数控技术的发展与数控机床的演进

1947年，为了精确地制作直升飞机叶片的样板，美国密歇根州特拉弗斯城帕森公司的帕森（John C.Parson）提出了用电子装置控制坐标镗床的方案。

1949年，美国空军后勤司令部为了在短时间内能造出基础变更设计的火箭发动机零件与帕森公司合作，并选择麻省理工学院伺服机构研究所为协作单位。他们经过近三年的努力，于1952年研制成功了基于电子管和继电器的机床数控装置，用于控制三坐标立式铣床，它标志着第一代数控系统——电子管数控系统的诞生。

1959年，完全由固定布线的晶体管元器件电路所组成的第二代数控系统——晶体管数控系统研制成功，取代了昂贵的、易坏的、难以推广的电子管控制装置。

随着数控系统的发展，对数控系统的实用性、柔性、易维修性、控制装置的功能环境及对任意机床类型的适应性这些来自应用者方面的要求不断提高，要满足这些要求，对固定布线的晶体管元器件电路所组成的晶体管数控系统而言，耗资巨大。因此，随着集成电路技术的发展，1965年出现了第三代数控系统——集成电路数控系统后，使这些问题的解决稍微前进了一步。当以计算机作为数控系统的核心组件后，才为这些复杂的问题提供了一种简单的、经济的解决方法。1970年，在美国芝加哥国际机床展览会上，首次展出了第四代数控系统——小型计算机数控系统。

随着微型计算机以其无法比拟的性能价格比渗透到各个行业，1974年，第五代数控系统——微型计算机数控系统也出现了。应用一个或多个计算机作为数控系统的核心组件的数控系统统称为计算机数控系统（CNC）。随着微电子技术和微处理技术的飞速发展，特别是32位微处理器的问世，又出现了以32位微机为核心部件的高性能CNC系统。它的主要特点是：能同时进行多任务处理，可得到高精度的进给分辨率，能进行高速度的插补运算和高速度的程序段处理，能够实现加工工序的高分辨率实时动态图像显示等。装有高性能CNC系统的数控机床在加工能力、加工速度、加工精度和自动化程度等方面都大幅度地得到提高。

但传统的CNC数控系统是一种专用封闭式系统，它的缺点是：

1）与通用计算机不兼容，不同厂家的数控系统不兼容，甚至同一个厂家的不同系列的数控系统也不兼容。

2）各种数控系统复杂的内部结构、工作原理、运行过程，一旦数控系统发生故障，往往要找生产厂家来维修，很不方便，而且大大提高了维修费用。(www.xing528.com)

3）难进行升级和进一步开发。

4）专用封闭式数控系统的发展一般滞后五年左右，在计算机技术迅猛发展的今天，这是一个相当长的时间。

上述缺点严重制约着数控技术的发展，不能满足市场对数控技术新的要求。针对这种情况，人们在20世纪80年代提出了开放式控制系统的概念，并进行了研究开发工作，现在已有多种开放式数控系统问世，如美国的DELTA公司的PMAC-NC开放式数控系统，将PMAC卡（可编程多轴运动控制器）插入PC槽中，总线接口为CANBUS。德国INDRAMAT公司的MTC-200系列开放式数控系统将MTC-PCNC和MTC-PPLC卡插入PC槽中，总线接口为SERCOS。POWER AUTOMATION公司的PA8000系列数控系统同样将PA-CNC ENGINE运动控制卡插入PC槽中，构成开放式数控系统。这些成果标志着数控系统已发展到第六代。

电气与电子工程师协会（IEEE）关于开放式系统的定义是：能够在不同厂商的多种平台上运行，可以和其他系统的应用程序相互操作，并且能够给用户提供一致性的人机交互方式。根据这一定义，开放式数控系统应具有可互操作性、可移植性、可伸缩性、可互换性等特征。以PC作为CNC系统核心的开放式数控系统，使数控技术从传统的封闭模式走出来，融入主流计算机中，并随主流计算机技术的迅速进步而快速发展。

回顾数控技术的发展，已经经历了两个阶段、六代的发展历程。第一个阶段叫做NC阶段，经历了电子管、晶体管和小规模集成电路三代。自1970年小型计算机开始用于数控系统就进入到第二个阶段，叫做CNC阶段，成为第四代数控系统；从1974年微处理器开始用于数控系统即发展到第五代。经过十多年的发展，数控系统从性能到可靠性都得到了根本性的提高。实际上从20世纪末期直至今天，在生产中使用的数控系统大多是第五代数控系统。但第五代CNC数控系统以及以前的各代都是一种专用封闭式系统，而第六代——开放式数控系统将代表着数控系统的未来发展方向，将在现代制造业中发挥越来越重要的作用。

综上所述，尽管数控技术已经出现了60多年，但数控理论与技术仍然是方兴未艾、生机勃勃的新兴科学。现代工业向数控技术提出了越来越高的要求，同时微电子计算机技术以及电机技术的发展，也为数控技术发展提供了广阔的技术发展空间。