2010我国数控技术的发展

内容提示：数控技术在硬件和体系方面发展的十分迅速，我国要跟上国际的步伐，要把握住各方面的发展方向和结构规划。
　　数控技术和数控机床是制造业现代化的基础，是一个国家综合国力的重要体现。我国在从制造大国向制造强国转变的过程中，大力发展数控技术具有重要意义。近几年来，在引进消化国外数控技术的基础上，我国已生产出自主版权的数控系统和数控机床，但是中、高档以上的数控系统仍然是以进口产品为主，研 究目前数控机床及技术的现状及未来的发展方向，将对开发出中、高档的数控产品，进一步扩大数控机床市场份额起到重要作用。
　　1 数控系统的硬件技术发展迅速
　　随着集成电路及计算机技术的迅猛发展，给数控硬件技术的更新换代注入新的活力，现代数控系统普遍采用超大规模集成电路（VLSI）、专用芯片 （ASIC）及数字信号处理（DSP）技术。在电气装联上广泛采用表面安装（SMT）、三维高密度（three dimensional high density）技术，极大地提高系统的可靠性。高速高性能存储技术，比如闪烁存储（flash memory），移动存储（PCMCIA card）等极大地方便用户。薄膜晶体管液晶显示器（TFTLCD）技术使得显示装置趋于平板化，更便于机电 一体化安装并改善人机界面。作为数控系统核心的处理器广泛采用“位以上的高速RISC CPU，保证高速、高精度的数控加工。
　　以日本FANUC 16i/18i和160i/180i为例，已形成超小、超薄型控制器，主控板仅为名片一样大小，主处理器采用Pentium芯片。CNC和伺服采用50M /S的高速串行总线。用光缆连结I/O模块，采用分散配置，便于机电一体化。在通讯方面采用PCMCIA存储卡和外部计算机通讯，或采用调制解调器，用电 话和人机通讯。
　　嵌入式硬件的使用有望使得数控系统硬件更趋标准化、系列化。数控系统的开发成本也会随着降低。
　　2 体系结构向开放式发展
　　开放式数控的讨论已有好些年了，但是应该看到，对于开放式结构至今没有一致性的定义。某些用户认为开放式表示能够接受当地使用的通信协议;而另 一些用户认为开放式意味着所有控制器操作界面完全一致;对机床应用工程师而言，开放式意味着对刀架移动、传感器和逻辑控制有标准的输入/输出接口;对大公 司和大学的研究工程师来说，开放式意味着以上这些均来自随即拿来就用的积木块。由于来自最终用户和集成商（机床厂）的压力，开放式结构的开发工作正在向前 发展并将持续下去。目前的一个积极成果即是基于PC的CNC，即PC-based。
　　世界上一些著名的数控制造商纷纷推出PC-based CNC系统，例如FANUC公司的FANUC 160/180，西门子公司的siemens 840Di，FAGOR公司的FAGOR 8070。由于采用了工业级PC机及桌面操作系统Windows，DOS等，其丰富的软、硬件资源给用户带来诸多的方便。
　　应该看到，在数控加工这种强实时环境中，使用商用操作系统Win，DOS等，还尚未得到业界的完全认可。在理论上没有证明比现有传统的CNC更 加优越。
　　为应对开放式数控未来的发展，我国从2003年开始实施开放式数控国家标准GB/T18759.1。开放式数控（ONC）就其开放程度可分为三 个层次。第一层次是具有可配置功能，开放的人机界面的通信接口及协议。第二层次为控制装置在明确固定的拓扑结构之下允许替换，增加NC核心中的特定模块以 满足客户的特殊要求。第三层次为拓扑结构的完全可变的全开放的控制装置。这三个层次中第一层次目前基本达到。未来的发展主要围绕第二个层次目标展开，还有很长的路要走。
　　3 实时操作系统进入CNC
　　严格意义上说，数控控制软件中包含着实时操作系统的思想，例如任务调度、存储器管理、中断处理等，但这种技术是隐含的，是和数控应用程序比如插 补，伺服、译码等混合的。每一个数控系统都是独特的，不透明的。这种情况对于最终用户和系统集成商而言带来诸多不便。在开放式数控呼声日益高涨的今天，研 究实时操作系统在CNC软件中的应用是顺理成章的事。特别是最近嵌入式实时操作系统的技术发展迅猛，这对于数控控制软件的开发将产生革命性的影响。选择一 个合适的商用嵌入式实时操作系统，将插补、伺服、译码、数据处理等数控应用软件往上“挂”，最终移植到一个硬件环境中去，形成最终使用户满意的数控系统， 也就是个性化的CNC系统，这将是开放式数控的主要方向。
　　未来实时Linux（RT Linux）有望成为CNC实时操作系统的主流。“Linux除了具有功能强大、高性能、稳定性好以及原代码开放等优势以外，其最大的特点是Linux内 核具有非常良好的结构，即可由用户根据特殊的系统需求，对内核进行配置或裁剪，而这一特点恰恰满足了可开放式数控应用的差异性需求。