國(guó)产化数控系统的应用(yòng)现状与发展趋势
- 作者：巨高精机 点击次数：
日期：2020-06-01 15:19:15 TAG:
摘要：从整體(tǐ)技术水平、综合竞争能(néng)力和市场应用(yòng)等方面介绍國(guó)产化数控系统的应用(yòng)现状，并指出其发展趋势。
数控加工是一门集计算机、自动控制、现代测量、微電(diàn)子控制和信息化处理(lǐ)為(wèi)一體(tǐ)的多(duō)學(xué)科(kē)交叉的综合性高新(xīn)技术，在现代工业制造领域得到了迅猛的发展和极大的普及。采用(yòng)数控加工技术能(néng)够满足多(duō)品种、大批量、高精度复杂零部件的加工与制造，是实现工业制造自动化、数字化、柔性化、信息化、集成化和网络化的重要基础保证，同时也是现代机床装备的灵魂和核心，具有(yǒu)广阔的应用(yòng)和市场前景，大力发展具有(yǒu)自主知识产权的國(guó)产化数控系统和功能(néng)部件，对促进我國(guó)装备制造业的快速发展、推进工业现代化进程，实现由“中國(guó)制造”向“中國(guó)创新(xīn)”的迈进，具有(yǒu)十分(fēn)重要的战略意义。
1. 数控系统的概念
数控系统通过对位置、速度和轨迹等参数的控制，向计算机输入相应数据，经过系统自动插补运算后得出理(lǐ)想的运动轨迹，然后输出到执行机构，加工出满足规定要求的零部件。数控系统作為(wèi)数控机床最重要的“大脑”和“神经中枢”，在确保产品质量、满足用(yòng)户使用(yòng)需求中起到了至关重要的作用(yòng)，是一个國(guó)家机械制造业智能(néng)化水平的重要标志(zhì)和具體(tǐ)體(tǐ)现。
数控系统一般采用(yòng)若干微处理(lǐ)器通过程序化的软件形式实现数控加工功能(néng)，主要由输入、处理(lǐ)和输出三个基本单元构成，而所有(yǒu)这些工作都由计算机数控系统通过程序进行集中、合理(lǐ)的协调与分(fēn)配，使之能(néng)够高效、安全、可(kě)靠地运行和工作。数控机床的核心是数控系统，通过装有(yǒu)计算机控制系统来满足机床的自动化加工，数控系统能(néng)够高效地处理(lǐ)具有(yǒu)控制编码或其他(tā)指令符号规定的逻辑程序，以代码為(wèi)载體(tǐ)输入到数控装置，经运算处理(lǐ)后由数控装置发出各种控制指令和信号，控制机床的规定动作，按照产品图样要求的尺寸和形状，自动地将零件加工出来。数控机床较好地解决了复杂、精密、小(xiǎo)批量、多(duō)品种零件的加工技术问题，是一种柔性、高效、典型的机電(diàn)一體(tǐ)化产品，数控机床的横空出世，作為(wèi)19世纪人类文(wén)明成果的重要标志(zhì)，顺应了时代发展的需要，推动了工业化革命的进程，代表了现代机床控制技术的前进方向。数控系统集成控制原理(lǐ)如图1示。
图1 数控系统集成控制原理(lǐ)
2. 國(guó)产化数控系统的应用(yòng)现状
数控系统是数控机床装备的核心部件，数控机床整机出厂时需要装备数控系统，同时设备改造、系统升级也需要用(yòng)到数控系统，特别是近几年来我國(guó)在能(néng)源、電(diàn)力、航空、航天、铁路、汽車(chē)和冶金等方向的快速发展，更是為(wèi)数控系统的应用(yòng)提供了广阔的市场空间。
改革开放以来 ， 我國(guó)國(guó)民(mín)经济持续稳步增長(cháng)，极大的社会需求带动了数控技术产业链的快速发展，同时也应看到，我國(guó)与國(guó)外先进的数控技术尚有(yǒu)一定的差距，但这种差距在逐步缩小(xiǎo)，在引进、消化、吸收、再创新(xīn)國(guó)外先进数控技术的基础上，我國(guó)已生产出具有(yǒu)自主知识产权的数控系统和数控机床，特别是國(guó)产经济型数控系统，满足了机床制造业对数控技术的配套要求，符合大多(duō)数中國(guó)用(yòng)户的实际使用(yòng)水平，加之又(yòu)有(yǒu)价格方面的优势，得到了广大用(yòng)户的青睐，形成了规模化生产优势。國(guó)产数控系统企业已占领我國(guó)经济型数控系统95%以上的市场份额。在中型数控系统领域，國(guó)产数控系统的功能(néng)已达到或接近國(guó)外同类产品水平，市场价格和售后服務(wù)较國(guó)外产品仍有(yǒu)较大的优势，市场占有(yǒu)率也在不断攀升。高档数控系统方面，國(guó)产数控系统的市场占有(yǒu)份额较少，绝大部分(fēn)市场被发那科(kē)、西门子、三菱和德马吉等國(guó)外品牌占领，但值得欣慰的是，國(guó)产化数控系统已开始进军这一高端领域，其中华中数控和广州数控的研发蓄势待发，随着未来通过密集性攻关对关键技术的重大突破，赶超國(guó)际先进水平指日可(kě)待。
我國(guó)数控系统的研发虽然取得了很(hěn)大的发展，但是在高档数控领域配套的数控系统90%以上都是國(guó)外产品。高档数控系统是满足國(guó)家战略发展装备的重要手段，是决定机床装备性能(néng)、功能(néng)、可(kě)靠性和成本的决定性因素，在这一核心领域，國(guó)外对我國(guó)至今仍进行严格的技术封锁，严重制约了我國(guó)高档数控机床的发展。為(wèi)了加快我國(guó)数控技术行业的快速发展，國(guó)家出台了一系列政策，包括國(guó)務(wù)院批准实施《装备制造业调整和振兴计划》和國(guó)家科(kē)技重大专项“高档数控机床与基础制造装备”。《装备制造业调整和振兴计划》明确提出：“坚持装备自主化与重点建设工程相结合，坚持自主开发与引进消化吸收相结合，坚持发展整机与提高基础配套水平相结合的基本原则”，提升数控系统等基础配套件的市场占有(yǒu)率，是落实装备自主化的重要内容。國(guó)家科(kē)技重大专项“高档数控机床与基础制造装备”也提出，到2020年，國(guó)产高档数控机床的市场占有(yǒu)率要实现较大程度的提高。这些举措為(wèi)我國(guó)数控技术行业创造了良好的外部氛围，对于满足我國(guó)國(guó)防工业急需的高档数控机床开发具有(yǒu)十分(fēn)重要的现实意义。
目前我國(guó)正处于工业化快速发展的成長(cháng)时期，其中以能(néng)源、電(diàn)力、航空、航天和铁路為(wèi)龙头的基础工业发展势头强劲，构成了对机床尤其是数控机床的巨大需求，发展功能(néng)齐全、性能(néng)可(kě)靠及技术前瞻的数控系统是我们的历史性选择。数字化技术的应用(yòng)场景如图2所示。
图2 数字化技术的应用(yòng)场景
3. 國(guó)产化数控系统的发展趋势
数控系统是确保数控机床技术领先的前提和重要保证。预测未来几年國(guó)产化数控系统的发展趋势有(yǒu)以下几点：
（1）向高速度、高效率方向发展。数控机床实现高速化加工，可(kě)以极大地提高加工效率、降低使用(yòng)成本，还可(kě)為(wèi)提高产品的表面加工质量和精度提供有(yǒu)力的技术保证。
（2）向高精度方向发展。通过设置自动间隙补偿功能(néng)和自动监视、自动补偿伺服系统漂移功能(néng)，可(kě)以满足从精密加工到超精密加工、精度等级从微米级到亚微米级乃至纳米级的制造，為(wèi)高精度产品的加工带来福音。
（3）向高可(kě)靠性方向发展。数控系统采用(yòng)大规模专用(yòng)集成電(diàn)路和高速微处理(lǐ)器，通过制造过程中的严格筛选和校验，极大地提高電(diàn)路的可(kě)靠性。随着数字化技术的快速发展，未来数控机床的可(kě)靠性已经成為(wèi)衡量数控系统质量的重要指标。
（4）向复合化、柔性化方向发展。為(wèi)了尽可(kě)能(néng)降低机床工作时的辅助时间，满足柔性化生产的需要，人们希望将不同的加工功能(néng)整合在同一台机床上，因此具有(yǒu)复合功能(néng)的机床成為(wèi)近年来数控系统的发展趋势之一。
（5）向多(duō)轴化方向发展。為(wèi)满足零件表面各种曲面的加工要求，采用(yòng)多(duō)轴联动机床可(kě)在一次装夹条件下实现零件的快速加工，显著改善加工表面的精度等级，大幅度提高加工效率，因此开发轴数控加工设备成為(wèi)适应市场变化的重要手段。
（6）向开放式方向发展。开放式数控系统可(kě)以使用(yòng)户在统一的运行平台上，通过改变、增加或裁剪数控功能(néng)，便捷地将用(yòng)户的特殊需求和技术诀窍集成到系统中，快速实现多(duō)品种、多(duō)档次的开放式数控系统，形成具有(yǒu)市场竞争力的名牌效应。
（7）向智能(néng)化方向发展。智能(néng)加工是基于神经网络控制、模糊控制、数字化网络技术和理(lǐ)论的加工技术，通过在加工过程中模拟人工智能(néng)活动，以解决加工过程许多(duō)不确定性的、需要由人工干预才能(néng)解决的技术问题。智能(néng)化技术涵盖于数控系统的各个层面，它包含加工过程自适应控制技术、加工参数的智能(néng)优化选择、智能(néng)故障自诊断与自修复技术、智能(néng)故障回放和故障仿真技术、智能(néng)化交流伺服驱动装置等。
（8）向网络化方向发展。数控机床实现网络化，可(kě)以使本身的数控系统与外部的其他(tā)控制系统或上游计算机进行网络化的连接，為(wèi)实现人机对话和遠(yuǎn)程通信服務(wù)等功能(néng)铺平道路。数控系统的网络化将极大地满足生产線(xiàn)、制造系统和制造企业对信息集成的需求，也是实现新(xīn)的制造模式的重要手段和必要条件。
4. 结语
随着科(kē)學(xué)技术的飞速发展，先进的数控系统在工业制造领域的应用(yòng)将会越来越多(duō)，提供稳定、可(kě)靠、先进的高档数控装备，构建具有(yǒu)國(guó)际竞争力的数控技术产业链，掌握数控系统的核心技术，满足从规划、设计、分(fēn)析到优化的综合功能(néng)要求，将有(yǒu)力地促进我國(guó)数控技术的全面进步，為(wèi)企业的技术升级和产业结构调整起到催化剂和孵化器的示范效应。
