目前 數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)是機(jī)械制造和控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是當(dāng)今裝備制造業(yè)的核心技術(shù)之一。本文主要從數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)角度闡述了國內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，概述了主流數(shù)控系統(tǒng)在性能、體系架構(gòu)等方面的研發(fā)成果，分析了數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)的高速、高精度、復(fù)合化、智能化、開放性等發(fā)展趨勢(shì)，提出了提高國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)水平的具體措施，為我國數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)的研究發(fā)展提供參考。

    到目前為止， 在經(jīng)濟(jì)化和信息技術(shù)革命的影響下，制造業(yè)正在發(fā)生深刻變化，制造業(yè)的規(guī)模和水平已成為衡量一個(gè)國家綜合實(shí)力的重要標(biāo)志。數(shù)控機(jī)床特別是數(shù)控機(jī)床是裝備制造業(yè)競(jìng)爭的領(lǐng)域。我國已經(jīng)將數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備列入國家科技重大專項(xiàng)給予大力推進(jìn)。數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的控制核心，價(jià)值占到整機(jī)的 30% ～40%，其功能、控制精度和可靠性直接影響機(jī)床的整體性能、性價(jià)比和市場(chǎng)競(jìng)爭力。

    目前在德、美、日等工業(yè)發(fā)達(dá)國家已先后完成了數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展日趨成熟。我國數(shù)控系統(tǒng)由于起步晚、研發(fā)隊(duì)伍實(shí)力較弱、研發(fā)投入力度不夠等多方面原因，長期以來始終處于低端迅速膨脹、中端進(jìn)展緩慢、依靠進(jìn)口的局面。目前，正值裝備制造業(yè)高速發(fā)展期，數(shù)控機(jī)床的重要性愈加明顯，對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的需求越來越大，然而國內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)的市場(chǎng)基本被國外廠商占領(lǐng)，因此加強(qiáng)數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究和共性關(guān)鍵問題攻關(guān)，已成為我國裝備制造業(yè)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急，對(duì)提升我國數(shù)控系統(tǒng)的獨(dú)立設(shè)計(jì)開發(fā)能力和競(jìng)爭力具有重要意義。

1. 1 國內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

    我國對(duì)數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)的研究始于 1958 年，經(jīng)過幾十年的發(fā)展已形成具有一定技術(shù)水平和生產(chǎn)規(guī)模的產(chǎn)業(yè)體系，建立了華中數(shù)控、沈陽數(shù)控、航天數(shù)控、廣州數(shù)控和北京精雕數(shù)控等一批國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)基地。雖然國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)與國外相比在功能、性能和可靠性方面仍存在一定差距，但近年來在多軸聯(lián)動(dòng)控制、功能復(fù)合化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和開放性等領(lǐng)域也取得了一定成績。

    多軸聯(lián)動(dòng)控制。多軸聯(lián)動(dòng)控制技術(shù)是數(shù)控系統(tǒng)的核心和關(guān)鍵，也是制約我國數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的一大瓶頸。近年來，在國家政策支持和多方不懈努力下得到了快速發(fā)展，逐漸形成了較為成熟的產(chǎn)品。華中數(shù)控、航天數(shù)控、北京機(jī)電院、北京精雕等已成功研發(fā)五軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控系統(tǒng)。2013 年，應(yīng)用華中數(shù)控系統(tǒng)，武漢重型機(jī)床集團(tuán)有限公司成功研制出CKX5680 七軸五聯(lián)動(dòng)車銑復(fù)合數(shù)控加工機(jī)床，用于大型艦船推進(jìn)器關(guān)鍵部件—大型螺旋槳的高精、加工 。同年，北京精雕推出了 JD50數(shù)控系統(tǒng)，具備高精度多軸聯(lián)動(dòng)加工控制能力，滿足微米級(jí)精度產(chǎn)品的多軸加工需求，配備 JD50 數(shù)控系統(tǒng)的 SmartCNC500E－ DＲTD 系列精雕機(jī)，可用于加工航空航天精密零部件葉輪

    網(wǎng)絡(luò)化與智能化。隨著計(jì)算機(jī)及人工智能技術(shù)的發(fā)展，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化、智能化程度不斷提高。沈陽數(shù)控于 2012 年推出了具有網(wǎng)絡(luò)智能功能的數(shù)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)滿足了用戶的個(gè)性化需求，用戶可通過或電腦遠(yuǎn)程對(duì) i5 智能機(jī)床下達(dá)各項(xiàng)指令，使工業(yè)效率提升了 20%，實(shí)現(xiàn)了“指尖上的工廠”。i5 數(shù)控系統(tǒng)提供的豐富接口使數(shù)據(jù)在設(shè)備和異地工廠之間實(shí)現(xiàn)雙向交互，為用戶提供了不同層次和規(guī)模的應(yīng)用。2014 年第八屆中國數(shù)控機(jī)床展覽會(huì)( CCMT 2014) 上，華中數(shù)控圍繞新一代云數(shù)控的主題，推出了配置機(jī)器人生產(chǎn)單元的新一代云數(shù)控系統(tǒng)和面向不同行業(yè)的數(shù)控系統(tǒng)解決方案。 

1. 2 、數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

     近兩年機(jī)床博覽會(huì)上，充分展示了數(shù)控機(jī)床行業(yè)的發(fā)展方向和技術(shù)成果，讓業(yè)界更加明確了“高速、高精、復(fù)合、智能、環(huán)保、 等”是未來機(jī)床發(fā)展的重要方向。數(shù)控系統(tǒng)作為數(shù)控機(jī)床的核心，也正向著該方向發(fā)展，簡單的介紹趨勢(shì)如下:
     1) 向高速、高精度、高可靠性方向發(fā)展高速是數(shù)控機(jī)床的重要指標(biāo)，機(jī)床的高速化可極大地提高加工效率，降低加工成本，縮短生產(chǎn)周期和提高市場(chǎng)競(jìng)爭力［18-19］。隨 著 數(shù) 控 系 統(tǒng)運(yùn)算速度的不斷提高和高速機(jī)床主要功能部 件的研發(fā)突破，目前直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的主軸轉(zhuǎn)速可達(dá)15 000 ～ 100 000 r /min，工作臺(tái)快移速度可達(dá)60 ～ 200 m /min，加工切削進(jìn)給速度高于60 m /min，zui高 加 速 度 可 達(dá) 10 g。DMG 公 司的 DMC 165 機(jī)床zui高轉(zhuǎn)速可達(dá) 30 000 r /min，zui快移動(dòng)速度可達(dá) 90 m /min，加速度可達(dá) 2 g; 沈陽機(jī)床集團(tuán)與國外聯(lián)合設(shè)計(jì)的高速強(qiáng)力主軸，zui高轉(zhuǎn)速可達(dá) 70 000 r /min; 北京精雕集團(tuán)自主研發(fā)的 JDVT600_A12S 高速鉆 銑 中 心 和 JDLVM400P高 光 加 工 機(jī)，主 軸 zui 高 轉(zhuǎn) 速 分 別 可 達(dá)20 000 r /min和 36 000 r /min，且 運(yùn) 行 平 穩(wěn)，加 工出的高光產(chǎn)品表面粗糙度可達(dá) Ｒa20 nm。
     高精度是數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)的另一項(xiàng)重要指標(biāo)，它直接關(guān)系到產(chǎn)品的加工質(zhì)量。近 10 年來，普通數(shù)控機(jī)床和精密加工中心的加工精度分別從當(dāng)初的 10 μm、3～5 μm 提高到現(xiàn)在的 5 μm、1～1. 5 μm，超精密加工的精度則已進(jìn)入納米級(jí)。FANUC 公司推出了一款加工精度高達(dá) 1 nm 的超精密加工機(jī)床，能夠?qū)崿F(xiàn)超精密細(xì)微加工凹槽。發(fā)展新型超精密加工機(jī)床以完善現(xiàn)代超精密加工技術(shù)，已成為世界各工業(yè)強(qiáng)國致力發(fā)展的方向。
     可靠性是數(shù)控系統(tǒng)綜合性能優(yōu)劣的直接體現(xiàn)，能否在可靠性方面縮短與國外數(shù)控系統(tǒng)的差距是關(guān)系到國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)及其裝備能否占領(lǐng)市場(chǎng)的關(guān)鍵因素。高可靠性是指數(shù)控系統(tǒng)的可靠性需要比被控設(shè)備的可靠性高出一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。以每天工作 16 h的無人化車間為例，要保證機(jī)床在工作時(shí)間內(nèi)連續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，則*率需達(dá)到 99%以上，數(shù)控機(jī)床的 平 均 無 故 障 工 作 時(shí) 間 ( Mean Time BetweenFailure，MTBF) 必須大于 3 000 h，這意味著數(shù)控系統(tǒng)的 MTBF 要大于 33 333. 3 h，而其中數(shù)控裝置、主軸及驅(qū)動(dòng)等部件的 MTBF 就必須在 100 000 h 以上。國外數(shù)控機(jī)床已經(jīng)表現(xiàn)出了相當(dāng)高的可靠性，其數(shù)控裝置和伺服系統(tǒng)的 MTBF 值已分別超過 6 000 h 和 30 000 h。

1.  向智能化、柔性化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展  
        智能化體現(xiàn)在數(shù)控系統(tǒng)的方方面面。智能控制加工質(zhì)量和效率，如自適應(yīng)控制加工過程、自動(dòng)生成工藝參數(shù)等; 智能提高驅(qū)動(dòng)性能，如負(fù)載自動(dòng)識(shí)別、電機(jī)參數(shù)自適應(yīng)運(yùn)算、前饋控制等; 智能編程和操作，如自動(dòng)編程和智能化的人機(jī)界面; 此外，智能監(jiān)控、智能診斷等也屬研究范疇。
        數(shù)控系統(tǒng)向柔性化發(fā)展的趨勢(shì)表現(xiàn)在兩個(gè)方面: 一方面是由點(diǎn)( 數(shù)控單機(jī)) 、線( 柔性生產(chǎn)線) 向面( 自動(dòng)化車間) 、體( CIMS) 的方向發(fā)展; 另一方面是向注重經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性的方向發(fā)展。柔性自動(dòng)化技術(shù)作為*制造領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)，可助制造業(yè)快速響應(yīng)市場(chǎng)動(dòng)態(tài)需求和產(chǎn)品更新?lián)Q代，是制造業(yè)發(fā)展的主流趨勢(shì)。該技術(shù)以異域聯(lián)網(wǎng)和集成為目標(biāo)，注重單元模塊的擴(kuò)展型和更換性，用以提高數(shù)控系統(tǒng)的可靠性和實(shí)用性。數(shù)控系統(tǒng)的柔性化使得FMS 可與 CAD、CAM、CAPP、MTS 便捷聯(lián)結(jié)，實(shí)現(xiàn)制造過程的信息集成。
       數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化是實(shí)現(xiàn)虛擬制造、敏捷制造、制造等新制造模式的基礎(chǔ)單元，也是滿足制造企業(yè)對(duì)信息集成需求的技術(shù)途徑。近年來，國外的數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)制造商都推出了有關(guān)網(wǎng)絡(luò)化的樣機(jī)和新概念，如 MAZAK 的智能生產(chǎn)控制中心、SIEMENS 的開放制造環(huán)境、三菱電機(jī)的工廠網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng)等，均反映了數(shù)控加工向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展的趨勢(shì)。

    數(shù)控機(jī)床是裝備制造業(yè)的“工作母機(jī)”，數(shù)控系統(tǒng)則是數(shù)控機(jī)床的靈魂和大腦。國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)能否滿足我國裝備制造和國家戰(zhàn)略安全的需求一直備受關(guān)注。經(jīng)過逾半個(gè)世紀(jì)的研究和發(fā)展，德、美、日等工業(yè)發(fā)達(dá)國家已基本掌握數(shù)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)并影響著整個(gè)數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。在數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)向高速、高精度、復(fù)合、智能、開放等方向持續(xù)邁進(jìn)的今天，立足國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展緩慢且受制于人的現(xiàn)狀，我國必須重視自主設(shè)計(jì)理論與技術(shù)研究，不斷提升數(shù)控系統(tǒng)及相關(guān)配套功能部件的各項(xiàng)性能，依靠夯實(shí)基礎(chǔ)和科技創(chuàng)新開拓我國數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新局面，為“中國制造 2025”發(fā)揮更重要的作用。

     數(shù)控機(jī)床是裝備制造業(yè)的“工作母機(jī)”，數(shù)控系統(tǒng)則是數(shù)控機(jī)床的靈魂和大腦。國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)能否滿足我國裝備制造和國家戰(zhàn)略安全的需求一直備受關(guān)注。經(jīng)過逾半個(gè)世紀(jì)的研究和發(fā)展，德、美、日等工業(yè)發(fā)達(dá)國家已基本掌握數(shù)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)并影響著整個(gè)數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。在數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)向高速、高精度、復(fù)合、智能、開放等方向持續(xù)邁進(jìn)的今天，立足國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展緩慢且受制于人的現(xiàn)狀，我國必須重視自主設(shè)計(jì)理論與技術(shù)研究，不斷提升數(shù)控系統(tǒng)及相關(guān)配套功能部件的各項(xiàng)性能，依靠夯實(shí)基礎(chǔ)和科技創(chuàng)新開拓我國數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新局面，為“中國制造 2025”發(fā)揮更重要的作用。