【正文】 數(shù)控技 術(shù)為代表的新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品， 即所謂的 數(shù)字化裝備，其技 術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域： (1)機(jī)械制造技術(shù)； (2)信息處理、加工、傳輸技 術(shù)； (3)自動(dòng)控制技術(shù)； (4)伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)； (5)傳感器技術(shù)； (6)軟件技術(shù)等。 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(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(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大， 他對(duì)國計(jì)民生的一些重要行業(yè) （ IT、 汽車、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因?yàn)檫@些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已 是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢(shì)。 從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢(shì)來看， 其主要研究熱點(diǎn) 有以下 幾個(gè)方面［ 1～ 4］。 1． 1 高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢(shì) 效率、質(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率，提高產(chǎn) 品的質(zhì)量和檔次， 縮短生產(chǎn)周期和提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。 為此日本先端技術(shù)研究會(huì)將其列為 5 大現(xiàn)代制造技術(shù)之一，國際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)（ CIRP）將其確定為 21 世紀(jì)的中心研究方向 之一。 在轎車工業(yè)領(lǐng)域，年產(chǎn) 30 萬輛的生產(chǎn)節(jié)拍是 40 秒 /輛，而且多品種加工是轎車裝備 必須解決的重點(diǎn)問題之一；在航空和宇航工業(yè)領(lǐng)域，其加工的零部件多為薄壁和薄筋，剛 度很差，材料為鋁或鋁合金 ，只有在高切削速 度和切削力很小的情況下，才能對(duì)這些筋、 壁進(jìn)行加工。 近來采用大型整體鋁合金坯料 “ 掏空 ” 的方法來制造機(jī)翼、 機(jī)身等大型零件 來替代多個(gè)零件通過眾多的鉚釘、螺釘和其他聯(lián)結(jié)方式拼裝，使構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和可靠 性得到提高。這些都對(duì)加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。 從 EMO2020 展會(huì)情況來看，高速加工中心進(jìn)給速度可達(dá) 80m/min，甚至更高，空運(yùn)行 速度可達(dá) 100m/min 左右。目前世界上許多汽車廠，包括我國的上海通用汽車公司，已經(jīng) 采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線部分替代組合機(jī)床 。 美國 CINCINNATI 公司的 HyperMach 機(jī)床進(jìn)給速度最大達(dá) 60m/min， 快速為 100m/min， 加速度達(dá) 2g， 主軸轉(zhuǎn)速已達(dá) 60 000r/min。 加工一薄壁飛機(jī)零件，只用 30min，而同樣的零件在一般高速銑床加工需 3h，在普通銑床 加工需 8h；德國 DMG 公司的雙主軸車床的主軸速度及加速度分別達(dá) 12*!000r/mm 和 1g。 在加工精度方面，近 10 年來，普通級(jí)數(shù)控機(jī)床的加工精度已由 10μm 提高到 5μm ， 精密級(jí)加工中心則從 3～ 5μm ，提高到 1～ ，并且超精密加工精度已開始進(jìn)入納米 級(jí) () 。 在可靠性方面，國外數(shù)控裝置的 MTBF 值已達(dá) 6000h 以上，伺服系統(tǒng)的 MTBF 值達(dá)到 30000h 以上，表現(xiàn)出非常高的可靠性。 為了實(shí)現(xiàn)高速、高精加工，與之配套的功能部件如電主軸、直線電機(jī)得到了快速的發(fā)展， 應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大。 五軸聯(lián)動(dòng)加工和復(fù)合加工機(jī)床快速發(fā)展 采用 5 軸聯(lián)動(dòng)對(duì)三維曲面零件的加工， 可用刀具最佳幾何形狀進(jìn)行切削， 不僅光潔度 高，而且效率也大幅度提高。一般認(rèn)為， 1 臺(tái) 5 軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的效率可以等于 2 臺(tái) 3 軸聯(lián)動(dòng) 機(jī)床，特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進(jìn)行高速銑削淬硬鋼零件時(shí)， 5 軸聯(lián)動(dòng)加工 可比 3 軸聯(lián)動(dòng)加工發(fā)揮更高的效益。但過去因 5 軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)、主機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因， 其價(jià)格要比 3 軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床高出數(shù)倍， 加之編程技術(shù)難度較大， 制約了 5 軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的 發(fā)展。 當(dāng)前由于電主軸的出現(xiàn)， 使得實(shí)現(xiàn) 5 軸聯(lián)動(dòng)加工的復(fù)合主軸頭結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化， 其制造 難度和成本大幅度降低， 數(shù)控系統(tǒng)的價(jià)格差距縮小。 因此促進(jìn)了復(fù)合主軸頭類型 5 軸聯(lián)動(dòng) 機(jī)床和復(fù)合加工機(jī)床（含 5 面加工機(jī)床）的發(fā)展。 在 EMO2020 展會(huì)上， 新日本工機(jī)的 5 面加工機(jī)床采用復(fù)合主軸頭， 可實(shí)現(xiàn) 4 個(gè)垂直平 面的加工和任意角度的加工， 使得 5 面加工和 5 軸加工可在同一臺(tái)機(jī)床上實(shí)現(xiàn)， 還可實(shí)現(xiàn) 傾斜面和倒錐孔的加工。德國 DMG 公司展出 DMUVoution 系列加工中心，可在一次裝夾下 5 面加工和 5 軸聯(lián) 動(dòng)加工，可由 CNC 系統(tǒng)控制或 CAD/CAM 直接或間接控制。 智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢(shì)。 21 世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)， 智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控 系統(tǒng)中的各 個(gè)方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如加工過程的自適應(yīng)控制，工藝參數(shù) 自動(dòng)生成；為提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn) 算、自動(dòng)識(shí)別負(fù)載自動(dòng)選定模型、自整定等；簡(jiǎn)化編程、簡(jiǎn)化操作方面的智能化，如智能 化的自動(dòng)編程、智能化的人機(jī)界面等；還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容、方便系統(tǒng)的 診斷及維修等。 為解決傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)封閉性和數(shù)控應(yīng)用軟件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)存在的問題。 目前許多國 家對(duì)開放式數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行研究， 如美國的 NGC(未來的工作站 / 機(jī)器控制 )、 歐共體的 OSACA、 日本的 OSEC，中國的 ONC 等。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(yùn)行平臺(tái)上， 面向機(jī)床廠家和最終用戶， 通過 改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對(duì)象（數(shù)控功能） ，形成系列化，并可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和 技術(shù)訣竅集成到控制系統(tǒng)中，快速實(shí)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(gè)性的名牌產(chǎn)品。目前開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運(yùn)行 平臺(tái)、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(dāng)前研究的核心。 網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近 兩年國際著名機(jī)床博覽會(huì)的一個(gè)新亮點(diǎn)。 數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極 大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對(duì)信息集成的需求，也是實(shí)現(xiàn)新的制造模式如敏捷 制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎(chǔ)單元。國內(nèi)外一些著名數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)制造公司都 在近兩年推出了相關(guān)的新概念和樣機(jī)，如在 EMO2020 展中，日本山崎馬扎克（ Mazak)公司 展出的 “CyberProduction Center” （智能生產(chǎn)控制中心，簡(jiǎn)稱 CPC)；日本大隈（ Okuma） 機(jī)床公司展出 “IT plaza” （信息技術(shù)廣場(chǎng)，簡(jiǎn)稱 IT 廣場(chǎng) )；德國西門子 (Siemens)公司展 出的開放制造環(huán)境，簡(jiǎn)稱 OME）等，反映了數(shù)控機(jī)床加工向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展的趨勢(shì)。 重視新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的建立 關(guān)于數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)規(guī)范 如前所述，開放式數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應(yīng)性、擴(kuò)展性，美國、歐共體 和日本等國紛紛實(shí)施戰(zhàn)略發(fā)展計(jì)劃，并進(jìn)行開放式體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)規(guī)范 (OMAC、 OSACA、 OSEC)的研究和制定，世界 3 個(gè)最大的經(jīng)濟(jì)體在短期內(nèi)進(jìn)行了幾乎相同的科學(xué)計(jì)劃和規(guī) 范 的制定，預(yù)示了數(shù)控技術(shù)的一個(gè)新的變革時(shí)期的來臨。我國在 2020 年也開始進(jìn)行中國的 ONC 數(shù)控系統(tǒng)的規(guī)范框架的研究和制定。 關(guān)于數(shù)控標(biāo)準(zhǔn) 數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)是制造業(yè)信息化發(fā)展的一種趨勢(shì)。數(shù)控技術(shù)誕生后的 50 年間的信息交換都 是基于 ISO6983 標(biāo)準(zhǔn)，即采用 G， M 代碼描述如何（ how）加工，其本質(zhì)特征是面向加工過 程，顯然，他已越來越不能滿足現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)高速發(fā)展的需要。為此，國際上正在研究和 制定一種新的 CNC 系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn) ISO14649（ STEP－ NC)，其目的是提供一種不依賴于具體系統(tǒng) 的中性機(jī)制，能夠描述產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)制造過程，乃 至各個(gè)工業(yè)領(lǐng) 域產(chǎn)品信息的標(biāo)準(zhǔn)化。 STEPNC 的出現(xiàn)可能是數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域的一次革命， 對(duì)于數(shù)控技術(shù)的發(fā)展乃至整個(gè)制造 業(yè)，將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。首先， STEPNC 提出一種嶄新的制造理念，傳統(tǒng)的制造理念中， NC 加工程序都集中在單個(gè)計(jì)算機(jī)上。而在新標(biāo)準(zhǔn)下， NC 程序可以分散在互聯(lián)網(wǎng)上，這正 是數(shù)控技術(shù)開放式、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的方向。其次， STEPNC 數(shù)控系統(tǒng)還可大大減少加工圖紙 （約 75％）、加工程序編制時(shí)間（約 35％）和加工時(shí)間（約 50％）。 目前，歐美國家非常重視 STEPNC 的研究，歐洲發(fā)起了 STEPNC 的 IMS 計(jì)劃 (～ )。 參加這項(xiàng)計(jì)劃的有來自歐洲和日本的 20 個(gè) CAD/CAM/CAPP/CNC 用戶、廠商和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)。美國的 STEP Tools 公司是全球范圍內(nèi)制造業(yè)數(shù)據(jù)交換軟件的開 發(fā)者，他已經(jīng)開發(fā)了用作數(shù)控機(jī)床加工信息交換的超級(jí)模型(Super Model)，其目標(biāo)是用 統(tǒng)一的規(guī)范描述所有加工過程。 目前這種新的數(shù)據(jù)交換格式已經(jīng)在配備了 SIEMENS、 FIDIA 以及歐洲 OSACANC 數(shù)控系統(tǒng)的原型樣機(jī)上進(jìn)行了驗(yàn)證。