求一篇 数控技术的现状于发展趋势 要5000字
kuaidi.ping-jia.net 作者：佚名 更新日期：2024-08-30
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1国内外数控技术发展状况
20世纪 人 类 社 会 最 伟 大 的 科 技 成果是计算机的发明与应用，计算机及控制 技 术 在 机 械 制 造 设 备 中 的 应 用 是 世
纪内制造业发展的最重大的技术进步。自从1952年美国第1台数控铣床问世至今已经历了50个年头。数控设备包括：车、铣、加工中心、镗、磨、冲压、电加工以及各类专机，形成庞大的数控制造设备家族，每年全世界的产量有10～20万台，产值上百亿美元。
“十五“刚刚开始，国防科工委就明确提出 了 在 军 工 企业 中 投 入6．8亿 元，用 于 对1．2 －1．8万 台 机 床 的 数 控 化 改造。
目前，国际上最大的数控系统生产厂是日本FANUC公司，1年生产5万套以上系统，占世界市场约40％左右，其次是德国的西门子公司约占15％以上，再 次 是 德 海 德 汉 尔、西 班 牙 发 格、意 大利菲地亚、法国的NUM、日本的三菱、安川。国 产 数 控 系 统 厂 家 主 要 有 华 中 数控、北 京 航 天 机 床 数 控 集 团、北 京 凯 恩帝、北 京 凯 奇、沈 阳 艺 天、广 州 数 控、南京 新 方 达、成 都 广 泰 等，国 产 数 控 生 产厂 家 规 模 都 较 小，年 产 都 还 没 有 超 过300～400套。近10年，数控机床为适应加工技术发展，在以下几个技术领域都有巨大进步。
1．1高速化
由于高速加工技术普及，机床普遍提高各方面速度，车床主轴转速由3 000～4 000r ／ min提 高 到8 000~10 000r ／ min，铣床和加工中心主轴转速由4 000～8 000r ／ min提高到12 000r ／ min、24 000r ／ min、40 000r ／ min以 上 快 速 移 动 速 度 由 过 去
的10 ～20m ／ min提 高 到48m ／ min、60m ／min、80m ／ min、120m ／ min，在提高速度的同时要求提高运动部件起动的加速度，其已由过去一般机床的0．5G（重力加速度）提高到1．5～2G，最高可达15G，直线电机在机床上开始使用，主轴上大量采用内装式主轴电机。
1．2高精度化
数 控 机 床 的 定 位 精 度 已 由 一 般 的0．01～0．02mm提 高 到0．008mm左 右，亚微米级机床达到0．0005mm左右，纳米级机床达到0．005～0．01μm，最小分辨率为1nm（0．000001mm）的 数 控 系 统 和 机床已有产品。数控中两轴以上插补技术大大提高，纳米级插补使两轴联动出的圆弧都可以达到1μ的圆度，插补前多程 序 段 预 读，大 大 提 高 插 补 质 量，并 可进行自动拐角处理等。
1．3复合加工、新结构机床大量出现
如5轴5面 体 复 合 加 工 机 床，5轴
5联动加工各类异形零件。也派生出各
新 颖 的 机 床 结 构，包 括6轴 虚 拟 轴 机
床，串并联铰链机床等。采用特殊机械
结 构，数 控 的 特 殊 运 算 方 式，特 殊 编 程
要求。
1．4使用 各 种 高 效 特 殊 功 能 的 刀 具 使
数控机床“如虎添翼”
如 内 冷 钻 头 由 于 使 高 压 冷 却 液 直
接冷却钻头切削刃和排除切屑，在钻深
孔时大大提高效率。加工钢件切削速度
能达1000m ／ min，加工铝件能达5000m ／
min。
1．5数控机床的开放性和联网管理
数 控 机 床 的 开 放 性 和 联 网 管 理 已
是使用数控机床的基本要求，它不仅是
提高数控机床开动率、生产率的必要手
段，而 且 是 企 业 合 理 化、最 佳 化 利 用 这
些制造手段的方法。因此，计算机集成
制 造、网 络 制 造、异 地 诊 断、虚 拟 制 造、
异 行 工 程 等 等 各 种 新 技 术 都 在 数 控 机
床基础上发展起来，这必然成为21世
纪制造业发展的一个主要潮流。
2数控技术的发展趋势
2．1性能发展方向
（1）高速高精高效化。速度、精度和
效率是机械制造技术的关键性能指标。
由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、
多CPU控制系统以 及 带 高 分 辨 率 绝 对
式检测元件的交流数字伺服系统，同时
采取了改善机床动态、静态特性等有效
措施，机床的高速高精高效化已大大提
高。
（2）柔性化。柔性化包含两方面：数
控系统本身的柔性，数控系统采用模块
化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，便
于满足不同用户的需求；群控系统的柔
性，同一群控系统能依据不同生产流程
的要求，使物料流和信息流自动进行动
态调整，从而最大限度地发挥群控系统
的效能。
（3）工艺复合性和多轴化。以减少工 序、辅 助 时 间 为 主 要 目 的 的 复 合 加
工，正 朝 着 多 轴、多 系 列 控 制 功 能 方 向
发展。数控机床的工艺复合化是指工件
在一台机床上一次装夹后，通过自动换
刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完
成多工序、多表面的复合加工。数控技
术轴，西门子880系统控制轴数可达24
轴。
（4）实时智能化。早期的实时系统
通常针对相对简单的理想环境，其作用
是如何调度任务，以确保任务在规定期
限内完成。而人工智能则试图用计算模
型实现人类的各种智能行为。科学技术
发展到今天，实时系统和人工智能相互
结 合，人 工 智 能 正 向 着 具 有 实 时 响 应
的、更 现 实 的 领 域 发 展，而 实 时 系 统 也
朝着具有智能行为的、更加复杂的应用
发展，由此产生了实时智能控制这一新
的领域。
2．2功能发展方向
2．2．1用户界面图形化
用 户 界 面 是 数 控 系 统 与 使 用 者 之
间的对话接口。由于不同用户对界面的
要求不同，因而开发用户界面的工作量
极大，用户界面成为计算机软件研制中
最 困 难 的 部 分 之 一。当 前INTERNET、
虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等
技术也对用户界面提出了更高要求。图
形 用 户 界 面 极 大 地 方 便 了 非 专 业 用 户
的使用，人们可以通过窗口和菜单进行
操 作，便 于 蓝 图 编 程 和 快 速 编 程、三 维
彩色立体动态图形显示、图形模拟、图
形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和
局部显示比例缩放功能的实现。
2．2．2科学计算可视化
科 学 计 算 可 视 化 可 用 于 高 效 处 理
数据和解释数据，使信息交流不再局限
于用文字和语言表达，而可以直接使用
图形、图像、动画等可视信息。可视化技
术与虚拟环境技术相结合，进一步拓宽
了 应 用 领 域，如 无 图 纸 设 计、虚 拟 样 机
技 术 等，这 对 缩 短 产 品 设 计 周 期、提 高
产 品 质 量、降 低 产 品 成 本 具 有 重 要 意
义。在数控技术领域，可视化技术可用
于CAD ／ CAM，如自动编程设计、参数自
动设定、刀具补偿和刀具管理数据的动
态 处 理 和 显 示 以 及 加 工 过 程 的 可 视 化
仿真演示等。
2．2．3插补和补偿方式多样化
多种插补方式如直线插补、圆弧插
补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹
插 补、极 坐 标 插 补、2D ＋2螺 旋 插 补、
NANO插补、NURBS插补（非均匀有理
B样条插补）、样条插补（A、B、C样 条）、
多项式插补等。多种补偿功能如间隙补
偿、垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和
测量系统误差补偿、与速度相关的前馈
补 偿、温 度 补 偿、带 平 滑 接 近 和 退 出 以
及相反点计算的刀具半径补偿等。
2．3体系结构的发展
2．3．1集成化
采 用 高 度 集 成 化CPU、RISC芯 片
和 大 规 模 可 编 程 集 成 电 路FPGA、E-
PLD、CPLD以及 专 用 集 成 电 路ASIC芯
片，可提高数控系统的集成度和软硬件
运行速度。应用FPD平板显示技术，可
提高显示器性能。平板显示器具有科技
含量 高、重 量 轻、体 积 小、功 耗 低、便 于
携带等优点，可实现超大尺寸显示，成
为和CRT抗衡的新兴显示技术，是21
世纪显示技术的主流。应用先进封装和
互连技术，将半导体和表面安装技术融
为一体。通过提高集成电路密度、减少
互连长度和数量来降低产品价格，改进
性 能，减 小 组 件 尺 寸，提 高 系 统 的 可 靠
性。
2．3．2模块化
硬 件 模 块 化 易 于 实 现 数 控 系 统 的
集 成 化 和 标 准 化。根 据 不 同 的 功 能 需
求，将 基 本 模 块，如CPU、存 储 器、位 置
伺服、PLC、输入输出接口、通讯等模块，
作成标准的系列化产品，通过积木方式
进行功能裁剪和模块数量的增减，构成
不同档次的数控系统。
2．3．3网络化
机 床 联 网 可 进 行 远 程 控 制 和 无 人
化操作。通过机床联网，可在任何一台
机床上对其它机床进行编程、设定、操
作、运 行，不 同 机 床 的 画 面 可 同 时 显 示
在每一台机床的屏幕上。
3智 能 化 新 一 代PCNC数 控
系统
当 前 开 发 研 究 适 应 于 复 杂 制 造 过
程 的、具 有 闭 环 控 制 体 系 结 构 的、智 能
化新一代PCNC数控系统已成为可能。
智 能 化 新 一 代PCNC数 控 系 统 将 计 算
机智能技 术、网 络技 术、CAD ／ CAM、伺
服 控 制、自 适 应 控 制、动 态 数 据 管 理 及
动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融
于一体，形成严密的制造过程闭环控制
体系。
4展望
制 定 符 合 中 国 国 情 的 总 体 发 展 战
略，确立与国际 接轨 的 发 展 道 路，对21
世 纪 我 国 数 控 技 术 与 产 业 的 发 展 至 关
重要。本章对数控技术和产业发展趋势
的分析，对我国数控领域存在的问题进
行研究的基础上，对21世纪我国数控
技术和产业的发展途径进行了探讨，提
出了以科技创新为先导，以商品化为主
干，以 管 理 和 营 销 为 重 点，以 技 术 支 持
和服务为后盾，坚持可持续发展道路的
总体发展战略。在此基础上，研究了发
展 新 型 数 控 系 统、数 控 功 能 部 件、数 控
机床整机等的具体技术途径。
衷 心 希 望，我 国 科 技 界、产 业 界 和
教育界通力合作，把握好知识经济带来
的难得机遇，迎接竞争全球化带来的严
峻挑战，使我国数控技术和产业最终走
向世界的前列。
我
行
收
行
http://bbs.xueshengjie.net/thread-12535-1-1.html
数控技术研究现状及发展趋势1国内外数控技术发展状况
20世纪 人 类 社 会 最 伟 大 的 科 技 成果是计算机的发明与应用，计算机及控制 技 术 在 机 械 制 造 设 备 中 的 应 用 是 世
纪内制造业发展的最重大的技术进步。自从1952年美国第1台数控铣床问世至今已经历了50个年头。数控设备包括：车、铣、加工中心、镗、磨、冲压、电加工以及各类专机，形成庞大的数控制造设备家族，每年全世界的产量有10～20万台，产值上百亿美元。
“十五“刚刚开始，国防科工委就明确提出 了 在 军 工 企业 中 投 入6．8亿 元，用 于 对1．2 －1．8万 台 机 床 的 数 控 化 改造。
目前，国际上最大的数控系统生产厂是日本FANUC公司，1年生产5万套以上系统，占世界市场约40％左右，其次是德国的西门子公司约占15％以上，再 次 是 德 海 德 汉 尔、西 班 牙 发 格、意 大利菲地亚、法国的NUM、日本的三菱、安川。国 产 数 控 系 统 厂 家 主 要 有 华 中 数控、北 京 航 天 机 床 数 控 集 团、北 京 凯 恩帝、北 京 凯 奇、沈 阳 艺 天、广 州 数 控、南京 新 方 达、成 都 广 泰 等，国 产 数 控 生 产厂 家 规 模 都 较 小，年 产 都 还 没 有 超 过300～400套。近10年，数控机床为适应加工技术发展，在以下几个技术领域都有巨大进步。
1．1高速化
由于高速加工技术普及，机床普遍提高各方面速度，车床主轴转速由3 000～4 000r ／ min提 高 到8 000~10 000r ／ min，铣床和加工中心主轴转速由4 000～8 000r ／ min提高到12 000r ／ min、24 000r ／ min、40 000r ／ min以 上 快 速 移 动 速 度 由 过 去
的10 ～20m ／ min提 高 到48m ／ min、60m ／min、80m ／ min、120m ／ min，在提高速度的同时要求提高运动部件起动的加速度，其已由过去一般机床的0．5G（重力加速度）提高到1．5～2G，最高可达15G，直线电机在机床上开始使用，主轴上大量采用内装式主轴电机。
1．2高精度化
数 控 机 床 的 定 位 精 度 已 由 一 般 的0．01～0．02mm提 高 到0．008mm左 右，亚微米级机床达到0．0005mm左右，纳米级机床达到0．005～0．01μm，最小分辨率为1nm（0．000001mm）的 数 控 系 统 和 机床已有产品。数控中两轴以上插补技术大大提高，纳米级插补使两轴联动出的圆弧都可以达到1μ的圆度，插补前多程 序 段 预 读，大 大 提 高 插 补 质 量，并 可进行自动拐角处理等。
1．3复合加工、新结构机床大量出现
如5轴5面 体 复 合 加 工 机 床，5轴
5联动加工各类异形零件。也派生出各
新 颖 的 机 床 结 构，包 括6轴 虚 拟 轴 机
床，串并联铰链机床等。采用特殊机械
结 构，数 控 的 特 殊 运 算 方 式，特 殊 编 程
要求。
1．4使用 各 种 高 效 特 殊 功 能 的 刀 具 使
数控机床“如虎添翼”
如 内 冷 钻 头 由 于 使 高 压 冷 却 液 直
接冷却钻头切削刃和排除切屑，在钻深
孔时大大提高效率。加工钢件切削速度
能达1000m ／ min，加工铝件能达5000m ／
min。
1．5数控机床的开放性和联网管理
数 控 机 床 的 开 放 性 和 联 网 管 理 已
是使用数控机床的基本要求，它不仅是
提高数控机床开动率、生产率的必要手
段，而 且 是 企 业 合 理 化、最 佳 化 利 用 这
些制造手段的方法。因此，计算机集成
制 造、网 络 制 造、异 地 诊 断、虚 拟 制 造、
异 行 工 程 等 等 各 种 新 技 术 都 在 数 控 机
床基础上发展起来，这必然成为21世
纪制造业发展的一个主要潮流。
2数控技术的发展趋势
2．1性能发展方向
（1）高速高精高效化。速度、精度和
效率是机械制造技术的关键性能指标。
由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、
多CPU控制系统以 及 带 高 分 辨 率 绝 对
式检测元件的交流数字伺服系统，同时
采取了改善机床动态、静态特性等有效
措施，机床的高速高精高效化已大大提
高。
（2）柔性化。柔性化包含两方面：数
控系统本身的柔性，数控系统采用模块
化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，便
于满足不同用户的需求；群控系统的柔
性，同一群控系统能依据不同生产流程
的要求，使物料流和信息流自动进行动
态调整，从而最大限度地发挥群控系统
的效能。
（3）工艺复合性和多轴化。以减少工 序、辅 助 时 间 为 主 要 目 的 的 复 合 加
工，正 朝 着 多 轴、多 系 列 控 制 功 能 方 向
发展。数控机床的工艺复合化是指工件
在一台机床上一次装夹后，通过自动换
刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完
成多工序、多表面的复合加工。数控技
术轴，西门子880系统控制轴数可达24
轴。
（4）实时智能化。早期的实时系统
通常针对相对简单的理想环境，其作用
是如何调度任务，以确保任务在规定期
限内完成。而人工智能则试图用计算模
型实现人类的各种智能行为。科学技术
发展到今天，实时系统和人工智能相互
结 合，人 工 智 能 正 向 着 具 有 实 时 响 应
的、更 现 实 的 领 域 发 展，而 实 时 系 统 也
朝着具有智能行为的、更加复杂的应用
发展，由此产生了实时智能控制这一新
的领域。
2．2功能发展方向
2．2．1用户界面图形化
用 户 界 面 是 数 控 系 统 与 使 用 者 之
间的对话接口。由于不同用户对界面的
要求不同，因而开发用户界面的工作量
极大，用户界面成为计算机软件研制中
最 困 难 的 部 分 之 一。当 前INTERNET、
虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等
技术也对用户界面提出了更高要求。图
形 用 户 界 面 极 大 地 方 便 了 非 专 业 用 户
的使用，人们可以通过窗口和菜单进行
操 作，便 于 蓝 图 编 程 和 快 速 编 程、三 维
彩色立体动态图形显示、图形模拟、图
形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和
局部显示比例缩放功能的实现。
2．2．2科学计算可视化
科 学 计 算 可 视 化 可 用 于 高 效 处 理
数据和解释数据，使信息交流不再局限
于用文字和语言表达，而可以直接使用
图形、图像、动画等可视信息。可视化技
术与虚拟环境技术相结合，进一步拓宽
了 应 用 领 域，如 无 图 纸 设 计、虚 拟 样 机
技 术 等，这 对 缩 短 产 品 设 计 周 期、提 高
产 品 质 量、降 低 产 品 成 本 具 有 重 要 意
义。在数控技术领域，可视化技术可用
于CAD ／ CAM，如自动编程设计、参数自
动设定、刀具补偿和刀具管理数据的动
态 处 理 和 显 示 以 及 加 工 过 程 的 可 视 化
仿真演示等。
2．2．3插补和补偿方式多样化
多种插补方式如直线插补、圆弧插
补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹
插 补、极 坐 标 插 补、2D ＋2螺 旋 插 补、
NANO插补、NURBS插补（非均匀有理
B样条插补）、样条插补（A、B、C样 条）、
多项式插补等。多种补偿功能如间隙补
偿、垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和
测量系统误差补偿、与速度相关的前馈
补 偿、温 度 补 偿、带 平 滑 接 近 和 退 出 以
及相反点计算的刀具半径补偿等。
2．3体系结构的发展
2．3．1集成化
采 用 高 度 集 成 化CPU、RISC芯 片
和 大 规 模 可 编 程 集 成 电 路FPGA、E-
PLD、CPLD以及 专 用 集 成 电 路ASIC芯
片，可提高数控系统的集成度和软硬件
运行速度。应用FPD平板显示技术，可
提高显示器性能。平板显示器具有科技
含量 高、重 量 轻、体 积 小、功 耗 低、便 于
携带等优点，可实现超大尺寸显示，成
为和CRT抗衡的新兴显示技术，是21
世纪显示技术的主流。应用先进封装和
互连技术，将半导体和表面安装技术融
为一体。通过提高集成电路密度、减少
互连长度和数量来降低产品价格，改进
性 能，减 小 组 件 尺 寸，提 高 系 统 的 可 靠
性。
2．3．2模块化
硬 件 模 块 化 易 于 实 现 数 控 系 统 的
集 成 化 和 标 准 化。根 据 不 同 的 功 能 需
求，将 基 本 模 块，如CPU、存 储 器、位 置
伺服、PLC、输入输出接口、通讯等模块，
作成标准的系列化产品，通过积木方式
进行功能裁剪和模块数量的增减，构成
不同档次的数控系统。
2．3．3网络化
机 床 联 网 可 进 行 远 程 控 制 和 无 人
化操作。通过机床联网，可在任何一台
机床上对其它机床进行编程、设定、操
作、运 行，不 同 机 床 的 画 面 可 同 时 显 示
在每一台机床的屏幕上。
3智 能 化 新 一 代PCNC数 控
系统
当 前 开 发 研 究 适 应 于 复 杂 制 造 过
程 的、具 有 闭 环 控 制 体 系 结 构 的、智 能
化新一代PCNC数控系统已成为可能。
智 能 化 新 一 代PCNC数 控 系 统 将 计 算
机智能技 术、网 络技 术、CAD ／ CAM、伺
服 控 制、自 适 应 控 制、动 态 数 据 管 理 及
动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融
于一体，形成严密的制造过程闭环控制
体系。
4展望
制 定 符 合 中 国 国 情 的 总 体 发 展 战
略，确立与国际 接轨 的 发 展 道 路，对21
世 纪 我 国 数 控 技 术 与 产 业 的 发 展 至 关
重要。本章对数控技术和产业发展趋势
的分析，对我国数控领域存在的问题进
行研究的基础上，对21世纪我国数控
技术和产业的发展途径进行了探讨，提
出了以科技创新为先导，以商品化为主
干，以 管 理 和 营 销 为 重 点，以 技 术 支 持
和服务为后盾，坚持可持续发展道路的
总体发展战略。在此基础上，研究了发
展 新 型 数 控 系 统、数 控 功 能 部 件、数 控
机床整机等的具体技术途径。
衷 心 希 望，我 国 科 技 界、产 业 界 和
教育界通力合作，把握好知识经济带来
的难得机遇，迎接竞争全球化带来的严
峻挑战，使我国数控技术和产业最终走
向世界的前列。
