǔ)理論研究外，還應(yīng)加強(qiáng)其關(guān)鍵技術(shù)研究。例如，重型機(jī)床的控制就是需要加以特殊解決的關(guān)鍵問題。因重型機(jī)床加工的工件特別昂貴不允許報(bào)廢，為了確保機(jī)床工作可靠，在數(shù)控系統(tǒng)中可采用雙（或多）CPU冗余工作方案，以確保運(yùn)算和控制的絕對正確，并在出現(xiàn)故障時自動診斷、自動修復(fù)或自動替補(bǔ)，確保加工不出問題。此外，在電源上可采取雙蓄電池供電的全隔離供電方案，即一組電池在給系統(tǒng)供電時，可對另一組電池進(jìn)行充電，電網(wǎng)與控制系統(tǒng)是完全隔離的。這就徹底消除了重型車間中電網(wǎng)電壓波動厲害、干擾嚴(yán)重對數(shù)控系統(tǒng)造成的影響，從而有效保證系統(tǒng)的可靠性。又如，重型數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動也是一大關(guān)鍵問題。當(dāng)行程長度超過5m，普通滾珠絲桿就難以勝任大負(fù)荷的傳動，因此目前一般采用預(yù)加負(fù)載的雙齒輪-齒條機(jī)構(gòu)、靜壓蝸桿-蝸母條機(jī)構(gòu)、四足（或雙足）爬行進(jìn)給機(jī)構(gòu)等來實(shí)現(xiàn)長行程傳動。但這些方案存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、速度和加速度低、動態(tài)性能差、難以達(dá)到高精度、維護(hù)保養(yǎng)復(fù)雜等問題。為此可發(fā)展陣列式高效直線電機(jī)直接驅(qū)動技術(shù)和空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)驅(qū)動技術(shù)，以新的途徑來解決重型數(shù)控機(jī)床的高速、高精度驅(qū)動問題。除此之外，機(jī)床結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、長行程精密檢測、重力變形補(bǔ)償、切削力變形補(bǔ)償、熱變形補(bǔ)償?shù)纫彩侵匦蛿?shù)控機(jī)床中必須解決的關(guān)鍵問題，必須予以充分重視。
3結(jié)語
制定符合中國國情的總體發(fā)展戰(zhàn)略，確立與國際接軌的發(fā)展道路，對21世紀(jì)我國數(shù)控技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。本文在對數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢的分析，對我國數(shù)控領(lǐng)域存在的問題進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，對21世紀(jì)我國數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展途徑進(jìn)行了探討，提出了以科技創(chuàng)新為先導(dǎo)，以商品化為主干，以管理和營銷為重點(diǎn)，以技術(shù)支持和服務(wù)為后盾，堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展道路的總體發(fā)展戰(zhàn)略。在此基礎(chǔ)上，研究了發(fā)展新型數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控功能部件、數(shù)控機(jī)床整機(jī)等的具體技術(shù)途徑。
我們衷心希望，我國科技界、產(chǎn)業(yè)界和教育界通力合作，把握好知識經(jīng)濟(jì)給我們帶來的難得機(jī)遇，迎接競爭全球化帶來的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，為在21世紀(jì)使我國數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)走向世界的前列，使我國經(jīng)濟(jì)繼續(xù)保持強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭而共同努力奮斗！
參考文獻(xiàn)
1楊皖蘇，嚴(yán)鴻和.機(jī)械科學(xué)與技術(shù),1997，26(4):1～6
關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；進(jìn)給伺服系統(tǒng)；發(fā)展趨勢；
自20世紀(jì)末開始，我國制造業(yè)就開始了由制造大國向制造強(qiáng)國邁進(jìn)的腳步，機(jī)床制造業(yè)也跟著取得數(shù)控機(jī)床快速增長的業(yè)績。機(jī)床是先進(jìn)制造技術(shù)和制造信息集成的重要元素，既是生產(chǎn)力要素，又是重要商品。機(jī)床的發(fā)展和創(chuàng)新在一定程度上能映射出加工技術(shù)的主要趨勢。近年來，我國在數(shù)控機(jī)床和機(jī)床工具行業(yè)對外合資合作進(jìn)一步加強(qiáng)，無論在精度、速度、性能，還是智能化方面都取得了相當(dāng)?shù)某煽儭Ｔ趪H貿(mào)易中，很多發(fā)達(dá)國家把數(shù)控機(jī)床視為具有高技術(shù)附加值、高利潤的主要機(jī)電出口產(chǎn)品。因此，對數(shù)控機(jī)床技術(shù)的發(fā)展歷程進(jìn)行總結(jié)分析，將有助于推進(jìn)我國數(shù)控機(jī)床技術(shù)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展的目標(biāo)。
一、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展進(jìn)程
自上世紀(jì)50年代以來，世界數(shù)控機(jī)床主要經(jīng)歷了數(shù)控NC(NumericalControl)和計(jì)算機(jī)數(shù)控CNC(ComputerNumericalControl)2個階段。數(shù)控NC階段主要經(jīng)歷了以下3代：第1代數(shù)控系統(tǒng)，始于50年代初年，系統(tǒng)全部采用電子管元件，邏輯運(yùn)算與控制采用硬件電路完成。第2代數(shù)控系統(tǒng)，始于50年代末，以晶體管元件和印刷電路板廣泛應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)為標(biāo)志。第3代數(shù)控系統(tǒng)，始于60年代中期，由于小規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，使其體積變小、功耗降低，可靠性提高，推動了數(shù)控系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展。計(jì)算機(jī)數(shù)控CNC階段也經(jīng)歷了3代：第4代數(shù)控系統(tǒng)，始于70年代，當(dāng)首個采用小型計(jì)算機(jī)的CNC裝置在芝加哥展覽會上露面時，標(biāo)志著CNC技術(shù)的問世；第5代數(shù)控系統(tǒng)，始于70年代后期，中、大規(guī)模集成電路技術(shù)取得成就，促使價格低廉、體積更小、集成度更高、工作可靠的微處理器芯片的產(chǎn)生，并逐步應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)；第6代數(shù)控系統(tǒng)，始于90年代初，受通用微機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展的影響，數(shù)控系統(tǒng)正朝著以個人計(jì)算機(jī)(PC)為基礎(chǔ)，向著開放化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等方面進(jìn)一步發(fā)展。數(shù)控機(jī)床通常由控制系統(tǒng)、進(jìn)給伺服系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、機(jī)械傳動系統(tǒng)及其他輔助系統(tǒng)組成。其中進(jìn)給伺服系統(tǒng)作為數(shù)控機(jī)床的重要功能部件，其性能是決定數(shù)控機(jī)床加工性能的極其重要的技術(shù)指標(biāo)。因此提高進(jìn)給伺服系統(tǒng)的動態(tài)特性與靜態(tài)特性的品質(zhì)是人們始終追求的目標(biāo)。接下來主要介紹一下進(jìn)給伺服系統(tǒng)和機(jī)械傳動系統(tǒng)的發(fā)展歷程。
1、進(jìn)給伺服系統(tǒng)
進(jìn)給伺服系統(tǒng)是以運(yùn)動部件的位置和速度作為控制量的自動控制系統(tǒng)，它是一個很典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)，主要由位置控制單元、速度控制單元、驅(qū)動元件(電機(jī))、檢測與反饋單元和機(jī)械執(zhí)行部件幾個部分組成。根據(jù)系統(tǒng)使用的電動機(jī)的不同，進(jìn)給伺服系統(tǒng)分為4大類伺服系統(tǒng)：步進(jìn)伺服系統(tǒng)，直流伺服系統(tǒng)，交流伺服系統(tǒng)，直線伺服系統(tǒng)。
步進(jìn)伺服系統(tǒng)。在20世紀(jì)60年代以前，步進(jìn)伺服系統(tǒng)是以步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的液壓伺服電動機(jī)或是以功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動為特征，伺服系統(tǒng)采用開環(huán)控制。步進(jìn)伺服系統(tǒng)接受脈沖信號，它的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)過的角度取決于指令脈沖的頻率或個數(shù)。由于沒有檢測和反饋環(huán)節(jié)，步進(jìn)電機(jī)的精度取決于步距角的精度，齒輪傳動間隙等，所以它的精度較低。而且步進(jìn)電機(jī)在低頻時易出現(xiàn)振動現(xiàn)象，它的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降。又由于步進(jìn)伺服系統(tǒng)為開環(huán)控制，步進(jìn)電機(jī)在啟動頻率過高或負(fù)載過大時易出現(xiàn)“丟步”或“堵轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，停止時轉(zhuǎn)速過高容易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象。另外步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速需要的時間也較長，速度響應(yīng)較慢。但是由于其結(jié)構(gòu)簡單、易于調(diào)整、工作可靠、價格較低的特點(diǎn)，在許多要求不高的場合還是可以應(yīng)用的。
60~70年代后，數(shù)控系統(tǒng)大多采用直流伺服系統(tǒng)。直流伺服電機(jī)具有良好的寬調(diào)速性能。輸出轉(zhuǎn)矩大，過載能力強(qiáng)，伺服系統(tǒng)也由開環(huán)控制發(fā)展為閉環(huán)控制，因而在工業(yè)及相關(guān)領(lǐng)域獲得了更加廣泛的運(yùn)用。但是，隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，其相應(yīng)設(shè)備如精密數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人等對電伺服系統(tǒng)提出越來越高的要求，尤其是精度、可靠性等性能。而傳統(tǒng)直流電動機(jī)采用的是機(jī)械式換向器，在應(yīng)用過程中面臨很多問題，如電刷和換向器易磨損，維護(hù)工作量大，成本高；換向器換向時會產(chǎn)生火花，使電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速及應(yīng)用環(huán)境受到限制；直流電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、對其他設(shè)備易產(chǎn)生干擾。
交流伺服系統(tǒng)針對直流電動機(jī)的缺點(diǎn)，人們一直在努力尋求以交流伺服電動機(jī)取代具有機(jī)械換向器和電刷的直流伺服電動機(jī)的方法，以滿足各種應(yīng)用領(lǐng)域，尤其是高精度、高性能伺服驅(qū)動領(lǐng)域的需要。但是由于交流電機(jī)具有強(qiáng)耦合、非線性的特性，控制非常復(fù)雜，所以高性能運(yùn)用一直受到局限。自80年代以來，隨著電子電力等各項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，特別是現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，在矢量控制算法方面的突破，原來一直困擾著交流電動機(jī)的問題得以解決，交流伺服發(fā)展越來越快。直線伺服系統(tǒng)永磁同步直線電機(jī)在推力、動態(tài)性能、定位精度方面比其他直線電機(jī)更具優(yōu)越性，因而PMLSM越來越多的用于直線伺服系統(tǒng)中。但由于直線伺服系統(tǒng)存在很大的參數(shù)攝動和負(fù)載擾動，此外還存在“邊端效應(yīng)”等問題，因此，采用傳統(tǒng)的比例(P)或比例積分(PI)位置調(diào)節(jié)器的矢量控制系統(tǒng)很難滿足高性能伺服系統(tǒng)的要求。
2、機(jī)械傳動系統(tǒng)
機(jī)械傳動系統(tǒng)由數(shù)控機(jī)床的主傳動系統(tǒng)，進(jìn)給運(yùn)動系統(tǒng)，回轉(zhuǎn)工作臺與導(dǎo)軌組成。數(shù)控機(jī)床主傳動系統(tǒng)的作用就是產(chǎn)生不同的主軸切削速度以滿足不同的加工條件要求。主傳動系統(tǒng)組成包括主軸電動機(jī)、傳動系統(tǒng)和主軸組件等。其中動力源部分包括：電機(jī)；傳動系統(tǒng)包括：定比傳動機(jī)構(gòu)、變速裝置；運(yùn)動控制裝置包括：離合器、制動器；執(zhí)行件包括：主軸等。進(jìn)給運(yùn)動是以保證刀具與工件相對位置關(guān)系為目的，被加工工件的輪廓精度和位置精度都受到進(jìn)給運(yùn)動的傳動精度、靈敏度和穩(wěn)定性的直接影響。進(jìn)給運(yùn)動是數(shù)字控制系統(tǒng)的直接控制對象。對于閉環(huán)控制系統(tǒng)，還要在進(jìn)給運(yùn)動的末端加上位置檢測系統(tǒng)，并將測量的實(shí)際位移反饋到控制系統(tǒng)中，以使運(yùn)動更準(zhǔn)確。回轉(zhuǎn)工作臺的作用：按照數(shù)控裝置的指令做回轉(zhuǎn)分度或連續(xù)回轉(zhuǎn)進(jìn)給。導(dǎo)軌的作用：起導(dǎo)向及支承作用，它的精度、剛度及結(jié)構(gòu)形式等對機(jī)床的加工精度和承載能力有直接影響。為了保證數(shù)控機(jī)床具有較高的加工精度和較大的承載能力，要求其導(dǎo)軌具有較高的導(dǎo)向精度、足夠的剛度、良好的耐磨性、良好的低速運(yùn)動平穩(wěn)性，同時應(yīng)盡量使導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡單，便于制造、調(diào)整和維護(hù)。數(shù)控機(jī)床常用的導(dǎo)軌按其接觸面間摩擦性質(zhì)的不同可分為滑動導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌。在數(shù)控機(jī)床上常用的滑動導(dǎo)軌有液體靜壓導(dǎo)軌、氣體靜壓導(dǎo)軌和貼塑導(dǎo)軌。
1)液體靜壓導(dǎo)軌：在兩導(dǎo)軌工作面間通入具有一定壓力的油，形成靜壓油膜，使導(dǎo)軌工作面間處于純液態(tài)摩擦狀態(tài)，摩擦系數(shù)極低，多用于進(jìn)給運(yùn)動導(dǎo)軌。
2)氣體靜壓導(dǎo)軌：在兩導(dǎo)軌工作面間通入具有恒定壓力的氣體，使兩導(dǎo)軌面形成均勻分離，以得到高精度的運(yùn)動。這種導(dǎo)軌摩擦系數(shù)小，不易引起發(fā)熱變形，但會隨空氣壓力波動而使空氣膜發(fā)生變化，且承載能力小，故常用于負(fù)荷不大的場合。
3)貼塑導(dǎo)軌：在動導(dǎo)軌的摩擦表面上貼上一層由塑料等其它化學(xué)材料組成的塑料薄膜軟帶，其優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)軌面的摩擦系數(shù)低，且動靜摩擦系數(shù)接近，不易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象；塑料的阻尼性能好，具有吸收振動能力，可減小振動和噪聲；耐磨性、化學(xué)穩(wěn)定性、可加工性能好；工藝簡單、成本低。滾動導(dǎo)軌的最大優(yōu)點(diǎn)是摩擦系數(shù)很小，一般為0.0025~0.005，比貼塑料導(dǎo)軌還小很多，且動、靜摩擦系數(shù)很接近，因而運(yùn)動輕便靈活，在很低的運(yùn)動速度下都不出現(xiàn)爬行，低速運(yùn)動平穩(wěn)性好，位移精度和定位精度高。滾動導(dǎo)軌的缺點(diǎn)是抗振性差，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造成本較高。近年來數(shù)控機(jī)床愈來愈多地采用由專業(yè)廠家生產(chǎn)的直線滾動導(dǎo)軌副或滾動導(dǎo)軌塊。這種導(dǎo)軌組件本身制造精度很高，對機(jī)床的安裝基面要求不高，安裝、調(diào)整都非常方便。
3、數(shù)控機(jī)床加工程序的結(jié)構(gòu)
數(shù)控機(jī)床程序分成程序開始、程序內(nèi)容和程序結(jié)束三部分。
第一部分程序開始部分。主要定義程序號，調(diào)出零件加工坐標(biāo)系、加工刀具、啟動主軸、打開冷卻液等方面的內(nèi)容。數(shù)控程序主軸最高轉(zhuǎn)速限制定義G50S2000，設(shè)置主軸的最高轉(zhuǎn)速為2000RPM，對于數(shù)控車床來說，這是一個非常重要的指令。坐標(biāo)系定義如不作特殊指明，數(shù)控系統(tǒng)默認(rèn)G54坐標(biāo)系。返回參考點(diǎn)指令G28U0，為避免換刀過程中，發(fā)生刀架與工件或夾具之間的碰撞和/或干涉，一個有效的方法是機(jī)床先回到X軸方向的機(jī)床參考點(diǎn)，并離開主軸一段安全距離。刀具定義G0T0505M8，自動調(diào)5號左偏刀5號刀補(bǔ)，開啟冷卻液。主軸轉(zhuǎn)速定義G96S150M4，恒定線速度S功能定義，S功能使數(shù)控車床的主軸轉(zhuǎn)速指令功能，有兩種表達(dá)方式，一種是以r/min或rpm作為計(jì)量單位；另一種是以m/min為計(jì)量單位。數(shù)控車床的S代碼必須與G96或G97配合使用才能設(shè)置主軸轉(zhuǎn)速或切削速度。G97：轉(zhuǎn)速指令，定義和設(shè)置每分鐘的轉(zhuǎn)速。G96：恒線速度指令，使工件上任何位置上的切削速度都是一樣的。
第二部分程序內(nèi)容部分。程序內(nèi)容是整個程序的主要部分，由多個程序段組成。每個程序段由若干個字組成，每個字又由地址碼和若干個數(shù)字組成，它表示數(shù)控機(jī)床要完成的全部動作。常見的為G指令和M指令以及各個軸的坐標(biāo)點(diǎn)組成的程序段，并增加了進(jìn)給量的功能定義。F功能是指進(jìn)給速度的功能，數(shù)控車床進(jìn)給速度有兩種表達(dá)方式，一種是每轉(zhuǎn)進(jìn)給量，即用mm/r單位表示，主要用于車加工的進(jìn)給；另一種和數(shù)控銑床相同采用每分鐘進(jìn)給量，即用mm/min單位表示。主要用于車銑加工中心中銑加工的進(jìn)給。
第三部分程序結(jié)尾部分。在程序結(jié)尾，需要刀架返回參考點(diǎn)或機(jī)床參考點(diǎn)，為下一次換刀的安全位置，同時進(jìn)行主軸停止，關(guān)掉冷卻液，程序選擇停止或結(jié)束程序等動作。回參考點(diǎn)指令G28U0為回X軸方向機(jī)床參考點(diǎn)，G0Z300.0為回Z軸方向參考點(diǎn)。停止指令M01為選擇停止指令，只有當(dāng)設(shè)備的選擇停止開關(guān)打開時才有效；M30為程序結(jié)束指令，執(zhí)行時，冷卻液、進(jìn)給、主軸全部停止。數(shù)控程序和數(shù)控設(shè)備復(fù)位并回到加工前原始狀態(tài)，為下一次程序運(yùn)行和數(shù)控加工重新開始做準(zhǔn)備。
二、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢
進(jìn)入21世紀(jì)，我國經(jīng)濟(jì)與國際全面接軌，進(jìn)入了一個蓬勃發(fā)展的新時期。機(jī)床制造業(yè)既面臨著機(jī)械制造業(yè)需求水平提升而引發(fā)的制造裝備發(fā)展的良機(jī)，也遭遇到加入世界貿(mào)易組織后激烈的國際市場競爭的壓力，加速推進(jìn)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展是解決機(jī)床制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個關(guān)鍵。隨著制造業(yè)對數(shù)控機(jī)床的大量需求以及計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的飛速進(jìn)步，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍還在不斷擴(kuò)大，并且不斷發(fā)展以更適應(yīng)生產(chǎn)加工的需要。數(shù)控機(jī)床正向高速化、高精度化、復(fù)合化、智能化、開放化、網(wǎng)絡(luò)化、多軸化、綠色化等方面發(fā)展。
高速化。新一代數(shù)控機(jī)床為提高生產(chǎn)效率，向超高速方向發(fā)展，采用新型功能部件(如電主軸、直線電機(jī)、LM直線滾動系統(tǒng)等)主軸轉(zhuǎn)速達(dá)15，000r/min以上。計(jì)算機(jī)技術(shù)及其軟件控制技術(shù)在機(jī)床產(chǎn)品技術(shù)中占的比重越來越大，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及其應(yīng)用軟件的復(fù)雜化，帶來了機(jī)床系統(tǒng)及其硬件結(jié)構(gòu)的簡化，數(shù)控機(jī)床的智能化程度日趨提高。
高精度化。一臺機(jī)床的重復(fù)定位精度如果能達(dá)到0.005mm(ISO標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)計(jì)法)，就是一臺高精度機(jī)床，在0.005mm(ISO標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)計(jì)法)以下，就是超高精度機(jī)床。高精度的機(jī)床，要有最好的軸承、絲杠。隨著電腦輔助制造(CAM)系統(tǒng)的發(fā)展，精密度已達(dá)到微米級。
功能復(fù)合化。工件一次裝夾，能進(jìn)行多種工序復(fù)合加工，可大大地提高生產(chǎn)效率和加工精度，是機(jī)床一貫追求的。由于產(chǎn)品開發(fā)周期愈來愈短，對制造速度的要求也相應(yīng)提高，機(jī)床也朝高效能發(fā)展。機(jī)床已逐漸發(fā)展成為系統(tǒng)化產(chǎn)品，用一臺電腦控制一條生產(chǎn)線的作業(yè)。產(chǎn)品對外觀曲線要求的提高，機(jī)床五軸加工、六軸加工已日益普及，機(jī)床加工的復(fù)合化已是不可避免的發(fā)展趨勢。
控制智能化。隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)引入了自適應(yīng)控制、模糊系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制機(jī)理，不但具有自動編程、前饋控制、模糊控制、學(xué)習(xí)控制、自適應(yīng)控制、工藝參數(shù)自動生成、三維刀具補(bǔ)償、運(yùn)動參數(shù)動態(tài)補(bǔ)償?shù)裙δ埽胰藱C(jī)界面極為友好，并具有故障診斷專家系統(tǒng)，使自診斷和故障監(jiān)控功能更趨完善。為日本Mazak公司最新推出的E—zizith型臥式加工中心，將信息技術(shù)與制造技術(shù)融為一體。在制造過程中，加工、檢測一體化是實(shí)現(xiàn)快速制造、快速檢測和快速響應(yīng)的有效途徑，已形成將測量、建模、加工、機(jī)器操作四者融合在一個系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)信息共享，促進(jìn)測量、建模、加工、操作一體化的4M智能系統(tǒng)。
體系開放化。計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，推動數(shù)控技術(shù)更快地更新?lián)Q代。許多數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家利用Pc機(jī)豐富的軟硬件資源開發(fā)開放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng)。開放式體系結(jié)構(gòu)使數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應(yīng)性、可擴(kuò)展性，并可以較容易地實(shí)現(xiàn)智能化、網(wǎng)絡(luò)化。開放式體系結(jié)構(gòu)可以大量采用通用微機(jī)技術(shù)，使編程、操作以及技術(shù)升級和更新變得更加簡單快捷。開放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng)，其硬件、軟件和總線規(guī)范都是對外開放的，數(shù)控系統(tǒng)制造商和用戶可以根據(jù)這些開放的資源進(jìn)行系統(tǒng)集成，同時它也為用戶根據(jù)實(shí)際需要靈活配置數(shù)控系統(tǒng)帶來極大方便，促進(jìn)了數(shù)控系統(tǒng)多檔次、多品種的開發(fā)和廣泛應(yīng)用，開發(fā)生產(chǎn)周期大大縮短。同時，這種數(shù)控系統(tǒng)可隨CPU升級而升級，而結(jié)構(gòu)可以保持不變。
驅(qū)動并聯(lián)化。并聯(lián)運(yùn)動機(jī)床克服了傳統(tǒng)機(jī)床串聯(lián)機(jī)構(gòu)移動部件質(zhì)量大、系統(tǒng)剛度低、刀具只能沿固定導(dǎo)軌進(jìn)給、作業(yè)自由度偏低、設(shè)備加工靈活性和機(jī)動性不夠等固有缺陷，在機(jī)床主軸(一般為動平臺)與機(jī)座(一般為靜平臺)之間采用多桿并聯(lián)聯(lián)接機(jī)構(gòu)驅(qū)動，通過控制桿系中桿的長度使桿系支撐的平臺獲得相應(yīng)自由度的運(yùn)動，可實(shí)現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動數(shù)控加工、裝配和測量多種功能，更能滿足復(fù)雜特種零件的加工，具有現(xiàn)代機(jī)器人的模塊化程度高、重量輕和速度快等優(yōu)點(diǎn)。
并聯(lián)機(jī)床作為一種新型的加工設(shè)備，已成為當(dāng)前機(jī)床技術(shù)的一個重要研究方向，受到了國際機(jī)床行業(yè)的高度重視，被認(rèn)為是“自發(fā)明數(shù)控技術(shù)以來在機(jī)床行業(yè)中最有意義的進(jìn)步”和“21世紀(jì)新一代數(shù)控加工設(shè)備”。
極端化(大型化和微型化)。國防、航空、航天事業(yè)的發(fā)展和能源等基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)裝備的大型化需要大型且性能良好的數(shù)控機(jī)床的支撐。而超精密加工技術(shù)和微納米技術(shù)是21世紀(jì)的戰(zhàn)略技術(shù)，需發(fā)展能適應(yīng)微小型尺寸和微納米加工精度的新型制造工藝和裝備，所以微型機(jī)床包括微切削加工(車、銑、磨)機(jī)床、微電加工機(jī)床、微激光加工機(jī)床和微型壓力機(jī)等的需求量正在逐漸增大。
信息交互網(wǎng)絡(luò)化。對于面臨激烈競爭的企業(yè)來說，使數(shù)控機(jī)床具有雙向、高速的聯(lián)網(wǎng)通訊功能，以保證信息流在車間各個部門間暢通無阻是非常重要的。既可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享，又能實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的遠(yuǎn)程監(jiān)視、控制、培訓(xùn)、教學(xué)、管理，還可實(shí)現(xiàn)數(shù)控裝備的數(shù)字化服務(wù)(數(shù)控機(jī)床故障的遠(yuǎn)程診斷、維護(hù)等)。例如，日本Mazak公司推出新一代的加工中心配備了一個稱為信息塔(e-Tower)的外部設(shè)備，包括計(jì)算機(jī)、手機(jī)、機(jī)外和機(jī)內(nèi)攝像頭等，能夠?qū)崿F(xiàn)語音、圖形、視像和文本的通信故障報(bào)警顯示、在線幫助排除故障等功能，是獨(dú)立的、自主管理的制造單元。
新型功能部件。為了提高數(shù)控機(jī)床各方面的性能，具有高精度和高可靠性的新型功能部件的應(yīng)用成為必然。具有代表性的新型功能部件包括：高頻電主軸：高頻電主軸是高頻電動機(jī)與主軸部件的集成，具有體積小、轉(zhuǎn)速高、可無級調(diào)速等一系列優(yōu)點(diǎn)，在各種新型數(shù)控機(jī)床中已經(jīng)獲得廣泛的應(yīng)用；直線電動機(jī)：近年來，直線電動機(jī)的應(yīng)用日益廣泛，雖然其價格高于傳統(tǒng)的伺服系統(tǒng)，但由于負(fù)載變化擾動、熱變形補(bǔ)償、隔磁和防護(hù)等關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)得到簡化，機(jī)床的動態(tài)性能有了提高。如：西門子公司生產(chǎn)的1FN1系列三相交流永磁式同步直線電動機(jī)已開始廣泛應(yīng)用于高速銑床、加工中心、磨床、并聯(lián)機(jī)床以及動態(tài)性能和運(yùn)動精度要求高的機(jī)床等；德國EX-CELL-O公司的XHC臥式加工中心三向驅(qū)動均采用兩個直線電動機(jī)；電滾珠絲桿：電滾珠絲桿是伺服電動機(jī)與滾珠絲桿的集成，可以大大簡化數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)，具有傳動環(huán)節(jié)少、結(jié)構(gòu)緊湊等一系列優(yōu)點(diǎn)。
高可靠性。數(shù)控機(jī)床與傳統(tǒng)機(jī)床相比，增加了數(shù)控系統(tǒng)和相應(yīng)的監(jiān)控裝置等，應(yīng)用了大量的電氣、液壓和機(jī)電裝置，易于導(dǎo)致出現(xiàn)失效的概率增大；工業(yè)電網(wǎng)電壓的波動和干擾對數(shù)控機(jī)床的可靠性極為不利，而數(shù)控機(jī)床加工的零件型面較為復(fù)雜，加工周期長，要求平均無故障時間在2萬小時以上。為了保證數(shù)控機(jī)床有高的可靠性，就要精心設(shè)計(jì)系統(tǒng)、嚴(yán)格制造和明確可靠性目標(biāo)以及通過維修分析故障模式并找出薄弱環(huán)節(jié)。國外數(shù)控系統(tǒng)平均無故障時間在7~10萬小時以上，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)平均無故障時間僅為10000小時左右，國外整機(jī)平均無故障工作時間達(dá)800小時以上，而國內(nèi)最高只有300小時。
加工過程綠色化。隨著日趨嚴(yán)格的環(huán)境與資源約束，制造加工的綠色化越來越重要，而中國的資源、環(huán)境問題尤為突出。因此，近年來不用或少用冷卻液、實(shí)現(xiàn)干切削、半干切削節(jié)能環(huán)保的機(jī)床不斷出現(xiàn)，并在不斷發(fā)展當(dāng)中。在21世紀(jì)，綠色制造的大趨勢將使各種節(jié)能環(huán)保機(jī)床加速發(fā)展，占領(lǐng)更多的世界市場。
多媒體技術(shù)的應(yīng)用。多媒體技術(shù)集計(jì)算機(jī)、聲像和通信技術(shù)于一體，使計(jì)算機(jī)具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力，因此也對用戶界面提出了圖形化的要求。合理的人性化的用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶的使用，人們可以通過窗口和菜單進(jìn)行操作，便于藍(lán)圖編程和快速編程、三維彩色立體動態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動態(tài)跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實(shí)現(xiàn)。除此以外，在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用多媒體技術(shù)可以做到信息處理綜合化、智能化，應(yīng)用于實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備的故障診斷、生產(chǎn)過程參數(shù)監(jiān)測等，因此有著重大的應(yīng)用價值。
三、數(shù)控機(jī)床發(fā)展中所存在的問題
由于我國的技術(shù)水平和基礎(chǔ)工業(yè)相對其他發(fā)達(dá)國家比較落后，數(shù)控機(jī)床的性能、水平和可靠性與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比差距還很大。因此，加速進(jìn)行中國數(shù)控系統(tǒng)的工程化、商品化攻關(guān)，盡快建成與完善我國數(shù)控機(jī)床和數(shù)控產(chǎn)業(yè)成了我國的主要任務(wù)。目前，我國在發(fā)展數(shù)控機(jī)床業(yè)中存在的主要問題主要有以下幾點(diǎn)：
缺乏實(shí)事求是的科學(xué)精神，忽視了數(shù)控機(jī)床本身的技術(shù)特點(diǎn)、發(fā)展規(guī)律，沒有實(shí)事求是地制定數(shù)控機(jī)床發(fā)展的規(guī)劃，盲目性大。
缺乏系統(tǒng)深入的科研工作難以對各種技術(shù)資料進(jìn)行積累，設(shè)計(jì)方法陳舊，僅靠類比模仿進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，既缺乏機(jī)床創(chuàng)新的基本理論，又缺乏豐富的生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對高效自動化機(jī)床、數(shù)控機(jī)床的剛度、振動、熱變形、噪聲、精度補(bǔ)償?shù)然A(chǔ)技術(shù)缺乏深入研究，對各類機(jī)床加工工藝、布局、結(jié)構(gòu)、導(dǎo)軌、卡軸、卡具等應(yīng)用技術(shù)又缺乏認(rèn)真試驗(yàn)，難以創(chuàng)新設(shè)計(jì)出優(yōu)質(zhì)適銷的先進(jìn)產(chǎn)品。
沒有合理地運(yùn)用資源，這主要表現(xiàn)在兩點(diǎn)：第一，對于所涉及到的研究所、廠房等沒有綜合應(yīng)用、取長補(bǔ)短，往往見到的是他們孤軍作戰(zhàn)，而且各單位忙于生存，普遍缺乏深入系統(tǒng)的科研工作，更沒有做到生產(chǎn)一代、研制一代、預(yù)研一代等可持續(xù)的發(fā)展；第二，機(jī)床行業(yè)人員素質(zhì)低，缺乏各方面人才，而且各研究單位、企業(yè)、人才流失嚴(yán)重，科研、設(shè)計(jì)力量十分虛弱，往往呈現(xiàn)低效運(yùn)行狀態(tài)。
我國制造業(yè)大環(huán)境的制約。由于沒有在全國范圍內(nèi)發(fā)展大量大批生產(chǎn)自動化，對高效自動化機(jī)床的卞機(jī)設(shè)計(jì)的基本功較差，而機(jī)床的品種結(jié)構(gòu)發(fā)展，全靠主機(jī)設(shè)計(jì)本領(lǐng)加以變化，因此，依靠引進(jìn)和合作生產(chǎn)來發(fā)展各類卞機(jī)，至今我國許多高性能、新結(jié)構(gòu)的數(shù)控機(jī)床大都為合作產(chǎn)品，基本處于仿制階段。缺乏吸引高層次、高素質(zhì)人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的環(huán)境，高速、柔性、精密機(jī)床配套技術(shù)的自主研發(fā)能力低。對國外技術(shù)重引進(jìn)、輕消化吸收的問題仍很突出。“消化”在整個資金投入中所占的比例相對其他工業(yè)發(fā)達(dá)國家來講太低。
四、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展策略
從上世紀(jì)80年代起，我國機(jī)床制造業(yè)對數(shù)控技術(shù)和數(shù)控機(jī)床一直給予較大的關(guān)注。但是由于我們的數(shù)控技術(shù)與其他工業(yè)發(fā)達(dá)國家差距較大，與國外一些先進(jìn)產(chǎn)品相比，仍存在著很大劣勢，使得我們總是處于技術(shù)跟蹤階段。面對這種情況，為了加速振興我國的機(jī)床制造業(yè)，提高我國的數(shù)控機(jī)床技術(shù)，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)以下幾個方面的研究工作：
1、以高速化為先導(dǎo)，提高數(shù)控機(jī)床的綜合性能
數(shù)控機(jī)床的高速化是提高其高效、柔性和高精化的一個重要措施。分析中型加工中心的高速化與高精化的發(fā)展歷程，可以得出，作為表征其切削運(yùn)動高速化的主軸最高轉(zhuǎn)速和最大進(jìn)給速度，大致持續(xù)地以每10年增長1倍的比率上升，而表征壓縮機(jī)床輔助時間的快移速度(指以滾珠絲杠和旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)驅(qū)動)和自動換刀/工作臺轉(zhuǎn)位速度，基本上以每12~15年翻一番的速度增長，1993年后逐步推廣用直線電動機(jī)直接驅(qū)動的新技術(shù)，使加工中心的快移速度比用滾珠絲杠副驅(qū)動時又提高了1倍。高速化的發(fā)展還要多注意2個問題：從先進(jìn)適用出發(fā)確定高速范圍；高速化要和機(jī)床的結(jié)構(gòu)和控制性能相匹配。
2、推進(jìn)μm工程，研制高效精密數(shù)控機(jī)床
目前國內(nèi)生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床尚缺少高效、高可靠性且加工精度達(dá)微米級的產(chǎn)品。為此，需研發(fā)一些能兼顧高效化和高精化的數(shù)控制造裝備以適應(yīng)汽車制造業(yè)加工關(guān)鍵零件的需求。由于這些數(shù)控制造裝備的加工精度主要在微米級(μm)范圍內(nèi)，因此可稱為μm級制造裝備及技術(shù)研究，簡稱“μm工程”。
3、發(fā)展復(fù)合加工數(shù)控機(jī)床、縮短制造過程鏈
加快復(fù)合數(shù)控機(jī)床的發(fā)展步伐，提高工序的集中度，使加工過程鏈集約化，可以提高多品種單件和中小批量加工的工效，也有利于加工精度的穩(wěn)定性。復(fù)合數(shù)控機(jī)床可以減少在不同數(shù)控機(jī)床間進(jìn)行工序的轉(zhuǎn)換而引起的待工以及多次上下料等時間。通常這些時間占零件整個生產(chǎn)周期的40%~60%，即使在信息管理良好的情況下，仍將占20%左右。因此，復(fù)合數(shù)控機(jī)床具有明顯的技術(shù)效果。為了避免復(fù)合機(jī)床因功能的擴(kuò)展而過多地引起結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化和成本的增加，還需要探求兩個問題：通過創(chuàng)新技術(shù)擴(kuò)大功能部件的適用面來簡化結(jié)構(gòu)；發(fā)展模塊化和可重構(gòu)化的復(fù)合機(jī)床。
4、高效柔性化的新一代制造系統(tǒng)
1995年開始研究的在可重構(gòu)制造技術(shù)支持下，構(gòu)建具有適應(yīng)大批量高效柔性化生產(chǎn)的可重組制造系統(tǒng)(RMS)是一個值得注意的發(fā)展動向。其核心為制造系統(tǒng)能物理組態(tài)，即根據(jù)加工對象的變化方便地進(jìn)行布局和設(shè)備配置的調(diào)整，發(fā)展了能對多變的市場需求做出合理的配置規(guī)劃和易于調(diào)整的布局方式、適應(yīng)重構(gòu)的控制軟件、開放式控制系統(tǒng)和規(guī)范化接口以及能快速提升系統(tǒng)重組后制造質(zhì)量的診斷系統(tǒng)等技術(shù)，使其兼具專用生產(chǎn)線的高效性能和適用的柔性以取得更佳的經(jīng)濟(jì)性，已在生產(chǎn)中取得了初步成功的應(yīng)用。
5、發(fā)展網(wǎng)絡(luò)化制造單元，推進(jìn)企業(yè)制造能力的高效柔性化
當(dāng)前，國內(nèi)外一些機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)制造企業(yè)在從分布式網(wǎng)絡(luò)化聯(lián)盟制造的角度出發(fā)研究相適應(yīng)的制造單元，強(qiáng)化其自治管理能力，能與企業(yè)的資源計(jì)劃(erp)，產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/計(jì)算機(jī)輔助制造/計(jì)算機(jī)輔助工程(CAD/CAPP/CAM)的信息集成，進(jìn)而通過與客戶關(guān)系管理(CRM)和供應(yīng)鏈管理(SCM)的聯(lián)系做出智能決策，實(shí)施并行工程、可視化監(jiān)控等以提高機(jī)床利用率，實(shí)現(xiàn)高效的柔性生產(chǎn)。
6、開展可靠性設(shè)計(jì)，加強(qiáng)全面質(zhì)量管理，保證數(shù)控機(jī)床的可靠性增長
為了保證數(shù)控機(jī)床有高的可靠性，設(shè)計(jì)時不僅要考慮其功能和力學(xué)特性，還要進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)，根據(jù)可靠性要求合理分配各組成件的可靠性指標(biāo)，在配套件采購和制造過程中重視質(zhì)量要求，加強(qiáng)全面質(zhì)量管理以求可靠性的不斷增長。
7、提高技術(shù)人員的綜合素質(zhì)。
中國機(jī)床工業(yè)的振興，數(shù)控機(jī)床的加速發(fā)展，歸根到底，取決于人員素質(zhì)的提高、工業(yè)文化水平的提高、人才的加速培養(yǎng)，有效的深化改革、改組、改制，切切實(shí)實(shí)加強(qiáng)科學(xué)管理，提高工作質(zhì)量、生產(chǎn)率、勞動生產(chǎn)率。進(jìn)入21世紀(jì)知識經(jīng)濟(jì)時代，科學(xué)知識作為重要生產(chǎn)要素的機(jī)床，其作用將更加突出。
