【正文】 數(shù)控技 術(shù)為代表的新技術(shù)對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機電一體化產(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)機械制造技術(shù)； (2)信息處理、加工、傳輸技 術(shù)； (3)自動控制技術(shù)； (4)伺服驅(qū)動技術(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 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)域的擴大， 他對國計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，因為這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已 是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。 從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢來看， 其主要研究熱點 有以下 幾個方面［ 1～ 4］。 1． 1 高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢 效率、質(zhì)量是先進制造技術(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)周期和提高市場競爭能力。 為此日本先端技術(shù)研究會將其列為 5 大現(xiàn)代制造技術(shù)之一，國際生產(chǎn)工程學(xué)會（ 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，才能對這些筋、 壁進行加工。 近來采用大型整體鋁合金坯料 “ 掏空 ” 的方法來制造機翼、 機身等大型零件 來替代多個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)件的強度、剛度和可靠 性得到提高。這些都對加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。 從 EMO2020 展會情況來看，高速加工中心進給速度可達 80m/min，甚至更高，空運行 速度可達 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)線部分替代組合機床 。 美國 CINCINNATI 公司的 HyperMach 機床進給速度最大達 60m/min， 快速為 100m/min， 加速度達 2g， 主軸轉(zhuǎn)速已達 60 000r/min。 加工一薄壁飛機零件，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 12*!000r/mm 和 1g。 在加工精度方面，近 10 年來，普通級數(shù)控機床的加工精度已由 10μm 提高到 5μm ， 精密級加工中心則從 3～ 5μm ，提高到 1～ ，并且超精密加工精度已開始進入納米 級 () 。 在可靠性方面，國外數(shù)控裝置的 MTBF 值已達 6000h 以上，伺服系統(tǒng)的 MTBF 值達到 30000h 以上，表現(xiàn)出非常高的可靠性。 為了實現(xiàn)高速、高精加工，與之配套的功能部件如電主軸、直線電機得到了快速的發(fā)展， 應(yīng)用領(lǐng)域進一步擴大。 五軸聯(lián)動加工和復(fù)合加工機床快速發(fā)展 采用 5 軸聯(lián)動對三維曲面零件的加工， 可用刀具最佳幾何形狀進行切削， 不僅光潔度 高，而且效率也大幅度提高。一般認(rèn)為， 1 臺 5 軸聯(lián)動機床的效率可以等于 2 臺 3 軸聯(lián)動 機床，特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進行高速銑削淬硬鋼零件時， 5 軸聯(lián)動加工 可比 3 軸聯(lián)動加工發(fā)揮更高的效益。但過去因 5 軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)、主機結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因， 其價格要比 3 軸聯(lián)動數(shù)控機床高出數(shù)倍， 加之編程技術(shù)難度較大， 制約了 5 軸聯(lián)動機床的 發(fā)展。 當(dāng)前由于電主軸的出現(xiàn)， 使得實現(xiàn) 5 軸聯(lián)動加工的復(fù)合主軸頭結(jié)構(gòu)大為簡化， 其制造 難度和成本大幅度降低， 數(shù)控系統(tǒng)的價格差距縮小。 因此促進了復(fù)合主軸頭類型 5 軸聯(lián)動 機床和復(fù)合加工機床（含 5 面加工機床）的發(fā)展。 在 EMO2020 展會上， 新日本工機的 5 面加工機床采用復(fù)合主軸頭， 可實現(xiàn) 4 個垂直平 面的加工和任意角度的加工， 使得 5 面加工和 5 軸加工可在同一臺機床上實現(xiàn)， 還可實現(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。 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) 自動生成；為提高驅(qū)動性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機參數(shù)的自適應(yīng)運 算、自動識別負(fù)載自動選定模型、自整定等；簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能 化的自動編程、智能化的人機界面等；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 家對開放式數(shù)控系統(tǒng)進行研究， 如美國的 NGC(未來的工作站 / 機器控制 )、 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)一的運行平臺上， 面向機床廠家和最終用戶， 通過 改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對象（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，快速實現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng)，形成具有 鮮明個性的名牌產(chǎn)品。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、運行 平臺、數(shù)控系統(tǒng)功能庫以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當(dāng)前研究的核心。 網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近 兩年國際著名機床博覽會的一個新亮點。 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)對信息集成的需求，也是實現(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，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，簡稱 CPC)；日本大隈（ Okuma） 機床公司展出 “IT plaza” （信息技術(shù)廣場，簡稱 IT 廣場 )；德國西門子 (Siemens)公司展 出的開放制造環(huán)境，簡稱 OME）等，反映了數(shù)控機床加工向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展的趨勢。 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、擴展性，美國、歐共體 和日本等國紛紛實施戰(zhàn)略發(fā)展計劃，并進行開放式體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)規(guī)范 (OMAC、 OSACA、 OSEC)的研究和制定，世界 3 個最大的經(jīng)濟體在短期內(nèi)進行了幾乎相同的科學(xué)計劃和規(guī) 范 的制定，預(yù)示了數(shù)控技術(shù)的一個新的變革時期的來臨。我國在 2020 年也開始進行中國的 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。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) 的中性機制，能夠描述產(chǎn)品整個生命周期內(nèi)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，從而實現(xiàn)整個制造過程，乃 至各個工業(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， 對于數(shù)控技術(shù)的發(fā)展乃至整個制造 業(yè)，將產(chǎn)生深遠的影響。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計算機上。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％）、加工程序編制時間（約 35％）和加工時間（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 計劃 (～ )。 參加這項計劃的有來自歐洲和日本的 20 個 CAD/CAM/CAPP/CNC 用戶、廠商和學(xué)術(shù)機構(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)控機床加工信息交換的超級模型(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)的原型樣機上進行了驗證。