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数控技术是指利用由数字、字符和符号组成的数字指令来实现对一个或多个机械设备的动作控制的技术。通常控制位置、角度、速度等机械量，以及与机械能流向有关的开关量。数控的出现依赖于数据载体和二进制数据运算的出现。1908，穿孔金属箔可互换数据载体问世；19年底，发明了以纸张为数据载体，具有辅助功能的控制系统。1938期间，香农在麻省理工学院进行了快速数据计算和传输，为现代计算机，包括计算机数控系统奠定了基础。数控技术是与机床控制紧密结合而发展起来的。1952年，第一台数控机床问世，成为世界机械工业史上划时代的事件，推动了自动化的发展。

现在，数控技术也叫计算机数控技术。目前是利用计算机实现数字程序控制的技术。该技术使用计算机根据预先存储的控制程序来执行设备的控制功能。由于用计算机代替硬件逻辑电路组成的数控装置，输入数据的存储、处理、运算、逻辑判断等各种控制功能的实现都可以由计算机软件来完成。

数控机床是一种技术密度高、自动化程度高的机电一体化加工设备。它是计算机、自动控制、自动检测和精密的综合应用...加工精度高，质量容易保证，发展前景十分广阔。因此，掌握数控车床的加工编程技术尤为重要。

数控机床的发展趋势

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4月19日从第七届中国国际机床展览会获悉，随着科学技术的不断发展，数控机床的发展越来越快，数控机床也在向高性能、高精度、高速、高柔性、模块化方向发展。高性能:随着数控系统集成度的提高，数控机床也实现了集中控制甚至远程控制。精度高:数控机床本身的精度和加工零件的精度越来越高，精度保持性更好。高速:数控机床各轴的速度会大大加快。高柔性:数控机床的柔性将向自动化程度更高的方向发展，管理、物流和相应的辅助机器将集成到柔性制造系统中。模块化:为了缩短周期，降低成本，数控机床必须向模块化方向发展，这对制造商和客户都有利。虽然近年来我国数控机床发展迅速，但与国际先进水平仍有一定差距，主要表现在可靠性差、外观质量差、产品开发周期长、适应性差。为缩小与世界先进水平的差距，有关专家建议机床企业重点做好以下六个方面的工作:1。加大质量工程的实施力度，提高数控机床的无故障率。2.紧跟国际水平，使数控机床向高效率、高精度方向发展。3.提高成套设计开发能力并取得突破。4.发挥服务优势，扩大市场份额。5.多品种制造，满足不同层次的用户。6.模块化设计，缩短开发周期，快速响应市场。数控机床的用途越来越广，国内外市场容量越来越大，但竞争也会加剧。只有紧跟先进技术进步的大方向，不断创新，才能赶上世界先进水平。中国冶金报

数控技术与装备的发展趋势及对策

1数控技术的发展趋势

数控技术的应用不仅给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的标志，而且在一些重要行业(it、汽车、轻工、医疗等)的发展中发挥着越来越重要的作用。)随着数控技术的不断发展和应用领域的不断扩大，因为这些行业所需设备的数字化已经成为现代发展的大趋势。从世界数控技术及其装备的发展趋势来看，其主要研究热点有[1 ~ 4]。

1.1高速高精度加工技术与装备的新趋势

效率和质量是先进制造技术的主要组成部分。高速高精加工技术可以大大提高效率，提高产品质量和档次，缩短生产周期，提高市场竞争力。因此，日本先进技术研究协会将其列为现代制造五大技术之一，cirp将其确定为21世纪的中心研究方向之一。

在汽车工业领域，每年30万辆汽车的生产周期是40秒，多品种加工是汽车装备必须解决的关键问题之一。在航空航天领域，加工的零件多为薄壁薄筋，刚度差，材料为铝或铝合金。只有在高切削速度和小切削力的条件下，才能加工出这些筋和壁。最近采用“挖空”大型整体铝合金毛坯的方法制造机翼、机身等大型部件，而不是通过众多的铆钉、螺钉等连接方式组装多个部件，使部件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工设备提出了高速、高精度、高柔性的要求。

根据emo2001的展示，高速加工中心的进给速度可以达到80m/min甚至更高，空转速度可以达到100m/min左右。目前，世界上许多汽车厂，包括中国的上海通用汽车公司，都用高速加工中心组成的生产线部分替代了组合机床。美国辛辛那提公司hypermach机床最大进给速度60m/min，快速度100m/min，加速度2g，主轴转速达到了60 000r/min。加工一个薄壁飞机零件只需要30分钟，而在普通高速铣床上加工同样的零件需要3个小时，在普通铣床上需要8个小时。德国dmg公司生产的双轴车床主轴转速和加速度分别达到12*！000转/毫米和1克。

在加工精度方面，近10年，普通数控机床加工精度从10μm提高到5μm，精密加工中心从3 ~ 5μ m提高到1 ~ 1.5μ m，超精密加工精度开始进入纳米级(0.01μm)。

在可靠性方面，国外数控装置的mtbf值达到了6 000h以上，伺服系统的mtbf值达到了30000h以上，表现出了非常高的可靠性。

为了实现高速、高精度加工，电主轴、直线电机等配套功能部件发展迅速，应用领域进一步扩大。

1.2五轴联动加工和复合加工机床迅速发展。

利用五轴联动加工三维曲面零件，刀具可以切削出最佳的几何形状，不仅光洁度高，而且效率大大提高。一般来说，1五轴联动机床的效率可以和2台三轴联动机床的效率相当，尤其是立方氮化硼这种超硬材料铣刀用于高速铣削淬硬钢零件时，五轴联动加工比三轴联动加工能带来更大的效益。但过去由于五轴数控系统和主机结构复杂，编程技术难度大，其价格比三轴数控机床高出数倍，制约了五轴数控机床的发展。

目前，由于电主轴的出现，用于5轴联动加工的复合轴头结构大大简化，其制造难度和成本大大降低，数控系统的价格差距缩小。从而推动了复合轴头式五轴联动机床和复合加工机床(包括五面加工机床)的发展。

在emo2001展会上，NIKO的5面加工机床采用了复合主轴头，可以实现4个垂直面和任意角度的加工，使5面加工和5轴加工可以在同一台机床上实现，还可以实现斜面和倒锥孔的加工。德国dmg公司展出的Dmuvoution系列加工中心可在一次装夹下进行5面加工和5轴联动加工，并可由cnc系统或cad/cam直接或间接控制。

1.3智能化、开放性和网络化已成为当代数控系统发展的主要趋势。

21世纪的数控设备将是一个智能系统，它包括数控系统中的各个方面:为了追求加工效率和加工质量的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数的自动生成；为了提高驱动性能和易于连接的智能化，如前馈控制、电机参数自适应运行、负载自动识别、自动选型、自校正等。简化编程，简化操作的智能化，比如智能自动编程，智能人机界面；还有智能诊断，智能监控，方便系统诊断和维护等。

为了解决封闭的传统数控系统和工业化生产数控应用软件存在的问题。目前，许多国家都在研究开放式数控系统，如美国的NGC(下一代工作站/机床控制)、欧洲的OSACA(自动化系统内控制的开放式系统结构)、日本的Osec(控制器的开放式系统环境)、中国的onc(开放式数控系统)等。数控系统的开放性已经成为数控系统的未来。所谓开放式数控系统，是指数控系统的开发可以在统一的操作平台上面向机床制造商和最终用户。通过改变、增加或削减结构对象(数控功能)，可以形成系列化，用户的特殊应用和技术诀窍可以方便地集成到控制系统中，从而快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成个性鲜明的名牌产品。目前，开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统函数库和数控系统功能软件开发工具是当前研究的核心。

网络化数控设备是近两年国际知名机床博览会上的一个新亮点。数控设备的网络化将极大地满足生产线、制造系统和制造企业的信息集成需求，也是实现敏捷制造、虚拟企业和全球制造等新型制造模式的基本单元。国内外一些知名数控机床和数控系统制造公司近两年推出了相关的新概念和样机，如mazak Yamazaki在emo2001展出的“cyberproduction center”(简称CPC)；日本大间机床公司展出“it广场”(信息技术广场，简称it广场)；德国西门子公司展示的开放式制造环境(ome)反映了数控机床加工走向网络化的趋势。

1.4重视新技术标准和规范的建立。

1.4.1数控系统设计与开发代码

如上所述，开放式数控系统具有更好的通用性、灵活性、适应性和可扩展性。美国、欧洲和日本相继实施战略发展计划，研究制定开放式体系结构数控系统规范(omac、osaca和osec)。世界上最大的三个经济体在短时间内制定了几乎相同的科学计划和规范，这预示着数控技术新的变革时期的到来。2000年，我国也开始研究制定我国onc数控系统的标准框架。

1.4.2关于数控标准

数控标准是制造业信息化发展的趋势。在数控技术诞生后的50年里，信息交换是基于iso6983标准，即用G和M代码来描述如何加工，其本质特征是面向加工过程。显然，它已经不能满足现代数控技术快速发展的需要。因此，国际上正在研究制定新的数控系统标准ISO 14649 (Step-NC ),旨在提供一种不依赖于特定系统、能够描述产品全生命周期统一数据模型的中性机制，从而实现整个制造过程乃至各个工业领域的产品信息标准化。

step-nc的出现可能是数控技术领域的一次革命，将对数控技术乃至整个制造业的发展产生深远的影响。首先，step-nc提出了全新的制造理念。在传统的制造观念中，数控加工程序都集中在单台计算机上。在新标准下，数控程序可以在网上发布，这是数控技术开放和网络化发展的方向。其次，step-nc系统可以大大减少加工图纸(约75%)、编程时间(约35%)和加工时间(约50%)。

目前欧美国家对step-nc的研究非常重视，欧洲发起了step-nc的ims计划(1999.1.1 ~ 2001.12.31)。来自欧洲和日本的20个cad/cam/capp/cnc用户、制造商和学术机构参加了这个项目。Step tools是一家美国公司，是制造数据交换软件的全球开发商。他开发了数控机床信息交换的超级模型，目标是用统一的规范描述所有的加工过程。目前，这种新的数据交换格式已经在装有西门子、fidia和欧洲osaca-nc数控系统的样机上得到验证。

2.中国数控技术及其产业发展的基本估计

中国数控技术从1958开始，近50年的发展历程大致可以分为三个阶段:第一阶段是从1958到1979，即封闭发展阶段。现阶段，由于国外的技术封锁和我国基础条件的限制，数控技术的发展相对缓慢。第二阶段是在六五、七五时期和八五前期，即引进技术、消化吸收、初步建立国产化体系的阶段。在这一阶段，由于改革开放和国家的重视，以及研发环境和国际环境的改善，我国数控技术的研发和产品的国产化取得了长足的进步。第三阶段是八五、九五后期，即进行产业化研究，进入市场竞争。现阶段，我国国产数控装备的产业化取得了实质性进展。“九五”末，国产数控机床国内市场占有率达到50%，国产数控系统(普及型)也达到10%。

纵观我国数控技术50年来的发展，特别是经过四个五年计划，总体上取得了以下成就。

a奠定了数控技术的发展基础，基本掌握了现代数控技术。目前，我国已基本掌握了数控系统、伺服驱动、数控主机、专机及其附件的基础技术，大部分已具备商业化发展的基础，部分技术已实现商业化和产业化。

B.数控产业基地初步形成。在攻关和部分技术商品化的基础上，建立了华中数控、航天数控等具有批量生产能力的数控系统制造商。兰州电机厂、华中数控等伺服系统和伺服电机厂商，以及北京第一机床厂、济南第一机床厂等数控主机厂商。这些工厂基本形成了中国的数控产业基地。

建立了一支数控研究、开发和管理人员的基本队伍。

虽然数控技术的研发和产业化取得了很大进展，但我们也应该清醒地认识到，我国高端数控技术的研发，特别是产业化方面的技术水平，与我国的实际需求还有很大差距。虽然纵向看中国的发展速度很快，但横向比(与国外相比)不仅在技术水平上有差距，在某些方面也有发展速度上的差距，即一些高精尖数控设备的技术水平差距有扩大的趋势。国际上对中国数控技术水平和产业化水平的估计大致如下。

a从技术水平来说，比国外先进水平大约落后10 ~ 15年，从高精尖技术来说就更大了。

b产业化水平，市场占有率低，品种覆盖面小，尚未形成规模化生产；功能部件专业化生产水平和成套能力低；外观质量比较差；可靠性不高，商业化程度不足；国产数控系统尚未建立自己的品牌效应，用户信心不足。

C.在可持续发展能力上，竞争前数控技术的研究、开发和工程能力薄弱；数控技术的应用领域没有得到大力拓展；相关标准规范的研究制定相对滞后。

造成上述差距的主要原因如下。

A.认知。对国内数控产业进程的艰巨性、复杂性和长期性认识不足；对市场不规范、外国封锁和扼杀、体制困难估计不足；对我国数控技术的应用水平和能力分析不足。

B.系统方面。多从技术角度关注数控产业化问题，少从系统和产业链角度关注数控产业化问题；没有完整的高质量的配套体系，完善的培训和服务网络等配套体系。

C.机制。机制不好造成人才流失，制约了技术和技术路线、产品的创新，制约了规划的有效实施，往往是理想的，难以实施的。

D.技术方面。企业在技术上的自主创新能力不强，核心技术的工程化能力不强。机床标准落后，水平低，对数控系统新标准的研究不够。

3中国数控技术及产业化发展的战略思考

3.1战略考虑

我国是制造业大国，在世界产业转移中应尽量接受前端转移而不是后端转移，即掌握先进的制造业核心技术，否则在新一轮国际产业结构调整中，我国制造业将进一步“空心化”。以资源、环境和市场为代价，我们可能只能得到世界新经济格局中的国际“加工中心”和“组装中心”，而不是拥有核心技术的制造业中心地位，这将严重影响我国现代制造业的发展进程。

我们应该从国家安全战略的角度关注数控技术和产业问题。首先，从社会保障的角度来看，由于制造业是我国就业人口最多的行业，发展制造业不仅可以提高人民生活水平，还可以缓解我国就业压力，保证社会稳定。其次，西方发达国家从国防安全角度出发，将高技术数控产品列为国家战略物资，对我国实行禁运和限制。“东芝事件”和“考克斯报告”就是最好的例子。

3.2发展战略

从我国基本国情出发，以国家战略需求和国民经济市场需求为导向，以提高我国制造装备产业综合竞争力和产业化水平为目标，选择21世纪初能够引领我国制造装备产业发展升级的关键技术，以及支撑产业化发展的配套技术和支撑技术作为研发内容，实现我国制造装备产业的跨越式发展。

强调以市场需求为导向，即以数控终端产品为主，整机(如数控车床、铣床、高速高精数控机床、典型数字机械、重点行业关键设备等。)带动了数控行业的发展。重点解决数控系统及相关功能部件(数字伺服系统和电机、高速电主轴系统及新型设备附件等)的可靠性和生产规模。).没有规模，就不会有高可靠性的产品；没有规模，就不会有低价有竞争力的产品；当然，没有中国规模的数控设备最终也很难有光明的前途。

在高技术装备的研发中，要强调产、学、研和最终用户的紧密结合，以“造、用、销”为目标，根据国家的意志进行重点研究，解决国家的燃眉之急。

在赛前数控技术方面，强调创新和研发具有自主知识产权的技术和产品，为我国数控产业、装备制造业乃至整个制造业的可持续发展奠定基础。