试论数控技术的现状及发展趋势

[摘要]随着加工自动化技术的日新月异，数控技术在设计和加工领域里的应用越来越广泛。Pro／Engineer作为参数化CAD／CAM的软件代表，提供强大功能，使设计制造过程生动的展现，极大的提高产品的设计与生产效率，同时也保证产品的生产进度和质量。主要论述Pro／E在数控加工中的应用。

[关键词]数控技术　现状　发展趋势

中图分类号：TP2　文献标识码：A　文章编号：1671—7597(2009)1010144—01

一、数控加工概述及现状

数控技术(Numeral Control Technology，简称NCT)的诞生开创了机械制造业的新时代。历经半个世纪，从电子管、晶体管、集成电路、小型计算机发展到微处理器，数控技术已经成为现代先进制造技术的重要特征。它是实现集成、柔性数字化工厂或数字化制造车间的关键基础技术。工业发达国家政府和制造企业无一不重视数控技术的发展和应用。同时数控技术应用的广度和深度已成为衡量一个国家或企业的制造能力、生产效率、管理水平和企业综合竞争力的重要标志之一。

近年来，在微电子技术、计算机技术、信息工程和材料工程等高新技术的推动下，传统的制造技术得到了飞速的发展，迅速发展成为一门新必的制造技术数字化制造技术。对比传统制造技术，其重要的特征就是数控加工技术得到了广泛的应用，这一发展的原动力来自于制造业对产品制造效率的强烈追求。在这一背景下。以制造业为主要服务对象的数控技术发展迅速。大量高速、高效、柔性、复合、环保的数控加工新技术不断涌现，使传统的切削加工技术发生了根本的变化。进入21世纪随着国际上计算机技术突飞猛进的发展，数控技术正不断采用计算机、控制理论等领域的最新技术成就，使其朝着高速化、高精化、复合化、智能化、高柔性化及信息网络化等方向发展。

二、数控加工技术的发展趋势

(一)高速切削。受高生产率的驱使，高速化已是现代机床技术发展的重要方向之一。机床高速化既表现在主轴转速上，也表现在工作台快速移动和进给速度的提高，以及刀具交换、托盘交换时间的缩短上，并且具有高加(减)速率。

高速切削机床主轴的高转速减少了切削力，也减小了切削深度，有利于克服机床振动，排屑率大大提高，热量被切屑带走，传人零件中的热量减低，热变形大大减小，提高了加工精度，也改善了加工面粗糙度。因此，经过高速加工的工件一般不需要精加工。当今著名数控系统的进给率都有了大幅度的提高，目前的最高水平是在分辨率为1um时，最大快速进给速度可达240m／min。在程序段长度为imm时，其最大进给速度达80m／min，并且具有1.5g的加减速率。主轴高速化的手段是采用电主轴(内装式主轴电动机)，即主轴电动机的转子轴就是主轴部件，从而可将主轴转速大大提高。目前日本的超高速数控立式铣床，主轴最高转速达100000r／min，换刀时间可达0.9s(刀到刀)和2.8s(切削到切削)，工作台(托盘)交换速度为6.3s。

(二)高精度加工。高精度加工实际上是高速加工技术和数控机床的广泛应用的必然结果。以前汽车零件的加工精度要求在0.01mm数量级上，但随着计算机硬盘、高精度液压轴承等精密零件的增多，精整加工所需精度已提高到0.1um，加工精度进入了亚微米世界。提高数控设备的加工精度，除通过提高机械设各的制造精度和装配精度外，还可通过减小数控系统的控制误差和采用补偿技术来达到。在减小CNC系统控制误差方面，通常采用提高数控系统的分辨率、以微小程序段实现连续进给、使CNC控制单位精细化、提高位置检测精度以及位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制等方法。在采用补偿技术方面，除采用齿隙补偿、丝杆螺距误差补偿和刀具误差补偿等技术外，近年来设备的热变形误差补偿和空间误差综合补偿技术的研究已成为世界范围的研究热点。研究结果表明，综合误差补偿拉术的应用可将加工误差减少60％～80％。

(三)复合化加工机床高速化。复合化加工机床高速化主要是从提高机床的运行速度来提高机床的加工生产率，而机床的复合化加工则是通过增加机床的功能，减少工件加工过程中的多次装夹、重新定位、对刀等辅助工艺时间，来提高机床利用率的，因此复合化加工是现代机床技术发展的另一重要方面。

(四)控制智能化。随着人工智能技术的不断发展，并为满足制造业生产柔性化、制造自动化的发展需求，数控技术智能化程度不断提高，具体体现在以下几个方面：

1，加工过程自适应控制技术。通过监测加工过程中的刀具磨损、破损、切削力、主轴功率等信息并反馈，利用传统的或现代的算法进行调带运算，实时修调加工参数或加工指令，使设备处于最佳运行状态，以提高加工精度和设备运行的安全性，降低工件表面粗糙度值。

2，加工参数的智能优化与选择。将加工专家或技工的经验、切削加工的一般规律与特殊规律，按人工智能中知识表达的方式建立知识库存入计算机中，以加工工艺参数数据库为支撑，建立专家系统，并通过它提供经过优化的切削参数，使加工系统始终处于最优和最经济的工作状态，从而达到提高编程效率和加工工艺技术水平，缩短生产准备时间的目的。目前已开发出带自学习功能的神经网络电火花加工专家系统。日本大隈公司的7000系列数控系统带有人工智能式自动编程功能。

3，故障自诊断功能。故障诊断专家系统是诊断装置发展的最新动向，其为数控设备提供了一个包括二次监测、故障诊断、安全保障和经济策略等方面在内的智能诊断及维护决策信息集成系统。

(五)互联网络化。随着信息技术和数字计算机技术的发展，尤其是计算机网络的发展，世界正在经历着一场深刻的“革命”。在以网络化、数字化为基本特征的时代，网络化、数字化以及新的制造哲理深刻地影响新世纪的制造模式和制造观念。作为制造装备的数控机床也必须适应新制造模式和观念的变化，必须满足网络环境下制造系统集成的要求。网络功能正逐渐成为现代数控机床、数控系统的特征之一。诸如现代数控机床远程故障诊断、远程状态监控、远程加工信息共享、远程操作(危险环境的加工)、远程培训等都是以网络功能为基础的。如美国波音公司利用数字文件作为制造载体，首次利用网络功能实现了无图纸制造波音777新型客机。

Pro／Engineer提供的设计理念将设计、制造、装配以及生产管理融为一体，赋予“设计”完整的概念，符合现代设计技术的发展趋势。强大的CAD＼cAM集成功能使模具设计技术人员的设计更加快捷，大大缩短了模具设计周期，提高了设计的准确性，降低了设计成本，同时也为工程技术人员和生产管理人员在短期内完成高质量的产品开发提供保证。