一、技術(shù)概述

　　在數(shù)控機(jī)床中得到廣泛應(yīng)用的數(shù)控技術(shù)，是一種采用計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)械加工過(guò)程中各種控制信息進(jìn)行數(shù)字化運(yùn)算、處理，并通過(guò)高性能的驅(qū)動(dòng)單元對(duì)機(jī)械執(zhí)行構(gòu)件進(jìn)行自動(dòng)化控制的高新技術(shù)。當(dāng)前已有大量機(jī)械加工裝備采用了數(shù)控技術(shù)，其中最典型而應(yīng)用面最廣的是數(shù)控機(jī)床。由于機(jī)械加工工藝的多樣性和加工零件的復(fù)雜性，使數(shù)控機(jī)床的規(guī)格、品種多樣、性能差異極大，控制參數(shù)復(fù)雜，調(diào)試操作繁瑣，因此在將不斷飛速發(fā)展的通用計(jì)算機(jī)技術(shù)及其體系結(jié)構(gòu)、現(xiàn)代自動(dòng)控制理論及現(xiàn)代的電力電子技術(shù)應(yīng)用于新一代數(shù)控機(jī)床時(shí)，要強(qiáng)調(diào)使其具有“開(kāi)放式”與“智能化”的特點(diǎn)。

　　1．“開(kāi)放式”

　　要求新一代數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)是一種開(kāi)放式、模塊化的體系結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是：在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)構(gòu)成要素模塊化的同時(shí)，要通過(guò)這些要素之間的標(biāo)準(zhǔn)化，能夠?qū)⒂刹煌I(mǎi)方提供的要素自由地結(jié)合起來(lái)，從而能方便地構(gòu)成完整的系統(tǒng)。具體如下：

　　－－－系統(tǒng)的構(gòu)成要素應(yīng)是模塊化的，同時(shí)各模塊之間的接口必須是標(biāo)準(zhǔn)化的；

　　－－－系統(tǒng)的軟件、硬件構(gòu)造應(yīng)是“透明的”、“可移植的”；

　　－－－系統(tǒng)應(yīng)具有“連續(xù)升級(jí)”的能力。

　　同時(shí)新一代數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)也應(yīng)是開(kāi)放式的，其特點(diǎn)應(yīng)是：

　　－－－采用功能模塊部件組成的機(jī)床；

　　－－－采用“工藝策劃”、“加工數(shù)據(jù)庫(kù)”向用戶(hù)開(kāi)放；

　　－－－采用“信息技術(shù)”將社會(huì)制造資源的合理調(diào)配逐步在機(jī)械制造業(yè)建立完善的虛擬化與網(wǎng)絡(luò)化的先進(jìn)制造體系，使機(jī)械制造業(yè)資源高效地被利用，達(dá)到降低成本、提高質(zhì)量、縮短制造周期的目的。

　　2．智能化

　　所謂智能化數(shù)控系統(tǒng)，是指具有擬人智能特征，在數(shù)控系統(tǒng)中具有模擬、延伸、擴(kuò)展的智能行為的知識(shí)處理活動(dòng)，如自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自組織、自尋優(yōu)、自鎮(zhèn)定、自識(shí)別、自規(guī)劃、自修復(fù)、自繁殖等。智能數(shù)控系統(tǒng)通過(guò)對(duì)影響加工精度和效率的物理量進(jìn)行檢測(cè)、建模、提取特征、自動(dòng)感知加工系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)及外部環(huán)境，快速做出實(shí)現(xiàn)最佳目標(biāo)的智能決策，對(duì)進(jìn)給速度、切削深度、坐標(biāo)移動(dòng)、主軸轉(zhuǎn)速等工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，使機(jī)床的加工過(guò)程處于最佳狀態(tài)。

　　當(dāng)前數(shù)控系統(tǒng)所需要的功能將不只是高的性能（高速、高精度、高可靠性），而且還包括許多智能功能，如加工運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、推理、決策能力以及加工環(huán)境的感知能力、制造網(wǎng)絡(luò)通信能力（包括與人的交互）、智能編程、智能數(shù)據(jù)庫(kù)、智能監(jiān)控等。

　　經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，上述的“智能化”技術(shù)，在21世紀(jì)還要應(yīng)用于新一代數(shù)控機(jī)床的調(diào)整、使用與維修等各個(gè)環(huán)節(jié)，使人工參與大為簡(jiǎn)化，要應(yīng)用“智能化”技術(shù)，對(duì)人機(jī)界面進(jìn)行包裝，要充分利用自然語(yǔ)言、視窗界面和簡(jiǎn)單化的人工運(yùn)作，使機(jī)床的調(diào)整、使用與維修趨于“傻瓜化”。 
 
 
    二、現(xiàn)狀及國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì) 

　　1．國(guó)外發(fā)展趨勢(shì)

　　縱觀數(shù)控技術(shù)的發(fā)展歷史，不難看出數(shù)控技術(shù)的發(fā)展是逐步跟蹤計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展的，從1956年至今，大致經(jīng)歷了如下四個(gè)階段：

　　1956年－1974年，專(zhuān)用硬件NC的時(shí)代；

　　1975年－1989年，專(zhuān)用計(jì)算機(jī)數(shù)控時(shí)代，即微處理器NC的時(shí)代（µ   PC）；

　　1990年－1995年，BASIC PC  的CNC時(shí)代；

　　1996年至今，開(kāi)始全PC開(kāi)放式智能化數(shù)控新階段。

　　前三個(gè)階段的NC裝置存在著以下局限性：

　　－－－不能自由地從信息網(wǎng)上選取信息；

　　－－－體系結(jié)構(gòu)不開(kāi)放，用戶(hù)接口不完善，機(jī)械廠家和用戶(hù)不能自主地根據(jù)需要對(duì)數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行裁剪，用戶(hù)自身的技術(shù)訣竅不能方便地融入，創(chuàng)造出自己的名牌產(chǎn)品；

　　－－－不能充分地利用已有的通用軟件資源；

　　－－－不能自由地獲取外部的工況信息；

　　－－－體系結(jié)構(gòu)繁多，不利于批量生產(chǎn)、提高可靠性和降低成本，削弱了市場(chǎng)供應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)能力，同時(shí)限制了數(shù)控技術(shù)的發(fā)展。

　　近年來(lái)美國(guó)、歐共體、日本等國(guó)紛紛采取措施，投入大量的財(cái)力，聯(lián)合各廠，甚至多國(guó)進(jìn)行合作，研究新一代的數(shù)控系統(tǒng)，從前述的資料看，世界的數(shù)控技術(shù)正處在向全PC開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)數(shù)控平臺(tái)時(shí)代轉(zhuǎn)折，這一轉(zhuǎn)折正是適應(yīng)了計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等技術(shù)的發(fā)展的必然結(jié)果。

　　由于現(xiàn)代機(jī)械加工業(yè)逐步向柔性化、集成化、智能化方向發(fā)展，因此新一代數(shù)控技術(shù)就必需強(qiáng)調(diào)具有開(kāi)放式、智能化的特征。近幾年來(lái)世界發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛采取措施，投入大量的人力、財(cái)力組織優(yōu)勢(shì)力量進(jìn)行新一代開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)和具有智能型功能的數(shù)控技術(shù)開(kāi)發(fā)與研究，包括美國(guó)的NGC和OMAC計(jì)劃、歐共體的OSACA計(jì)劃、日本的OSEC計(jì)劃等。

　　數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)更趨向于“開(kāi)放式”，為滿(mǎn)足現(xiàn)代機(jī)械加工的多樣化需求，新一代的數(shù)控機(jī)床具有以下特點(diǎn)：

　　（1）機(jī)床結(jié)構(gòu)按模塊化、系列化原則進(jìn)行設(shè)計(jì)與制造，以便縮短供貨周期，最大限度滿(mǎn)足用戶(hù)的工藝需求。

　　（2）由于數(shù)控機(jī)床的很多部件的質(zhì)量指標(biāo)的不斷提高，品種規(guī)格的逐漸增加、機(jī)電一體化內(nèi)容更加豐富、功能參數(shù)日趨龐雜，因此專(zhuān)門(mén)為數(shù)控機(jī)床配套的各種功能部件已完全商品化，為建立具有競(jìng)爭(zhēng)能力的機(jī)床廠創(chuàng)造了條件。

　　（3）為向用戶(hù)開(kāi)放，各發(fā)達(dá)國(guó)家的數(shù)控機(jī)床廠都積極建立完全開(kāi)放式的產(chǎn)品售前、售后服務(wù)體系。建立開(kāi)放式的零件試驗(yàn)室，建立自助式數(shù)控機(jī)床操作、維修培訓(xùn)中心。

　　（4）采用信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，把社會(huì)上各種制造資源根據(jù)加工任務(wù)進(jìn)行合理組合與調(diào)用，是21世紀(jì)將先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，世界各國(guó)都在積極進(jìn)行這方面的研究工作。

　　（5）人工智能化技術(shù)在數(shù)控技術(shù)中的推廣應(yīng)用。隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域不斷滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)向智能化發(fā)展。在新一代的數(shù)控系統(tǒng)和伺服裝置中，由于采用“進(jìn)化計(jì)算”（Evolutionary Computation），“模糊系統(tǒng)”（Fuzzy System）和“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”（Neural Network）等三個(gè)方面新的控制機(jī)理，性能大大提高。這種高性能的智能化的數(shù)控系統(tǒng)不但具有自動(dòng)編程、前饋控制、自適應(yīng)切削，工藝參數(shù)自生成、運(yùn)動(dòng)參數(shù)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)裙δ埽咛厣氖强紤]到操作使用的因素而呈現(xiàn)的極為友好的人機(jī)界面。
　當(dāng)前采用模糊控制原理的電加工數(shù)控系統(tǒng)和具有自學(xué)習(xí)、自建立數(shù)學(xué)模型、自調(diào)整參數(shù)的高性能數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)裝置已有產(chǎn)品并在市場(chǎng)中具有強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)能力。

　　2．我國(guó)數(shù)控技術(shù)開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀與差距

　　我國(guó)的數(shù)控技術(shù)，在“八五”攻關(guān)中，不失時(shí)機(jī)地提出了以自主版權(quán)為目標(biāo)，以平臺(tái)為基礎(chǔ)的發(fā)展戰(zhàn)略，而且在攻關(guān)過(guò)程中，瞄準(zhǔn)或調(diào)整到以PC機(jī)為基礎(chǔ)的發(fā)展路線(xiàn)上，并以此形成了兩種平臺(tái)，開(kāi)發(fā)出了四個(gè)基本系統(tǒng)，其中華中I型和中華I型是將數(shù)控專(zhuān)用模板嵌入通用PC機(jī)構(gòu)成的單機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，航天I型和蘭天I型是將PC機(jī)嵌入到數(shù)控之中構(gòu)成的多機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，形成典型的前后臺(tái)型結(jié)構(gòu)，國(guó)內(nèi)其它單位也都先后開(kāi)發(fā)開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。

　　然而就總體而論，還僅僅處于開(kāi)始階段，雖然各個(gè)系統(tǒng)都向PC平臺(tái)方向發(fā)展，但在具體的實(shí)施開(kāi)發(fā)中仍然存在一些問(wèn)題。最大的問(wèn)題即是開(kāi)放性不夠、開(kāi)發(fā)環(huán)境和支持手段不足，要作為用戶(hù)方便地進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的開(kāi)放程度還遠(yuǎn)未達(dá)到，只是具有相當(dāng)技術(shù)力量的開(kāi)發(fā)單位才能使用，而作為能夠普及到一般用戶(hù)的程度則還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

　　利用PC機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)控系統(tǒng)使得CNC的重點(diǎn)由硬件轉(zhuǎn)向軟件，為我國(guó)的數(shù)控發(fā)展消除了硬件上的“瓶頸”制約，從而可能加快生產(chǎn)出實(shí)用產(chǎn)品。而且PC－NC畢竟使CNC向開(kāi)放性體系結(jié)構(gòu)邁出了一大步。

　　在數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)與制造中，我國(guó)已開(kāi)始采用模塊化技術(shù)，對(duì)數(shù)控切削加工中的工藝參數(shù)、工具系統(tǒng)的優(yōu)化、智能適應(yīng)控制都進(jìn)行過(guò)研究，它為對(duì)智能化控制的進(jìn)一步研究奠定基礎(chǔ)，但上述工作僅僅是一個(gè)開(kāi)端，仍需在“十五”期間進(jìn)行一系列開(kāi)發(fā)研究工作，跟蹤世界數(shù)控技術(shù)，推動(dòng)我國(guó)數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 

　　三、“十五”目標(biāo)及主要研究?jī)?nèi)容 

　　1．目標(biāo)

　　為使中國(guó)數(shù)控技術(shù)進(jìn)一步提高，使中國(guó)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)能在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中取得一席之地，中國(guó)發(fā)展數(shù)控技術(shù)的戰(zhàn)略，要結(jié)合中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的特點(diǎn)，首先對(duì)具有“開(kāi)放式”、“智能化”特征的數(shù)控技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新性的研究，要在重點(diǎn)研究數(shù)控車(chē)削、銑削、磨削和電加工的基礎(chǔ)上，研究先進(jìn)制造技術(shù)及工藝，進(jìn)而開(kāi)發(fā)出一代“開(kāi)放式”、“智能化”的數(shù)控車(chē)床，數(shù)控銑床（包括加工中心）及數(shù)控電加工機(jī)床系列產(chǎn)品。

　　2．主要研究?jī)?nèi)容

　　①新一代開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)研究。開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的構(gòu)造、界面與協(xié)議的研究，包括研究系統(tǒng)、子系統(tǒng)和功能模塊分級(jí)式的控制結(jié)構(gòu)，開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)界面和協(xié)議的研究。

　　②新一代智能化的數(shù)控系統(tǒng)研究。開(kāi)發(fā)研制出適用于車(chē)削、銑削、加工中心、電加工等多種智能化的新一代計(jì)算機(jī)基本數(shù)控系統(tǒng)及相應(yīng)的智能化編程系統(tǒng)。包括研究和制定智能化數(shù)控系統(tǒng)的硬件、軟件規(guī)范并在主要數(shù)控生產(chǎn)基地實(shí)施；開(kāi)發(fā)兩種通用系統(tǒng)（車(chē)削加工、加工中心）三種應(yīng)用系統(tǒng)（車(chē)削中心、五面加工中心、智能化電加工）；智能化編程系統(tǒng)。

　　③新一代主軸和伺服驅(qū)動(dòng)裝置的創(chuàng)新研究，開(kāi)發(fā)研究出高性能伺服驅(qū)動(dòng)裝置及相應(yīng)的電機(jī)，包括具有自學(xué)習(xí)、自調(diào)整參數(shù)、全數(shù)字化、直線(xiàn)電機(jī)及廉價(jià)型驅(qū)動(dòng)裝置。

　　④高效數(shù)控裝備的開(kāi)發(fā)研究。按模塊化設(shè)計(jì)的原則，開(kāi)發(fā)研制出高效加工單元，開(kāi)發(fā)研制出高效數(shù)控銑床、曲軸磨床、激光成型、集成加工中心及數(shù)控高速鏤銑機(jī)等多種高效數(shù)控機(jī)床，并進(jìn)一步構(gòu)思和設(shè)計(jì)研究出智能化高效加工單元的平臺(tái)及機(jī)械人柔性制造單元。

　　⑤新一代柔性加工設(shè)備共性基礎(chǔ)技術(shù)及理論的研究。包括各類(lèi)數(shù)控機(jī)床模塊新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、機(jī)械結(jié)構(gòu)特性設(shè)計(jì)優(yōu)化、計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)造型設(shè)計(jì)、新材料與感控補(bǔ)償技術(shù)、輪廓加工精度綜合補(bǔ)償技術(shù)、高速高精度軸單元、刀具及綜合工具系統(tǒng)、搬運(yùn)及傳輸、冷卻及防護(hù)、功能集成、感控集成的制造加工技術(shù)。

　　⑥機(jī)械加工的柔性自動(dòng)化理論及方法研究。包括商品化的柔性制造單元、實(shí)用化的準(zhǔn)柔性制造系統(tǒng)、多制式柔性加工技術(shù)、生產(chǎn)單元多制式柔性加工技術(shù)的研究。

　　⑤新一代柔性加工設(shè)備共性基礎(chǔ)技術(shù)及理論的研究。包括各類(lèi)數(shù)控機(jī)床模塊新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、機(jī)械結(jié)構(gòu)特性設(shè)計(jì)優(yōu)化、計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)造型設(shè)計(jì)、新材料與感控補(bǔ)償技術(shù)、輪廓加工精度綜合補(bǔ)償技術(shù)、高速高精度軸單元、刀具及綜合工具系統(tǒng)、搬運(yùn)及傳輸、冷卻及防護(hù)、功能集成、感控集成的制造加工技術(shù)。

　　⑥機(jī)械加工的柔性自動(dòng)化理論及方法研究。包括商品化的柔性制造單元、實(shí)用化的準(zhǔn)柔性制造系統(tǒng)、多制式柔性加工技術(shù)、生產(chǎn)單元多制式柔性加工技術(shù)的研究。