摘要：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。

　　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(shù)是第一生產(chǎn)力”的偉大論斷，大力加強數(shù)控領(lǐng)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(shù)，逐步建立自己獨立的、先進的技術(shù)體系。在此基礎(chǔ)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(nèi)市場，打開國際市場，使中國的數(shù)控技術(shù)和數(shù)控產(chǎn)業(yè)在21世紀走在世界的前列。

　　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(shù)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(shù)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(shù)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(yīng)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(shè)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(shè)立了專門機構(gòu)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(shè)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。

　　中國數(shù)控技術(shù)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(quán)，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(lǐng)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(shù)上就已經(jīng)落后了;在國外將脈沖驅(qū)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(luò)(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(qū)動模式來開發(fā)國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，在技術(shù)上難免要滯后，再加上國外公司在我國境內(nèi)設(shè)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。

　　因此，我們應(yīng)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(shù)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(shù)水平較高的數(shù)控產(chǎn)品變成真正有市場的好商品。

　　數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機床作為典型的高技術(shù)產(chǎn)品，對用戶的技術(shù)支持和服務(wù)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(shù)支持和服務(wù)。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(yīng)，叫地地不靈，以后誰還敢買我們的產(chǎn)品。因此，應(yīng)將對用戶的技術(shù)支持和服務(wù)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(shù)支持和服務(wù)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(shù)手段(如網(wǎng)絡(luò)和多媒體)，將為建立新一代立體化的技術(shù)支持和服務(wù)體系開辟新的途徑。

　　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(yīng)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(yīng)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(jié)構(gòu)，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(shù);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(jié)束后硬件裝置的拆卸回收問題;以永磁驅(qū)動代替感應(yīng)驅(qū)動，提高效率和功率因數(shù)，節(jié)約能源;以電傳動代替機械傳動，提高效率，減少能源消耗。③加強用數(shù)控技術(shù)改造傳統(tǒng)機床。這既符合運用信息技術(shù)和自動化技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，使傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)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(shù)改造傳統(tǒng)機床將成為下世紀我國數(shù)控領(lǐng)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(yīng)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(jié)構(gòu)代替串聯(lián)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)機床消耗的金屬材料僅為常規(guī)串聯(lián)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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。

　　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(shù)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(lǐng)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(shù)進步，當PC機升級換代時，數(shù)控系統(tǒng)也可相應(yīng)升級換代，從而長期保持技術(shù)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(jié)構(gòu)有2種主要形式：(1)專用數(shù)控加PC前端的復合式結(jié)構(gòu);(2)通用PC加位控卡的遞階式結(jié)構(gòu)。另外還有一種正在發(fā)展的數(shù)字化分布式結(jié)構(gòu)。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(zhì)的網(wǎng)絡(luò)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(nèi)廣大用戶所接受。我們認為，上述結(jié)構(gòu)并不是符合中國國情的最好方案，適合中國國情的應(yīng)是將所有數(shù)控功能全軟件化的集成式結(jié)構(gòu)，因為這種結(jié)構(gòu)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(guān)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(shè)計時由于種種原因的限制，不得不選用技術(shù)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(nèi)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。

　　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(jié)構(gòu)。這是因為，這種系統(tǒng)的硬件本身已經(jīng)是完全開放的，構(gòu)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(guān)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。

　　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(diào)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(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)都較感應(yīng)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(shù)、高精度高速動平衡技術(shù)、高速驅(qū)動、檢測與控制技術(shù)、高可靠性安全保證技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。

　　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(qū)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(yīng)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(nèi)裝式伺服系統(tǒng)。由于內(nèi)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(nèi)裝式進給伺服的價格控制在數(shù)千元以內(nèi)，將內(nèi)裝式主軸伺服的價格控制在2萬元以內(nèi)，將是完全可能的。

　　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(yīng)加強研究、開發(fā)和推廣應(yīng)用。考慮到常規(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(jié)構(gòu)機床開發(fā)感應(yīng)異步型直線電機，為并聯(lián)結(jié)構(gòu)機床開發(fā)永磁同步型直線電機，從而揚長避短，構(gòu)成符合實際應(yīng)用要求的新型高速高精度進給系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，可進一步開發(fā)將驅(qū)動與支承合二為一的磁懸浮工作臺。

　　零傳動數(shù)控轉(zhuǎn)臺與擺頭　 數(shù)控轉(zhuǎn)臺與擺頭是多坐標數(shù)控機床的關(guān)鍵部件，傳統(tǒng)的采用高精度蝸桿蝸輪等傳動的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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。

　　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(qū)動，同時還需要高品質(zhì)的檢測環(huán)節(jié)，因此應(yīng)在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上，進一步開發(fā)0.1 μm以上精度的高速(60 m/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(shù)國外對我國是封鎖的。