數(shù)控技術與產(chǎn)業(yè)發(fā)展途徑探討

PAGE第一章數(shù)控技術國內外現(xiàn)狀1.1開放結構的發(fā)展

數(shù)控技術從發(fā)明到現(xiàn)在，已有近50年的歷史。按照電子器件的發(fā)展可分為五個發(fā)展階段：電子管數(shù)控，晶體管數(shù)控，中小規(guī)模IC數(shù)控，小型計算機數(shù)控，微處理器數(shù)控；從體系結構的發(fā)展，可分為以硬件及連線組成的硬數(shù)控系統(tǒng)、計算機硬件及軟件組成的CNC數(shù)控系統(tǒng)，后者也稱為軟數(shù)控系統(tǒng)：從伺服及控制的方式可分為步進電機驅動的開環(huán)系統(tǒng)和伺服電機驅動的閉環(huán)系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)裝備的機床大大提高了加工精度、速度和效率。人類發(fā)明了機器，延長和擴展人的手腳功能：當出現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)以后，制造廠家逐漸希望數(shù)控系統(tǒng)能部分代替機床設計師和操作者的大腦，具有一定的智能，能把特殊的加工工藝、管理經(jīng)驗和操作技能放進數(shù)控系統(tǒng)，同時也希望系統(tǒng)具有圖形交互、診斷功能等。首先就要求數(shù)控系統(tǒng)具有友好的人機界面和開發(fā)平臺，通過這個界面和平臺開放而自由地執(zhí)行和表達自己的思路。這就產(chǎn)生了開放結構的數(shù)控系統(tǒng)。機床制造商可以在該開放系統(tǒng)的平臺上增加一定的硬件和軟件構成自己的系統(tǒng)。目前，開放系統(tǒng)有兩種基本結構：(1)CNC+PC主板：把一塊PC主板插入傳統(tǒng)的CNC機器中，PC板主要運行以實時控制，CNC主要運行以坐標軸運動為主的實時控制。(2)PC+運動控制板：把運動控制板插入PC機的標準插槽中作實時控制用，而PC機主要作非實時控制。開放結構在90年代初形成；對于許多熟悉計算機應用的系統(tǒng)廠家，往往采用第(2)方案。但目前主流數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家認為數(shù)控系統(tǒng)最主要的性能是可靠性，像PC機存在的死機現(xiàn)象是不允許的。而系統(tǒng)功能首先追求的仍然是高精高速的加工。加上這些廠家長期已經(jīng)生產(chǎn)大量的數(shù)控系統(tǒng)：體系結構的變化會對他們原系統(tǒng)的維修服務和可靠性產(chǎn)生不良的影響。因此不把開放結構作為主要的產(chǎn)品，仍然大量生產(chǎn)原結構的數(shù)控系統(tǒng)。為了增加開放性，主流數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家往往采用(1)方案，即在不變化原系統(tǒng)基本結構的基礎上增加一塊PC板，提供鍵盤使用戶能把PC和CNC聯(lián)系在一起，大大提高了人機界面的功能比較典型的如FANUC的150/160／180／210系統(tǒng)。有些廠家也把這種裝置稱為融合系統(tǒng)(fusionsystem)。由于它工作可靠，界面開放，越來越受到機床制造商的歡迎。

1.2軟件伺服驅動技術

伺服技術是數(shù)控系統(tǒng)的重要組成部分。廣義上說，采用計算機控制，控制算法采用軟件的伺服裝置稱為“軟件伺服”。它有以下優(yōu)點：(1)無溫漂，穩(wěn)定性好。(2)基于數(shù)值計算，精度高。(3)通過參數(shù)對設定，調整減少(4)容易做成ASIC電路。70年代，美國GATTYS公司發(fā)明了直流力矩伺服電機，從此開始大量采用直流電機驅動。開環(huán)的系統(tǒng)逐漸由閉環(huán)的系統(tǒng)取代。但直流電機存在以下缺點：(1)電動機容量、最高轉速、環(huán)境條件受到限制；(2)換向器、電刷維護不方便。交流異步電機雖然價格便宜、結構簡單，但早期由于控制性能差，所以很長時間沒有在數(shù)控系統(tǒng)上得到應用。隨著電力電子技術的發(fā)展，1971年，德國西門子的Blaschke發(fā)明了交流異步機的矢量控制法；1980年，德國人Leonhard為首的研究小組在應用微理器的矢量控制的研究中取得進展，使矢量控制實用化。從70年代末，數(shù)控機床逐漸采用異步電機為主軸的驅動電機。如果把直流電機進行“里翻外”的處理，即把電驅繞組裝在定子，轉子為永磁部分，由轉子軸上的編碼器測出磁極位置，這就構成了永磁無刷電機。這種電機具有良好的伺服性能。從80年代開始，逐漸應用在數(shù)控系統(tǒng)的進給驅動裝置上。為了實現(xiàn)更高的加工精度和速度，90年代，許多公司又研制了直線電機。它由兩個非接觸元件組成，即磁板和線卷滑座：電磁力直接作用于移動的元件而無需機械連接，沒有機械滯后或螺距周期誤差，精度完全依賴于直線反饋系統(tǒng)和分級的支承，由全數(shù)字伺服驅動，剛性高，頻響好，因而可獲得高速度。但由于它的推力還不夠大，發(fā)熱，漏磁及造價也影響了它的廣泛應用。對現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)，伺服技術取得的最大突破可以歸結為：交流驅動取代直流驅動、數(shù)字控制取代模擬控制、或者把它稱為軟件控制取代硬件控制。這兩種突破的結果產(chǎn)生了交流數(shù)字驅動系統(tǒng)，應用在數(shù)控機床的伺服進給和主軸裝置。由于電力電子技術及控制理論、微處理器等微電子技術的快速發(fā)展，軟件運算及處理能力的提高，特別是DSP的應用，使系統(tǒng)的計算速度大大提高，采樣時間大大減少。這些技術的突破，使伺服系統(tǒng)性能改善、可靠性提高、調試方便、柔性增強。大大推動了高精高速加工技術的發(fā)展。1.3CNC系統(tǒng)的連網(wǎng)

數(shù)控系統(tǒng)從控制單臺機床到控制多臺機床的分級式控制需要網(wǎng)絡進行通信；網(wǎng)絡的主要任務是進行通信，共享信息。這種通信通常分三級：(1)工廠管理級。一般由以太網(wǎng)組成。(2)車間單元控制級。一般由DNC功能進行控制。通過DNC功能形成網(wǎng)絡可以實現(xiàn)對零件程序的上傳或下傳：讀、寫CNC的數(shù)據(jù)：PLC數(shù)據(jù)的傳送；存貯器操作控制；系統(tǒng)狀態(tài)采集和遠程控制等。更高檔次的DNC還可以對CAD／CAM/CAPP以及CNC的程序進行傳送和分級管理。CNC與通信網(wǎng)絡聯(lián)系在一起還可以傳遞維修數(shù)據(jù)，使用戶與NC生產(chǎn)廠直接通信：進而，把制造廠家聯(lián)系一起，構成虛擬制造網(wǎng)絡。(3)現(xiàn)場設備級?，F(xiàn)場級與車間單元控制級及信息集成系統(tǒng)主要完成底層設備單機及工／0控制、連線控制、通信連網(wǎng)、在線設備狀態(tài)監(jiān)測及現(xiàn)場設備生產(chǎn)、運行數(shù)據(jù)的采集、存儲、統(tǒng)計等功能，保證現(xiàn)場設備高質量完成生產(chǎn)任務，并將現(xiàn)場設備生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)信息傳送到工廠管理層，向工廠級提供數(shù)據(jù)。同時也可接受工廠管理層下達的生產(chǎn)管理及調度命令并執(zhí)行之。因此，現(xiàn)場級與車間級是實現(xiàn)工廠自動化及CIMS系統(tǒng)的基礎。傳統(tǒng)的現(xiàn)場級大多是基于PLC的分布式系統(tǒng)。其主要特點是現(xiàn)場層設備與控制器之間的連接是一對一，即一個I/0點對設備的一個測控點。所謂I／0接線方式為傳遞4—20ma(模擬量信息)或24VDC(開關量信息)。這種系統(tǒng)的缺點是：信息集成能力不強、系統(tǒng)不開放、可集成性差、專業(yè)性不強、可靠性不易保證、可維護性不高。現(xiàn)場總線是以單個分散的、數(shù)字化、智能化的測量和控制設備作為網(wǎng)絡節(jié)點，用總線相連接，實現(xiàn)相互交換信息，共同完成自動控制功能的網(wǎng)絡系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。因此，現(xiàn)場總線是面向：f廠底層自動化及信息集成的數(shù)字網(wǎng)絡技術?，F(xiàn)場總線技術的主要特點為：它是數(shù)控系統(tǒng)通信向現(xiàn)場級的延伸、數(shù)字化通信取代4—20ma模擬信號、應用現(xiàn)場總線技術，要求現(xiàn)場設備智能化(可編程或可參數(shù)化)：它既實現(xiàn)現(xiàn)場設備的遠程控制、參數(shù)化及故障診斷為一體：由于現(xiàn)場總線具有開放性、互操作性、互換性、可集成性，因此是實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)設備層信息集成的關鍵技術。它對提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本非常重要。目前在工業(yè)上采用的現(xiàn)場總線有Profibus-DP，SERCOS，JPCN-1，Deviconet，CAN，hterbus—>S，Marco等。有的公司還有自己的總線，比如FANUC的FSSB，工／OLINK(相當于JPCN—>1)，YASKAW^的MOTIONLINK等。目前比較活躍的是Prof主bus-DP，為了允許更快的數(shù)據(jù)傳送速度，它由0S工的七層結構省去3-7層構成。西門子最新推出802D的伺服控制就是由Profibus-DP控制的。

1.4功能不斷發(fā)展和擴大

NC技術經(jīng)過50年的發(fā)展，已經(jīng)成為制造技術發(fā)展的基礎。這里以FANUC最先進的CNC控制系統(tǒng)15i／150i為例說明系統(tǒng)功能的發(fā)展。這是一臺具有開放性，4通道、最多控制軸數(shù)為24軸、最多聯(lián)動軸數(shù)為24軸、最多可控制4個主軸的CNC系統(tǒng)。其快速移動速度與分辨率關系如下表?？焖僖苿铀俣萴／min快速移動速度m／min24011000.1100.01l0.001它的技術特點反映了現(xiàn)代NC發(fā)展的特點：

1開放性：

系統(tǒng)可通過光纖與PC機連接，采用Window兼容軟件和開發(fā)環(huán)境。功能以高速、超精為核心，并具有智能控制。特別適合於加工航空機械零件，汽車及家電的高精零件，各種模具和復雜的需5軸加工的零件。15i／150主具有高精納米插補功能；即使系統(tǒng)的沒定編程單位為1um，通過納米插補也可提供給數(shù)字伺服以lnm為單位的指令，平滑了機床的移動量，提高了加工表面光潔度，大大減少加工工表面的誤差。當分辨率為0.00lmm時，快速可達240m/min速度；系統(tǒng)還具有高速高精加工的智能控制功能：(1)預計算出多程序段刀具軌跡，并進行預處理。(2)智能控制，計及機床的機械性能，可按最佳的允許進給率和最人的允許加速度J：作，使機床的功能得到最大的發(fā)揮。以便降低加工時間，提高效率，同時提高加工精度。(3)系統(tǒng)可在分辨率為1nm時工作，適用於控制超精機械。

2高級復雜的功能：

15i／150i可進行各種數(shù)學的插補，如直線、圓弧、螺旋線、漸開線、螺旋漸開線、樣條等插補。也可以進行NURBS(Nonuniformrat主ona!Bspline)插補。采用NURBS插補可以人人減少NC程序的數(shù)據(jù)輸入量，減少加工時間，特別適用模具加工。NURBS插補不需任何硬件。

3強力的聯(lián)網(wǎng)通信功能。適應工廠自動化需要，支持標準FA網(wǎng)絡及DNC的連接

(1)工廠干線或控制層通信網(wǎng)絡：由PC機通過以太網(wǎng)控制多臺15i／150i組成的加工單元，可以傳送數(shù)據(jù)、參數(shù)等。(2)設備層通信網(wǎng)絡：15㈠150i采用I／0LINK(與日本標準JPCN—1相對應的一種現(xiàn)場總線。（3）通過RS—485接口傳送工／0信號：或且也可采用Prellbus—DP(符合歐洲1標準EN50170)以12Mbps進行高速通信。

4.具有高速內裝的PMC(有的廠商稱為PLC)，以減少加工的循環(huán)的時間：

(1)梯形圖和順序程序由專用的PMC處理器控制，這種結構可進行快速大規(guī)模順序控制。(2)基本PMC指令執(zhí)行時間為：0．085ps；最大步數(shù)：32，000步。(3)可以用C語言編程；32位的C語言處理器可作為實時多任務運行；它與梯形圖計算的PMC處理器并行工作。(4)可在PC機上進行程序開發(fā)。

5.先進的操作：性和維修性(1)具有觸摸面板，容易操作。(2)可采用存儲卡改變輸入輸出。

第二章數(shù)控技術的發(fā)展趨勢1.1性能發(fā)展方向

1、高速高精高效化速度、精度和效率是機械制造技術的關鍵性能指標。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統(tǒng)以及帶高分辨率絕對式檢測元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，同時采取了改善機床動態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施，機床的高速高精高效化已大大提高。

2、柔性化它包含兩方面：a.數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性，數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設計，功能覆蓋面大，可裁剪性強，便于滿足不同用戶的需求；b.群控系統(tǒng)的柔性，同一群控系統(tǒng)能依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求，使物料流和信息流自動進行動態(tài)調整，從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。

3、工藝復合性和多軸化以減少工序、輔助時間為主要目的的復合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向發(fā)展。數(shù)控機床的工藝復合化是指工件在一臺機床上一次裝夾后，通過自動換刀、旋轉主軸頭或轉臺等各種措施，完成多工序、多表面的復合加工。數(shù)控技術軸，西門子880系統(tǒng)控制軸數(shù)可達24軸。

4、實時智能化早期的實時系統(tǒng)通常針對相對簡單的理想環(huán)境，其作用是如何調度任務，以確保任務在規(guī)定期限內完成。而人工智能則試圖用計算模型實現(xiàn)人類的各種智能行為?？茖W技術發(fā)展到今天，實時系統(tǒng)和人工智能相互結合，人工智能正向著具有實時響應的、更現(xiàn)實的領域發(fā)展，而實時系統(tǒng)也朝著具有智能行為的、更加復雜的應用發(fā)展，由此產(chǎn)生了實時智能控制這一新的領域。在數(shù)控技術領域，實時智能控制的研究和應用正沿著幾個主要分支發(fā)展：自適應控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制、專家控制、學習控制、前饋控制等。例如在數(shù)控系統(tǒng)中配備編程專家系統(tǒng)、故障診斷專家系統(tǒng)、參數(shù)自動設定和刀具自動管理及補償?shù)茸赃m應調節(jié)系統(tǒng)，在高速加工時的綜合運動控制中引入提前預測和預算功能、動態(tài)前饋功能，在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使數(shù)控系統(tǒng)的控制性能大大提高，從而達到最佳控制的目的。

1.2功能發(fā)展方向1、用戶界面圖形化用戶界面是數(shù)控系統(tǒng)與使用者之間的對話接口。由于不同用戶對界面的要求不同，因而開發(fā)用戶界面的工作量極大，用戶界面成為計算機軟件研制中最困難的部分之一。當前INTERNET、虛擬現(xiàn)實、科學計算可視化及多媒體等技術也對用戶界面提出了更高要求。圖形用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶的使用，人們可以通過窗口和菜單進行操作，便于藍圖編程和快速編程、三維彩色立體動態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動態(tài)跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實現(xiàn)。

2、科學計算可視化科學計算可視化可用于高效處理數(shù)據(jù)和解釋數(shù)據(jù)，使信息交流不再局限于用文字和語言表達，而可以直接使用圖形、圖像、動畫等可視信息。可視化技術與虛擬環(huán)境技術相結合，進一步拓寬了應用領域，如無圖紙設計、虛擬樣機技術等，這對縮短產(chǎn)品設計周期、提高產(chǎn)品質量、降低產(chǎn)品成本具有重要意義。在數(shù)控技術領域，可視化技術可用于CAD/CAM，如自動編程設計、參數(shù)自動設定、刀具補償和刀具管理數(shù)據(jù)的動態(tài)處理和顯示以及加工過程的可視化仿真演示等。

3、插補和補償方式多樣化多種插補方式如直線插補、圓弧插補、圓柱插補、空間橢圓曲面插補、螺紋插補、極坐標插補、2D+2螺旋插補、NANO插補、NURBS插補(非均勻有理B樣條插補)、樣條插補(A、B、C樣條)、多項式插補等。多種補償功能如間隙補償、垂直度補償、象限誤差補償、螺距和測量系統(tǒng)誤差補償、與速度相關的前饋補償、溫度補償、帶平滑接近和退出以及相反點計算的刀具半徑補償?shù)取?/p>

4、內裝高性能PLC數(shù)控系統(tǒng)內裝高性能PLC控制模塊，可直接用梯形圖或高級語言編程，具有直觀的在線調試和在線幫助功能。編程工具中包含用于車床銑床的標準PLC用戶程序實例，用戶可在標準PLC用戶程序基礎上進行編輯修改，從而方便地建立自己的應用程序。

5、多媒體技術應用多媒體技術集計算機、聲像和通信技術于一體，使計算機具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力。在數(shù)控技術領域，應用多媒體技術可以做到信息處理綜合化、智能化，在實時監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)現(xiàn)場設備的故障診斷、生產(chǎn)過程參數(shù)監(jiān)測等方面有著重大的應用價值。1.3體系結構的發(fā)展方向

1、智能化21世紀的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)，智能化的內容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面：為追求加工效率和加工質量方面的智能化，如加工過程的自適應控制，工藝參數(shù)自動生成；為提高驅動性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機參數(shù)的自適應運算、自動識別負載自動選定模型、自整定等；簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動編程、智能化的人機界面等；還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。

2、網(wǎng)絡化網(wǎng)絡化數(shù)控裝備是近兩年國際著名機床博覽會的一個新亮點。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對信息集成的需求，也是實現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎單元。國內外一些著名數(shù)控機床和數(shù)控系統(tǒng)制造公司都在近兩年推出了相關的新概念和樣機，如在EMO2001展中，日本山崎馬扎克（Mazak)公司展出的“CyberProduction

Center”（智能生產(chǎn)控制中心，簡稱CPC)；日本大隈（Okuma）機床公司展出“IT

plaza”（信息技術廣場，簡稱IT廣場)；德國西門子(Siemens)公司展出的Open

Manufacturing

Environment（開放制造環(huán)境，簡稱OME）等，反映了數(shù)控機床加工向網(wǎng)絡化方向發(fā)展的趨勢。

3、集成化采用高度集成化CPU、RISC芯片和大規(guī)?？删幊碳呻娐稦PGA、EPLD、CPLD以及專用集成電路ASIC芯片，可提高數(shù)控系統(tǒng)的集成度和軟硬件運行速度。應用FPD平板顯示技術，可提高顯示器性能。平板顯示器具有科技含量高、重量輕、體積小、功耗低、便于攜帶等優(yōu)點，可實現(xiàn)超大尺寸顯示，成為和CRT抗衡的新興顯示技術，是21世紀顯示技術的主流。應用先進封裝和互連技術，將半導體和表面安裝技術融為一體。通過提高集成電路密度、減少互連長度和數(shù)量來降低產(chǎn)品價格，改進性能，減小組件尺寸，提高系統(tǒng)的可靠性。

4、通用型開放式閉環(huán)控制模式采用通用計算機組成總線式、模塊化、開放式、嵌入式體系結構，便于裁剪、擴展和升級，可組成不同檔次、不同類型、不同集成程度的數(shù)控系統(tǒng)。閉環(huán)控制模式是針對傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)僅有的專用型單機封閉式開環(huán)控制模式提出的。由于制造過程是一個具有多變量控制和加工工藝綜合作用的復雜過程，包含諸如加工尺寸、形狀、振動、噪聲、溫度和熱變形等各種變化因素，因此，要實現(xiàn)加工過程的多目標優(yōu)化，必須采用多變量的閉環(huán)控制，在實時加工過程中動態(tài)調整加工過程變量。加工過程中采用開放式通用型實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式，易于將計算機實時智能技術、網(wǎng)絡技術、多媒體技術、CAD/CAM、伺服控制、自適應控制、動態(tài)數(shù)據(jù)管理及動態(tài)刀具補償、動態(tài)仿真等高新技術融于一體，構成嚴密的制造過程閉環(huán)控制體系，從而實現(xiàn)集成化、智能化、網(wǎng)絡化。

5、智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng)當前開發(fā)研究適應于復雜制造過程的、具有閉環(huán)控制體系結構的、智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng)已成為可能。這種數(shù)控系統(tǒng)的體系結構如下圖所示：由圖可知，智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng)將計算機智能技術、網(wǎng)絡技術、CAD/CAM、伺服控制、自適應控制、動態(tài)數(shù)據(jù)管理及動態(tài)刀具補償、動態(tài)仿真等高新技術融于一體，形成嚴密的制造過程閉環(huán)控制體系。6、標準化

數(shù)控標準是制造業(yè)信息化發(fā)展的一種趨勢。數(shù)控技術誕生后的50年間的信息交換都是基于ISO6983標準，即采用G，M代碼描述如何（how）加工，其本質特征是面向加工過程，顯然，他已越來越不能滿足現(xiàn)代數(shù)控技術高速發(fā)展的需要。為此，國際上正在研究和制定一種新的CNC系統(tǒng)標準ISO14649（STEP－NC)，其目的是提供一種不依賴于具體系統(tǒng)的中性機制，能夠描述產(chǎn)品整個生命周期內的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，從而實現(xiàn)整個制造過程，乃至各個工業(yè)領域產(chǎn)品信息的標準化。

STEP-NC的出現(xiàn)可能是數(shù)控技術領域的一次革命，對于數(shù)控技術的發(fā)展乃至整個制造業(yè)，將產(chǎn)生深遠的影響。首先，STEP-NC提出一種嶄新的制造理念，傳統(tǒng)的制造理念中，NC加工程序都集中在單個計算機上。而在新標準下，NC程序可以分散在互聯(lián)網(wǎng)上，這正是數(shù)控技術開放式、網(wǎng)絡化發(fā)展的方向。其次，STEP-NC數(shù)控系統(tǒng)還可大大減少加工圖紙（約75％）、加工程序編制時間（約35％）和加工時間（約50％）。

目前，歐美國家非常重視STEP-NC的研究，歐洲發(fā)起了STEP-NC的IMS計劃(1999.1.1～2001.12.31)。參加這項計劃的有來自歐洲和日本的20個CAD/CAM/CAPP/CNC用戶、廠商和學術機構。美國的STEP

Tools公司是全球范圍內制造業(yè)數(shù)據(jù)交換軟件的開發(fā)者，他已經(jīng)開發(fā)了用作數(shù)控機床加工信息交換的超級模型(Super

Model)，其目標是用統(tǒng)一的規(guī)范描述所有加工過程。目前這種新的數(shù)據(jù)交換格式已經(jīng)在配備了SIEMENS、FIDIA以及歐洲OSACA-NC數(shù)控系統(tǒng)的原型樣機上進行了驗證。

第三章我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展的思考

1、注重系統(tǒng)配套

2、注重產(chǎn)品的可靠性

3、提倡創(chuàng)新，加強服務數(shù)控技術和數(shù)控裝備是制造工業(yè)現(xiàn)代化的重要基礎。這個基礎是否牢固直接影響到一個國家的經(jīng)濟發(fā)展和綜合國力，關系到一個國家的戰(zhàn)略地位。因此，世界上各工業(yè)發(fā)達國家均采取重大措施來發(fā)展自己的數(shù)控技術及其產(chǎn)業(yè)。

在我國，數(shù)控技術與裝備的發(fā)展亦得到了高度重視，近年來取得了相當大的進步。特別是在通用微機數(shù)控領域，以PC平臺為基礎的國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，已經(jīng)走在了世界前列。但是，我國在數(shù)控技術研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面亦存在不少問題，特別是在技術創(chuàng)新能力、商品化進程、市場占有率等方面情況尤為突出。在新世紀到來時，如何有效解決這些問題，使我國數(shù)控領域沿著可持續(xù)發(fā)展的道路，從整體上全面邁入世界先進行列，使我們在國際競爭中有舉足輕重的地位，將是數(shù)控研究開發(fā)部門和生產(chǎn)廠家所面臨的重要任務。

為完成此任務，首先必須確立符合中國國情的發(fā)展道路。為此，下文從總體戰(zhàn)略和技術路線兩個層次及數(shù)控系統(tǒng)、功能部件、數(shù)控整機等幾個具體方面探討了新世紀的發(fā)展途徑。

1.總體戰(zhàn)略

制定符合中國國情的總體發(fā)展戰(zhàn)略，對21世紀我國數(shù)控技術與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展至關重要。通過對數(shù)控技術和產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢的分析和對我國數(shù)控領域存在問題的研究，我們認為以科技創(chuàng)新為先導，以商品化為主干，以管理和營銷為重點，以技術支持和服務為后盾，堅持可持續(xù)發(fā)展道路將是一種符合我國國情的發(fā)展數(shù)控技術和產(chǎn)業(yè)的總體戰(zhàn)略。

1.1以科技創(chuàng)新為先導

中國數(shù)控技術和產(chǎn)業(yè)經(jīng)過40多年的發(fā)展，從無到有，從引進消化到擁有自己獨立的自主版權，取得了相當大的進步。但回顧這幾十年的發(fā)展，可以看到我們在數(shù)控領域的進步主要還是按國外一些模式，按部就班地發(fā)展，真正創(chuàng)新的成分不多。這種局面在發(fā)展初期的起步階段，是無可非議的。但到了世界數(shù)控強手如林的今天和知識經(jīng)濟即將登上舞臺的新世紀，這一常規(guī)途徑就很難行通了。例如，在國外模擬伺服快過時時，我們開始搞模擬伺服，還沒等我們占穩(wěn)市場，技術上就已經(jīng)落后了；在國外將脈沖驅動的數(shù)字式伺服打入我國市場時，我們就跟著搞這類所謂的數(shù)字伺服，但至今沒形成大的市場規(guī)模；近來國外將數(shù)字式伺服發(fā)展到用網(wǎng)絡（通過光纜等）與數(shù)控裝置連接時，我們又跟著發(fā)展此類系統(tǒng)，前途仍不樂觀。這種老是跟在別人后面走，按國外已有控制和驅動模式來開發(fā)國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，在技術上難免要滯后，再加上國外公司在我國境內設立研究所和生產(chǎn)廠，實行就地開發(fā)、就地生產(chǎn)和就地銷售，使我們的產(chǎn)品在性能價格比上已越來越無多大優(yōu)勢，因此要進一步擴大市場占有率，難度自然就很大了。

為改變這種現(xiàn)狀，我們必須深刻理解和認真落實“科學技術是第一生產(chǎn)力”的偉大論斷，大力加強數(shù)控領域的科技創(chuàng)新，努力研究具有中國特色的實用的先進數(shù)控技術，逐步建立自己獨立的、先進的技術體系。在此基礎上大力發(fā)展符合中國國情的數(shù)控產(chǎn)品，從而形成從數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控功能部件到種類齊全的數(shù)控機床整機的完整的產(chǎn)業(yè)體系。這樣，才不會被國外牽著鼻子，永遠受別人的制約，才有可能用先進、實用的數(shù)控產(chǎn)品去收復國內市場，打開國際市場，使中國的數(shù)控技術和數(shù)控產(chǎn)業(yè)在21世紀走在世界的前列。

1.2在商品化上狠下工夫

近幾年我國數(shù)控產(chǎn)品雖然發(fā)展很快，但真正在市場上站住腳的卻不多。就數(shù)控系統(tǒng)而言，國產(chǎn)貨仍未真正被廣大機床廠所接受，因此出現(xiàn)國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)用于舊機床改造的例子較多，而裝備新機床的卻很少，機床廠出產(chǎn)的國產(chǎn)數(shù)控機床大多數(shù)用的都是國外的系統(tǒng)。這當然不是說舊機床的數(shù)控化改造不重要，而是說明從商品的角度看，我們的數(shù)控系統(tǒng)與國外相比還存在相當大的差距。影響數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機床商品化的主要因素除技術性能和功能外，更重要的就是可靠性、穩(wěn)定性和實用性。以往，一些數(shù)控技術和產(chǎn)品的研究、開發(fā)部門，所追求的往往是一些體現(xiàn)技術水平的指標（如多少通道、多少軸聯(lián)動、每分鐘多少米的進給速度等等），而對影響實用性的一些指標和一些小問題卻不太重視，在產(chǎn)品的穩(wěn)定性、魯棒性、可靠性、實用性方面花的精力相對較少。從而出現(xiàn)某些產(chǎn)品鑒定時的水平都很高，甚至也獲各種大獎。但這些高指標、高性能的產(chǎn)品到用戶哪兒卻由于一些小問題而表現(xiàn)不盡人意，最后喪失了信譽，打不開市場。這說明，高指標、高性能的樣機型的產(chǎn)品離用戶真正需要的實用、可靠的商品是有相當大的距離的，將一個高指標、高性能的產(chǎn)品變?yōu)橐粋€有市場的商品還需作出大量艱苦的努力。另一方面，數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機床不像家電類產(chǎn)品那樣易于大批量生產(chǎn)，應用環(huán)境也不那么簡單。數(shù)控產(chǎn)品是在生產(chǎn)環(huán)境中使用，面臨的是五花八門的工藝問題。如果開發(fā)部門對這些問題掌握得不透，就難以將產(chǎn)品設計得很完善。而且數(shù)控產(chǎn)品的某些問題在開發(fā)、試用，甚至鑒定時都難以發(fā)現(xiàn)。這就造成，同樣型號的數(shù)控機床在有的用戶那兒運行得很好，而在別的用戶那兒卻表現(xiàn)欠佳。或者同樣型號的數(shù)控機床用于加工某些零件工作得很好，但用于加工其他零件時卻不盡人意。出現(xiàn)這種情況，有時是用戶操作人員的水平問題，但有時就是數(shù)控產(chǎn)品本身潛在問題的暴露。為解決這一問題，國外一些公司設立了專門機構來測試考驗自己的產(chǎn)品，如為考驗新開發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)，廠家自己設計和從生產(chǎn)實際中收集了大量零件程序，讓數(shù)控系統(tǒng)運行各種各樣的程序，一旦發(fā)現(xiàn)問題，即立即反饋給開發(fā)部門予以解決。經(jīng)過這樣的測試考驗過程后，數(shù)控系統(tǒng)的潛在問題就大為減少。以往，我們的產(chǎn)品就很少進行這樣嚴格的全面的自我測試考驗。好些問題要等到用戶去給我們挑出來。這樣，即使一個小問題也將嚴重影響國產(chǎn)數(shù)控產(chǎn)品的聲譽。

因此，我們應充分重視上述問題，在商品化上切實狠下工夫，將其作為數(shù)控產(chǎn)業(yè)的主干來抓，貫穿于技術研究、產(chǎn)品開發(fā)、試制、生產(chǎn)等的全過程中，從而將我們已有的技術水平較高的數(shù)控產(chǎn)品變成真正有市場的好商品。

1.3將管理和營銷作為產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點

經(jīng)過20來年市場風雨的沖擊，國人已越來越認識到，技術固然重要，但在市場經(jīng)濟的環(huán)境下，要在激烈的全球競爭中獲勝，管理和營銷就顯得更為重要。例如，我國臺灣生產(chǎn)的數(shù)控機床不但占領了大陸市場的相當大的份額，而且還打進了美國市場。是臺灣數(shù)控機床的技術和質量超過美國了嗎？顯然不是。那他們靠的是什么？重要的一條就是在企業(yè)管理和產(chǎn)品營銷上下了工夫。而我們長期以來把主要精力放在開發(fā)技術和提高水平上，忽視了經(jīng)營管理、市場開拓、產(chǎn)品營銷等方面的工作，結果在新技術、新產(chǎn)品開發(fā)出來以后，在產(chǎn)品質量提高以后，企業(yè)仍然處于產(chǎn)品銷售不暢的困境［1］。國內外的經(jīng)驗說明，數(shù)控產(chǎn)品的競爭力不僅取決于技術，更取決于經(jīng)營管理能力和營銷能力。

1.4大力加強技術支持和服務

數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機床作為典型的高技術產(chǎn)品，對用戶的技術支持和服務是相當重要的。以前國產(chǎn)數(shù)控產(chǎn)品喪失信譽的原因，除可靠性問題外，另一大問題就是缺乏有力的技術支持和服務。用戶花了很多錢買的數(shù)控機床或數(shù)控系統(tǒng)，一旦出現(xiàn)問題卻叫天天不應，叫地地不靈，以后誰還敢買我們的產(chǎn)品。因此，應將對用戶的技術支持和服務當成重要的日常工作來抓，使我們在市場上向縱深挺進時，有一個強大后方。因此，為了取得數(shù)控產(chǎn)品市場競爭的全面勝利，必須建立以技術支持和服務為核心的強大后方。當然，為贏得主動，后方也須主動出擊。目前，利用先進的信息技術手段（如網(wǎng)絡和多媒體），將為建立新一代立體化的技術支持和服務體系開辟新的途徑。

1.5堅持可持續(xù)發(fā)展道路

可持續(xù)發(fā)展是下一世紀企業(yè)發(fā)展的重要戰(zhàn)略，我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)要有大的發(fā)展也必須堅持走可持續(xù)發(fā)展的道路。綠色是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑，其主要思想是清潔和節(jié)約。為此應大力加強綠色數(shù)控產(chǎn)品的開發(fā)，加速促進數(shù)控產(chǎn)品、數(shù)控產(chǎn)業(yè)以及整個制造業(yè)的綠色化，主要戰(zhàn)略措施應考慮以下幾方面：①有效減少產(chǎn)品制造及使用過程中的環(huán)境污染。如減少數(shù)控機床的鑄件結構，消除鑄造對環(huán)境的污染；將數(shù)控機床主軸的潤滑以油氣潤滑、噴油潤滑等取代油霧潤滑，減少對生產(chǎn)環(huán)境的污染；在精密數(shù)控機床及其運行環(huán)境的溫度控制中取消氟利昂制冷的恒溫技術；以電傳動代替機械傳動，減少噪聲污染。②大幅度降低資源消耗和能源消耗。如以軟件代替硬件，從而減少硬件制造的資源和能源消耗及污染，并減少產(chǎn)品壽命結束后硬件裝置的拆卸回收問題；以永磁驅動代替感應驅動，提高效率和功率。③加強用數(shù)控技術改造傳統(tǒng)機床。這既符合運用信息技術和自動化技術改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，使傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)技術和裝備現(xiàn)代化這一產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的目標得以實現(xiàn)，又可取得巨大的經(jīng)濟效益。我國擁有普通機床數(shù)百萬臺，加強用數(shù)控技術改造傳統(tǒng)機床將成為下世紀我國數(shù)控領域的重要發(fā)展方向。④大力發(fā)展綠色數(shù)控機床。綠色數(shù)控機床應是材料消耗少、能耗低、無污染，壽命長且便于拆卸回收的新型機床。例如，以并聯(lián)結構代替串聯(lián)結構就是開發(fā)綠色數(shù)控機床的一條途徑，這是因為并聯(lián)結構機床消耗的金屬材料僅為常規(guī)串聯(lián)結構機床的幾分之一，其加工量也比常規(guī)機床大幅度減少，特別是消除了大型結構件的鑄造，這將顯著降低機床制造過程中的能源消耗和對環(huán)境的污染。此外，并聯(lián)結構機床有利于采用電傳動，效率高，可有效降低使用中的能源消耗。

國際標準化組織制定了ISO14000環(huán)境管理標準，全球環(huán)境問題“法律化”的趨勢正在進一步發(fā)展，可持續(xù)發(fā)展將成為企業(yè)通向國際市場的通行證［2］。因此，我們的數(shù)控產(chǎn)品要在下一世紀走向國際市場，我們的企業(yè)就必須“從我做起，從現(xiàn)在做起”。

2技術途徑

2.1發(fā)展具有中國特色的新一代PC數(shù)控系統(tǒng)

數(shù)控系統(tǒng)是各類數(shù)控裝備的核心，因此通過科技創(chuàng)新首先發(fā)展具有中國特色的新型數(shù)控系統(tǒng)，將是推動數(shù)控產(chǎn)業(yè)化進程的有效技術途徑。

實踐證明，10年來我們所走的PC數(shù)控道路是完全正確的。PC機（包括工業(yè)PC）產(chǎn)量大、價格便宜，技術進步和性能提高很快，且可靠性高（工業(yè)PC主機的MTBF已達30年［3］）。因此，以其作為數(shù)控系統(tǒng)的軟硬件平臺不但可以大幅度提高數(shù)控系統(tǒng)的性能價格比，而且還可充分利用通用微機已有軟硬件資源和分享計算機領域的最新成果，如大容量存儲器、高分辨率彩色顯示器、多媒體信息交換、聯(lián)網(wǎng)通訊等。此外，以通用微機作為數(shù)控平臺還可獲得快速的技術進步，當PC機升級換代時，數(shù)控系統(tǒng)也可相應升級換代，從而長期保持技術上的優(yōu)勢，在競爭中立于不敗之地。

目前，PC數(shù)控系統(tǒng)的體系結構有2種主要形式：（1）專用數(shù)控加PC前端的復合式結構；（2）通用PC加位控卡的遞階式結構。另外還有一種正在發(fā)展的數(shù)字化分布式結構。其方案是將由DSP等組成的數(shù)字式伺服通過以光纜等為介質的網(wǎng)絡與數(shù)控裝置連接起來，組成一完整的數(shù)控系統(tǒng)。這種系統(tǒng)雖然性能很好，但由于開發(fā)和生產(chǎn)成本太高，近期難以被國內廣大用戶所接受。我們認為，上述結構并不是符合中國國情的最好方案，適合中國國情的應是將所有數(shù)控功能全軟件化的集成式結構，因為這種結構的硬件規(guī)模最小，不但有利于降低系統(tǒng)成本，而且更重要的是可以有效提高系統(tǒng)的可靠性。

幾十年的經(jīng)驗表明，可靠性好壞是國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)能否發(fā)展的關鍵。雖然影響數(shù)控系統(tǒng)可靠性的因素很多，但過大的硬件規(guī)模和較低的硬件制造工藝水平往往對可靠性造成最大的威脅。以往，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)在總體設計時由于種種原因的限制，不得不選用技術指標不太高的普通CPU，這樣，為完成數(shù)控的復雜功能往往需要由多個CPU來組成系統(tǒng)，有時還需另加一些專用或通用硬件電路來實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的一些高實時性功能（如細插補、位置伺服控制等），從而造成系統(tǒng)硬件規(guī)模龐大。對于數(shù)控系統(tǒng)這種批量不大的產(chǎn)品，在國內現(xiàn)有工藝條件下，很難從硬件制造的角度保證系統(tǒng)的可靠性，因而使得國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)在生產(chǎn)現(xiàn)場的表現(xiàn)不佳，對國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的形象和聲譽造成嚴重影響，使得不少用戶現(xiàn)在還心有余悸。因此，我們在開發(fā)新型數(shù)控系統(tǒng)時，應優(yōu)先選用新型高性能CPU（如高主頻的PentiumII、PentiumIII等）作為系統(tǒng)的運算和控制核心，并盡量用軟件來實現(xiàn)數(shù)控的所有功能。這樣，可大幅度減小系統(tǒng)硬件的規(guī)模。此外，還應在軟件設計、電源設計、接插件設計與選用、接地與屏蔽設計和施工等方面采用強抗擾高可靠性設計與制造技術，從而全面提高系統(tǒng)的可靠性。

由于一個新型高性能CPU可以代替數(shù)十個普通CPU（如80286、80386等），因此，在基于高性能CPU的PC平臺上不僅可以完成數(shù)控系統(tǒng)的基本功能（如信息處理、刀補計算、插補計算、加減速控制等）和開關量控制功能（內裝PLC），而且還可以完成伺服控制功能。這樣，以前由DSP完成的數(shù)字化伺服控制功能（如位置控制、速度控制、矢量變換控制等）均可由PC中的CPU完成，從而實現(xiàn)內裝式伺服控制，這不僅有效縮小了數(shù)控部分的硬件規(guī)模，而且還大幅度縮小了伺服控制部分硬件規(guī)模。

這種具有內裝PLC和內裝伺服控制的全軟件化集成式數(shù)控系統(tǒng)，其硬件規(guī)模將達到最小化，整個數(shù)控系統(tǒng)除一個PC平臺外，剩下的只有驅動機床運動的功率接口和反饋接口。這既有效提高了系統(tǒng)可靠性，又消除了信息傳遞瓶頸，提高了系統(tǒng)性能，同時還可顯著降低系統(tǒng)成本，使系統(tǒng)（包括電機）售價將可降至現(xiàn)有數(shù)控系統(tǒng)的一半左右。顯然，這種高性能、高可靠性、低成本的新型數(shù)控系統(tǒng)將具有極強的競爭力，有望為開創(chuàng)中國數(shù)控的新局面作出貢獻。

此外，集成化PC數(shù)控系統(tǒng)還有一大優(yōu)點，就是容易實現(xiàn)開放式結構。這是因為，這種系統(tǒng)的硬件本身已經(jīng)是完全開放的，構成開放式數(shù)控系統(tǒng)的工作完全在軟件上，只要制定好標準和協(xié)議，從信息處理、軌跡插補、加減速控制、開關量控制到伺服控制都可以實現(xiàn)開放，從而可大大方便用戶的使用。

2.2推進數(shù)控功能部件的專業(yè)化生產(chǎn)

解決數(shù)控系統(tǒng)問題后，如何實現(xiàn)數(shù)控機床的模塊化設計與制造便是我國機床制造企業(yè)快速響應市場需求，在競爭中獲勝的另一關鍵。要實現(xiàn)數(shù)控機床的模塊化設計制造，必須解決數(shù)控機床功能部件的專業(yè)化生產(chǎn)問題。目前我國在這方面離實際需求還有相當大的差距。因此，在今后的若干年內，我們必須大力促進數(shù)控機床功能部件的開發(fā)和專業(yè)化生產(chǎn)。其要點如下：

(1)新型永磁電主軸單元電主軸已成為國際市場上最熱門的數(shù)控機床功能部件。但目前這類產(chǎn)品幾乎都為感應異步型，存在以下突出問題：①轉子上存在繞組，有大電流流過，因此轉子發(fā)熱嚴重，直接影響主軸精度；②低速出力小且轉矩脈動大，難以滿足寬范圍切削要求；③效率和功率因素低，不僅電機體積和重量大而且要求逆變器容量大、耗能多；④控制系統(tǒng)復雜、成本高。因此，從現(xiàn)在起我們應將管理和營銷作為產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點，真正擺脫計劃經(jīng)濟時代所遺留下來的思維方式和工作習慣的束縛，建立適應市場的高效、靈敏的運行機制和有效的激勵機制。通過這種機制，一方面切實加強企業(yè)管理，激發(fā)企業(yè)負責人和廣大職工的負責精神、創(chuàng)造精神和獻身精神，努力提高產(chǎn)品的競爭能力；另一方面充分調動企業(yè)內外、行業(yè)內外一切積極因素，大力加強市場開拓力度，奮力打通營銷渠道?？梢詧孕牛羞^硬競爭力的產(chǎn)品，再加上北京開關廠那樣的“找、掙、鉆、搶”精神，我們就一定能在市場競爭中取得勝利。

因此，利用我國稀土永磁材料的優(yōu)勢，開發(fā)新型大功率、高效率、寬調速范圍永磁同步型交流電主軸單元，將可有效解決現(xiàn)有電主軸存在的問題，形成具有中國特色的新一代電主軸產(chǎn)品。由于永磁電主軸的機械結構和控制系統(tǒng)都較感應異步型電主軸簡單，因此易于進行專業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。當然，這還要攻克主軸支承（陶瓷軸承、流體動靜壓軸承、磁懸浮軸承）技術、高精度高速動平衡技術、高速驅動、檢測與控制技術、高可靠性安全保證技術等關鍵技術。

(2)廉價的高性能伺服系統(tǒng)目前，一套進給交流伺服系統(tǒng)（驅動器+電機）的價格一般都在萬元以上，主軸伺服系統(tǒng)的價格高達數(shù)萬元，已成為降低國產(chǎn)數(shù)控機床成本的一大障礙。因此，應配合新型集成化國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展，大力開發(fā)廉價的高性能內裝式伺服系統(tǒng)。由于內裝式伺服的硬件部分只有電機和功率接口，充分利用我國的永磁資源優(yōu)勢，通過專業(yè)化生產(chǎn)可以把電機的造價降下來，而采用智能化的IPM模塊作為功率接口也很便宜，因此將內裝式進給伺服的價格控制在數(shù)千元以內，將內裝式主軸伺服的價格控制在2萬元以內，將是完全可能的。

(3)直線交流伺服系統(tǒng)直線交流伺服系統(tǒng)是下一世紀數(shù)控機床不可缺少的功能部件，目前我國還沒有成熟產(chǎn)品，因此應加強研究、開發(fā)和推廣應用?？紤]到常規(guī)機床的防磁問題較難解決，而并聯(lián)機床的防磁相對容易，因此可為常規(guī)結構機床開發(fā)感應異步型直線電機，為并聯(lián)結構機床開發(fā)永磁同步型直線電機，從而揚長避短，構成符合實際應用要求的新型高速高精度進給系統(tǒng)。在此基礎上，可進一步開發(fā)將驅動與支承合二為一的磁懸浮工作臺。

(4)零傳動數(shù)控轉臺與擺頭數(shù)控轉臺與擺頭是多坐標數(shù)控機床的關鍵部件，傳統(tǒng)的采用高精度蝸桿蝸輪等傳動的轉臺與擺頭不僅制造難度大、成本高，而且難以達到高速加工所需的速度和精度，因而必須另辟蹊徑開發(fā)新型零傳動（無機械傳動鏈）數(shù)控轉臺和擺頭，以促進我國高速高精度多坐標數(shù)控機床的發(fā)展。

(5)高速高精度檢測裝置高速高精度是下世紀數(shù)控機床發(fā)展的主題，這不但需要高性能的控制和驅動，同時還需要高品質的檢測環(huán)節(jié)，因此應在現(xiàn)有技術基礎上，進一步開發(fā)0.1μm以上精度的高速(60m/min以上)線位移傳感器和100萬脈沖/r的角位移傳感器，此類技術國外對我國是封鎖的。

2.3加速數(shù)控機床的全國產(chǎn)化，打好市場翻身仗

數(shù)控產(chǎn)業(yè)化的最終成功將體現(xiàn)在數(shù)控機床的全國產(chǎn)化和市場占有率上。在上述總體戰(zhàn)略指導下，采取抓兩頭（低價位數(shù)控機床和高速高效數(shù)控機床）、帶中間（普通數(shù)控機床）、促重型（重型關鍵裝備）的方針，將是在國內市場上快速收復失地，在國際市場上穩(wěn)步進軍，最終打贏國產(chǎn)數(shù)控機床市場翻身仗的一種有效戰(zhàn)術和策略。關于普通數(shù)控機床的發(fā)展已有許多文章作了專門論述，因此下面僅就低價位數(shù)控機床、高速高效數(shù)控機床和重型數(shù)控機床的發(fā)展問題作一討論。

(1)大力發(fā)展低價位數(shù)控機床低價位機床是功能滿足用戶要求(無功能浪費)、技術指標適中、可靠性好、價格便宜的普及型數(shù)控機床。這類機床已成為國際市場上數(shù)控機床的發(fā)展趨勢之一，也是國內眾多用戶渴求的產(chǎn)品，其市場前景相當廣闊。然而，如果采用國外數(shù)控系統(tǒng)（包括伺服）按照傳統(tǒng)思路來發(fā)展低價位機床，是很難將價格降至廣大用戶所能接受的水平的。因此，采用本文提出的新型集成化國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)來發(fā)展高性能的低價位數(shù)控機床，將是一條最有希望成功的道路。只要有一定批量，由此構成的全國產(chǎn)普及型數(shù)控車床的售價完全可以控制在10萬元以內，三坐標數(shù)控銑床可控制在15萬元左右，加工中心可控制在20萬元左右。此價位的國產(chǎn)數(shù)控機床將是具有較強競爭力的。

(2)加速開發(fā)高速高效數(shù)控機床高速高效是數(shù)控機床發(fā)展的另一大潮流。發(fā)展高速高效數(shù)控機床的技術途徑可有以下幾條：①通過提高切削速度和進給速度，從而達到成倍提高生產(chǎn)效率，有效提高零件的表面加工質量和加工精度并解決常規(guī)加工難以解決的某些特殊材料（如鋁鈦合金、模具鋼、淬硬鋼）和特殊形狀零件（如復雜薄壁零件）的高效加工問題。②通過工藝復合，減少工件的安裝次數(shù)，有效縮短搬運和裝夾時間。例如，將五面五軸加工中心與立車復合構成萬能加工中心，可實現(xiàn)一次裝卡完成零件的大部分（或全部）加工。③采用高速高精度圓周銑加工孔和以螺旋軌跡插補實現(xiàn)不鉆底孔的直接攻絲等新加工方法，大幅度減少換刀次數(shù)，提高加工效率。④為數(shù)控機床開發(fā)智能尋位加工功能，消除對精密夾具和人工找正的依賴，有效縮短單件小批加工的準備時間。

在我國現(xiàn)實條件