數控技術與裝備的發展趨勢及對策
簡要介紹了世界數控技術和裝備的發展趨勢以及我國數控裝備技術發展和產業化的現狀。在此基礎上，論述了在我國加入WTO和進壹步對外開放的新環境下，發展我國數控技術和裝備，提高我國制造業信息化水平和國際競爭力的重要性，並從戰略和戰術兩個方面提出了發展我國數控技術和裝備的壹些看法。
裝備工業的技術水平和現代化程度決定了整個國民經濟的水平和現代化程度。數控技術與裝備是發展新興高技術產業和尖端產業(如信息技術及其產業、生物技術及其產業、航空、航天等國防工業)的使能技術和最基礎的裝備。馬克思曾經說過“各種經濟時代的區別不在於生產什麽，而在於如何生產，用什麽勞動手段生產”。制造技術和裝備是人類生產活動中最基本的生產資料，數控技術是當今先進制造技術和裝備的核心技術。當今世界，數控技術被廣泛應用於制造業，以提高制造能力和水平，提高對動態多變市場的適應能力和競爭力。此外，世界發達國家還將數控技術和裝備列為國家戰略物資，不僅采取重大措施發展本國數控技術和產業，還對我國“高精”數控關鍵技術和裝備實施封鎖和限制政策。總之，大力發展以數控技術為核心的先進制造技術，已經成為世界發達國家加快經濟發展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。
數控技術是利用數字信息控制機械的運動和工作過程的技術。數控裝備是以數控技術為代表的新技術向傳統制造業和新興制造業滲透而形成的機電壹體化產品，即所謂的數字化裝備。其技術範圍涵蓋多個領域:(1)機械制造技術；(2)信息處理、加工和傳輸技術；(3)自動控制技術；(4)伺服驅動技術；(5)傳感器技術；(6)軟件技術等。
1數控技術的發展趨勢
數控技術的應用不僅給傳統制造業帶來了革命性的變化，使制造業成為工業化的標誌，而且在壹些重要行業(IT、汽車、輕工、醫療等)的發展中發揮著越來越重要的作用。)隨著數控技術的不斷發展和應用領域的不斷擴大，因為這些行業所需設備的數字化已經成為現代發展的大趨勢。從世界數控技術及其裝備的發展趨勢來看，其主要研究熱點有[1 ~ 4]。
1.1高速高精度加工技術與裝備的新趨勢
效率和質量是先進制造技術的主要組成部分。高速高精加工技術可以大大提高效率，提高產品質量和檔次，縮短生產周期，提高市場競爭力。因此，日本先進技術研究協會將其列為現代制造五大技術之壹，CIRP將其確定為21世紀的中心研究方向之壹。
在汽車工業領域，每年30萬輛汽車的生產周期是40秒，多品種加工是汽車裝備必須解決的關鍵問題之壹。在航空航天領域，加工的零件多為薄壁薄筋，剛度差，材料為鋁或鋁合金。只有在高切削速度和小切削力的條件下，才能加工出這些筋和壁。最近采用“挖空”大型整體鋁合金毛坯的方法制造機翼、機身等大型部件，而不是通過眾多的鉚釘、螺釘等連接方式組裝多個部件，使部件的強度、剛度和可靠性得到提高。這些都對加工設備提出了高速、高精度、高柔性的要求。
根據EMO2001的展示，高速加工中心的進給速度可以達到80m/min甚至更高，空轉速度可以達到100m/min左右。目前，世界上許多汽車廠，包括中國的上海通用汽車公司，都用高速加工中心組成的生產線部分替代了組合機床。美國辛辛那提公司HyperMach機床最大進給速度60m/min，快速度100m/min，加速度2g，主軸轉速達到了60 000r/min。加工壹個薄壁飛機零件只需要30分鐘，而在普通高速銑床上加工同樣的零件需要3個小時，在普通銑床上需要8個小時。德國DMG公司生產的雙軸車床主軸轉速和加速度分別達到12*！000轉/毫米和1克。
在加工精度方面，近10年，普通數控機床加工精度從10μm提高到5μm，精密加工中心從3 ~ 5μ m提高到1 ~ 1.5μ m，超精密加工精度開始進入納米級(0.01μm)。
在可靠性方面，國外數控裝置的MTBF值達到了6 000h以上，伺服系統的MTBF值達到了30000h以上，表現出了非常高的可靠性。
為了實現高速、高精度加工，電主軸、直線電機等配套功能部件發展迅速，應用領域進壹步擴大。
1.2五軸聯動加工和復合加工機床迅速發展。
利用五軸聯動加工三維曲面零件，刀具可以切削出最佳的幾何形狀，不僅光潔度高，而且效率大大提高。壹般來說，1五軸聯動機床的效率可以和2臺三軸聯動機床的效率相當，尤其是立方氮化硼這種超硬材料銑刀用於高速銑削淬硬鋼零件時，五軸聯動加工比三軸聯動加工能帶來更大的效益。但過去由於五軸數控系統和主機結構復雜，編程技術難度大，其價格比三軸數控機床高出數倍，制約了五軸數控機床的發展。
目前，由於電主軸的出現，用於5軸聯動加工的復合軸頭結構大大簡化，其制造難度和成本大大降低，數控系統的價格差距縮小。從而推動了復合軸頭式五軸聯動機床和復合加工機床(包括五面加工機床)的發展。
在EMO2001展會上，NIKO的5面加工機床采用了復合主軸頭，可以實現4個垂直面和任意角度的加工，從而可以在同壹臺機床上實現5面加工和5軸加工，還可以實現斜面和倒錐孔的加工。德國DMG公司展出的DMUVoution系列加工中心可在壹次裝夾下進行五面加工和五軸聯動加工，並可由CNC系統或CAD/CAM直接或間接控制。
1.3智能化、開放性和網絡化已成為當代數控系統發展的主要趨勢。
21世紀的數控設備將是壹個智能系統，它包括數控系統中的各個方面:為了追求加工效率和加工質量的智能化，如加工過程的自適應控制，工藝參數的自動生成；為了提高驅動性能和易於連接的智能化，如前饋控制、電機參數自適應運行、負載自動識別、自動選型、自校正等。簡化編程，簡化操作的智能化，比如智能自動編程，智能人機界面；還有智能診斷，智能監控，方便系統診斷和維護等。
為了解決封閉的傳統數控系統和工業化生產數控應用軟件存在的問題。目前，許多國家都在研究開放式數控系統，如美國的NGC(下壹代工作站/機床控制)、歐洲的OSACA(自動化系統內控制的開放式系統結構)、日本的Osec(控制器的開放式系統環境)、中國的ONC(開放式數控系統)等。數控系統的開放性已經成為數控系統的未來。所謂開放式數控系統，是指數控系統的開發可以在統壹的操作平臺上面向機床制造商和最終用戶。通過改變、增加或削減結構對象(數控功能)，可以形成系列化，用戶的特殊應用和技術訣竅可以方便地集成到控制系統中，從而快速實現不同品種、不同檔次的開放式數控系統，形成個性鮮明的名牌產品。目前，開放式數控系統的體系結構規範、通信規範、配置規範、運行平臺、數控系統函數庫和數控系統功能軟件開發工具是當前研究的核心。
網絡化數控設備是近兩年國際知名機床博覽會上的壹個新亮點。數控設備的網絡化將極大地滿足生產線、制造系統和制造企業的信息集成需求，也是實現敏捷制造、虛擬企業和全球制造等新型制造模式的基本單元。國內外壹些知名數控機床和數控系統制造公司近兩年推出了相關的新概念和樣機，如Mazak Yamazaki在EMO2001展出的“CyberProduction Center”(簡稱CPC)；日本大間機床公司展出“IT廣場”(信息技術廣場，簡稱IT廣場)；德國西門子公司展示的開放式制造環境(OME)反映了數控機床加工走向網絡化的趨勢。