Numerical control technology and equipping development trend and countermeasure

Equip the engineering level, level of determining the whole national economy of the modernized degree and modernized degree of industry, numerical control technology is it develop new developing new high-tech industry and most advanced industry to equip (such as information technology and his industry, biotechnology and his industry, aviation, spaceflight, etc. national defense industry) last technology and getting more basic most equipment. Marx has ever said 'the differences of different economic times, do not lie in what is produced, and lie in how to produce, produce with some means of labor '. Manufacturing technology and equipping the most basic means of production that are that the mankind produced the activity, and numerical control technology is nowadays advanced manufacturing technology and equips the most central technology. Nowadays the manufacturing industry all around the world adopts numerical control technology extensively, in order to improve manufacturing capacity and level, improve the adaptive capacity and competitive power to the changeable market of the trends. In addition every industrially developed country in the world also classifies the technology and numerical control equipment of numerical control as the strategic materials of the country, not merely take the great measure to develop ones own numerical control technology and industry, and implement blockading and restrictive policy to our country in view of ' high-grade, precision and advanced key technology of numerical control ' and equipping. In a word, develop the advanced manufacturing technology taking numerical control technology as the core and already become every world developed country and accelerate economic development in a more cost-effective manner, important way to improve the overall national strength and national position.

Numerical control technology is the technology controlled to mechanical movement and working course with digital information, integrated products of electromechanics that the numerical control equipment is the new technology represented by numerical control technology forms to the manufacture industry of the tradition and infiltration of the new developing manufacturing industry, namely the so-called digitization is equipped, its technological range covers a lot of fields: (1)Mechanical manufacturing technology; (2)Information processing, processing, transmission technology; (3)Automatic control technology; (4)Servo drive technology; (5)Technology of the sensor; (6)Software engineering ,etc..

1 Development trend of a numerical control technology

The application of numerical control technology has not only brought the revolutionary change to manufacturing industry of the tradition, make the manufacturing industry become the industrialized symbol , and with the constant development of numerical control technology and enlargement of the application, the development of some important trades (IT , automobile , light industry , medical treatment ,etc. ) to the national economy and the peoples livelihood of his plays a more and more important role, because the digitization that these trades needed to equip has already been the main trend of modern development. Numerical control technology in the world at present and equipping the development trend to see, there is the following several respect [1- 4] in its main research focus.

1.1 A high-speed, high finish machining technology and new trend equipped

The efficiency, quality are subjavanufacturing technology. High-speed, high finish machining technology can raise the efficiency greatly , improve the quality and grade of the products, shorten production cycle and improve the market competitive power. Japan carries the technological research association first to classify it as one of the 5 great modern manufacturing technologies for this, learn (CIRP) to confirm it as the centre in the 21st century and study one of the directions in international production engineering.

In the field of car industry, produce one second when beat such as production of 300,000 / vehicle per year, and many variety process it is car that equip key problem that must be solved one of; In the fields of aviation and aerospace industry, spare parts of its processing are mostly the thin wall and thin muscle, rigidity is very bad, the material is aluminium or aluminium alloy, only in a situation that cut the speed and cut strength very small high, could process these muscles, walls. Adopt large-scale whole aluminium alloy method that blank ' pay empty ' make the wing recently, such large-scale parts as the fuselage ,etc. come to substitute a lot of parts to assemble through numerous rivet , screw and other connection way, make the intensity , rigidity and dependability of the component improved. All these, to processing and equipping the demand which has proposed high-speed, high precise and high flexibility.

According to EMO2001 exhibition situation, high-speed machining center is it give speed can reach 80m/min is even high , air transport competent speed can up to 100m/min to be about to enter. A lot of automobile factories in the world at present, including Shanghai General Motors Corporation of our country, have already adopted and substituted and made the lathe up with the production line part that the high-speed machining center makes up. HyperMach lathe of U.S.A. CINCINNATI Company enters to nearly biggest 60m/min of speed, it is 100m/min to be fast, the acceleration reaches 2g, the rotational speed of the main shaft has already reached 60 000r/min. Processing a thin wall of plane parts, spend 30min only, and same part general at a high speed milling machine process and take 3h, the ordinary milling machine is being processed to need 8h; The speed and acceleration

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数控技术和装备发展趋势和对策

配备工程水平是确定全国经济现代化程度和现代化程度的水平，数控技术是发展新型高新技术产业和最先进的工业装备（如信息技术及其产业，生物技术及其工业，航空，航天等国防工业）最后的技术和获得更基本的大多数设备。马克思曾经说过“不同经济时代的差异，不在于产出，在于如何生产，用一些劳动力生产”。制造技术和装备生产的最基本的手段是人类产生的活动，数控技术是当今先进的制造技术，并装备最中心的技术。如今，世界各地的制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高适应能力和竞争力，适应变化的市场趋势。此外，世界各个工业发达国家还将数控技术和数控设备作为国家战略材料，不仅大力开发自主数控技术和产业，实施封锁限制政策以我国“高档，精密，先进的数控关键技术”和装备为主。总而言之，以数控技术为核心，发展先进的制造技术，已经成为世界各国的发展国家，以更具成本效益的方式加快经济发展，提高综合国力和国家地位的重要途径。

数控技术是控制机械运动和工作过程的技术，具有数字信息，机电一体化产品，数控设备是以数控技术为代表的新技术，为制造业的传统和新开发制造的渗透 工业，即所谓的数字化装备，其技术范围涵盖了很多领域：（1）机械制造技术; （2）信息处理，处理，传输技术; （3）自动控制技术; （4）伺服驱动技术; （5）传感器技术; （6）软件工程等。

1.数控技术的发展趋势

数控技术的应用不仅给传统的制造业带来革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，随着数控技术的不断发展和应用的扩大，一些重要行业的发展（IT，汽车，轻工，医疗等）对国民经济和人民生活的影响越来越重要，因为这些行业需要装备的数字化已经是现代发展的主要趋势。数控技术在当今世界和装备发展趋势看，有以下几个方面[1-4]其主要研究重点。

1.1高速，高精加工技术和新趋势配备

效率，质量都是制造技术。高速，高精加工技术可以大大提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期，提高市场竞争力。日本承担的技术研究协会首先将其分类为5大现代制造技术之一，学习（CIRP）确认其为21世纪的中心，并研究国际生产工程的方向之一。

在汽车工业领域，每年产生30万辆/辆的产量，产生1秒钟，多种多样的过程是装备必须解决的关键问题的汽车。在航空航天工业领域，其加工零部件主要是薄壁薄肌，刚度非常差，材料是铝或铝合金，只有在切削速度和切削强度非常小的情况下，可以处理这些肌肉，墙壁。 采用大规模全铝合金方法，空白“空载”最近成为机翼，如机身等大型零件。来代替很多零件，通过众多铆钉，螺丝等连接方式进行组装，提高了部件的强度，刚度和可靠性。 所有这些，加工和装备的需求，提出了高速，高精度和高灵活性。

根据EMO2001展会情况，高速加工中心是它给出的速度可以达到80m / min甚至更高，空运能力可以达到100m / min左右即可进入。目前世界上很多汽车工厂，包括我国上海通用汽车公司，已经采用和替代了高速加工中心组成的生产线部件。美国CINCINNATI公司的HyperMach车床进入速度接近最大60m / min，速度为100m / min，加速度达到2g，主轴转速已经达到60 000r / min。加工平面零件薄壁，只花费30分钟，同样零件一般在高速铣床加工中花费3h，普通铣床正在加工需要8h; 德国DMG公司双主轴车床主轴的速度和加速度分别达到120000r / mm和1g。

在加工精度方面，过去10年，普通加工车床加工精度达到5mu;m以上已经达到10mu;m以上，精度等级的加工中心从3〜5mu;m，上升到1〜1.5mu;m，超精密加工精度进入纳米级 等级开始已经（0.01mu;m）。

在可靠性方面，外部数控装置的MTBF值已经达到6 000h以上，伺服系统的MTBF值达到30000h以上，具有非常高的可靠性。为了实现高速，高精加工，如果其相关功能的部分是电主轴，直线电机得到快速发展，应用进一步扩大。

1.2五轴加工车床快速发展的关联和加工复合加工

采用5轴连接三维曲面部分的加工，可以切割最佳几何形状的刀具，不仅高度抛光，而且效率大幅提高。一般认为，5轴齿轮床的效率可以等于2 3轴齿轮床，是等待使用立方氮化硼，超硬材料的铣刀被铣削和高速削减，同时淬火硬 钢部件，5轴连杆，加工3个恒轴连接加工，发挥更大的效益。由于5轴连接数控系统，主机计算机结构而复杂的原因，其数量控制车床的价格比3轴高出几倍，此外，编程的技术难度相对较大 大，限制了5轴齿轮床的发展。

目前由于主轴的电气外观，是实现5轴复杂主轴头发结构处理链接大大简化制造，它使难度和成本降低幅度大，价格差异的数控 系统缩小。因此促进复杂主轴和复合材料头部的5轴齿轮床加工车床的开发（加工车床包括5）。

在EMO2001展会上，新的日本五工位机床车床采用复杂的主轴头发，可实现4个垂直平面加工和on角加工，使5次加工和5轴加工，可在同一台车床上实现，也可以实现斜面和倾倒孔的加工。德国DMG公司展示了DMUVoution系列加工中心，但投放和放置加工和5轴5次链接和处理一次，可以通过CNC系统控制或CAD / CAM直接或间接控制。

1.3成为当代数控系统开发的主流趋势，智能，开放，网络化

21世纪的数控设备将确保智能系统，智能内容包括数控系统中的所有方面：它是智能的，以追求处理和过程质量的效率，控制诸如自适应 加工过程中，工艺参数自动生成; 加入方便的一个，以提高智能推进和使用的性能，如果前馈控制，自适应操作，参数电机，辨别负载选择型号，由于精确制造等; 简化编程，简化操作方面是智能的，例如智能自动编程，智能人机界面等; 有内容智能诊断，智能监控，诊断方便，系统化，维护等。

解决传统数控系统密封和数控应用软件的工业化存在的问题。很多国家对目前的开放式数字控制系统进行研究，如美国的NGC（下一代工作站/机器控制），欧洲共同体的OSACA（自动化系统内控制的开放系统架构），OSEC开放式系统环境控制器），日本ONC（开放式数控系统）等。数控系统融化成为未来数控系统开放的方式。所谓开式数控系统是指数控系统的开发可以在统一的操作平台上，面对车床生产者和终端用户，通过改变，增加或切出结构目标（数控功能），形成锯齿，可以方便用户使用，技术知识集成在控制系统中，实现不同品种，不同档次的开放式数控系统，形成领先品牌产品明显区别。目前开放式数控系统的系统结构规范，通信规范，配置规范，操作平台，数控系统功能库和数控系统功能软件开发等。是本研究的核心。

网络化数控设备是近两年国际知名车床展会的新亮点。满足生产线，制造系统，制造公司网络信息集成的需要，大大的数控设备，实现快速制造，虚拟企业，全世界制造的基本入口等新制造模式。一些国内外着名的数控车床和数控系统制造公司在过去两年中都引进了一台机器的相关新概念和质子，如果在EMO2001展会上，“网络生产中心”公司展示的山崎岖的营地克在日本（Mazak）（智力中央生产控制单位，简称CPC）;日本大炜（Okuma）的车床公司展示了“IT广场”（信息技术广场，简称IT广场）;该公司展示的德国西门子（西门子）（开放制造环境，简称OME）等的开放制造环境，反映了数控机床工具对网络方向的发展趋势。

1.4注意新技术标准，正常设置

1.4.1设计数值控制系统开发的规范

如前所述，在开放式数字控制系统中有更好的共同能力，灵活性，适应性和扩展性，例如美国，欧洲共同体和日本等国家。 实施战略发展规划，开展系统规范（OMAC，OSACA，OSEC）对开放系统结构数值控制的研究和制定，世界上3个最大经济体进行了几乎相同的 科学在短时间内规划和标准化，表明了数控技术变革的新时代。 我国2000年开始研究和制定中国ONC数控系统框架的标准化。

1.4.2关于数控标准

数控标准是制造业信息化发展的一种趋势。数控技术诞生50年后的信息交换，都是由于ISO6983标准，即采用G，M代码描述工艺，其本质特征面临加工过程，显然，他不能满足现代数值的高速发展 控制技术的需求越来越多。为此，在世界上研究和制造一种新的CNC系统标准ISO14649（STEP-NC），其目的是提供一种不依赖于具体系统的中立机制，可以在循环中描述统一的数据模型 整个寿命的产品，从而实现整个制造过程，标准化甚至每个工业现场的产品信息。

STEP-NC的出现可能是数控技术领域的一场革命，对数控技术的发展甚至整个制造业将产生深远的影响。 首先，STEP-NC提出了一种全新的制造理念，在传统制造理念中，NC程序全部集中在个人计算机上。在新标准下，数控程序可以分散在互联网上，这正是开放，网络化数控技术发展的方向。其次，STEP-NC数控系统还可以减少和处理绘图（约75％），处理程序工作时间（约35％）和处理时间（约50％）。

目前，美欧国家非常注重STEP-NC的研究，欧洲启动STEP-NC的IMS计划（1999.1.1-2001.12.3）。来自欧洲和日本的CAD / CAM / CAPP / CNC用户，制造商和学术组织参与了此计划。 美国STEP工具公司是全球制造业数据交换软件的开发者，他已经开发了超级模型（超级模型），它通过计数指示机床工具的信息交换，其目标是描述所有的加工 课程与统一规范。 这种新的数据交换形式目前已经在分配西门子，FIDIA和欧洲OSACA-NC数字控制方面得到验证。

2.我国数值控制技术和产业发展的两对基本估计

我国数控技术始于1958年，过去50年的发展历程大致可分为三个阶段：第一阶段是从1958年到1979年，即封闭发展阶段。在这个阶段，由于外国技术对我国的封锁和基本限制，数控技术的发展比较缓慢。“八五”期间“六五”计划期间，“十五”期间“八五”期间，“引进技术，消化吸收”阶段建立暂时产生的生产驯化系统。在这个阶段，由于改革开放和国家的关注，研究改善发展环境和国际环境，研究，开发，在我国数控技术产品的生产驯化上取得长足进步。第三阶段是国家“八五”后期“九五”期间，即实施工业化研究，进入市场竞争阶段。在这一阶段，我国国内数控设备工业化取得了实质性进展。在“九五”计划的后期，国内数控车床市场占有率高达50％，混合国产数控系统（流行）达到10％。

（1）对我国数字控制技术近50年的发展历程进行总体调查，特别是通过解决“四五”重点问题，取得了以下成绩。

a. 建立了数控技术开发的基础，基本掌握了现代数控技术。我国已经有数控主机，数控系统的基本技术从数控系统掌握和驱动，现在基本进行了调查，其中大部分技术已经拥有和商业化的基础开发，一些技术已经实现，工业化 商业化。

b.暂时形成了数值控制的工业基础。在解决关键问题的基础上，成果和一些技术商业化，建立了集中生产能力的数控系统工厂，如中部数控，航天飞机数值控制等。兰州电机厂 工厂和北京第一台机床厂，济南第一台机床厂等。一批伺服系统的几个数控主机计算机工厂和作为中国中部数控的伺服电机等。这些工厂基本形成了我国数控工业基地。

c.建立了数控研究，开发，管理人才的基本队伍。

虽然在数控技术的研究开发和产业化方面取得了长足的进步，但我们将实现清醒地研究和发展我国先进数控技术，特别是我国现状和目前需求的差距更大 工业化国家工程化水平。 虽然从垂直观察我国发展的速度非常快，但不仅仅是工程水平的水平差异，而且不仅仅是工程水平，在某些方面也存在差异，即工程水平差异，一些高等级， 精密和先进的数控设备有扩展的趋势。

（2）从世界观察，大致估计我国数值控制的工程水平和工业化水平如下。

a.在工程水平上，可能落后10 - 1年，具有国外先进水平，在高质量精密和尖端技术方面更大。

b.在工业化水平上，市场占有率低，品种覆盖率小，尚未形成大规模生产; 功能部分的专业生产水平和形成完整集的能力相对较低; 外观质量比较差; 可靠性不高，商业化程度不够; 自有品牌效应，国内数控系统尚未建立，用户信心不足。

c.关于可持续发展，数控技术的研究与开发能力，项目能力相对弱于竞争; 数值控制的技术应用扩展动力学并不强烈; 研究，制定相关标准正常滞后。

分析了具有上述差异的主要原因有以下几个方面。

a.实现尊重。了解行业过程的艰巨性，复杂性和国内数控长期特点不够; 很难低估添加扼杀，系统等。对于非标准，外国封锁的市场; 仅仅分析我国数值控制的技术应用水平和能力是不够的。

b.系统密切关注数控工业化的许多问题，考虑数控工业化在问题综合方面的系统化，技术方面的产业链; 没有建立相关系统，完善的培训，完整的高品质的服务网络等。并支持系统。

c.机制。它导致人才流失，限制技术和技术路线再次创新，产品创新，坏机器制造，并限制了规划的有效实施，经常规划理想，实施困难。

d.技术。企业技术的自主创新无关紧要; 关键技术项目无关紧要。车床的标准滞后，水平相对较低，对于数控系统的新标准还不够研究。

3.发展策略

从我国国家的根本实际出发，以国家的战略需求和国民经济的市场需求为方向，以改善我国，把产业装备和产业化综合竞争力作为目标，运用系统化的方法，能够选择在关键技术升级装备工业的发展和支撑技术的支撑下，我国21世纪初工业化发展的先导因素，提供必要技术的能力实现 使装备

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