1國內外數控技術發展狀況
20世紀 人 類 社 會 最 偉 大 的 科 技 成果是計算機的發明與應用，計算機及控制 技 術 在 機 械 制 造 設 備 中 的 應 用 是 世
紀內制造業發展的最重大的技術進步。自從1952年美國第1臺數控銑床問世至今已經歷了50個年頭。數控設備包括：車、銑、加工中心、鏜、磨、沖壓、電加工以及各類專機，形成龐大的數控制造設備家族，每年全世界的產量有10～20萬臺，產值上百億美元。
“十五“剛剛開始，國防科工委就明確提出 了 在 軍 工 企業 中 投 入6．8億 元，用 於 對1．2 －1．8萬 臺 機 床 的 數 控 化 改造。
目前，國際上最大的數控系統生產廠是日本FANUC公司，1年生產5萬套以上系統，占世界市場約40％左右，其次是德國的西門子公司約占15％以上，再 次 是 德 海 德 漢 爾、西 班 牙 發 格、意 大利菲地亞、法國的NUM、日本的三菱、安川。國 產 數 控 系 統 廠 家 主 要 有 華 中 數控、北 京 航 天 機 床 數 控 集 團、北 京 凱 恩帝、北 京 凱 奇、沈 陽 藝 天、廣 州 數 控、南京 新 方 達、成 都 廣 泰 等，國 產 數 控 生 產廠 家 規 模 都 較 小，年 產 都 還 沒 有 超 過300～400套。近10年，數控機床為適應加工技術發展，在以下幾個技術領域都有巨大進步。
1．1高速化
由於高速加工技術普及，機床普遍提高各方面速度，車床主軸轉速由3 000～4 000r ／ min提 高 到8 000~10 000r ／ min，銑床和加工中心主軸轉速由4 000～8 000r ／ min提高到12 000r ／ min、24 000r ／ min、40 000r ／ min以 上 快 速 移 動 速 度 由 過 去
的10 ～20m ／ min提 高 到48m ／ min、60m ／min、80m ／ min、120m ／ min，在提高速度的同時要求提高運動部件起動的加速度，其已由過去壹般機床的0．5G（重力加速度）提高到1．5～2G，最高可達15G，直線電機在機床上開始使用，主軸上大量采用內裝式主軸電機。
1．2高精度化
數 控 機 床 的 定 位 精 度 已 由 壹 般 的0．01～0．02mm提 高 到0．008mm左 右，亞微米級機床達到0．0005mm左右，納米級機床達到0．005～0．01μm，最小分辨率為1nm（0．000001mm）的 數 控 系 統 和 機床已有產品。數控中兩軸以上插補技術大大提高，納米級插補使兩軸聯動出的圓弧都可以達到1μ的圓度，插補前多程 序 段 預 讀，大 大 提 高 插 補 質 量，並 可進行自動拐角處理等。
1．3復合加工、新結構機床大量出現
如5軸5面 體 復 合 加 工 機 床，5軸
5聯動加工各類異形零件。也派生出各
新 穎 的 機 床 結 構，包 括6軸 虛 擬 軸 機
床，串並聯鉸鏈機床等。采用特殊機械
結 構，數 控 的 特 殊 運 算 方 式，特 殊 編 程
要求。
1．4使用 各 種 高 效 特 殊 功 能 的 刀 具 使
數控機床“如虎添翼”
如 內 冷 鉆 頭 由 於 使 高 壓 冷 卻 液 直
接冷卻鉆頭切削刃和排除切屑，在鉆深
孔時大大提高效率。加工鋼件切削速度
能達1000m ／ min，加工鋁件能達5000m ／
min。
1．5數控機床的開放性和聯網管理
數 控 機 床 的 開 放 性 和 聯 網 管 理 已
是使用數控機床的基本要求，它不僅是
提高數控機床開動率、生產率的必要手
段，而 且 是 企 業 合 理 化、最 佳 化 利 用 這
些制造手段的方法。因此，計算機集成
制 造、網 絡 制 造、異 地 診 斷、虛 擬 制 造、
異 行 工 程 等 等 各 種 新 技 術 都 在 數 控 機
床基礎上發展起來，這必然成為21世
紀制造業發展的壹個主要潮流。
2數控技術的發展趨勢
2．1性能發展方向
（1）高速高精高效化。速度、精度和
效率是機械制造技術的關鍵性能指標。
由於采用了高速CPU芯片、RISC芯片、
多CPU控制系統以 及 帶 高 分 辨 率 絕 對
式檢測元件的交流數字伺服系統，同時
采取了改善機床動態、靜態特性等有效
措施，機床的高速高精高效化已大大提
高。
（2）柔性化。柔性化包含兩方面：數
控系統本身的柔性，數控系統采用模塊
化設計，功能覆蓋面大，可裁剪性強，便
於滿足不同用戶的需求；群控系統的柔
性，同壹群控系統能依據不同生產流程
的要求，使物料流和信息流自動進行動
態調整，從而最大限度地發揮群控系統
的效能。
（3）工藝復合性和多軸化。以減少工 序、輔 助 時 間 為 主 要 目 的 的 復 合 加
工，正 朝 著 多 軸、多 系 列 控 制 功 能 方 向
發展。數控機床的工藝復合化是指工件
在壹臺機床上壹次裝夾後，通過自動換
刀、旋轉主軸頭或轉臺等各種措施，完
成多工序、多表面的復合加工。數控技
術軸，西門子880系統控制軸數可達24
軸。
（4）實時智能化。早期的實時系統
通常針對相對簡單的理想環境，其作用
是如何調度任務，以確保任務在規定期
限內完成。而人工智能則試圖用計算模
型實現人類的各種智能行為。科學技術
發展到今天，實時系統和人工智能相互
結 合，人 工 智 能 正 向 著 具 有 實 時 響 應
的、更 現 實 的 領 域 發 展，而 實 時 系 統 也
朝著具有智能行為的、更加復雜的應用
發展，由此產生了實時智能控制這壹新
的領域。
2．2功能發展方向
2．2．1用戶界面圖形化
用 戶 界 面 是 數 控 系 統 與 使 用 者 之
間的對話接口。由於不同用戶對界面的
要求不同，因而開發用戶界面的工作量
極大，用戶界面成為計算機軟件研制中
最 困 難 的 部 分 之 壹。當 前INTERNET、
虛擬現實、科學計算可視化及多媒體等
技術也對用戶界面提出了更高要求。圖
形 用 戶 界 面 極 大 地 方 便 了 非 專 業 用 戶
的使用，人們可以通過窗口和菜單進行
操 作，便 於 藍 圖 編 程 和 快 速 編 程、三 維
彩色立體動態圖形顯示、圖形模擬、圖
形動態跟蹤和仿真、不同方向的視圖和
局部顯示比例縮放功能的實現。
2．2．2科學計算可視化
科 學 計 算 可 視 化 可 用 於 高 效 處 理
數據和解釋數據，使信息交流不再局限
於用文字和語言表達，而可以直接使用
圖形、圖像、動畫等可視信息。可視化技
術與虛擬環境技術相結合，進壹步拓寬
了 應 用 領 域，如 無 圖 紙 設 計、虛 擬 樣 機
技 術 等，這 對 縮 短 產 品 設 計 周 期、提 高
產 品 質 量、降 低 產 品 成 本 具 有 重 要 意
義。在數控技術領域，可視化技術可用
於CAD ／ CAM，如自動編程設計、參數自
動設定、刀具補償和刀具管理數據的動
態 處 理 和 顯 示 以 及 加 工 過 程 的 可 視 化
仿真演示等。
2．2．3插補和補償方式多樣化
多種插補方式如直線插補、圓弧插
補、圓柱插補、空間橢圓曲面插補、螺紋
插 補、極 坐 標 插 補、2D ＋2螺 旋 插 補、
NANO插補、NURBS插補（非均勻有理
B樣條插補）、樣條插補（A、B、C樣 條）、
多項式插補等。多種補償功能如間隙補
償、垂直度補償、象限誤差補償、螺距和
測量系統誤差補償、與速度相關的前饋
補 償、溫 度 補 償、帶 平 滑 接 近 和 退 出 以
及相反點計算的刀具半徑補償等。
2．3體系結構的發展
2．3．1集成化
采 用 高 度 集 成 化CPU、RISC芯 片
和 大 規 模 可 編 程 集 成 電 路FPGA、E-
PLD、CPLD以及 專 用 集 成 電 路ASIC芯
片，可提高數控系統的集成度和軟硬件
運行速度。應用FPD平板顯示技術，可
提高顯示器性能。平板顯示器具有科技
含量 高、重 量 輕、體 積 小、功 耗 低、便 於
攜帶等優點，可實現超大尺寸顯示，成
為和CRT抗衡的新興顯示技術，是21
世紀顯示技術的主流。應用先進封裝和
互連技術，將半導體和表面安裝技術融
為壹體。通過提高集成電路密度、減少
互連長度和數量來降低產品價格，改進
性 能，減 小 組 件 尺 寸，提 高 系 統 的 可 靠
性。
2．3．2模塊化
硬 件 模 塊 化 易 於 實 現 數 控 系 統 的
集 成 化 和 標 準 化。根 據 不 同 的 功 能 需
求，將 基 本 模 塊，如CPU、存 儲 器、位 置
伺服、PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊，
作成標準的系列化產品，通過積木方式
進行功能裁剪和模塊數量的增減，構成
不同檔次的數控系統。
2．3．3網絡化
機 床 聯 網 可 進 行 遠 程 控 制 和 無 人
化操作。通過機床聯網，可在任何壹臺
機床上對其它機床進行編程、設定、操
作、運 行，不 同 機 床 的 畫 面 可 同 時 顯 示
在每壹臺機床的屏幕上。
3智 能 化 新 壹 代PCNC數 控
系統
當 前 開 發 研 究 適 應 於 復 雜 制 造 過
程 的、具 有 閉 環 控 制 體 系 結 構 的、智 能
化新壹代PCNC數控系統已成為可能。
智 能 化 新 壹 代PCNC數 控 系 統 將 計 算
機智能技 術、網 絡技 術、CAD ／ CAM、伺
服 控 制、自 適 應 控 制、動 態 數 據 管 理 及
動態刀具補償、動態仿真等高新技術融
於壹體，形成嚴密的制造過程閉環控制
體系。
4展望
制 定 符 合 中 國 國 情 的 總 體 發 展 戰
略，確立與國際 接軌 的 發 展 道 路，對21
世 紀 我 國 數 控 技 術 與 產 業 的 發 展 至 關
重要。本章對數控技術和產業發展趨勢
的分析，對我國數控領域存在的問題進
行研究的基礎上，對21世紀我國數控
技術和產業的發展途徑進行了探討，提
出了以科技創新為先導，以商品化為主
幹，以 管 理 和 營 銷 為 重 點，以 技 術 支 持
和服務為後盾，堅持可持續發展道路的
總體發展戰略。在此基礎上，研究了發
展 新 型 數 控 系 統、數 控 功 能 部 件、數 控
機床整機等的具體技術途徑。
衷 心 希 望，我 國 科 技 界、產 業 界 和
教育界通力合作，把握好知識經濟帶來
的難得機遇，迎接競爭全球化帶來的嚴
峻挑戰，使我國數控技術和產業最終走
向世界的前列。