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，研究目前数控系统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。#p#

4 现场总线技术开始广泛使用

现场总线(field bus)实质上是工控网络中的低档产品。因为底层设备通信有以下特点。

1)通信环境恶劣，可能受到温度、湿度变化、尘埃、电压波动、机械振动和电磁场干扰等因素影响。

2)信息传递主要是设备与设备之间，故对通信可靠性要求高。

3)通信内容和时间一般可以预先设定，随机、自发产生的信息相对较少，这可使通信协议大大简化。

4)由于有较多的监控信息，实时性要求高。

5)要求有一定的故障诊断和容错能力，以防止不必要的系统故障。

6)距离短，频度高。

基于上述特点，底层设备互连网络通常采用协议简单、响应迅速、可靠性高的主.从通信方式，使用工控网络中的低档产品，如现场总线。

西门子公司的profibus首先应用在802D中、低挡数控系统中。对802D而言，24V电源为“心脏”，PCU模块为“大脑”，profibus为“神经”。因为PCU和I/O以及伺服系统的连结均依靠p础bus。PCU为主站，PP1、PP2、611U为从站，并均有节点地址。

FAGOR公司的SERCOS主要用于CNC和伺服系统的通讯且采用光缆。最高传输速率为4M baud。SERCOS将CNC(8055，8070)和主轴、坐标轴驱动连结起来，每个节点亦有相应地址。从FAGOR 8070开始，CNC和I/O的连结采用CAN总线。

FANUC I/O Link是CNC连结扩展I/O的现场总线系统的总线，而FFSB则是连接CNC和伺服系统的总线。

5 PLC功能继续增强

可编程控制器(PLC)在数控机床上主要完成MST功能(辅助功能)，即除了主运动以外的辅助功能，但目前PLC在数控机床上的功能正在逐渐扩大，例如：1)可通过报警文本编辑产生个性化的诊断页面。2)PLC直接控制坐标轴。3)在系统配置和初始化时发挥作用，这个作用对西门子系统的PLC最为明显。

PLC的基本程序(非用户梯形图)在机床调整时，激活机床操作面板MCP并设置通道和主轴、坐标轴。通道相当FANUC中的Head。4)通过PLC提供的参数和CNC系统参数可以在PLC和零件加工程序之间传递信息，以完成某些特定功能。即PLC已经渗透到零件加工程序的编制中。

单独的PLC可以完成全部的CNc功能，这已经成为现实。但就目前而言，PLC主要还是在数控系统配置到机床上时起一个“接口”作用，包括MST功能，诊断功能等，这种功能正在不断扩大。

6 CNC的通讯、网络功能不断扩大

从早期的DNC，RS232、422和485一直到目前的MAP，EtIlemet等，数控机床的网络通讯功能在不断增强。为解决大容量零件加工程序的传递和存储，一是可采用DNC中的前端机进行分配和传输，即形成DNC主机一前端机.CNC的三层模式。而一台前端机可控制多台CNC。另外一种，对于带PCMC认卡的CNC系统，可利用该存储卡传递加工程序(一张卡为5—8M)。第二种最简单的方法可利用CNC和后台编辑功能，在切削时同时传递零件加工程序。

CNC的通讯功能还有一个目的是上传数控机床的状态及故障信息，以便上位机监控并进行故障诊断。西门子840D/810D可以通过电话线、ISDN、Internet、GSM或LAN、WAN、Intranet和上位机通讯，进行远程诊断，但需安装远程诊断软件、调制解调器，并有电话线或通过网卡进行。MAZAK公司的MAZATROL 640等亦具有这种功能。