对与食品的包装进行杀菌时，以往的人工消毒不能达到较好的效果，也会改变食物的风味、色泽以及营养成分等特性。同时还有可能导致微生物的进入，导致运输及仓储不便。采用数控技术进行食品的无菌包装技术，能够有效解决这些问题，并且数控技术已广泛运用于饮料、食品以及乳制品等行业当中，如图3所示。上图为采用数控技术的无菌包装技术机床，设备采用的是热水循环喷淋杀菌，即进行温水预冷，然后采用冷水进行冷却处理，达到杀菌的目的。主要应用在各种玻璃瓶、PET瓶以及易拉罐等饮料的杀菌，并且设备还具有外观美观、性能稳定等特点。经输送带进行传送，将物品送入杀菌机中，受到各温度的影响，使得食物的温度得到有效地调节，从而达到消毒目的。食品经过杀菌设备时，容器将受到来自不同水温的预热及加热、杀菌，最后是冷却的阶段，设备前端进行逐步的加热与后端的冷却处理，能够保持食物的风味、色泽以及营养成分，在达到杀菌的同时，还能保持食物的鲜美。总之，数控技术在工业当中的运用，不仅降低了员工的劳动强度、减少了成产成本，提高了生产的效率，确保了产品的质量。
当前，我国汽车工业的发展迅速，使得汽车的配件加工也取得较大的进步，数控技术在汽车工业当中的运用，某种程度上提高了汽车配件生产与制造的效率，促进了我国汽车工业的更大发展。在汽车工业制造当中，数控技术集加工中心与数控机床于一体，共同组成高效率的柔性生产线，满足当前汽车产品进行更新换代的要求；打破了汽车生产与制造过程的经济规模观念，较好地实现汽车的中小批量以及多品种的需求。对于汽车制造中复杂的零部件而言，运用数控技术进行加工与制造，能够减少各零部件的制造误差，提高加工的效率。与此同时，还有其他的技术：柔性制造技术与虚拟制造技术、集成制造等技术在汽车工业的当中得以推广应用，将汽车加工的制造技术与数控加工的技术紧密相连，促进汽车工业的进一步发展[2]。
宇航工业当中运用数控技术加工零部件，能够满足宇航零部件的特殊加工要求，此外少部分宇航零件的刚度性较差。因此，宇航的工业材质唯有使用数控技术进行小切削力加工，方可实现宇航工业零部件对机械的加工需求。先进的数控技术相对于传统的制造技术而言，不但能够满足零部件对加工的柔性以及精度的要求，而且还能够对铝合金的材质进行切割，有效节约能源，减少加工制造的人力、财力以及费用的支出。
在机械的机床设备加工当中引入数控技术，并借助计算机的控制技术，对机床设备的加工进行全面的有效指挥与控制，确保机床的设备具有较好的加工、生产以及控制的能力，从而可以精准、快速地进行加工。数控技术能够对机床的加工刀具、冷却泵的操作以及工件位置与主轴的变速等情况进行有效控制，从而更快地确保机床设备的生产效率满足要求。与此同时，达到了机床加工的精细化与精度的要求，为我国的机械制造行业的发展提供较好的机床控管功能，因此数控技术在机械的机床加工与制造当中，起到至关重要的作用。
随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，cad/cam与数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。
长期以来，我国的数控系统为传统的封闭式体系结构，cnc只能作为非智能的机床运动控制器。加工过程变量根据经验以固定参数形式事先设定，加工程序在实际加工前用手工方式或通过cad/cam及自动编程系统进行编制。cad/cam和cnc之间没有反馈控制环节，整个制造过程中cnc只是一个封闭式的开环执行机构。在复杂环境以及多变条件下，加工过程中的刀具组合、工件材料、主轴转速、进给速率、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加工参数，无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整，更无法通过反馈控制环节随机修正cad/cam中的设定量，因而影响cnc的工作效率和产品加工质量。由此可见，传统cnc系统的这种固定程序控制模式和封闭式体系结构，限制了cnc向多变量智能化控制发展，已不适应日益复杂的制造过程，因此，对数控技术实行变革势在必行。
2 数控技术发展趋势
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 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。在数控技术领域，实时智能控制的研究和应用正沿着几个主要分支发展：自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等。例如在数控系统中配备编程专家系统、故障诊断专家系统、参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统，在高速加工时的综合运动控制中引入提前预测和预算功能、动态前馈功能，在压力、温度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使数控系统的控制性能大大提高，从而达到最佳控制的目的。
2.2 功能发展方向
(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)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。
(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。
(4)内装高性能plc 数控系统内装高性能plc控制模块，可直接用梯形图或高级语言编程，具有直观的在线调试和在线帮助功能。编程工具中包含用于车床铣床的标准plc用户程序实例，用户可在标准plc用户程序基础上进行编辑修改，从而方便地建立自己的应用程序。
(5)多媒体技术应用 多媒体技术集计算机、声像和通信技术于一体，使计算机具有综合处理声音、文字、图像和视频信息的能力。在数控技术领域，应用多媒体技术可以做到信息处理综合化、智能化，在实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、生产过程参数监测等方面有着重大的应用价值。
2.3 体系结构的发展
(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、epld、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)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。
(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。
(4
)通用型开放式闭环控制模式 采用通用计算机组成总线式、模块化、开放式、嵌入式体系结构，便于裁剪、扩展和升级，可组成不同档次、不同类型、不同集成程度的数控系统。闭环控制模式是针对传统的数控系统仅有的专用型单机封闭式开环控制模式提出的。由于制造过程是一个具有多变量控制和加工工艺综合作用的复杂过程，包含诸如加工尺寸、形状、振动、噪声、温度和热变形等各种变化因素，因此，要实现加工过程的多目标优化，必须采用多变量的闭环控制，在实时加工过程中动态调整加工过程变量。加工过程中采用开放式通用型实时动态全闭环控制模式，易于将计算机实时智能技术、网络技术、多媒体技术、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，构成严密的制造过程闭环控制体系，从而实现集成化、智能化、网络化。
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。
作者单位：张俊（北京市东直门外望京路4号，北京机床研究所数控工程中心，邮编：100102）
魏红根（北京机床研究所）
参考文献
关键词 自动计数；数控技术；机械加工
中图分类号TG659 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）77-0165-02
0 引言
数控技术是通过数字信息对机械加工及运动过程加以控制的技术，因集合了多项专业技术，具有高效、精准、自动化等特点，从机械加工到精细雕刻，数控技术的应用非常广泛。
1 数控技术的特点
数控技术使用数字信息对机械加工及运动过程实施控制，在工业生产及加工中具有重要作用。数控技术是多种技术的融合，其中包括计算机技术、网络通信技术、机械制造技术、传感检测技术、光机电技术，因而能够在生产及加工中实现多种技术的应用，并且自身还具有高效、精准、自动化等优势。通过计算机编程控制，设备能够按照程序要求完成相应的机械加工，大大提高了工作效率。特别是在电子技术发展的推动下，数控系统的性能不断提高，成为先进机械加工的主体。其特点主要表现在：可以改变加工工艺参数，方便实现换批加工及新产品研制；可在一次装夹工件实现多道工序的加工，保证加工精度；可以完成普通机床难以达到的零件曲面形状的加工；可以使用模块化的标准工具，提高标准化管理水平。正是基于以上特点，数控技术的应用领域非常广泛。
2 数控技术的应用领域
目前，数控技术在以下领域的应用体现出强大的优势：
第一，数控机床领域。数控机床是数控技术应用最为成熟的领域。机床是制造业的重要生产设备，数控技术能够为机械加工提供良好的机床控制能力，运用数控技术对机床加工，生产质量更有保证，且生产效率大大提高。在数控机床领域，其操作步骤是编写程序清单，根据零件加工图样用数字代码描述工艺过程、尺寸及相关参数，通过代码控制，将刀具和工件间的位置，主轴、变速和刀具的选择，冷却泵操控等动作按顺序编排，利用穿孔机制作穿孔纸带，纸带上的加工能够信息通过光电输入机传递至数控装置，数控计算机再发出指令，由机床执行各种指令，直至生产加工出所需零件。如果加工对象发生变化，工作人员只需重新编写加工程序，机床本身并不需要进行调整，其机床控制的灵活性很强，自动化生产加工及管理更利于提高工作效率。
第二，煤矿机械加工领域。煤炭是生产生活的重要能源，采煤需求带动采煤机的发展。但是不同煤矿的环境各有区别，采煤机需要适应各种不同环境下的采煤需求，种类很多，小批量生产居多。传统机械加工难以实现单件下料，数控技术的应用则能轻松解决这一问题，直接替代过去的仿型法，套料的选用方案得到优化。使用数控技术后，采煤机切割速度提高，而且带来比传统机械加工更理想的效果，也避免了人工采矿的危险。数控气割机中装有可自动调节的缝补偿装置，适合根据构件的实际轮廓进行控制，精确控制加工余量，创造最优利润。
第三，注塑加工领域。塑料是工业生产中的重要材料，广泛应用于各个行业。注塑机就是一种塑料成型加工设备，它使用柱塞式螺杆或螺旋式螺杆，把预先均匀塑化的热塑性塑料、固性塑料推挤到闭合模具型腔，再经过保压、冷却，形成注塑成品。注塑成型加工基本上能够应对各种复杂形状的生产要求，在国防、航空、运输、电气、建筑、农业、医疗、日常生活等多个领域展现出优势。但是注塑机发展过程中面临着生产过程变化需要重新安装的问题，操作不便。随着数控技术的应用，注塑机的程序、过程、温度已实现数字控制，并向联机控制发展。
第四，汽车工业领域。近年来我国汽车工业发展迅速，汽车销量不断增加，由此也对汽车工业生产提出更高的要求。数控技术应用于汽车零部件加工，可提高复杂零部件的制造速度，带动汽车制造提速。数控技术易于满足零部件产品不断更新换代的需求，接近于组合机床刚性自动线的生产效率，使品种多、批量小的生产得到实现。数控技术凭借其特有的优势使零部件更新换代更易于实现，从而更好地满足消费者的个性化需求，增强我国汽车零部件制造在国际市场的竞争地位。
第五，纺织加工领域。纺织业是我国的传统产业，也是优势产业。在纺织行业，并条机与印花机是最为重要的两大机械。并条机用于调整棉花单位长度的质量，并确保纤维方向的一致，印花机负责进行染色印花。但传统并条机在棉条质量和均匀度控制方面并不理想，应用数控技术则有效提升速度与精度。同样在印花机的数控改造中，运用数控装置开展检测和同步控制，可实现精准印花。
第六，木材加工领域。木材是工业生产的重要原材料，木材加工效果取决于加工机械，先进的加工机械对于提高加工精度和速度具有直接影响。数控技术应用于各类木材加工设备，可提高加工的效率、精度和资源利用率，减少限制因素。例如数控带锯机可实现板材的曲线加工，实现板材的充分利用，避免不必要的材料浪费；全自动喷漆系统可对固定和移动的工件表面喷漆。
第七，工艺雕刻领域。传统的工艺雕刻以人工为主，生产效率相对较低，而且对工艺雕刻人员的技术要求很高，制作成本高，不易实现批量化生产。近年来工艺品的市场需求不断增长，数控技术的应用可将传统的手工工艺雕刻转化为数控雕刻，应用数控设备精确雕刻，不仅成本降低，生产周期也能明显缩短。
3 数控技术的应用展望
目前数控技术的发展越来越快，应用领域不断拓展，并已成为国际竞争的重要内容。今后数控技术还将继续提高智能化、自动化、网络化的技术功能，因此，数控技术涉及的内容也将更加复杂。为推动我国数控技术的发展，政府部门应制定专项发展战略，鼓励数控技术的研发创新，积累自主知识产权，从而不断提升我国在数控领域的国际地位。
4 结论
数控技术在生产及加工领域的应用成为国家技术水平的体现，它是各种先进制造系统的基础，是实现机械制造自动化的关键，目前在很多领域已彰显出巨大的优势，今后还将伴随技术的发展在更多的领域绽放光彩。
参考文献
[1]方媛，卞奕明，李艳平.机电一体化数控技术在煤矿机械中的应用[J].煤炭技术，2012（7）.
【论文摘要】：随着计算机业的快速发展，数控技术也发生了根本性的变革，是近年来应用领域中发展十分迅速的一项综合性的高新技术，文章结合国内外情况，分析了数控技术的发展趋势。
1. 引言
数控技术是一门集计算机技术、自动化控制技术、测量技术、现代机械制造技术、微电子技术、信息处理技术等多学科交叉的综合技术，是近年来应用领域中发展十分迅速的一项综合性的高新技术。它是为适应高精度、高速度、复杂零件的加工而出现的，是实现自动化、数字化、柔性化、信息化、集成化、网络化的基础，是现代机床装备的灵魂和核心，有着广泛的应用领域和广阔的应用前景。
2. 国内外数控系统的发展概况
随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理。
长期以来，我国的数控系统为传统的封闭式体系结构，cnc只能作为非智能的机床运动控制器。加工过程变量根据经验以固定参数形式事先设定，加工程序在实际加工前用手工方式或通过cad/cam及自动编程系统进行编制。cad/cam和cnc之间没有反馈控制环节，整个制造过程中cnc只是一个封闭式的开环执行机构。在复杂环境以及多变条件下，加工过程中的刀具组合、工件材料、主轴转速、进给速率、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加工参数，无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整，更无法通过反馈控制环节随机修正cad/cam中的设定量，因而影响cnc的工作效率和产品加工质量。由此可见，传统cnc系统的这种固定程序控制模式和封闭式体系结构，限制了cnc向多变量智能化控制发展，己不适应日益复杂的制造过程，因此，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为我们国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。
3. 数控技术的发展趋势
数控技术的应用不但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象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业的发展起着越来越重要的作用。从目前世界上数控技术发展的趋势来看，主要有如下几个方面：
3.1 高精度、高速度的发展趋势
尽管十多年前就出现高精度高速度的趋势，但是科学技术的发展是没有止境的，高精度、高速度的内涵也在不断变化，目前正在向着精度和速度的极限发展。
效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一，国际生产工程学会将其确定为21世纪的中心研究方向之一。在轿车工业领域，年产30万辆的生产节拍是40秒/辆，而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一；在航空和宇航工业领域，其加工的零部件多为薄壁和薄筋，刚度很差，材料为铝或铝合金，只有在高切削速度和切削力很小的情况下，才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料"掏空"的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装，使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。
3.2 5轴联动加工和复合加工机床快速发展
采用5轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。一般认为，1台5轴联动机床的效率可以等于2台3轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时，5轴联动加工可比3轴联动加工发挥更高的效益。但过去因5轴联动数控系统、主机结构复杂等原因，其价格要比3轴联动数控机床高出数倍，加之编程技术难度较大，制约了5轴联动机床的发展。当前由于电主轴的出现，使得实现5轴联动加工的复合主轴头结构大为简化，其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型5轴联动机床和复合加工机床（含5面加工机床）的发展。
3.3 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势
21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。
目前许多国家对开放式数控系统进行研究，数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。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、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。
4. 结束语
随着人们对数控技术重视，它的发展越发迅速。文中简要陈述当前的发展趋势，另外数控技术的正不断走向集成化，并行化，仍有广阔的发展空间。
参考文献
[1] 王立新. 浅谈数控技术的发展趋势[j]. 赤峰学院学报. 2007.
[2] 董淳. 数控系统技术发展的新趋势[j]. 可编程控制器与工厂自动化. 2006.
关键词： 网络化 数控技术 共享
一、引言
自从上世纪五十年代第一代数控机床问世以来，传统的制作业发生了革命性变化，特别是随着计算机辅助技术和网络技术不断发展，数控加工在工业制造业中的作用越来越重要。
当今全球化的贸易体系和市场竞争已经日益显现，制造业同样面临着激烈竞争。建立网络化的数控加工体系，可以通过计算机网络组织制造资源，把分布在不同地区的现有生产设备资源、智力资源和各种核心能力，按资源优势互补的原则有效加以利用，实现网络设计、网络制造、网络监控、网络营销及网络管理等功能，从而提高加工速度和质量，降低加工成本，提高设备利用率，使企业在瞬息万变的激烈市场中立于不败之地。
网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。如在EMO2001展中，日本山崎马扎克（Mazak）公司展出的“CyberProduction Center”（智能生产控制中心，简称CPC）、日本大隈（Okuma）机床公司展出的“IT plaza”（信息技术广场，简称IT广场）、德国西门子（Siemens）公司展出的Open Manufacturing Environment（开放制造环境，简称OME）等，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。
二、网络化数控的基本概念
数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。网络化数控就是通过Internet/Intranet网络将制造单元和控制部件相连，或将制造过程所需的资源（如加工程序、机床、工具、检测监控仪器等）共享。网络化包括两个方面：内部网络（现场总线网络）和外部网络。
所谓内部网络是指数控系统内CNC单元与伺服驱动及I/O逻辑控制等单元，以现场总线网络连接。
所谓外部网络，指的是数控系统与系统外的其他控制系统或外部上位电脑以网络连接，通过网络实现对设备的远程控制和无人化操作、远程加工程序（特别是大容量程序）传输、远程诊断和远程维修服务等技术服务，并提高机床生产率。
三、网络化数控技术的特点
数控技术使机床向高速化方向不断发展，不但大幅度提高了加工效率、降低加工成本，还提高了零件的表面加工质量和精度，而且大大提高了机床加工的可靠性。数控技术的网络化有以下主要特点：
1.开放性
数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。
2.柔性化
“柔性自动化技术”以数控技术为核心，将计算机技术、信息技术与生产技术有机结合在一起。其应用范围可包括产品设计、加工制造和相应的信息与管理系统。柔性自动化技术是当今机械制造业适应市场动态需求，加速产品更新的主要手段。网络化数控技术使柔性技术从点（数控单机、加工中心和数控复合加工机床）、线（FMC、FMS、FTL、FML）向面（工段车间独立制造岛、FA）、体（CIMS、分布式网络集成制造系统）的方向发展，不仅能够提高生产效率、减轻劳动强度，还能提高产品质量、缩短制造周期和交货期、大幅度降低成本。
3.实用性
数控机床的网络化，把数控加工机床、加工信息、加工数据图纸等硬件、软件和信息资源共享到网络上，大大减少了加工图纸、加工程序编制的时间，从而大大提高了生产效率。机床联网可以使数控机床共享大容量、高可靠性的硬盘，并及时地向远程监控点提供当前加工状态信息，接收远程监控命令，为远程监控及网络制造提供基础。
四、网络化数控的关键技术
1.接口技术
统一标准的接口是数控系统开放化的基础，数控系统中的各个功能模块就是通过标准的接口和通信协议连接起来。
STEP-NC是数控加工领域内一个新的NC编程接口标准（ISO14649），STEP-NC将产品模型数据交换标准（Standard for the Excharge of Product model data，STEP）扩展至数控系统领域，重新规定了CAD/CAM与数控系统之间的接口，为数控系统的智能化、集成化、网络化提供了良好的接口平台。
2.集成技术
网络数控系统的集成是将原来独立运行的多个单元系统集成为一个能协调工作和功能更强的新系统。集成不是简单的连接，而是要解决系统之间的互连和互操作性问题，它是一个多厂商、多协议和面向各种应用的体系结构。数控系统的集成不仅需要解决各类设备、子系统间的接口、协议、系统平台、应用软件等网络和功能集成问题，同时还需要解决建筑环境、施工配合、组织管理和人员配备相关的一切面向集成的问题。集成的目的在于制造企业组织结构和运行方式的合理化和最优化，以提高企业对市场变化的快速响应能力，并追求最高的效果和长期利益。集成要借助现代管理技术、计算机技术、自动化技术和信息技术实现技术的集成，同时还要强调人的集成。计算机是集成的工具，计算机辅助单元技术是集成的基础，信息交换是桥梁，信息共享是关键。
3.网络技术
网络技术的发展是网络数控的前提和必要条件，完善的网络系统和先进的网络技术是数控网络化的基础。计算机网络的发展为数控系统网络化提供了软硬件技术条件，同时数控系统中数控机床的加工程序、控制信号及测量反馈信号都已数字化，满足了网络化的需求。数控机床可以通过串口方式、现场总线和局域网等方式联网。
4.信息管理技术
数控加工信息管理是整个数控系统运行的保证，对于数控系统来说信息管理是至关重要的。数控加工信息包括数控机床管理、任务管理、刀具管理、机床通信管理、文件管理等。数控加工的所有信息需要建立数据库，数据采集、处理和维护都是通过相应的信息管理系统完成的。
五、网络化数控技术的优点
1.可以提高数控设备的生产效率
通过网络不仅能够及时、准确地采集数控设备的加工时间信息、不良品信息、停机信息、机床报警信息、首件检验信息和刀具使用寿命等信息，对信息进行分析，从而加大对设备的监控力度，产品质量得到保障，而且可以通过网络平台，实现制造资源的全球共享、支持跨地区跨平台的全球制造，极大地提高数控设备的利用率。
2.可以远程监控和诊断
网络化数控系统可以满足用户对数控机床的远程故障监控、故障诊断、故障修复的要求。当数控系统产生故障时，生产厂家可以通过网络得到数控系统生产厂家、数控设备专家对设备的快速诊断与维护，从而大大减少维护的盲目性，提高设备完好率。
3.实现虚假制造
在网络化环境里，可以实现虚拟生产环节，通过虚拟设计、制造、检测和分析以减少重复劳动，及时发现问题、修正错误和偏差，缩短产品设计开发和制造周期，提高一次成功率。虚拟制造技术的应用对提高产品研制生产能
力，提高制造质量，缩短制造周期有着非常重要的意义。
六、网络化数控系统在我国的应用
近年来，我国已开发华中I型、航天I型、中华I型等数控系统，达到了国际先进水平，获得了国家科技进步二等奖、国家教委科技进步一等奖。在国家863计划和科技攻关计划多年连续的支持下，我国基本掌握了网络化数字化制造系统的基础。2001年北京国际机床博览会上，华中数控与北京第一机床厂合作，展示了基于Internet的远程故障诊断技术；与桂林机床股份有限公司合作，展出了由四台机床联网组成的远程控制技术；又在常柴股份有限公司的模具车间，将5台加工中心与仿形数控机床联网，进行远程设计、编程，然后通过Internet传送和共享零件加工程序，实现了CAD/CAM/CNC网络集成。
七、结语
日本Mazak公司认为：在多品种小批量制造环境下，单台数控设备仅有25%的时间在切削，创造价值，而余下的75%时间不创造价值，机床联网后，大大提高了机床的开工时间和效率。虽然我国目前也自主开发了具有较高水准的数控加工系统，但是不可否认，我国加工设备整体水平与国际先进水平差距较大，存在着设备闲置、信息封闭、效率低下等问题，造成数控设备资源的极大浪费，阻碍了企业竞争力的增强，削弱了先进制造业的优势。运用网络通信技术，建立面向数控加工的网络化系统，实现网络设计、网络制造、网络监控、网络培训、网络营销及网络管理等功能，使先进制造装备更好地发挥其作用，不仅可以提高产品的加工质量和生产效率，而且能敏捷地响应瞬息万变的市场。
参考文献
［1］于平，尤波.网络化数控技术浅议［J］.锅炉制造，2006，5（2）.
关键词：数控系统；发展过程；趋势；应用分析
中图分类号： TG659 文献标识码： A
现代数控技术的发展具有高精度、高效率等特点，拥有微电子、计算机、信息处理、自动检测及控制技术的功能，为了在越来越激烈的全球巿场竞争中立于不败之地，各发达国家均对不同的工业项目投入巨资，以发展自己的数控技术。而我国数控技术的发展在现代制造业的转型过程中起到了基础性的作用，是国家工业和国防工业的重要手段，关系到我国在世界上的战略地位，更体现了我国的综合国力水平。
1、数控技术概念及发展现状
1.1国际数控技术的发展现状
所谓数控技术，是一种集机、电、液、光、计算机、自动控制技术为一体的知识密集型技术，它是制造业实现现代化、柔性化、集成化生产的基础，同时也是提高产品质量，提高生产率必不可少的物质手段。数控技术还是机械加工自动化的基础，是数控机床的核心技术，其水平高低直接关系到国家战略地位。数控机床随着信息技术、微电子技术、自动化技术和检测技术的发展而发展，早已成为一个国家综合竞争实力的重要标志，工业发达国家对数控机床的发展高度重视，竞相发展高精、高效、高自动化的数控机床，以加速工业和国民经济的发展。
1.2我国数控机床的发展现状
目前我国生产的数控机床可以大致分为经济型机床、普及型机床、高档型机床三种类型。经济型机床基本都是开环控制；普及型机床采用半闭环控制技术，分辨率可达到1微米；高档型机床采用闭环控制，同时具有高精度、高速度、复合化，具有各种补偿功能、新控制功能、自动诊断，分辨率可以达到0.1微米，计算机能够代替人进行编程。
自2000年，在市场需求的拉动下，国内数控机床以年均30%的速度增长，从2003年开始，中国连续7年成为全球最大的机床消费国，目前是世界上最大的数控机床进口国。同时中国也是世界最大的数控机床生产国。在2010年，世界28个机床生产国的产值超过660亿美元，其中中国、日本、德国位列全球机床生产的前三位，分别占全球市场份额的32%、18%和15%。在国内应用的经济型数控机床基本都是国内产品，国内产品不管是从质量上还是从可靠性上都可以满足大部分机床用户的需要。
2、数控机床的发展趋势
2.1追求高速高精度控制是数控技术发展永恒的目标
数控机床的应用与发展对数控系统提出了更高要求，其中高速高精度运动控制成为现代数控系统的关键技术，已得到国内外的普遍关注，并从理论方法到实际应用进行了大量的研究和实践，有效推动了高档数控机床的技术进步，满足了现代航空、汽车以及模具制造业等对零件形状、加工精度、表面质量和加工效率等不断提高的要求，高速高精度数控加工已成为主流切削加工方式。
为达到高速高效加工，如何保证在机床运动平稳的前提下，实现以过渡过程时间最短为目标的最优加减速控制规律，使机床具有满足高速加工要求的加减速特性，是加减速研究的关键问题。加减速控制方法可以归纳为传统加减速法和柔性加减速法：传统加减速法有梯形加减速法和指数加减速法等方法；柔性加减速法有三角函数加减速法、S曲线加减速法和多项式加减速法等。传统的梯形和指数加减速由于存在加速度突变而影响运动平稳性，柔性加减速由于加速度连续，在高速加工中倍受关注。
另外伴随着电子技术的高速发展，采用高性能CPU、存储器等集成化标准化模块，改善了机床动态、静态特性，提高系统的快速响应能力、提高反馈和控制环节的数据分辨率等，保障了机床的高速高精高效化。
2.2柔性化是提高数控加工效率的有效手段
柔性化分为两方面，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。这两方面都可以降低生产成本，大幅度提到产品的加工效率。
2.3智能化、数字化、网络化已占据了数控技术的主导
数控机床发展到今天，软件在其中的作用已越来越显著，然而研发消耗的精力与消耗的成本也越来越高，由于数控系统中的软件大多都是嵌入式软件，与硬件有着紧密关系并且运行在特定的硬件环境中，使得整个数控系统的性能、智能化水平的高低及可靠行的优劣等都是由硬件环境及软件共同决定的，更好的开发与完善软件的性能，也是挺高数控机床品质的重要环节。
2.4环保节能成为新的课题
随着人们环境保护意识的加强，对环保的要求越来越高。不仅要求在机床制造过程中不产生对环境的污染，也要求在机床的使用过程中不产生二次污染。在这种形势下，装备制造领域对机床提出了无冷却液、无液、无气味的环保要求，机床的排屑、除尘等装置也发生了深刻的变化。绿色加工工艺愈来愈受到机械制造业的重视。目前在欧洲的大批量机械加工中，已有10％一15％的加工实行了干切削或准干切削。我国在改造自然和社会发展方面取得了辉煌的成就，但与此同时，生态破坏与环境污染对国民的生存和我国的发展已构成了很大的威胁。因此保护和改善生态环境，实现国民经济的稳定和持续增长，是个紧迫而艰巨的任务。数控行业也正朝着更加高效和环保的方向发展，为我国的环境保护事业承担起一份应尽的责任。
3、我国数控机床的发展方向
我国数控机床在过去十几年的发展中进步是巨大的，然而事实上，由于国内数控系统生产企业的起点都很低，导致了企业的技术水平相对落后，再加上数控技术发达国家的技术封锁和低价倾销的竞争策略，使国内数控系统生产企业在设计原理、元器件及应用技术上与发达国家相比差距较大，但迫于企业生存的压力，有两方面桎梏束缚了我国数控技术前进的步伐，其一低端产能过剩，另一方面高端产能明显不足。
数控机床的水平、品种和生产能力，直接反映了国家综合实力。在制造业向数字化和智能化转型过程中，对于设备组成部件的性能有了更高的要求，包括精密性、表面质量等，尤其是在一些高新技术产业领域，如航天、通信等。市场技术需求的转变，对数控机床行业的发展提出了新的挑战，迫使我国数控机床技术在高速化、复合化、精密化、多轴化等方面取得大的突破，不断增强我国高端数控机床的竞争力，才能牢牢抓住制造业转型中的良好机遇。
提高我国数控机床的竞争力，笔者认为应做好如下三方面：
3.1注重人才培养，提高研发能力。
数控机床行业是具有高技术含量的行业，对于我国高端数控机床竞争力不强的局面，很大程度在于基础研究不够，很多企业只关心制造机床，却没有研发能力。我国现在工程教育的非工程化，使得我们培养出来的人才，工程实践知识较少，创新能力较弱，从技术上就受制于人。
3.2开发核心技术，增强竞争力。
目前很多机床制造企业在遇到市场压力下，首先想到的是降价，而不是去想办法提高产品附加值。过分追求降低成本，造成配套品质下降，恶性价格竞争，企业效益不好，赢利有限，使企业减弱再发展能力。
3.3加大政策扶持，提供专项帮助。
数控技术直接反映了国家的综合实力，国家政策对于数控机床行业的技术发展有着重要影响。虽然国家分别在2005年和2011年就数控机床行业发展出台了专项规划，但支持力度仍明显不足，因此，国家政策的扶持力度还有待进一步加强。
4、结束语
当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。我国正处于经济发展的关键时期，制造技术是其中相对薄弱的环节。只有跟上发展先进数控制造技术的世界潮流，将其放在战略优先地位，并以足够的力度予以实施，才能尽快缩小与发达国家的差距，才能在激烈的市场竞争中立于不败之地。
参考文献：
[1] 陈成．实现高速数控加工关键技术的研究．机械工程与自动化，2009.
[2] 邹庆华．数控高效加工理论研究．机电产品开发与创新，2010.
在我国，数控技术与装备的发展亦得到了高度重视，近年来取得了相当大的进步。特别是在通用微机数控领域，以PC平台为基础的国产数控系统，已经走在了世界前列。但是，我国在数控技术研究和产业发展方面亦存在不少问题，特别是在技术创新能力、商品化进程、市场占有率等方面情况尤为突出。在新世纪到来时，如何有效解决这些问题，使我国数控领域沿着可持续发展的道路，从整体上全面迈入世界先进行列，使我们在国际竞争中有举足轻重的地位，将是数控研究开发部门和生产厂家所面临的重要任务。
为完成此任务，首先必须确立符合中国国情的发展道路。为此，本文从总体战略和技术路线两个层次及数控系统、功能部件、数控整机等几个具体方面探讨了新世纪的发展途径。
1总体战略
制定符合中国国情的总体发展战略，对21世纪我国数控技术与产业的发展至关重要。通过对数控技术和产业发展趋势的分析和对我国数控领域存在问题的研究，我们认为以科技创新为先导，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将是一种符合我国国情的发展数控技术和产业的总体战略。
1.1以科技创新为先导
中国数控技术和产业经过40多年的发展，从无到有，从引进消化到拥有自己独立的自主版权，取得了相当大的进步。但回顾这几十年的发展，可以看到我们在数控领域的进步主要还是按国外一些模式，按部就班地发展，真正创新的成分不多。这种局面在发展初期的起步阶段，是无可非议的。但到了世界数控强手如林的今天和知识经济即将登上舞台的新世纪，这一常规途径就很难行通了。例如，在国外模拟伺服快过时时，我们开始搞模拟伺服，还没等我们占稳市场，技术上就已经落后了；在国外将脉冲驱动的数字式伺服打入我国市场时，我们就跟着搞这类所谓的数字伺服，但至今没形成大的市场规模；近来国外将数字式伺服发展到用网络（通过光缆等）与数控装置连接时，我们又跟着发展此类系统，前途仍不乐观。这种老是跟在别人后面走，按国外已有控制和驱动模式来开发国产数控系统，在技术上难免要滞后，再加上国外公司在我国境内设立研究所和生产厂，实行就地开发、就地生产和就地销售，使我们的产品在性能价格比上已越来越无多大优势，因此要进一步扩大市场占有率，难度自然就很大了。
为改变这种现状，我们必须深刻理解和认真落实“科学技术是第一生产力”的伟大论断，大力加强数控领域的科技创新，努力研究具有中国特色的实用的先进数控技术，逐步建立自己独立的、先进的技术体系。在此基础上大力发展符合中国国情的数控产品，从而形成从数控系统、数控功能部件到种类齐全的数控机床整机的完整的产业体系。这样，才不会被国外牵着鼻子，永远受别人的制约，才有可能用先进、实用的数控产品去收复国内市场，打开国际市场，使中国的数控技术和数控产业在21世纪走在世界的前列。
1.2在商品化上狠下工夫
近几年我国数控产品虽然发展很快，但真正在市场上站住脚的却不多。就数控系统而言，国产货仍未真正被广大机床厂所接受，因此出现国产数控系统用于旧机床改造的例子较多，而装备新机床的却很少，机床厂出产的国产数控机床大多数用的都是国外的系统。这当然不是说旧机床的数控化改造不重要，而是说明从商品的角度看，我们的数控系统与国外相比还存在相当大的差距。
影响数控系统和数控机床商品化的主要因素除技术性能和功能外，更重要的就是可靠性、稳定性和实用性。以往，一些数控技术和产品的研究、开发部门，所追求的往往是一些体现技术水平的指标（如多少通道、多少轴联动、每分钟多少米的进给速度等等），而对影响实用性的一些指标和一些小问题却不太重视，在产品的稳定性、鲁棒性、可靠性、实用性方面花的精力相对较少。从而出现某些产品鉴定时的水平都很高，甚至也获各种大奖。但这些高指标、高性能的产品到用户哪儿却由于一些小问题而表现不尽人意，最后丧失了信誉，打不开市场。这说明，高指标、高性能的样机型的产品离用户真正需要的实用、可靠的商品是有相当大的距离的，将一个高指标、高性能的产品变为一个有市场的商品还需作出大量艰苦的努力。
另一方面，数控系统和数控机床不像家电类产品那样易于大批量生产，应用环境也不那么简单。数控产品是在生产环境中使用，面临的是五花八门的工艺问题。如果开发部门对这些问题掌握得不透，就难以将产品设计得很完善。而且数控产品的某些问题在开发、试用，甚至鉴定时都难以发现。这就造成，同样型号的数控机床在有的用户那儿运行得很好，而在别的用户那儿却表现欠佳。或者同样型号的数控机床用于加工某些零件工作得很好，但用于加工其他零件时却不尽人意。出现这种情况，有时是用户操作人员的水平问题，但有时就是数控产品本身潜在问题的暴露。为解决这一问题，国外一些公司设立了专门机构来测试考验自己的产品，如为考验新开发的数控系统，厂家自己设计和从生产实际中收集了大量零件程序，让数控系统运行各种各样的程序，一旦发现问题，即立即反馈给开发部门予以解决。经过这样的测试考验过程后，数控系统的潜在问题就大为减少。以往，我们的产品就很少进行这样严格的全面的自我测试考验。好些问题要等到用户去给我们挑出来。这样，即使一个小问题也将严重影响国产数控产品的声誉。
因此，我们应充分重视上述问题，在商品化上切实狠下工夫，将其作为数控产业的主干来抓，贯穿于技术研究、产品开发、试制、生产等的全过程中，从而将我们已有的技术水平较高的数控产品变成真正有市场的好商品。
1.3将管理和营销作为产业发展重点
经过20来年市场风雨的冲击，国人已越来越认识到，技术固然重要，但在市场经济的环境下，要在激烈的全球竞争中获胜，管理和营销就显得更为重要。例如，我国台湾生产的数控机床不但占领了大陆市场的相当大的份额，而且还打进了美国市场。是台湾数控机床的技术和质量超过美国了吗？显然不是。那他们靠的是什么？重要的一条就是在企业管理和产品营销上下了工夫。而我们长期以来把主要精力放在开发技术和提高水平上，忽视了经营管理、市场开拓、产品营销等方面的工作，结果在新技术、新产品开发出来以后，在产品质量提高以后，企业仍然处于产品销售不畅的困境［1］。国内外的经验说明，数控产品的竞争力不仅取决于技术，更取决于经营管理能力和营销能力。
因此，从现在起我们应将管理和营销作为产业发展重点，真正摆脱计划经济时代所遗留下来的思维方式和工作习惯的束缚，建立适应市场的高效、灵敏的运行机制和有效的激励机制。通过这种机制，一方面切实加强企业管理，激发企业负责人和广大职工的负责精神、创造精神和献身精神，努力提高产品的竞争能力；另一方面充分调动企业内外、行业内外一切积极因素，大力加强市场开拓力度，奋力打通营销渠道。可以坚信，有过硬竞争力的产品，再加上北京开关厂那样的“找、挣、钻、抢”精神，我们就一定能在市场竞争中取得胜利。
1.4大力加强技术支持和服务
数控系统和数控机床作为典型的高技术产品，对用户的技术支持和服务是相当重要的。以前国产数控产品丧失信誉的原因，除可靠性问题外，另一大问题就是缺乏有力的技术支持和服务。用户花了很多钱买的数控机床或数控系统，一旦出现问题却叫天天不应，叫地地不灵，以后谁还敢买我们的产品。因此，应将对用户的技术支持和服务当成重要的日常工作来抓，使我们在市场上向纵深挺进时，有一个强大后方。因此，为了取得数控产品市场竞争的全面胜利，必须建立以技术支持和服务为核心的强大后方。当然，为赢得主动，后方也须主动出击。目前，利用先进的信息技术手段（如网络和多媒体），将为建立新一代立体化的技术支持和服务体系开辟新的途径。
1.5坚持可持续发展道路
可持续发展是下一世纪企业发展的重要战略，我国数控产业要有大的发展也必须坚持走可持续发展的道路。绿色是实现可持续发展的重要途径，其主要思想是清洁和节约。为此应大力加强绿色数控产品的开发，加速促进数控产品、数控产业以及整个制造业的绿色化，主要战略措施应考虑以下几方面：①有效减少产品制造及使用过程中的环境污染。如减少数控机床的铸件结构，消除铸造对环境的污染；将数控机床主轴的以油气、喷油等取代油雾，减少对生产环境的污染；在精密数控机床及其运行环境的温度控制中取消氟利昂制冷的恒温技术；以电传动代替机械传动，减少噪声污染。②大幅度降低资源消耗和能源消耗。如以软件代替硬件，从而减少硬件制造的资源和能源消耗及污染，并减少产品寿命结束后硬件装置的拆卸回收问题；以永磁驱动代替感应驱动，提高效率和功率因数，节约能源；以电传动代替机械传动，提高效率，减少能源消耗。③加强用数控技术改造传统机床。这既符合运用信息技术和自动化技术改造传统产业，使传统产业生产技术和装备现代化这一产业可持续发展的目标得以实现，又可取得巨大的经济效益。我国拥有普通机床数百万台，加强用数控技术改造传统机床将成为下世纪我国数控领域的重要发展方向。④大力发展绿色数控机床。绿色数控机床应是材料消耗少、能耗低、无污染，寿命长且便于拆卸回收的新型机床。例如，以并联结构代替串联结构就是开发绿色数控机床的一条途径，这是因为并联结构机床消耗的金属材料仅为常规串联结构机床的几分之一，其加工量也比常规机床大幅度减少，特别是消除了大型结构件的铸造，这将显著降低机床制造过程中的能源消耗和对环境的污染。此外，并联结构机床有利于采用电传动，效率高，可有效降低使用中的能源消耗。
国际标准化组织制定了ISO14000环境管理标准，全球环境问题“法律化”的趋势正在进一步发展，可持续发展将成为企业通向国际市场的通行证［2］。因此，我们的数控产品要在下一世纪走向国际市场，我们的企业就必须“从我做起，从现在做起”。
2技术途径
2.1发展具有中国特色的新一代PC数控系统
数控系统是各类数控装备的核心，因此通过科技创新首先发展具有中国特色的新型数控系统，将是推动数控产业化进程的有效技术途径。
实践证明，10年来我们所走的PC数控道路是完全正确的。PC机（包括工业PC）产量大、价格便宜，技术进步和性能提高很快，且可靠性高（工业PC主机的MTBF已达30年［3］）。因此，以其作为数控系统的软硬件平台不但可以大幅度提高数控系统的性能价格比，而且还可充分利用通用微机已有软硬件资源和分享计算机领域的最新成果，如大容量存储器、高分辨率彩色显示器、多媒体信息交换、联网通讯等。此外，以通用微机作为数控平台还可获得快速的技术进步，当PC机升级换代时，数控系统也可相应升级换代，从而长期保持技术上的优势，在竞争中立于不败之地。
目前，PC数控系统的体系结构有2种主要形式：（1）专用数控加PC前端的复合式结构；（2）通用PC加位控卡的递阶式结构。另外还有一种正在发展的数字化分布式结构。其方案是将由DSP等组成的数字式伺服通过以光缆等为介质的网络与数控装置连接起来，组成一完整的数控系统。这种系统虽然性能很好，但由于开发和生产成本太高，近期难以被国内广大用户所接受。我们认为，上述结构并不是符合中国国情的最好方案，适合中国国情的应是将所有数控功能全软件化的集成式结构，因为这种结构的硬件规模最小，不但有利于降低系统成本，而且更重要的是可以有效提高系统的可靠性。
几十年的经验表明，可靠性好坏是国产数控系统能否发展的关键。虽然影响数控系统可靠性的因素很多，但过大的硬件规模和较低的硬件制造工艺水平往往对可靠性造成最大的威胁。以往，国产数控系统在总体设计时由于种种原因的限制，不得不选用技术指标不太高的普通CPU，这样，为完成数控的复杂功能往往需要由多个CPU来组成系统，有时还需另加一些专用或通用硬件电路来实现数控系统的一些高实时（如细插补、位置伺服控制等），从而造成系统硬件规模庞大。对于数控系统这种批量不大的产品，在国内现有工艺条件下，很难从硬件制造的角度保证系统的可靠性，因而使得国产数控系统在生产现场的表现不佳，对国产数控系统的形象和声誉造成严重影响，使得不少用户现在还心有余悸。
因此，我们在开发新型数控系统时，应优先选用新型高性能CPU（如高主频的PentiumII、PentiumIII等）作为系统的运算和控制核心，并尽量用软件来实现数控的所有功能。这样，可大幅度减小系统硬件的规模。此外，还应在软件设计、电源设计、接插件设计与选用、接地与屏蔽设计和施工等方面采用强抗扰高可靠性设计与制造技术，从而全面提高系统的可靠性。
由于一个新型高性能CPU可以代替数十个普通CPU（如80286、80386等），因此，在基于高性能CPU的PC平台上不仅可以完成数控系统的基本功能（如信息处理、刀补计算、插补计算、加减速控制等）和开关量控制功能（内装PLC），而且还可以完成伺服控制功能。这样，以前由DSP完成的数字化伺服控制功能（如位置控制、速度控制、矢量变换控制等）均可由PC中的CPU完成，从而实现内装式伺服控制，这不仅有效缩小了数控部分的硬件规模，而且还大幅度缩小了伺服控制部分硬件规模。
这种具有内装PLC和内装伺服控制的全软件化集成式数控系统，其硬件规模将达到最小化，整个数控系统除一个PC平台外，剩下的只有驱动机床运动的功率接口和反馈接口。这既有效提高了系统可靠性，又消除了信息传递瓶颈，提高了系统性能，同时还可显著降低系统成本，使系统（包括电机）售价将可降至现有数控系统的一半左右。显然，这种高性能、高可靠性、低成本的新型数控系统将具有极强的竞争力，有望为开创中国数控的新局面作出贡献。
此外，集成化PC数控系统还有一大优点，就是容易实现开放式结构。这是因为，这种系统的硬件本身已经是完全开放的，构成开放式数控系统的工作完全在软件上，只要制定好标准和协议，从信息处理、轨迹插补、加减速控制、开关量控制到伺服控制都可以实现开放，从而可大大方便用户的使用。
2.2推进数控功能部件的专业化生产
解决数控系统问题后，如何实现数控机床的模块化设计与制造便是我国机床制造企业快速响应市场需求，在竞争中获胜的另一关键。要实现数控机床的模块化设计制造，必须解决数控机床功能部件的专业化生产问题。目前我国在这方面离实际需求还有相当大的差距。因此，在今后的若干年内，我们必须大力促进数控机床功能部件的开发和专业化生产。其要点如下：
(1)新型永磁电主轴单元电主轴已成为国际市场上最热门的数控机床功能部件。但目前这类产品几乎都为感应异步型，存在以下突出问题：①转子上存在绕组，有大电流流过，因此转子发热严重，直接影响主轴精度；②低速出力小且转矩脉动大，难以满足宽范围切削要求；③效率和功率因素低，不仅电机体积和重量大而且要求逆变器容量大、耗能多；④控制系统复杂、成本高。
因此，利用我国稀土永磁材料的优势，开发新型大功率、高效率、宽调速范围永磁同步型交流电主轴单元，将可有效解决现有电主轴存在的问题，形成具有中国特色的新一代电主轴产品。由于永磁电主轴的机械结构和控制系统都较感应异步型电主轴简单，因此易于进行专业化大规模生产。当然，这还要攻克主轴支承（陶瓷轴承、流体动静压轴承、磁悬浮轴承）技术、高精度高速动平衡技术、高速驱动、检测与控制技术、高可靠性安全保证技术等关键技术。
(2)廉价的高性能伺服系统目前，一套进给交流伺服系统（驱动器+电机）的价格一般都在万元以上，主轴伺服系统的价格高达数万元，已成为降低国产数控机床成本的一大障碍。因此，应配合新型集成化国产数控系统的发展，大力开发廉价的高性能内装式伺服系统。由于内装式伺服的硬件部分只有电机和功率接口，充分利用我国的永磁资源优势，通过专业化生产可以把电机的造价降下来，而采用智能化的IPM模块作为功率接口也很便宜，因此将内装式进给伺服的价格控制在数千元以内，将内装式主轴伺服的价格控制在2万元以内，将是完全可能的。
(3)直线交流伺服系统直线交流伺服系统是下一世纪数控机床不可缺少的功能部件，目前我国还没有成熟产品，因此应加强研究、开发和推广应用。考虑到常规机床的防磁问题较难解决，而并联机床的防磁相对容易，因此可为常规结构机床开发感应异步型直线电机，为并联结构机床开发永磁同步型直线电机，从而扬长避短，构成符合实际应用要求的新型高速高精度进给系统。在此基础上，可进一步开发将驱动与支承合二为一的磁悬浮工作台。
(4)零传动数控转台与摆头数控转台与摆头是多坐标数控机床的关键部件，传统的采用高精度蜗杆蜗轮等传动的转台与摆头不仅制造难度大、成本高，而且难以达到高速加工所需的速度和精度，因而必须另辟蹊径开发新型零传动（无机械传动链）数控转台和摆头，以促进我国高速高精度多坐标数控机床的发展。
(5)高速高精度检测装置高速高精度是下世纪数控机床发展的主题，这不但需要高性能的控制和驱动，同时还需要高品质的检测环节，因此应在现有技术基础上，进一步开发0.1μm以上精度的高速(60m/min以上)线位移传感器和100万脉冲/r的角位移传感器，此类技术国外对我国是封锁的。
2.3加速数控机床的全国产化，打好市场翻身仗
数控产业化的最终成功将体现在数控机床的全国产化和市场占有率上。在上述总体战略指导下，采取抓两头（低价位数控机床和高速高效数控机床）、带中间（普通数控机床）、促重型（重型关键装备）的方针，将是在国内市场上快速收复失地，在国际市场上稳步进军，最终打赢国产数控机床市场翻身仗的一种有效战术和策略。关于普通数控机床的发展已有许多文章作了专门论述，因此下面仅就低价位数控机床、高速高效数控机床和重型数控机床的发展问题作一讨论。
(1)大力发展低价位数控机床低价位机床是功能满足用户要求(无功能浪费)、技术指标适中、可靠性好、价格便宜的普及型数控机床。这类机床已成为国际市场上数控机床的发展趋势之一，也是国内众多用户渴求的产品，其市场前景相当广阔。然而，如果采用国外数控系统（包括伺服）按照传统思路来发展低价位机床，是很难将价格降至广大用户所能接受的水平的。因此，采用本文提出的新型集成化国产数控系统来发展高性能的低价位数控机床，将是一条最有希望成功的道路。只要有一定批量，由此构成的全国产普及型数控车床的售价完全可以控制在10万元以内，三坐标数控铣床可控制在15万元左右，加工中心可控制在20万元左右。此价位的国产数控机床将是具有较强竞争力的。
(2)加速开发高速高效数控机床高速高效是数控机床发展的另一大潮流。发展高速高效数控机床的技术途径可有以下几条：①通过提高切削速度和进给速度，从而达到成倍提高生产效率，有效提高零件的表面加工质量和加工精度并解决常规加工难以解决的某些特殊材料（如铝钛合金、模具钢、淬硬钢）和特殊形状零件（如复杂薄壁零件）的高效加工问题。②通过工艺复合，减少工件的安装次数，有效缩短搬运和装夹时间。例如，将五面五轴加工中心与立车复合构成万能加工中心，可实现一次装卡完成零件的大部分（或全部）加工。③采用高速高精度圆周铣加工孔和以螺旋轨迹插补实现不钻底孔的直接攻丝等新加工方法，大幅度减少换刀次数，提高加工效率。④为数控机床开发智能寻位加工功能，消除对精密夹具和人工找正的依赖，有效缩短单件小批加工的准备时间。
在我国现实条件下如果沿用传统思路是难以实现上述途径的，因此，必须立足国情，结合实际勇于创新，大胆探索新的道路。考虑到常规数控机床在总体结构上基本上采用工件和刀具沿各自导轨共同运动的方案，一方面由于机床传动环节刚性不足和导轨中的摩擦阻力较大，使运动部件难以获得高的进给速度；另一方面由于工件、夹具和工作台的总质量比较大，使之难以获得高的加速度。此外，传统机床结构是一种串联开链结构，组成环节多、结构复杂，并且由于存在悬臂部件和环节间的联接间隙，不容易获得高的总体刚度，因此难以适应高速高效加工的特殊要求。为此，开发国产高速高效数控机床时，可采用工件固定，以直线电机组成并联短链直接驱动主轴和刀具运动、将高速高精度传动与高刚度支撑合二为一的适合于高速高效加工中心的新型结构。采用该结构的高速高效数控机床不但速度高、刚度高，如果在传动与控制上处理得当，可以达到比常规机床更高的加工精度和加工质量，而且具有机械结构简单，零部件通用化、标准化程度高，制造成本低，易于经济化批量生产等显著优点。因此，沿此思路发展高速高效数控机床将是一条符合国情、易于取得成功的道路。
(3)突破重型数控机床的设计制造技术重型数控机床（特别是多坐标重型数控机床）是国民经济和国防生产中的重大关键设备，属于战略物资，真正先进的重型数控机床国外是不可能卖给我们的，因此，在我国下世纪数控产品的发展中必须依靠自己的力量进行解决。发展重型数控机床必须有过硬的基础，我们在数控机床国产化的进程中应不断总结经验，加强基础技术和关键技术研究，充分发挥我国产学研相结合的优势，各部门通力合作、共同努力，争取在下世纪初取得突破性进展。
目前，在发展重型数控机床中除需加强基础理论研究外，还应加强其关键技术研究。例如，重型机床的控制就是需要加以特殊解决的关键问题。因重型机床加工的工件特别昂贵不允许报废，为了确保机床工作可靠，在数控系统中可采用双（或多）CPU冗余工作方案，以确保运算和控制的绝对正确，并在出现故障时自动诊断、自动修复或自动替补，确保加工不出问题。此外，在电源上可采取双蓄电池供电的全隔离供电方案，即一组电池在给系统供电时，可对另一组电池进行充电，电网与控制系统是完全隔离的。这就彻底消除了重型车间中电网电压波动厉害、干扰严重对数控系统造成的影响，从而有效保证系统的可靠性。又如，重型数控机床的驱动也是一大关键问题。当行程长度超过5m，普通滚珠丝杆就难以胜任大负荷的传动，因此目前一般采用预加负载的双齿轮-齿条机构、静压蜗杆-蜗母条机构、四足（或双足）爬行进给机构等来实现长行程传动。但这些方案存在结构复杂、速度和加速度低、动态性能差、难以达到高精度、维护保养复杂等问题。为此可发展阵列式高效直线电机直接驱动技术和空间并联机构驱动技术，以新的途径来解决重型数控机床的高速、高精度驱动问题。除此之外，机床结构的优化设计、长行程精密检测、重力变形补偿、切削力变形补偿、热变形补偿等也是重型数控机床中必须解决的关键问题，必须予以充分重视。新晨
3结语
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。本文在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。
我们衷心希望，我国科技界、产业界和教育界通力合作，把握好知识经济给我们带来的难得机遇，迎接竞争全球化带来的严峻挑战，为在21世纪使我国数控技术和产业走向世界的前列，使我国经济继续保持强劲的发展势头而共同努力奋斗！
参考文献
1杨皖苏，严鸿和.机械科学与技术,1997，26(4):1～6
关键词:后置处理 逆向转换 数控代码
一、前言
随着国内制造业生产水平的不断提高,数控机床在制造部门的使用越来越普及,这就促进了数控加工技术的不断进步。作为数控编程技术的一种重要技术领域,数控编程后置处理技术一直起着重要的作用,并且和CAM软件一起决定着整体数控编程自动化水平和先进数控机床的使用效率。
我公司自九十年代以来,在装备制造数字化建设方面快速发展,数控设备的规模和普及率有明显的提高。先后引进了Fidia、forest-liné、zimmerman、pama、jobs、Mikron、DMG、SIP、M-torres等国际知名机床厂家的数控设备,既有简单的三座标数控铣床,又有复杂的五座标摆头类龙门铣床、五座标转台类龙门铣床、五座标车铣中心、五座标镗铣中心等加工设备。使我公司的数控加工能力形成了规模,具有综合的飞机产品的加工制造能力。作为先进制造工艺技术,数控编程技术应用水平直接关系到整体数控技术的发展水平和应用水平,关系到整个企业的数字化建设的发展,而数控编程后置软件开发技术又是数控编程技术的重要组成部分,没有成熟的数控后置处理技术支撑,数控编程很难达到自动化、高效率和高可靠性。
1、常规数控机床控制代码处理技术
简单来讲,数控后置处理技术一般是与特性的CAM系统和数控系统直接相关的,它包括正向的后置处理技术和逆向的转换技术。
在数控编程过程中,一般要产生两类文件,刀位文件和代码文件。一般用CAM软件编制数控加工程序时生成的结果文件是一种通用APT命令的刀位文件。这类文件无法直接驱动数控机床运行,必须经过集成在后处理软件中的某种机床特性参数解释才能生专用的数控代码文件。因此,所谓数控后置处理软件就是用于将刀位文件处理成针对数控机床的数控代码文件的处理工具;而数控逆向转换软件则用于将已经存在的某一类型的数控代码文件转换成特定CAM系统支持的刀位文件或直接转换成其它控制系统支持的数控代码文件,用于进一步的仿真验证或者是数据的重利用或将数控代码文件在不同控制系统间移植。
在进行后置处理相关的开发时,需要详细了解数控机床的控制系统类型、运动机构形式、特殊代码需求等内容,然后根据这些需求实施开发工作,一般包括软件框架开发、语法定义、算法分析、特定功能处理、文件读写处理(包括刀位信息的采集、解析、预读、初始角度预判等)等,控制系统和运动机构越复杂,其后置软件的开发难度就越大。对于逆向后置开发同样遵循以上步骤,具有同等的技术难度。
开发人员需要考虑的控制系统问题主要有数控系统命令集(包括各种辅助控制指令和插补指令、固定循环等)、数控机床运动机构、指令优先级定义、指令的模态性以及指令集之间的排斥性以及特殊变换处理(如旋转轴插补优先、局部加工坐标系选定等)。
二、后置处理软件开发设计
对于常规企业用户可直接借用通用后置生成工具进行特定数控机床系统的后置处理软件的定制工作。我们不深入探讨通用后置生成器的应用和开发技术,而是主要论述一般性的专用的后置以及逆向后处理开发技术。
1、软件系统总体结构
我们采用C++ BUILDER 6.0作为开发工具在windows操作系统平台上进行开发工作。
系统规划为数控加工程序后置处理模块、数控加工程序逆向处理模块、数控加工程序仿真模块(借用相应的CAM系统功能)以及软件授权管理模块等功能模块组成,基本搭建出了针对数控编程代码处理的软件平台。
2、数控编程后置处理模块功能开发
对于后置处理模块,一般涉及如下的信息输入:将要处理的刀位文件、针对的数控机床类型、产生的特定数控代码文件。
(1)界面功能规划
在本软件开发中主要应用了c++builder6.0中的TOpenDialog、TEdit、TLabel、TBitBtn、TMainMenu、TComboBox等类型控件。同过TComboBox实现下拉列表框调用不同的数控机床类型实现不同的处理结果,对于刀位文件可以依据类型实现是catia类型还是ug类型刀位文件,当然有必要还可以扩充到其他类型。
每种数控系统或机床根据编程特性提供多种选择模式,对于某车铣复合机床,可以进行普通非5轴联动、5轴向量编程、5轴BC角编程模式3种方法,为使用者提供了最大的选择性。其它的后置也相应的提供了不同的选项功能,如角度超限检查、对于转台类机床是否全角度行程处理,是否采用B样条编程等。
在后处理过程中还有可以进行统计功能(加工最大行程、最大角度、加工时间统计等)、加工程序报表(与EXCEL集成)等。
(2)、具体的数据流处理
针对每一种特定数控机床的处理可用以下数据流程图表达。
数控后置处理数据流程图
(3)处理算法分析
在此次开发中,重点是针对五轴数控机床的运动机构算法分析。
两个回转轴均为工作台,第四轴转动影响第5轴的方位;
一个转轴为工作台,另一个为主轴头,两者互为独立;
两个回转轴均为主轴头,第4轴转动会影响第5轴的方位。
2D线切割及4轴线切割
对于多轴数控机床代码文件,最重要的就是多轴角度的处理算法定
义和特殊方向、多解的选择和判断等。
对于角度计算,APT文件中任意一个坐标点和矢量方向都能求解出几组值,怎样确定当前最适合的一组角度值是最重要的,一般采用角度变化最小原则。同时,在特殊情况下(如机床运动角度达到限程,需要调整)需要进一步的进行判断和智能化调整。具体算法略。
对于刀位点计算,5轴机床控制系统过去转头类是转心数据,转台类是机床坐标系数据,现在由于机床控制系统功能增强,基本采用加工坐标系数据,简化了后处理;车铣复合类数控机床根据加工需要,需进行局部坐标系转换、轴向坐标数据优先等特殊处理;对于4轴线切割机床,还要综合考虑机床的基面高度、线架高度等特性才能处理出符合机床结构和控制特性的代码。
3、数控代码逆向转换模块功能开发
数控代码逆向转换,是将存在的数控代码文件通过特定的机床逆向后置算法转换为通用的CAM软件刀位接口文件。其应用需求是现有的数控代码数据获取/转换移植以及现有CATIA v5软件实现的G代码刀位输入转换准确性差,且无法实现多轴加工等特性。
由于具体的语法对应结构关系与以上后置处理相似,这里不详述。
4、软件授权信息管理模块功能开发
同样我们在项目开发中考虑了版权保护的问题,主要的实施途径
是对网卡信息进行加密处理产生密钥,然后在软件运行时进行密钥匹配。
三、后置开发工作对数字化建设的重要意义
对于企业的数字化建设离不开各种数字化制造设备,如我们常说的数控铣床、车床、镗床等等。后置软件工具是这些数字化设备与上游的CAD/CAM软件系统之间的桥梁和纽带,没有一个强大、高效、稳定的后置处理平台,就无法高效发挥数字化设备的优势。因此,关注后置处理技术的发展,跟踪、掌握最新的数控后置技术并应用与实践,打通企业设计制造数据流的关键技术之一。
参考文献:
(1)数控加工理论与编程技术刘雄伟等编著机械工业出版社
