數(shù)控系統(tǒng)是一種利用數(shù)字信號(hào)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位移、速度、加速度和動(dòng)作順序等實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的控制系統(tǒng)。從1952年美國(guó)麻省理工學(xué)院研制出第1臺(tái)實(shí)驗(yàn)性數(shù)控系統(tǒng)，到現(xiàn)在已走過(guò)了半個(gè)世紀(jì)。數(shù)控系統(tǒng)也由當(dāng)初的電子管式起步，發(fā)展到了今天的開放式數(shù)控系統(tǒng)。

　　數(shù)控系統(tǒng)確保了數(shù)控機(jī)床具有高精、高速、高效的功能，可以使裝備制造業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、柔性化和網(wǎng)絡(luò)化制造。隨著我國(guó)航空航天、船舶、汽車、電站設(shè)備和國(guó)防工業(yè)等制造業(yè)的高速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床在裝備制造業(yè)中的重要性愈來(lái)愈明顯，中高檔數(shù)控系統(tǒng)的需求也越來(lái)越大。以往中高檔數(shù)控系統(tǒng)基本被國(guó)外廠商占領(lǐng)，因此我國(guó)中高檔數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)必須加快發(fā)展。

　　一、國(guó)外數(shù)控系統(tǒng)現(xiàn)狀

　　在國(guó)際市場(chǎng)，德國(guó)、美國(guó)、日本等幾個(gè)國(guó)家基本掌控了中高檔數(shù)控系統(tǒng)。國(guó)外的主要數(shù)控系統(tǒng)制造商有西門子(Siemens)、發(fā)那克(FANUC)、三菱電機(jī)(Mitsubishi Electric)、海德漢(HEIDENHAIN)、博世力士樂(lè)(Bosch Rexroth)、日本大隈(Okuma)等。

　　1.納米插補(bǔ)與控制技術(shù)已走向?qū)嵱秒A段

　　納米插補(bǔ)將產(chǎn)生的以納米為單位的指令提供給數(shù)字伺服控制器，使數(shù)字伺服控制器的位置指令更加平滑，從而提高了加工表面的平滑性。將“納米插補(bǔ)”應(yīng)用于所有插補(bǔ)之后，可實(shí)現(xiàn)納米級(jí)別的高質(zhì)量加工。在兩年一屆的美國(guó)芝加哥國(guó)際制造技術(shù)(機(jī)床)展覽會(huì)(IMTS 2010)上，發(fā)那克就展出了30i/31i/32i/35i-MODEL B數(shù)控系統(tǒng)。除了伺服控制外，“納米插補(bǔ)”也可以用于Cs軸輪廓控制;剛性攻螺紋等主軸功能。西門子展出的828D所獨(dú)有的80bit浮點(diǎn)計(jì)算精度，可使插補(bǔ)達(dá)到很高的輪廓控制精度，從而獲得很好的工件精度。此外，三菱公司的M700V系列的數(shù)控系統(tǒng)也可實(shí)現(xiàn)納米級(jí)插補(bǔ)。

　　2.智能化加工不斷擴(kuò)展

　　隨著計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中人工智能的不斷滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度也得到不斷提高。應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù)數(shù)控系統(tǒng)能夠檢測(cè)到過(guò)程中的一些重要信息，并自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)中的相關(guān)參數(shù)，改進(jìn)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài);車間內(nèi)的加工監(jiān)測(cè)與管理可實(shí)時(shí)獲取數(shù)控機(jī)床本身的狀態(tài)信息，分析相關(guān)數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)機(jī)床狀態(tài)，使相關(guān)維護(hù)提前，避免事故發(fā)生，保證其不穩(wěn)定工況下生產(chǎn)的安全，減少機(jī)床故障率，提高機(jī)床利用率。應(yīng)用先進(jìn)的伺服控制技術(shù)，伺服系統(tǒng)能通過(guò)自動(dòng)識(shí)別由切削力導(dǎo)致的振動(dòng)，產(chǎn)生反向的作用力，消除振動(dòng)。應(yīng)用主軸振動(dòng)控制技術(shù)，在主軸嵌入位移傳感器，機(jī)床可以自動(dòng)識(shí)別當(dāng)前的切削狀態(tài)，一旦切削不穩(wěn)定，機(jī)床會(huì)自動(dòng)調(diào)整切削參數(shù)，保證加工的穩(wěn)定性。

　　3.機(jī)器人使用廣泛

　　未來(lái)機(jī)床的功能不僅局限于簡(jiǎn)單的加工，而且還具有一定自主完成復(fù)雜任務(wù)的能力。機(jī)器人作為數(shù)控系統(tǒng)的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域，其技術(shù)和產(chǎn)品近年來(lái)得到快速發(fā)展。機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域，不僅僅局限于傳統(tǒng)的搬運(yùn)、堆垛、噴漆、焊接等崗位，而且延伸到了機(jī)床上下料、換刀、切削加工、測(cè)量、拋光及裝配領(lǐng)域，從傳統(tǒng)的減輕勞動(dòng)強(qiáng)度的繁重工種，發(fā)展到IC封裝、視覺(jué)跟蹤及顏色分檢等領(lǐng)域，大大提高了數(shù)控機(jī)床的工作效率。典型的產(chǎn)品有德國(guó)的KUKA，F(xiàn)ANUC公司的M-1iA、M-2000iA、M-710ic。

　　4.CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用

　　當(dāng)前，為了使數(shù)控機(jī)床操作者更加便利地編制數(shù)控加工程序，解決復(fù)雜曲面的編程問(wèn)題，國(guó)際數(shù)控系統(tǒng)制造商將圖形化、集成化的編程系統(tǒng)作為擴(kuò)展數(shù)控系統(tǒng)功能、提高數(shù)控系統(tǒng)人機(jī)互動(dòng)性的主要途徑。最新的CAD/CAM技術(shù)為多軸多任務(wù)數(shù)控機(jī)床加工提供了有力的支持，可以大幅地提高加工效率。ESPRIT、CIMATRON等一些著名CAM軟件公司的產(chǎn)品除了具備傳統(tǒng)的CAM軟件功能模塊，還開發(fā)了多任務(wù)編程、對(duì)加工過(guò)程的動(dòng)態(tài)仿真等新的功能模塊。

　　二、國(guó)內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)現(xiàn)狀

　　隨著國(guó)際學(xué)術(shù)及產(chǎn)業(yè)界對(duì)開放式數(shù)控系統(tǒng)研究的日益推進(jìn)，我國(guó)的相關(guān)研究也越來(lái)越受到重視。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，我國(guó)機(jī)床行業(yè)也形成了具有一定生產(chǎn)規(guī)模和技術(shù)水平的產(chǎn)業(yè)體系，國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，在質(zhì)與量上都取得了飛躍。

　　國(guó)內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)基本占領(lǐng)了低端數(shù)控系統(tǒng)市場(chǎng)，在中高檔數(shù)控系統(tǒng)的研發(fā)和應(yīng)用上也取得了一定的成績(jī)。其中，武漢華中數(shù)控股份有限公司、北京機(jī)電院高技術(shù)股份有限公司、北京航天數(shù)控系統(tǒng)有限公司和上海電氣(集團(tuán))總公司等已成功開發(fā)了五軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控系統(tǒng)，分別應(yīng)用于數(shù)控加工中心、數(shù)控龍門銑床和數(shù)控銑床。近期，武漢重型機(jī)床集團(tuán)有限公司應(yīng)用華中數(shù)控系統(tǒng)，成功開發(fā)了CKX5680數(shù)控七軸五聯(lián)動(dòng)車銑復(fù)合加工機(jī)床。國(guó)內(nèi)主要數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)基地有華中數(shù)控、航天數(shù)控、廣州數(shù)控和上海開通數(shù)控等。

　　國(guó)內(nèi)的數(shù)字化交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)品也有了很大的發(fā)展，已能滿足一般的應(yīng)用，并能與進(jìn)口產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)，占領(lǐng)了國(guó)內(nèi)的大部分市場(chǎng)。伺服系統(tǒng)和伺服電機(jī)生產(chǎn)基地主要有蘭州電機(jī)廠、華中數(shù)控、廣州數(shù)控、航天數(shù)控和開通數(shù)控等。

　　然而，由于我國(guó)原有數(shù)控系統(tǒng)的封閉性及數(shù)控軟硬件研究開發(fā)的基礎(chǔ)較差，技術(shù)積累較少，研發(fā)隊(duì)伍的實(shí)力較弱，研發(fā)的投入力度不夠，國(guó)產(chǎn)中高檔數(shù)控系統(tǒng)在性能、功能和可靠性方面與國(guó)外相比仍有較大的差距，限制了數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展。為此需要政府、科研院所和制造商共同努力，推進(jìn)我國(guó)中高檔數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展。