数控机床的出现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,而且随着先进制造技术的兴起和不断成熟,对数控技术提出了更高的要求,当前,数控技术及其装备发展趋势主要体现在以下几个方面。

(1)运行高速化、加工高精化。速度和精度是数控设备的两个重要指标,也是数控技术永恒追求的目标,因为它直接关系到加工效率和产品质量。

近年来,高精度数控机床的加工精度已进入纳米级(0.001μm);以电主轴和直线电动机的应用为特征,使主轴转速大大提高,主轴转速达200 000r/min,进给速度达240m/min以上,进给加速度和减速度达到高2～4g以上。新一代数控设备在运行高速化、加工高精化等方面都有了更高的要求。由于计算机技术的不断进步,促进了数控技术水平的提高,数控装置、进给伺服驱动装置和主轴伺服驱动装置的性能也随之提高,使得现代的数控设备在新的技术水平下,可同时具备运行高速化、加工高精化的性能。

(2)功能复合化。复合化是指在一台设备能实现多种工艺手段加工的方法。如镗铣钻复合——加工中心(ATC)、五面加工中心(ATC,主轴立卧转换);车铣复合——车削中心(ATC,动力刀头);铣镗钻车复合——复合加工中心(ATC,可自动装卸车刀架);铣镗钻磨复合——复合加工中心(ATC,动力磨头);可更换主轴箱的数控机床——组合加工中心。

(3)控制智能化。随着人工智能技术的不断发展,为满足制造业生产柔性化、制造自动化发展需求,数控技术智能化程度不断提高。

(4)高可靠性。数控机床的可靠性一直是用户最关心的主要指标,它主要取决于数控系统各伺服驱动单元的可靠性。提高可靠性,目前主要采取以下措施:

①采用更高集成度的电路芯片,采用大规模或超大规模的集成电路、专用芯片及混合集成电路,以减少元器件的数量,精简外部连线,提高可靠性;(www.daowen.com)

②通过硬件功能软件化,以适应各种控制功能的要求,同时通过硬件结构的模块化、标准化、通用化和系列化,提高硬件的生产批量和质量;

③增强故障自诊断、自恢复和保护功能,对系统内硬件、软件和各种外部设备进行故障诊断、报警,自动进行相应保护,以避免损坏机床和报废工件。由于采取了各种有效的可靠性措施,现代数控机床的平均无故障时间(MTBF)可达到10 000～36 000h。

(5)标准化。数控标准是制造业信息化发展的一种趋势。数控技术诞生后的60多年间的信息交换都是基于ISO 6983标准,即采用G、M 代码对加工过程进行描述,显然,这种面向过程的描述方法已越来越不能满足现代数控技术高速发展的需要。为此,国际上已经制定了一种新的CNC系统标准ISO1 4649(STEP－NC),其目的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制,能够描述产品整个生命周期内的统一数据模型,从而实现整个制造过程,乃至各个工业领域产品信息的标准化。

(6)驱动并联化。并联加工中心(又称六杆数控机床、虚轴机床)是数控机床在结构上取得的重大突破。

(7)交互网络化。支持网络通信协议,既满足单机需要,又能满足FMC、FMS、CIMS对基层设备集成要求的数控系统,该系统是形成“全球制造”的基础单元。目前先进的数控系统为用户提供了强大的联网能力,可实现多台数控机床间的数据通信和直接对多台数控机床进行控制。有的已配备与工业局域网通信的功能以及网络接口,使远程在线编程、远程仿真、远程操作、远程监控及远程故障诊断成为可能。

(8)体系开放化。具有在不同的工作平台上均能实现系统功能,且可以与其他的系统应用进行互操作的系统。系统构件(软件和硬件)具有标准化(Standardization)与多样化(Diversification)和互换性(Interchangeability)的特征;允许通过对构件的增减来构造系统,实现系统“积木式”的集成。系统构造应该是可移植的和透明的。