数控机床的发展过程及趋势

数控机床的发展现状及趋势

14级机械设计制造及其自动化2班 1440301236 姜振华

一、数控机床的发展现状

1.数控机床的产生及地位

20世纪中期，随着电子技术的发展，自动信息处理、数据处理以及电子计算机的出现，给自动化技术带来了新的概念，用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制，推动了机床自动化的发展，于是便产生了数控机床这个新兴的加工设备。数控技术是衡量一个国家制造业现代化程度的核心标志，实现加工机床及生产过程数控化是当今制造业的发展方向，机械制造的竞争其实质是数控的竞争。

2.我国数控机床的发展

我国数控技术的发展起步于二十世纪五十年代，通过“六五”期间引进数控技术，“七五”期间组织消化吸收“科技攻关”，我国数控技术和数控产业取得了相当大的成绩。特别是最近几年，我国数控产业发展迅速。《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》将“高档数控机床与基础制造装备”确定为16个科技重大专项之一。通过国家相关计划的支持，我国在数控机床关键技术研究方面有了较大突破，创造了一批具有自主知识产权的研究成果和核心技术。这主要体现在以下几个方面：

（1）中高档数控机床的开发取得了较大进展，在五轴联动、复合加工、数字化设计以及高速加工等一批关键技术上取得了突破，自主开发了包括大型、五轴联动数控加工机床，精密及超精密数控机床以及一大批专门化高性能机床，并形成了一批中档数控机床产业化基地。

（2）关键功能部件的技术水平、制造质量逐年稳步提高，功能逐步完善，部分性能指标接近国际先进水平，形成了一批具有自主知识产权的功能部件。开发出了高速主轴单元、高速滚珠丝杠、重载直线导轨、高速导轨防护装置、直线电机、数控转台、刀库与机械手、A/C 轴数控铣头、高速工具系统、数字化量仪等高性能功能部件样机，其中有的品种已实现小批量生产。

（3）中高档数控系统开发研究与应用取得一定成果。通过自主研发或与国外开展技术合作，在中档数控系统的开发和生产上取得明显进展。初步解决了多坐标联动、远程数据传输等技术难题；为适应数控系统的配套要求，相继开发出交流伺服驱动系统和主轴交流伺服控制系统，并形成了系列化产品。

3.我国数控机床的不足

国产数控机床的研究开发深度不够、制造水平依然落后、服务意识与能力欠缺、数控系统生产应用推广力低以及技术创新开发能力薄弱，高级设计开发人才严重缺乏。自八十年代初至今二十余年来，由国家支持多家主机骨干厂（包括齐二机床），采取引进技术、合作生产，以市场换技术方式对我国机床产品技术水平的提高取得了一定的效果，但由于产品理论支撑不够，基础实验条件缺乏，高级科技人才匮乏，新产品研发仍然主要依靠经验及模仿等手段，尖端核心技术绝大部分还控制在“老外”手里，特别是中高档产品差距依然明显。另外，企业的服务意识不强，服务体系不健全，对于中高档数控机床售前售后的服务要求很高，与国外厂商相比，市场开发、研究用户工艺、成套服务、快速反应能力等服务水平均存在很多差距。

国产数控机床精度保持性和稳定性不高，严重缺乏核心技术，从高性能数控系统到关键功能部件基本都依赖进口，即使近几年有些国内制造商艰难地创出了自己的品牌，但其产品的功能、性能的可靠性仍然与国外产品有一定差距。近几年国产数控机床制造商通过技术引进、海内外并购重组以及国外采购等获得了一些先进数控技术，但缺乏对机床结构与精度、可靠性、人性化设计等基础性技术的研究，忽视了自主开发能力的培育，国产数控机床的技术水平、性能和质量与国外还有较大差距，同样难以得到大多数用户的认可。对行业总体来说，国产数控产品技术含量不高，产品附加值低，结构不合理，产业化能力不强。

二、数控机床的发展趋势

1.高速、高精度化

新一代数控机床为提高生产效率，向超高速方向发展，采用新型功能部件（如电主轴、直线电机、LM 直线滚动系统等）主轴转速达15，000r/min 以上。计算机技术及其软件控制技术在机床产品技术中占的比重越来越大，计算机系统及其

应用软件的复杂化，带来了机床系统及其硬件结构的简化，数控机床的智能化程度日趋提高。一台机床的重复定位精度如果能达到0.005 mm（ISO 标准、统计法），就是一台高精度机床，在0.005mm（ISO 标准、统计法）以下，就是超高精度机床。高精度的机床，要有最好的轴承、丝杠。随着电脑辅助制造（CAM）系统的发展，精密度已达到微米级。

2.控制智能化

随着人工智能技术的发展，为了满足制造业生产柔性化、制造自动化的发展需求，数控机床的智能化程度在不断提高。具体体现在以下几个方面：（1）加工过程自适应控制技术；（2）加工参数的智能优化与选择；（3）智能故障自诊断与自修复技术；（4）智能故障回放和故障仿真技术；（5）智能化交流伺服驱动装置；（6）智能4M（测量（Measurement）、建模（Modelling）、加工（Manufacturing）、机器操作（Manipulator））数控系统。

3.设计制造绿色化

绿色设计是一种综合考虑了产品设计、制造、使用和回收等整个生命周期的环境特性和资源效率的先进设计理论和方法。它在不牺牲产品功能、质量和成本的前提下，系统考虑产品开发、制造及其活动对环境的影响，从而使得产品在整个生命周期中对环境的负面影响最小，资源利用率最高。数控机床在设计时要考虑：绿色材料设计；可拆卸性设计；节能性设计；可回收性设计；模块化设计；绿色包装设计等。绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源消耗的现代制造模式，通过绿色生产过程生产出绿色产品。数控机床在制造时要考虑：节约资源的工艺设计；节约能源的工艺设计；环保型工艺设计等。

4.复合化与系统化

工件一次装夹，能进行多种工序复合加工，可大大地提高生产效率和加工精度，是机床一贯追求的。由于产品开发周期愈来愈短，对制造速度的要求也相应提高，机床也朝高效能发展。机床已逐渐发展成为系统化产品，用一台电脑控制一条生产线的作业。产品对外观曲线要求的提高，机床五轴加工、六轴加工已日益普及，机床加工的复合化已是不可避免的发展趋势。

数控技术是提高产品质量、提高劳动生产率必不可少的物质手段，它的广泛使用给机械制造业生产方式、产业结构、管理方式带来深刻的变化，它的关联效

益和辐射能力更是难以估计；数控技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，现代的CAD/CAM、FMS、CIMS等，都是建立在数控技术之上。数控技术是国际商业贸易的重要构成，发达国家把数控机床视为具有高技术附加值、高利润的重要出口产品，世界贸易额逐年增加。大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。

5.信息交互网络化

对于面临激烈竞争的企业来说，使数控机床具有双向、高速的联网通讯功能，以保证信息流在车间各个部门间畅通无阻是非常重要的。既可以实现网络资源共享，又能实现数控机床的远程监视、控制、培训、教学、管理，还可实现数控装备的数字化服务（数控机床故障的远程诊断、维护等）。

6.加工过程绿色化

随着日趋严格的环境与资源约束，制造加工的绿色化越来越重要，而中国的资源、环境问题尤为突出。因此，近年来不用或少用冷却液、实现干切削、半干切削节能环保的机床不断出现，并在不断发展当中。在21世纪，绿色制造的大趋势将使各种节能环保机床加速发展，占领更多的世界市场。

三、结语

目前，数控机床的发展日新月异，高速化、高精度化、复合化、智能化、开放化、并联驱动化、网络化、极端化、绿色化已成为数控机床发展的趋势和方向。

数控加工技术对一国经济、国防、综合实力和国际地位的推动作用是十分突出的。针对制造领域的重要性来讲，数控加工技术举足轻重。其有利于国家综合实力、国防经济，以及国际地位的提升，当前形势下，一个非常显著的问题是我国的制造领域的发展不够先进，依旧滞后于西方发达国家，这就要求进一步地探究数控加工这种机械制造技术。在对新型技术引进的过程中也应当不断地创新，进而不再依赖于发达国家的数控技术，自主研发有着国际先进能力的数控机床技术，从而使我国逐步地转变成为世界性的制造业强国。