數控系統的應用越來越廣泛，需求越來越大，其技術研究與發展越來越深入。這將提高社會生產率與產品質量，為社會創造巨大的財富！  關鍵詞：數控系統 功能應用 研究進展 發展趨勢 

 Abstrect: The application of NCS has been more and more widely used and the require is bigger and bigger ． Its research and development becomes deeper and deeper ． This will improve the effective of society and the quality of production．Also it will   

make great poverty for the society．

一、引言    

 從1952年數控機床的誕生到現在，數控技術隨著計算機技術和微電子技術的發展經歷了飛速的發展。數控系統集微電子、計算機、信息處理、自動檢測和自動控制等高新技術于一體，具有高精度、高效率、柔性自動化等特點，對制造業實現柔性自動化、集成化、智能 化起著舉足輕重的作用。近10年來，由于國外很多知名公司的潛心研究和大力開發，各種不同層次的數控系統和數控設備快速產生并迅速發展，數控系統正在發生著日新月異的變化。

二、 數控系統的發展歷史

2.1 數控系統的概念 

數控系統是計算機技術在機械制造領域的一種典型應用，它集計算機、機械加工、微電子和自動 控制多項技術于一體，是近年來應用領域中發展十分迅速的一項高新技術。從20世紀70年代以來， 以數控機床為代表的現代基礎機械已成為制造工業最重要的技術特征，數控機床水平的高低和機床數控化率的高低已成為衡量國家工業化水平高低的重要標志。隨著數控技術的發展和在生產過程中的廣泛應用，傳統的機械工業的產業結構和生產模式發生了深刻的革命性的變化，加工精度和速度提高，生產效率大幅度增長，加工品質得到了極大完善，并實現了人工很難做到的對各種復雜工件的自動加工。數控系統發展的同時也奠定了柔性制造系統（FMS）和計算機集成制造系統（CIMS）的基礎。 

2.2 數控系統的發展現狀

 隨著計算機技術的高速發展，傳統的制造業開始了根本性變革，各工業發達國家投入巨資，對現代制造技術進行研究開發，提出了全新的制造模式。在現代制造系統中，數控技術是關鍵技術，它集微電子、計算機、信息處理、自動檢測和自動控制等高新技術于一體，具有高精度、高效率、柔性自動 化等特點，對制造業實現柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。目前，數控技術正在發生根本性變革，由專用型封閉式開環控制模式向通用型開放式實時動態全閉環控制模式發展。在集成化基礎上，數控系統實現了超薄型、超小型化；在智能化基礎上，綜合了計算機、多媒體、模糊控制和神經網絡等多學科技術，數控系統實現了高速、高精、高效控制，加工過程中可以自動修正、調節與補償各項參數，實現了在線診斷和智能化故障處理；在網絡化基礎上，CAD/CAM與數控系統集成一體和機床聯網，實現了中央集中控制的群控加工。長期以來，我國的數控系統為傳統的封閉式體系結構，CNC只能作為非智能的機床運動控制器。 加工過程變量根據經驗以固定參數形式事先設定，加工程序在實際加工前用手工方式或通過CAD／CAM及自動編程系統進行編制。CAD／CAM和CNC6之間沒有反饋控制環節,整個制造過程中CNC只是一個封閉式的開環執行機構。在復雜環境以及多變條件下，加工過程中的刀具組合、工件材料、主軸轉速、進給速率、刀具軌跡、切削深度、步長和加工余量等加工參數，無法在現場環境下根據外部干擾和隨機因素實時動態調整，更無法通過反饋控制環節隨機修正CAD／CAM中的設定量，因而影響CNC的工作效率和產品加工品質。由此可見，傳統CNC系統的這種固定程序控制模式和封閉式體系結構，限制了CNC向多變量智能化控制發展，已不適應日益復雜的制造過程，因此，對數控技術實行變革勢在必行。

 三、國內的主要數控系統

3.1 華中數控系統

武漢華中數控股份有限公司創立于1994年，是我國數控系統的龍頭企業。公司開發了具有自主版權的華中I型和“世紀星”系列數控系統產品，七軸五聯動數控產品打破了國外技術封鎖，成為我國大型國有裝備制造企業選用的首臺全國產化高檔數控設備。

(1)  華中“世紀星”HNC一21／22數控系統：華中“世紀星”HNC 一21／22數控系統具有低價格、高性能、簡單、可靠、結構牢靠，造型美觀，體積小巧等特點。采用彩色液晶顯示器，具有高亮度、高對比度，色彩明亮，視角寬廣等優點。支持6軸聯動和全閉環控制，適用于各種車、銑床加工中心等機床的控制，采用國際標準G代碼編程，與各種流行的CAD／CAM自動編程系統兼容。具有極高的性能價格比。  

 HNC一21i／22i五代數控系統采用新的結構設計，SMT電路，CPU主板散熱外露設計，支持U盤，采用CAN總線支持I／0擴展，最多支持8軸控制，采用新的面板塑料件模具外觀更美觀。

(2)世紀星HNC一18i／t9iXP系統：世紀星HNC—18i／19iXP是世紀星HNC一21／22的一種“精簡”機型，基本保留了世紀星HNC一21／22的全部指令和功能，主要區另4是顯示屏的尺寸和控制軸數。采用CPU主板一體化設計，支持U盤，采用新的面板塑料件模具外觀更美觀，安裝波段開關和三位控制開關方便操作。世紀星HNC一18i／19iXP控制電路采用32位微處理器，超大規模集成電路芯片，專用門陣列器件完成數控系統硬件插補，實現高速、離精控制。整個工藝采用表面貼裝元器件，整體結構簡單，外部接口專用化，減化了數控單元與外部單元的聯接。數控單元采取全密封結構，機箱上無散熱風扇，適應復雜、惡劣的工業環境使用；數控單元內部連接電纜極少。這些工藝使整套系統結構更為緊湊，可靠性進一步提高。華中世紀星HNC一18i／19iXP數控系統以工業PC硬件平臺+軟件完成全部NC功能，可以控制三個進給軸和一個主軸，最大聯動軸數為3軸。可應用于數控車、銑、 磨、以及專用數控機床。                                                 

 (3)新一代基于以太網技術的高性能數控系統HNC一21／22Me：華中數控“世紀星”系列的HNC一21／22Me型數控系統，是基于以太網技術，采用先進的開放式體系結構，在Linux實時操作系統下實現的高性能數控系統。實現了系統與伺服驅動、主軸、I／O的全數字通信，滿足高性能數控系統的實時、同步、多軸和可靠的要求。可以在工廠級、車間級、現場級使用以太網，一網到底。開放性好、擴展性好、可裁減、配置靈活，可實現半閉環、全閉環控制、高速、高精加工能力。最大節點個數可擴展到128個。 

3.2 廣州數控系統

 廣州數控(GSK)始建于1991年，十多年來致力于專業研發、生產機床數控系統、伺服驅動裝置與伺服電機，推廣機床數控化普及的大型高新技術企業。數控系統方面主要產品有：CSK系列車床、鉆銑床、加工中心數控系統。 

(1)  GSK普及型車床控制系統GSK218TB、GSK218T、GSK980TB、GSK980TBl采用32位高性能CPU和超大規模可編程器件FPGA，運用實時多任務控制技術和硬件插補技術，實現斗m級精度運動控制。GSK 980TD為新一代的普及型車床數控系統，采用32位高性能CPU和超大規模可編程器件FPGA，運用實時多任務控制技術和硬件插補技術，實現斗m級精度運動控制和PLC邏輯控制。CSK980TDa又是在GSK980TD基礎上改進設計的新產品，顯示器升級為7英寸彩色寬屏LCD，并增加了PLC軸控、Y軸控制、拋物線／橢圓插補、語句式宏指令、自動倒角、刀具壽命管理和刀具磨損補償等功能。 

(2)  GSK 928TE、CSK 928TC、CSK 928TC一2、GSK 928TA、GSK 928TB為經濟型肛m級車床數控系統。采用大規模門陣列進行硬件插補，最高速度15米／分，在自動循環加工指令方面各有特點。 

(3)  GSK 980TDl、GSK25T是中檔車床數控系統。具備PLC梯形圖顯示、實時監控功能，提供操作面板I．／O接口，可由用戶設計、選配獨立的操作面板。 

(4)  銑床數控系統CSK 990MA、GSK 928MA。GSK990MA為普及型銑床數控系統，采用32位高性能的CPU和超大規模可編程器件FPGA，實時控制和硬件插補技術保證了系統“m級精度下的高效率，可編輯的PLC使邏輯控制功能更加靈活強大。GSK 928MA可控四個坐標軸，四軸直線插補、二軸圓弧插補，二十二種銑、鉆、攻牙循環加工指令和參數編程功能。

(5)  鉆、銑床數控系統GSK 980MD。廣州數控研制的新一代普及型銑床CNCC—SK980MD是CSK9801VlC的升級產品，采用了32位高性能CPU和超大規模可編程器件FPCA，運用實時多任務控制技術和硬件插補技術，實現“m級”精度運動控制和PLC邏輯控制。 

3.3 航天數控系統 

北京航天數控隸屬于航天長峰股份有限公司，是國家定點機床數控系統研發中心和產業化基地，主要從事機床數控系統及其配套產品的設計、開發、生產、銷售和服務，機床數控化改造工程。近期成功開發的開放式2l系列數控系統和DSSU02系列全數字交流伺服，達到國CIMS提供技術支持。其典型應用有車床、銑床、鉆床、磨床、加工中心、螺桿銑、凸輪磨、火焰切割、玻璃雕刻、

4軸機器人控制，4軸激光表面處理控制等。這種開放式的平臺結構系統既可以為用戶提供最終產品，也可為其他數控系統生產廠家和工業過程控制用戶提供OEM的軟、硬件產品。  航天CASNUC2100E數控系統是一個將PCI04板嵌入到控制系統中的一體化的車／銑床閉環數控系統。該系統是將控制系統、顯示面板、操作面板集于一體，結構緊湊，易于安裝；彩色LCD顯示，具有功能全面、性能可靠、連接簡單、性價比高等優點。CASNUC 2100E數控系統適用于車床、銑床、鉆床、磨床等4軸以下的機械設備控制。  四、國外主要的數控系統

4.1 西門子數控系統  西門子數控系統是西門子集團旗下自動化與驅動子集團的產品，西門子憑借在數控系統及驅動產品方面的專業思考與深厚積累，不斷制造出機床產品的典范之作，為自動化應用提供了日趨完美的技術支持。三十多年來西門子數控系統SINUMERIK發展了很多代。目前在廣泛使用的主要有802、810、840等幾種類型。

(1)  SINUMERIK802D具有免維護性能的SINUMERIK802D，其核心部件 PCU(面板控制單元)將CNC、PLC、人機界面和通訊等功能集成于一體。可靠性高、易于安裝。SNUMERIK802D可控制4個進給軸和一個數字或模擬主軸。通過生產現場總線PROFIBUS將驅動器、輸入輸出模塊連接起來。模塊化的驅動裝置SIMODRIVE611ue配套1FK6系列伺服電機，為機床提供了全數字化的動力。通過視窗化的調試工具軟件，可以便捷地設置驅動參數，并對驅動器的控制參數進行動態優化。          

(2)  SINUMERIK 810D在數字化控制的領域中，SINUMERIK 810D第一 次將CNC和驅動控制集成在一塊板子上。快速的循環處理能力，使其在模塊加工中獨顯威力。SINUMERIK 810D NC軟件選件的一系列突出優勢可以幫助用戶在競爭中脫穎而出。例如提前預測功能和坐標變換功能，提前預狽4功能可以在集成控制系統上實現快速控制，坐標變換功能可以用固定點停止來卡緊工件或定義簡單參考點。刀具管理也是一種功能強大的管理軟件選件。樣條插補功能(A，B，C樣條)用來產生平滑過渡；壓縮功能用來壓縮NC記錄；多項式插補功能可以提高810D／810DE運行速度。溫度補償功能保證您的數控系統在這種高技術、高速度運行狀態下保持正常溫度。此外，系統還為用戶提供了鉆、銑、車等加工循環。

(3), SINUMERIK 840DSINUMERIK 840D是西門子的高端數控系統，采 用32位微處理器，具有大量的控制功能且在使用中不會相互影響。全數字化的系統、革新的系統結構、更高的控制品質、更高的系統分辨率以及更短的采樣時間，適于各種復雜加工任務的控制，具有優于其它系統的動態品質和控制精度。 

4.2  FANUC數控系統

FANUC公司是生產數控系統的著名廠家，該公司自60年代生產數控系統以來，已經開發出40多種的系列產品。FANUC公司目前生產的數控裝置有F0、F10／F1I／F12、F15、F16、F18系列。各系列數控系統的特點是： 

(1)高可靠性的PowerMate 0系列：用于控制2軸的小型車床，取代步進電機的伺服系統；可配置畫面清晰、操作方便，中文顯示的CRT／MDI，也可配性能／價格比高的DPL／MDI。                      

(2)普及型CNC 0一D系列：o—TD用于車床，o—MD用于銑床及小型加工中心，o—GcD用于圓柱磨床，o—GSD用于平面磨床，0一PD用于沖床。 

(3)全功能型的0一C系列：0川C用于通用車床、自動車床，o—Mc用于銑床、鉆床、加工中心，o—Gcc用于內、外圓磨床，o—cSc用于平面磨床，0一TrC用于雙刀架4軸車床。

(4)高性能／價格比的oi系列：整體軟件功能包，高速、高精度加工，并具有網絡功能。0i—MB／MA用于加工中心和銑床，4軸4聯動；0i—TB／TA用于車床，4軸2聯動，0i—mate MA用于銑床，3軸3聯動；0i—mate’rA用于車床，2軸2聯動。 

(5)具有網絡功能的超小型、超薄型CNC 16i／18i／21i／30i系列：控制單元與LCD集成于一體，具有網絡功能，超高速串行數據通訊。其中FSl6i—MB的插補、位置檢測和伺服控制以納米為單位。16i最大可控8軸，6軸聯動；18i最大可控6軸，4軸聯動；21i最大可控4軸，4軸聯動。Fanuc30i系統，具有10通道，八根主軸，可控進給軸數達32軸，可聯動控制進給軸數達24個，能同時運行十個獨立的數控加工程序，具有軸同步、混合、疊加控制等功能。除此之外，還有實現機床個性化的CNC 16／18／160／180系列。FANUC公司的數控系統具有高質量、高性能、全功能，適用于各種機床和生產機械的特點，在市場的占有率最高。 

4.3  NUM數控系統     

NUM公司是法國著名國際性公司施耐德電氣公司的子公司，專門從事CNC數控系統的開發和研究，歐洲第二大數控系統供貨商。主要產品有：NUMl020／1040 7 NUMl020M? NUMl020T?NUMl040M，NUMl040T、NUMl060、NUMl050 7NUM驅動及電機。NUM數控系統的技術特點：

（1）NUMl020／1040   NUMl020／1040數控系統是NUM公司于1995年開發出的全新數控系統，是緊湊且功能完善的32位數控系統，并且和  14  NUMl060系列系統完全兼容，特別適合于1至6軸的數控機床。

（2）NUMl020T   NUMl020T基本單元適用于銑床的2—4軸CNC內裝式可編程控制器(PLC)32位CPU超大規模集成電路CISC。NUM 1040M基本配置基本單元適用于銑床，鏜床和加工中心的CNC內裝式可編程控制器(PLC)32位CPU超大規模集成電路CISC。NUM 10d0T基本配置基本單元適合2—4軸雙刀架車床中心的CNC內裝式可編程控制器PLC 32位CPU超大規模集成電路CISC。 

（3）NUM 1060   NUM 1060模塊化、大功率的多軸組CNCNUM 1060專為金屬加工處理(銑、車、磨)，木材加工以及各種切齒機、特種機床及線性或回轉組合機床等設計，以其完善的性能及靈活的控制特性為主要特色。1060控制單元控制2到32軸加工機床、32位SISC處理器、CNC分辨率為l micron，0．1 micron或0．01 micron、最大進給率為240m／min、高精密的圖形輪廓描繪：最多9軸插補、1至4個主軸和手輪控制、多軸組(1至8個)、可處理2048個輸入／輸出點的內藏式PLC、Fipway通訊模組。 

4.4  Heidenhain數控系統     

海德漢公司是一家擁有100多年歷史的專門生產高精密測量元件和數控系統的跨國集團公司，其數控系統產品號稱在歐洲銷售第一。由于多年來從事精密模具加工，對加工速度及精度的提升有著深刻、獨到的見解，所生產的高性能數控系統和測量反饋元件在模具加工和高精密加工領域中得到了廣泛的應用。目前Heidenhain數控系統主要有適用于銑、鉆、鏜和加工中心的TNC系列和適用于車削加工的MANUALplus系列，如下所示： 產品型號：特點  TNC 124 ：3個閉環控制軸1個開環控制軸(位置顯示)，適用于小型銑 床、鉆床和鏜床數控系統。  TNC320：3個閉環軸加伺服控制主軸s，適用于銑床、鉆床和鏜床的緊 湊型輪廓加工數控系統。  TNC620：3個閉環軸加伺服控制主軸S，適用于銑、鉆和鏜機床的理想 數控系統。  iTNC530：最多13軸加主軸或12軸加2個主軸。  MANUALplus 4110：2個控制軸X／Z，控制主軸和1個動力驅動刀具。MANUALplus 620：2個控制軸X／Z，控制主軸。  海德漢iTNC530是一個多功能的，面向車間的銑、鉆、鏜等機床和加工中心輪廓加工的通用性控制系統。該系統的數據處理時間比TNC系列產品快8倍，所配備的“快速以太網”通訊接口能以100Mbit／s的速率傳輸程序數據，比TNC系列快了10倍，新型程序編輯器具有大型程序編輯能力，可以快速插入和編輯信息程序段。在新系統中，該公司首次將NC主控計算機與驅動控制單元分開，并裝了英特爾處理器。該機采用15英寸高分辨率XGA顯示器(1025 X768)或10．4英寸(640×480)VGA顯示器顯示。任何熟悉TNC系統的操作者很快便可以掌握這種新系統的操作。機械師不必記憶G代碼，只需要用組合鍵按鍵就可以編制線段、弧段、循環程序。    

五、數控系統的發展趨勢 

5.1 數控系統向開放式體系結構發展20世紀90年代以來，由于計算機技術的飛速發展，推動數控技術更快地更新換代。世界上許多數控系統生產廠家利用,PC機豐富的軟硬件資源，開發開放式體系結構的新一代數控系統。開放式體系結構使數控系統有更好的通用性、柔性、適應性和可擴展性，易于實現智能化和網絡化。近幾年許多國家紛紛研究開發這種系統。 

5.2  數控系統向軟數控方向發展  現在，實際用于工業現場的數控系統主要有四種類型: 傳統數控系統; “PC嵌入NC”結構的開放式數控系統; “NC嵌入PC”結構的開放式數控系統; SOFT型開放式數控系統。它們分別代表了數控技術的不同發展階段，對不同類型的數控系統進, 行分, 析后, 發現, , ，數控系統不但從封閉體系結構向開放體系結構發展，而且出現了從硬數控向軟數控方向發展的趨勢。 

5.3  數控系統控制性能向智能化方向發展      智能化是21世紀制造技術發展的一個大方向。隨著人工智能在計算機領域的滲透和發展，數控系統引入了自適應控制、模糊系統和神經網絡的控制機理，不但具有自動編程、前饋控制、模糊控制、學習控制、自適應控制、工藝參數自動生成、三維刀具補償和運動參數動態補償等功能，而且人機界面極為友好，并具有故障診斷專家系統使自診斷和故障監控功能更趨完善。伺服系統智能化的主軸交流驅動和智能化進給伺服裝置，能自動識別負載并自動優化調整參數。世界上正在進行研究的智能化切削加工系統很多，其中日本智能化數控裝 置研究會針對鉆削的智能加工方案具有代表性。 

5.4  數控系統向網絡化方向發展  數控系統的網絡化，主要指數控系統與外部的其它控制系統或上位計算機進行網絡連接和網絡控制。數控系統一般首先面向生產現場和企業內部的局域網，然后再經由因特網通向企業外部，這就是所謂Internet/Intranet技術。隨著網絡技術的成熟和發展，最近業界又提出了數字制造的概念。數字制造，又稱“e制造”，是機械制造企業現代化的標志之一，也是國際先進機床制造商當今標準配置的供貨方式。隨著信息化技術的大量采用，越來越多的國內用戶在進口數控機床時，要求具有遠程通訊服務等功能。             

5.5 數控系統向高可靠性方向發展  隨著數控機床網絡化應用的日趨廣泛，數控系統的高可靠性已經成為數控系統制造商追求的目標。對于每天工作兩班的無人工廠而言，如果要求在16h內連續正常工作，無故障率在P(t)=99%以上，則數控機床的平均無故障運行時間MTBF就必須大于3000h。我們只對某一臺數控機床而言，如主機與數控系統的失效率之比為10:1（數控的可靠比主機高一個數量級），此時數控系統的MTBF就要大于33333.3h， 

  而其中的數控裝置、主軸及驅動等的MTBF就必須大于10萬h。如果對整條生產線而言，可靠性要求還要更高。當前國外數控裝置的MTBF值已達6000h以上，驅動裝置達30000h以上，可以看到距理想的目標還有差距。 

5.6 數控系統向復合化方向發展  在零件加工過程中有大量的無用時間消耗在工件搬運、上下料、安裝調整、換刀和主軸的升降速上，為了盡可能降低這些無用時間，人們希望將不同的加工功能整合在同一臺機床上，因此，復合功能的機床成為近年來發展很快的機種。柔性制造范疇的機床復合加工概念是指將工件一次裝夾后，機床便能按照數控加工程序，自動進行同一類工藝方法或不同類工藝方法的多工序加工，以完成一個復雜形狀零件的主要乃至全部車、銑、鉆、鏜、磨、攻絲、鉸孔和擴孔等多種加工工序。 

5.7數控系統向多軸聯動化方向發展  由于在加工自由曲面時，三軸聯動控制的機床無法避免切速接近于零的球頭銑刀端部參予切削，進而對工件的加工品質造成破壞性影響，而五軸聯動控制對球頭銑刀的數控編程比較簡單，并且能使球頭銑刀在銑削3維曲面的過程中始終保持合理的切速，從而顯著改善加工表面的粗糙度和大幅度提高加工效率。因此，各大系統開發商不遺余力地開發五軸、六軸聯動數控系統，隨著五軸聯動數控系統和編程軟件的成熟和日益普及，五軸聯動控制的加工中心和數控銑床已經成為當前的一個開發熱點。 

六、結語 

本文介紹了機床的數控系統、數控系統的發展以及國內外主要的數控系統類型，數控系統是隨現代計算機技術、電子技術發展同步的，同時也是根據生產發展的需要而發展的。現在數控技術已經成熟，今后的發展將更快、更好用、更加便宜。雖然在發展過程中還有很多問題有待解決，但是我們堅信，隨著這些問題的逐步解決，新一代數控系統將會進一步推動現代制造業的發展。 

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