浅谈我国数控技术的发展现状及趋势

2022-09-11

机械工业是为国民经济提供技术装备和为人民生活提供耐用消费品的装备产业。经过近50年的发展, 机械工业已经成为我国工业中具有相当规模和一定技术基础的最大产业之一。机械工业中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, 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。数控技术是机械制造业中新兴的综合性技术, 它集微电子和计算机技术、信息处理技术、精密检测技术、自动控制技术、光机电技术、网络通讯技术、等高新技术于一体, 随着微电子和计算机技术的迅速发展, 大大加快数控技术的发展和运用, 使传统的制造业不断发生着巨大的变化。目前我国的数控系统正处在由研究开发阶段向推广应用阶段过渡的关键时期, 也是由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过渡的关键时期。对数控系统的发展趋势进行讨论, 具有促进我国数控技术发展的重要意义。

1 我国数控技术发展水平分析

我国数控技术经过近50年的发展, 取得了比较显著的成效。我国现在已基本掌握了从数控系统、伺服驱动、数控主机、专机及其配套件的基础技术, 其中大部分技术已具备进行商品化开发的基础, 部分技术已商品化、产业化。在攻关成果和部分技术商品化的基础上, 建立了诸如华中数控、航天数控等具有批量生产能力的数控系统生产厂, 基本形成了数控产业基地。同时, 建立了一支数控研究、开发、管理人才的基本队伍。但是, 也要清醒地认识到, 我国高端数控技术的研究开发, 尤其是在产业化方面的技术水平现状与我国的现实需求还有较大的差距。虽然从纵向看我国的发展速度很快, 但与国外相比不仅技术水平有差距, 在某些方面发展速度也有差距, 尤其是一些高精尖的数控装备的技术水平差距有扩大趋势。在技术水平上, 与国外先进水平大约落后10年到15年, 在高精尖技术方面则更大。在产业化水平上, 市场占有率低, 品种覆盖率小, 还没有形成规模生产;功能部件专业化生产水平及成套能力较低;外观质量相对差;可靠性不高, 商品化程度不足;国产数控系统尚未建立自己的品牌效应, 用户信心不足。在可持续发展的能力上, 对竞争前数控技术的研究开发、工程化能力较弱;数控技术应用领域拓展力度不强;相关标准规范的研究、制定滞后。

我国数控技术发展与国外的差距, 主要有四个方面的原因。一是认识上的差距, 对国产数控产业进程艰巨性、复杂性和长期性的特点认识不足;对市场的不规范、国外的封锁加扼杀、体制等困难估计不足;对我国数控技术应用水平及能力分析不够。二是发展体系不够完善, 从技术的角度关注数控产业化问题的时候多, 从系统的、产业链的角度综合考虑数控产业化问题的时候少;没有建立完整的高质量的配套体系、完善的培训、服务网络等支撑体系。三是运行机制落后, 制约了技术及技术路线创新、产品创新。四是技术创新能力不强, 核心技术的工程化能力不强, 机床标准落后, 水平较低, 数控系统新标准研究不够。

2 数控技术的发展趋势

2.1 高速、高精加工技术及装备的新趋势

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JU为5大现代制造技术之一, 国际生产工程学会 (CIRP) 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;这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。为了实现高速、高精加工, 与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展, 应用领域进一步扩大。

2.2 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铁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。

2.3 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势

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。

3 我国数控技术和产业化发展的战略思考

我国从1958年开始研究数控技术。1966年研制成功晶体管数控系统, 并生产出了数控线切割机、数控铣床等产品。由于受当时条件限制, 数控系统的稳定性及可靠性较差, 数控机床品种不全、数量较少, 数控技术的发展处于初级阶段。20世纪80年代, 我国先后从德国、日本、美国等引进了一批数控系统和伺服技术, 拥有加工中心、数控铣床、数控磨床等80多个品种, 数控技术的发展进入实用阶段。90年代以后, 我国逐渐由计划经济转向市场经济, 国民经济进入高速发展阶段, 研究开发数控系统, 应用数控机床已经成为各企业的自发行为, 数控技术及产品的发展速度逐年加快, 多轴、全功能的中高档数控系统及交、直流伺服系统相继研制成功, FMS和CIMS也先后投入使用, 数控系统及数控产品正朝着国际先进水平迈进, 我国数控技术进入了蓬勃发展的时期。

目前, 我国制造业已跻身世界第四位, 已成为制造业大国, 但不是制造业强国。制造业在中国国民经济中的比重占到45%, 制造业部门成为GDP增长的主要支撑力量。党的十六大明确提出:“用高新技术和先进适用技术改造传统产业, 大力振兴装备制造业”。要从制造大国走向制造强国, 必须大力发展以数控技术为主的先进制造技术。在高精尖装备研发方面, 要强调产学研以及最终用户的紧密结合;在数控技术方面, 强调创新和研究开发具有自主知识产权的技术和产品, 为我国数控的可持续发展奠定基础。总之, 大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。

摘要：数控技术是机械制造业中新兴的综合性技术。本文分析了我国数控技术发展的现状和水平, 阐述了数控技术在我国的发展趋势, 并就推进数控技术发展提出了对策建议。

关键词：数控技术,机电一体化,发展趋势