第一篇：數控機床的發展與趨勢--畢業論文完整版

XXXXXXX大學

2011屆本科畢業論文（設計）論文題目：數控機床的發展與趨勢 學生姓名：XXXX 所在院系： XXXXXX 所學專業： XXXXXX 導師姓名：XXXXX 完成時間：2010年X月XX日 摘要

數控機床集計算機技術，電子技術，自動控制技術，傳感測量，機械制造，是典型的機電一體化產品。它的發展和應用開創了制造業的新時代，改變了制造業的生產方式，產業結構，管理方式，使世界制造業的格局發生了巨大的變化。

本文主要講述了數控機床國內外的發展概況，現代數控技術的發展趨勢。介紹了數控機床的特點，組成與分類，并介紹了可編程控制器（PLC）在數控機床中的應用。重點介紹了磨床的概況，以及現代數控磨床的特點，并用PLC進行了對自動磨床電氣系統的改造。

本文在編寫過程中，參閱了同行的教材，資料和文獻，得到了許多幫助，在此謹致謝意。關鍵詞：發展趨勢組成分類概述結構功能 PLC 改造 Abstract The numerical control engine bed collection computer technology, the electronic technology, the automatic control technology, the sensing survey, the machine manufacture, is the typical integration of machinery product.It’s development and the application founded the manufacturing industry new times, changed the manufacturing industry production method, the industrial structure, manages the way, caused the world manufacturing industry the pattern to have changed.This article mainly narrated the numerical control engine bed domestic and foreign development survey, the modern numerical control technology trend of development.Introduced the numerical control engine bed characteristic, the composition and the classification, and introduced programmable controller(PLC)in the numerical control engine bed application.Introduced with emphasis the grinder survey, as well as the modern numerical control grinder characteristic, and has carried on with PLC to the automatic grinder electrical system transformation.This article in the compilation process, has referred colleague's teaching material, the material and the literature, obtained many help, respectfully offers thanks in this.Key word: Trend of development Textural Classification Outline Structure Function PLC Transformation.目錄

1.前言 1 2.數控機床概要 2 2.1數控機床的產生 2 2.2數控機床的發展 3 2.3數控機床的組成及工作原理 4 2.3數控技術的復合化 5 2.4數控技術的開放性 6 2.4數控技術的先進性 7 3.國產數控機床的發展現狀 9 3.1國產數控機床與國際先進水平差距逐漸縮小 9 3.2國產數控機床存在的問題 9 3.3核心技術嚴重缺乏 10 3.4民族品牌與國際品牌差距明顯 10 3.5技術創新和成果轉化與市場脫節 11 3.6缺乏先進的管理機制 11 4.國內數控機床的發展趨勢 11 4.1智能、高速、高精度化 11 4.2設計、制造綠色化 12 4.3復合化與系統化 12 4.4數控系統發展趨勢 12 4.4.1數控系統向開放式體系結構發展 12 4.4.2數控系統向軟數控方向發展 13 4.4.3數控系統控制性能向智能化方向發展 13 4.4.4數控系統向網絡化方向發展 14 4.4.5數控系統向高可靠性方向發展 14 4.4.6數控系統向復合化方向發展 14 4.7.7數控系統向多軸聯動化方向發展 15 5.CNC裝置的工作原理 15 5.1輸入 15 5.2譯碼 15 5.3插補 15 5.4進給速度處理 15 5.5刀具補償 16 5.6位置控制 16 5.7顯示 16 5.8 IO處理 16 5.9診斷 16 6.CNC裝置的硬件結構 16 6.1單微處理器結構的CNC系統 17 6.2位置控制部分包括位置控制單元和速度控制單元 7.新型功能部件 18 8.結束語 18 致謝 19 參考文獻 20 1 前言

從20世紀中葉數控技術出現以來，數控機床給機械制造業帶來了革命性的變化。數控加工具有如下特點：加工柔性好，加工精度高，生產率高，減輕操作者勞動強度、改善勞動條件，有利于生產管理的現代化以及經濟效益的提高。數控機床是一種高度機電一體化的產品，適用于加工多品種小批量零件、結構較復雜、精度要求較高的零件、需要頻繁改型的零件、價格昂貴不允許報廢的關鍵零件、要求精密復制的零件、需要縮短生產周期的急需零件以及要求100%檢驗的零件。數控機床的特點及其應用范圍使其成為國民經濟和國防建設發展的重要裝備。

進入21世紀，我國經濟與國際全面接軌，進入了一個蓬勃發展的新時期。機床制造業既面臨著機械制造業需求水平提升而引發的制造裝備發展的良機，也遭遇到加入世界貿易組織后激烈的國際市場競爭的壓力，加速推進數控機床的發展是解決機床制造業持續發展的一個關鍵。隨著制造業對數控機床的大量需求以及計算機技術和現代設計技術的飛速進步，數控機床的應用范圍還在不斷擴大，并且不斷發展以更適應生產加工的需要。本文簡要分析了數控機床高速化、高精度化、復合化、智能化、開放化、網絡化、多軸化、綠色化等發展趨勢，并提出了我國數控機床發展中存在的一些問題。

裝備工業的技術水平和現代化程度決定著整個國民經濟的水平和現代化程度，數控技術及裝備是發展新興高新技術產業和尖端工業（如信息技術及其產業、航空、航天等國防工業產業）的使能技術和最基本的裝備。馬克思曾經說過“各種經濟時代的區別，不在于生產什么，而在于怎樣生產，用什么勞動資料生產”。制造技術和裝備就是人類生產活動的最基本的生產資料，而數控技術又是當今先進制造技術和裝備最核心的技術。當今世界各國制造業廣泛采用數控技術，以提高制造能力和水平，提高對動態多變市場的適應能力和競爭能力。

隨著社會的進步和科技的發展,現代機械制造工程領域方面越來越多地采用智能化、自動化,新設備、新技術的應用越來越普遍。我們對市場進行了調研，發現現在機械工業大量采用數控機床甚至加工中心取代傳統的普通機床的機械加工，采用計算機集成系統CIMS取代原有的生產制造管理過程，使企業生產智能化、集成化、網絡化。這將對生產第一線的工作人員提出越來越高的職業技術要求。

調查的結果表明：在數控技術專業方面人才缺口較大。市原來就屬于重工業城市,有許多大中小型企業,而石油化工、機械、鋼鐵等企業都具備數控技術設備。為適應生產技術的迅猛發展.提高企業在市場經濟中的競爭能力,不被淘汰,各企業正積極采取有效措施,添置現代新設備。在數控加工技術人才方面提出更高的要求，要求所需人員即要懂得較深的理論知識，以便使大量的新技術得到利用與開發，同時在實踐技能上更能勝任，由此可見，企業對數控加工技術與應用專業高級技術型人才和技能型人才的需求日益迫切。數控技術是用數字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術，數控裝備是以數控技術為代表的新技術對傳統制造產業和新興制造業的滲透形成的機電一體化產品，即所謂的數字化裝備，其技術范圍覆蓋很多領域：(1)機械制造技術；(2)信息處理、加工、傳輸技術；(3)自動控制技術；(4)伺服驅動技術；(5)傳感器技術；(6)軟件技術等。2．數控機床概要 2.1數控機床的產生

制造業是生產物質財富的產業，機床是制造業的主要生產設備，制造業中的絕大多數零件都直接或間接地經過機床加工，固此機床(也稱工作母機)是制造業的基礎。在傳統制造業中，對于大批量生產的產品，往往采用組合機床等專用機床組成的自動或半自動生產線；對于單件或小批量生產的產品，一般采用通用機床加工。隨著科學技術的不斷發展和社會生產力的不斷提高，市場對機械產品的要求越來越高，不僅要求提高產品的質量水平，而且要求加快產品更撕換代的速度．這樣就導致了現代制造業中多品種、中小批量生產的比重不斷增加。在這樣的情況下，再采用傳統的加工機床就顯得不合理了．這主要體現在兩個方面：①應用專用機床生產線生產準備周期長、費用高、產品不易更新(有時甚至不可能實現產品更新)； ②應用通用機床則無法大幅度地提高生產效率或精確地控制產品質量，同時通用機床也無法加工一些復雜度和精度要求很高的小批量生產的產品。相比之下，數控機床的出現恰恰滿足了這些要求。

1948年美國帕森斯(P—ns)公司在研制加工直升機葉片輪廓檢驗樣板的機床時，首先提出利用電子計算機控制機床加工復雜曲線樣板的新概念。1952年帕森斯公司和麻省理工學院(MIT)伺服機構研究所合作研制成功世界E第一臺三坐標數控銑床，其數控系統采用脈沖乘法器原理，全部由電子管元件組成，雖然體積龐大，功能簡單，但卻意義重大，標志著機械制造業進入r一個新的發展階段。1958年我國北京機床研究所和清華大學開始研制數控機床，1965年北京第一機床廠開始生產三坐標數控銑床。

數控機床的出現極大地促進了機床行業的技術進步和行業發展。對于整個制造業來說．由于數控機床的大量使用，使得產品質量大幅度提高，新產品開發周期明顯縮短。目前數控機床已經遍布軍工、航空航天、汽車、造船、機車車輛、機床建筑、通用機械、紡織、輕工、電子等幾乎所有制造行業。2.2數控機床的發展(1)數控機床的發展簡史

1946年誕生了世界上第一臺電子計算機，這表明人類自g造了可增強和部分代替腦力勞動的工具。它與人類在農業，工業社會中創造的那些只是增強體力勞動的工具相比，起了質的飛躍，為人類進^信息社會奠定了基礎。6年后，即在1 952年，計算機技術應用于機床上，從而一種新型的用數字程序控制的機床應運而生。這種機床是一種綜合運用了計算機技術、自動控制、精密測景和機械設計等新技術的機電體化典型產品。數控機床是一種裝有程序控制系統(數控系統)的自動化機床。計算機數控階段也經歷了三個時代，即1970年的第四代——小型計算機，1974年的第五代微處理器和1990年的第六代——基于Pc(國外稱為Pc_based)。

從1952年美國麻省理工學院研制出第一臺試驗性數控系統，到現在已走過了50多年的歷程。數控系統由當初的電子管式起步．經歷了以下幾個發展階段：分立式晶體管式汕規模集成電路式、大規模集成電路式、超大規模集成電路巾型計算機式、微機式的數控系統。

前三代數控裝置屬于采用專用控制計算機的硬件數控裝置，一般稱為Nc數控系統。到20世紀80年代，總體發展趨勢是：數控裝置由Nc向cNc發展；廣泛采用32位CPU組成多微處理器系統；提高系統的集成度，縮小體積，采用模塊化結構，便于裁剪、擴展和功能升級，滿足不同類型數控機床的需要；驅動裝置向交流、數字化方向發展；cNc裝置向人T智能化方向發展；采用新型的自動編程系統；增強通信功能；數控系統的可靠性不斷提高。總之，數控機床技術不斷發展，功能越來越完善，使用越來越方便，可靠性越來越高，性能價格比也越來越高，到1990年，全世界數控系統專業生產廠家年產數控系統約13萬臺(套)。(2)我國敷控機床發展概況

我國于1958年研制第一臺數控機床．發展過程大致可分為三大階段：1958～1979年為第一階段，】979～1989年為第二階段t從1989年至今為第三階段。第一階段由于我國基礎理論研究滯后，相關工業基礎薄弱，特別是電子技術落后．數控系統沒有突破，雖然我國起步不晚，但發展不快，20世紀60～70年代，由于文革等因索，我國與發達國家差距開始拉大。20世紀70年代國家組織數控機床攻關，取得一定成效，相繼推出一些數控機床品種，但從整體來看．我國數控機床產業尚處于起步階段。第二階段從日、德、美、西先后引進數控系統技術，從日、美、德、意、英、法、瑞、匈、奧、韓等國及臺灣地區引進數控機床先進技術和合作、合資生產，解頭了可靠性、穩定性問題，數控機床開始正式生產和使用，并逐步向前發展。第三階段國家從科技攻關和技術改造兩方面對數控機床產韭進行了重點扶持，并加快了國產數控系統的開發。普及型數控系統開發成功．為數控機床商品化和規模化生產奠定了基礎。一些數控機床主機廠組建床身、箱體、主軸、軸套等成組單元，廠內組織專業化生產，生產水平進一步提高。cAD／(1APP／CAM開始應用，開發能力、工藝水平和產品質量進一步提高，奠定了產業化基礎。數控機床進^了快速發展期。2.3數控機床的組成及工作原理

數控機床一般由數控系統、伺服系統(包含伺服電機和檢測反饋裝置)、強電控制柜、機床本體和各類輔助裝置組成。(1)控制介質

控制介質叉稱信息載體，是聯系人與數控機床之間的中間媒介物質。反映了數控加工中的全部信息。數控機床的加工程序可以存儲在控制質上。常用的控制介質有穿孔紙帶、磁帶和磁盤等。

(2)輸入裝置

輸入裝置的作用是將程序載體(信息載體)上的數控代碼傳遞并存人數控系統內。

(3)數控裝置

數控裝置是數控機床的核心，其作用是：從內部存儲器中取出或接受輸入裝置送來的一段或幾段數控加工程序，經過數控裝置的邏輯電路或統軟件進行編譯，運算處理后，輸出幾種控制信息和指令，控制機床各部分的工作，使其進行規定的有序運動和動作。

(4)伺服單元和驅動裝置

伺服單元是cNc和機床本體的聯系環節，它把來自cNc裝置的微弱指令信號放大成控制驅動裝置的大功率信號。根據接收指令的不同，伺服單元有脈沖式和模擬式之分，而模擬式伺服單元按電源種類叉可分為直流伺服單元和交流伺服單元。伺服單元還包括位置檢測裝置。位置檢測裝置將數控機床各坐標軸的實際位移檢測出來，經反饋系統反饋到機床的數控系統中。驅動裝置把經放大的指令信號變為機械運動，通過簡單的機械連接部件驅動機床，使工作臺精確定位或接規定的軌跡作嚴格的相對運動，最后加工出圖紙所要求的零件。和伺服單元相對應，驅動裝置有步進電機、直流伺服電機和交流伺服電機等。

伺服單元和驅動裝置可臺稱為伺服驅動系統，它是機床工作的動力裝置。cNc裝置的指令要靠伺服驅動系統付諸實施，所以，伺服驅動系統是數控機床的重要組成部分。從某種意義上說，數控機床功能的強弱主要取決于cNc裝置，而數控機床性能的好壞主要取決于伺服驅動系統。

(5)輔助控制裝置

輔助控制裝置的主要作用是接收數控裝置輸出的開關量指令信號，經過翻譯、邏輯判斷和運算，再經功率放大后驅動相應的電器，帶動機床的機械、液壓、氣動等輔助裝置完成指令規定的開關量動作。這些控制包括主軸運動部件的變速、換向和啟停指令．刀具的選擇和交換指令．冷卻、潤}骨裝置的啟停，工件和機床部件的松開和夾緊，分度工作臺的轉位分度等開關輔助動作。當今數控機床已廣泛采用可編程控制器作為輔助控制裝置。

(6)機廉本體

數控機床的本體指其機械結構宴體。它與傳統的普通機床相似，但數控機床在整體布局、外觀造型、傳動機構、工具系統及操作機構等方面都發生了很大的變化。歸納起來主要有以下幾個方面：

①采用高性能主軸及主傳動部件。

②進給傳動采用高效傳動件。一般采用滾珠絲杠副、直線滾動導軌副等。③具有完善的刀具自動交換和管理系統。④機床本身具有很高的動、靜剛度。⑤采用全封閉罩殼。由于數控機床是自動完成加工的，為了操作安全等因素，一般采用移動門結構的全封閉罩殼．對機床的加工部件進行全 2.3數控技術的復合化

復合化包括T序復合化和功能復合化。數控機床的發展已模糊了粗精加工全部工序的概念。加工中心(包括車削中心、磨削中心、電加工中心等)的出現，又把車、銑、鏜、鉆等類的工序集中到一臺機床來完成，打破了傳統的工序界限和分開加工的工藝規程。一臺具有自動換刀裝置、自動交換工作臺、自動轉換立臥主軸頭的鏜銑加1=中心，不僅一次裝卡可以完成鏜、銑、鉆鉸、攻絲和檢驗等工序，而且還可以完成箱體五個面粗精加工的工序。近年來．又相繼出現了許多跨度更大的功能集中的復合化數控機床。日本池貝鐵工所的TW4LⅡ立式加工中心．由于采用了u軸，亦可進行車加T。東芝機械的GMc 95立式加工中心，在一根主軸上既可進行切削叉可進行磨削。美國sINcNNAIllMlI，AcR()N公司的車、銑、鏜、鉆偏心孔多用途制造中心，在一臺車削中心上不僅可以完成回轉體的外圓和端面的車削加工，還可完成銑平面、鉆斜孔，開曲線槽等，使刀具回轉的加工中心或膳削中心與工件伺轉的車削中心復合。如意大利sAFOP的車、鏜、銑、磨復合機床；德國VOEsl AIjlNT_盯EINNEL公司M30型銑削一車削復合中心；ETA公t“('1I。DEMl趼。ER復合車一銑機床。還有成型機床與切削機床的復臺，如瑞l Raskn的沖孔、成型與激光切割復合；wHITNE公司等離子加工與沖壓復合等。在多軸和多軸聯動控制方面，日本的FANucl6系統為2～1 5軸；西門子880系統控制軸數達24軸。

例如：采用軸聯動對=三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進行切削，不僅粗糙度值降低，而且效率也大幅度提高。一般認為，1臺j軸聯動機床的效率可以等于2白3軸聯動機床，特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進行高速銑削淬硬鋼零件時，5軸聯動加工可比3軸聯動發揮更高的效益。但過去圉5軸聯動數控機床的數控系統、主機結構復雜等原因，其價格要比3軸聯動數控機床高出數倍，加之編程技術難度較大，制約了5軸聯動機床的發展。當前由于電主軸的出現．使得實現5軸聯動加工的復合主軸頭結構大為簡化，其制造難度和成本太幅度降低，數控系統的價格差距縮小，因此促進了復合主軸頭類型5軸聯動機床和復合加工機床(含5面加工機床)的發展。

在ENo 20。l展會上，新日本工機的j面加1二機床采用復合主軸頭，可宴現4個垂直平面的加工和任意角度的加工，使得5面加工和5軸加工可在同一臺機床上宴現，還可實現傾斜面和倒錐孔的加工。德國DMc公司展出DMuvoutlon系列加工中心，可在一次裝夾完成5面加工和5軸聯動加工，由cNc系統控制或CA州CAM直接或間接控制。2.4數控技術的開放性

為適應數控進線、聯網、普艘型個性化、多品種、小批量、柔性化及數控迅速發展的要求，最重要的發展趨勢是體系結構的開放性、設計生產開放式的數控系統。例如美國、歐共體及日本發展開放式數控的計劃等。

①為適應制造自動化的發展，向FMC’、FMS和CIMS提供基礎設備，要求數字控制制造系統不僅能完成通常的加工功能，而且還要具備自動測量、自動上下料、自動換刀、自動更換主軸頭(有時帶坐標變換)、自動誤差補償、自動診斷、進線和聯網等功能，廣泛地應用機器人、物流系統。

②FMCC，FMSS web bad即d制造及無圖紙制造技術。

③圍繞數控技術、制造過程技術在快速成型，并聯機構機床、機器人化機床、多功能機床等整機方面和高速電主軸、直線電機、軟件補償精度等單元技術方面先后有所突破。并聯桿系結構的新型數控機床實用化。這種虛擬軸數控機床．用較件的復雜性代替傳統機床機構的復雜性，開拓了數控機床發展的新領域。④以計算機輔助管理和工程數據庫、因特同等為主體的制造信息支持技術的智能化決策系統，對機械加工中大量信息進行存儲和實時處理，應用數字化網絡技術，使機械加工整體系統趨于資源合理支配并高效地應用。⑤由于采用了神經網絡控制技術、模糊控制技術擻字化阿絡技術，機械加工向虛擬制造的方向發展。

2.4數控技術的先進性

21世紀的數控裝備將是具有一定智能化的裝備。智能化的內容包括在數控系統中的各個方面。

①追求加工效率和加工質量方面的智能化。如加工過程的自適應控制、工藝參數自動生成。②提高驅動眭能及使用連接方便的智能化。如前饋控制、電機參數的自適應運算、自動識別負載、自動選定模型、自整定等。

③簡化編程、簡化操作方面的智能化。如智能化的自動編程、智能化的人機界面等。④還有智能診斷、智能監控方面的內容，方便系統的診斷及維修等。數控系統在控制性能上向智能化發展。隨著人工智能在計算機領域的滲透和發展，數控系統引入了白適應控制，模糊系統和神經網絡的控制機理，不但具有自動編程、前饋控制、模糊控制’學習控制、自適應控制、工藝參數自動生成、三維刀具補償、運動參數動態補償等功能，而且人機界面極為友好，并具有故障診斷專家系統使自診斷和故障監控功能更趨完善。伺服系統智能化的主軸交流驅動和智能化伺服裝置，能自動識別負載井自動調整參數。為解決傳統的數控系統封閉性和數控應用軟件的產業化生產存在的問題，目前許多國家對開放式數控系統進行研究。如美國的N(z(The Ne xl Generation workstation／Mache(butyl)、歐共體OSACA“)口easiest鋤Architectures如r(kntr01 wth_nAutornatlon systems)、日本的OSEC(0pen system En??t kern collar)、中國的ONC(Open N?mal control system鋤)等。數控系統開放化已經成為數控系統的未來之路。所謂開放式數控系統就是數控系統的開發可以在統一的運行平臺上，面向機床廠家和晟終用戶，通過政變、增加或剪裁結構對象(數控功能)，形成系列化，并可方便地將用戶的特殊應用和技術訣竅集成到控制系統中．快速實現不同品種、不同檔次的開放式數控系統，形成具有鮮明的名牌產品。目前開放式數控系統的體系結構規范、通信規范、配置規范、運行平臺、數控系統功能庫以及數控系統功能軟件開發工具等是當前研究的核心。

網絡化數控裝備是近兩年國際著名機床博覽會的一個新亮點。數控裝備的阿絡化將極大地滿足生產線、制造系統、制造企業對信息集成的需求，也是實現新的制造模式如敏捷制造成l虛擬企業、全球制造的基礎單元。國內外一些著名數控機床和數控系統制造公司都在近兩年推出了相關的新概念和樣機。在EMO 20。I展中，日本山崎馬扎克(Mask)公司展出的CPC(cylerProducflonc)，智能生產控制中心)，日本隈(OKSMA)機床公司展出的IT廣場(信息技術廣場)．德國西門于(s—ns)公司展出的OME(0釁n Manufactumg EnⅥ?t開放制造環境)等，反映了數控機床加工向網絡化方向發展的趨勢。

開放式生產對于一些資本密集型的從事大型制造，尤其是生產大批量復雜零件的廠家而言，實現網絡制造更有其特別的意義。阿絡制造在廣義上表現為使用網絡的企業與企業間可進行跨地域的協同設計、協同制造、信息共享、遠程監控及遠程服務，以及企業內部的管理部門(產、供、銷、人、財、物等)坡計部門(CAD CAPP／CAE／CAM等)、生產部門(生產監測，生產管理，刀夾、量具，材料管理．設備管理等)在網絡、數據庫技術支持下進行系統集成，通過T(，／IP通信協議進行網絡通信，為制造商提供整套且數據信息一致的生產方案，使不同的CW控制程序、編程加工位置以及刀具定位點等數據信息得到統一。通過這樣的網絡通信，數據傳遞的速度得到極大提高。過去要幾個小時才能完成傳輸的大程序，現在只需幾秒鐘即可完成。然而，更為高效的cNc網絡通信功能遠遠不止于快速傳遞數據及信包，通過連接調制解調器與通信軟件，可以實現(1Nc機床的遠程診斷。這樣，一個技術人員即使在機床生產廠家的辦公室，也可以通過遠程診斷對遠程的cNc機床進行實時問題診斷，及時做出央定，并直接發出指令進行調整。這一切操作都無需親臨工作現場。采用TCP／IP通信協泌進行網絡通信還有一個基本條件就是機床數控系統的操作平臺最好是WMDO平臺，傳統的專用計算機數控系統要做到這一點是很困難的，而第六代數控系統可咀滿足網絡制造的諸多要求。

數控機床向柔性自動化系統發展的趟勢：一方面從點(數控單機、加_[巾心和數控復合加工機床)、線(FMC，FMS、FIL、FML)向面(T段車間獨立制造島、FA)、體(CIMS、分布式網絡集成制造系統)的方向發展；另一方面向注重應用性和經濟性方向發展。黍性自動化技術是制造業適應動態市場需求及產品迅速更新的主要手段，是各國制造業發展的主流趨勢，是先進制造領域的基礎技術。其重點是以提高系統的可靠性、實用化為前提，以易于聯網和集成為目標；注重加強單元技術的開拓、完善；cNc單機向高精度、高速度和高柔眭方向發展：數控機床及其構成的柔性制造系統能方便地與cAD、(nM、cAPP、MTs)聯結，向信息集成方向發展；網絡系統向開放、集成和智能化方向發展。3國產數控機床的發展現狀

3.1國產數控機床與國際先進水平差距逐漸縮小

數控機床是當代機械制造業的主流裝備，國產數控機床的發展經歷了30年跌宕起伏，已經由成長期進入了成熟期，可提供市場1,500種數控機床，覆蓋超重型機床、高精度機床、特種加工機床、鍛壓設備、前沿高技術機床等領域，產品種類可與日、德、意、美等國并駕齊驅。特別是在五軸聯動數控機床、數控超重型機床、立式臥式加工中心、數控車床、數控齒輪加工機床領域部分技術已經達到世界先進水平。其中，五軸(坐標)聯動數控機床是數控機床技術的制高點標志之一。它集計算機控制、高性能伺服驅動和精密加工技術于一體，應用于復雜曲面的高效、精密、自動化加工，是發電、船舶、航天航空、模具、高精密儀器等民用工業和軍工部門迫切需要的關鍵加工設備。五軸聯動數控機床的應用，其加工效率相當于2 臺三軸機床，甚至可以完全省去某些大型自動化生產線的投資，大大節約了占地空間和工作在不同制造單元之間的周轉運輸時間及費用。國產五軸聯動數控機床品種日趨增多，國際強手對中國限制的五軸聯動加工中心、五軸數控銑床、五軸龍門銑床、五軸落地銑鏜床等均在國內研制成功，改變了國際強手對數控機床產業的壟斷局面。3.2國產數控機床存在的問題

由于中國技術水平和工業基礎還比較落后，數控機床的性能、水平和可靠性與工業發達國家相比，差距還是很大，尤其是數控系統的控制可靠性還較差，數控產業尚未真正形成。因此加速進行數控系統的工程化、商品化攻關，盡快建成與完善數控機床和數控產業成為當前的主要任務。目前主要問題有： 3.3核心技術嚴重缺乏

統計數據表明，數控機床的核心技術—數控系統，由顯示器、控制器伺服、伺服電機和各種開關、傳感器構成，中國90%需要國外進口。如在上海設廠的德國吉特邁集團和意大利利雅路機床集團，在煙臺建廠的韓國大宇綜合機械株式會社，所有的核心技術都被外方掌握。國內能做的中、高端數控機床，更多處于組裝和制造環節，普遍未掌握核心技術。國產數控機床的關鍵零部件和關鍵技術主要依賴進口，國內真正大而強的企業并不多。目前世界最大的3 家廠商是：日本發那客、德國西門子、日本三菱；其余還有法國扭姆、西班牙凡高等。國內有華中數控、航天數控等。國內的數控系統剛剛開始產業化、水平質量一般。高檔次的系統全都是進口。華中數控近幾年發展迅速，軟件水平相當不錯，但在電器硬件方面還需進一步提高。目前國內一些大廠還沒有采用華中數控的。數控功能部件是另外一個薄弱環節。某種意義上說，功能部件將構筑21世紀現代數控機床。功能部件的性能和價格決定了數控機床的性能和價格。功能部件不是機床附件，它是數控機床的核心代表。國產數控機床的主要故障大多出在功能部件上，它是影響國產數控機床使用的主要根源。從國產數控機床的開發和使用來看，功能部件急需技術攻關。特別在數控刀具滯后現象反映相當強烈。國產數控刀具在壽命、可靠性等方面差距明顯，無論在品種、性能和質量上都遠遠不能滿足用戶要求。由于國產刀具品種少、壽命低，嚴重影響數控機床效率的發揮。調研企業進口的數控機床，配用大量進口數控刀具，由于價格昂貴，用戶不堪負擔。數控立、臥回轉工作臺，數控分度盤和數控電動刀架等數控功能部件市場中海外商家也稍勝一籌。

3.4民族品牌與國際品牌差距明顯

2004年6月一份廣東機床用戶的抽查情況透露，在數控機床的各個品牌之中，用戶對歐洲、日本、美國、韓國和中國臺灣等數控機床品牌的關注度已占全部市場的60%以上。品牌知名度上的差距，導致用戶在選擇加工設備時把更多的機會給了海外數控機床行業的一些“實力派”。如哈爾濱某發動機(集團)有限公司的缸體生產線是一條全自動加工線，其粗加工選用韓國大宇重工的專機自動線，精加工則選用了英國CROSS HULLE公司的專機自動線，缸蓋加工線是由德國Cross.Huller公司制造的高速加工中心和專機自動線、德國產的全自動在線測量機、日本產的全自動密封檢測機和清洗機組成的。曲軸生產線為全自動柔性流水生產線，精加工線由日本的數控高速CBN 磨床、動平衡機、拋光機等組成。3.5技術創新和成果轉化與市場脫節

適銷對路的產品是企業在市場競爭中取勝的根本。技術創新是產品滿足市場需要的關鍵。多數企業在確定數控技術創新項目上沒有突出重點，市場定位不明確，不能集中力量，突破重點，帶動整體，項目安排帶有盲目性。首先，盲目跟隨國際技術潮流增加生產能力。數控機床產業本身的水平關鍵要看創新能力、人員素質和企業素質的提高。近年來的改制、改組已有一些初步成效，來之不易。在面對市場需求增加的同時，還是要清醒看市場，穩妥求發展，還是要抓前、抓后(即抓開發、抓銷售、抓質量、抓服務)，慎重抓能力。中國要成為制造市場，而不是加工市場，機床行業也應正確看待這個問題。否則就造成科技攻關的新產品差距仍然很大，浪費了有限的人力物力；其次技術創新取得成果后，缺乏市場化的全面安排，質量保證體系的不健全，尚未制定相應的規范和標準，制造工藝研究嚴重滯后。造成數控機床市場占有率逐年下降；再次，不重視質量和服務。機床行業是第1 個提出質量承諾聲明的行業，在市場好轉的時候，企業對質量和服務更要重視，對用戶更加周到和熱情，一個企業的品牌往往是在市場好的時候樹立的，也往往是在市場好的時期丟掉的。3.6缺乏先進的管理機制

多數企業都受到生產經營缺乏動力、自我約束機制不健全、勞動生產率低下等問題的嚴重困擾。適應市場經濟需求的以企業為主體、產學研相結合的技術創新體系尚未形成，缺乏吸引高層次、高素質人才創新創業的環境，無法有效整合相關技術、產業和資源優勢，形成合力開展聯合攻關，共同打造技術創新平臺。所以必須按照經濟發展的客觀要求，建立以公司法人為主要內容的現代企業制度。真正確立以用戶為中心的市場經濟觀念，認真調整產品結構和組織結構。真正讓市場在資源配置中起基礎作用。4國內數控機床的發展趨勢

根據2004年10月，完成的《數控機床產業發展專項規劃》。國內數控機床大致發展趨勢表現在以下幾方面：

4.1智能、高速、高精度化

新一代數控機床為提高生產效率，向超高速方向發展，采用新型功能部件(如電主軸、直線電機、LM直線滾動系統等)主軸轉速達15,000r/min以上。計算機技術及其軟件控制技術在機床產品技術中占的比重越來越大，計算機系統及其應用軟件的復雜化，帶來了機床系統及其硬件結構的簡化，數控機床的智能化程度日趨提高。一臺機床的重復定位精度如果能達到0.005 mm(ISO 標準、統計法)，就是一臺高精度機床，在0.005mm(ISO 標準、統計法)以下，就是超高精度機床。高精度的機床，要有最好的軸承、絲杠。隨著電腦輔助制造(CAM)系統的發展，精密度已達到微米級。4.2設計、制造綠色化

綠色設計是一種綜合考慮了產品設計、制造、使用和回收等整個生命周期的環境特性和資源效率的先進設計理論和方法。它在不犧牲產品功能、質量和成本的前提下，系統考慮產品開發、制造及其活動對環境的影響，從而使得產品在整個生命周期中對環境的負面影響最小，資源利用率最高。數控機床在設計時要考慮：綠色材料設計；可拆卸性設計；節能性設計；可回收性設計；模塊化設計；綠色包裝設計等。綠色制造是一個綜合考慮環境影響和資源消耗的現代制造模式，通過綠色生產過程生產出綠色產品。數控機床在制造時要考慮：節約資源的工藝設計；節約能源的工藝設計；環保型工藝設計等。隨著世界經濟的迅速發展，尤其是國內改革開放以來工業化程度的加快，所帶來的環境污染問題越來越嚴重，環境保護的呼聲越來越高，環保問題已經成為各國經濟可持續發展的制約因素之一。數控機床作為裝備制造業的核心，能否順應環保趨勢，加大綠色設計與制造的研制，將是影響經濟發展的重要要素之一。

4.3復合化與系統化

工件一次裝夾，能進行多種工序復合加工，可大大地提高生產效率和加工精度，是機床一貫追求的。由于產品開發周期愈來愈短，對制造速度的要求也相應提高，機床也朝高效能發展。機床已逐漸發展成為系統化產品，用一臺電腦控制一條生產線的作業。產品對外觀曲線要求的提高，機床五軸加工、六軸加工已日益普及，機床加工的復合化已是不可避免的發展趨勢。4.4數控系統發展趨勢

4.4.1數控系統向開放式體系結構發展

計算機技術的飛速發展，推動數控技術更快地更新換代。許多數控系統生產廠家利用Pc機豐富的軟硬件資源開發開放式體系結構的新一代數控系統。開放式體系結構使數控系統有更好的通用性、柔性、適應性、可擴展性，并可以較容易地實現智能化、網絡化。，開放式體系結構可以大量采用通用微機技術，使編程、操作以及技術升級和更新變得更加簡單快捷。開放式體系結構的新一代數控系統，其硬件、軟件和總線規范都是對外開放的．數控系統制造商和用戶可以根據這些開放的資源進行系統集成，同時它也為用戶根據實際需要靈活配置數控系統帶來極大方便，促進了數控系統多檔次、多品種的開發和廣泛應用，開發生產周期大大縮短。同時，這種數控系統可隨CPU升級而升級，而結構可以保持不變。4.4.2數控系統向軟數控方向發展

①傳統數控系統，如FANUCO系統、MITSTJBISHI M50系統、SIN.MERlK 810M,7／c系統等，是一種專用的封閉體系結構的數控系統。目前，這類系統還是占領了制造業的大部分市場。但由于開放式體系結構數控系統的發展，傳統數控系統的市場正在受到挑戰，已逐漸減小。②“Pc嵌人NC”結構的開放式數控系統，如FANUCO和16l、SINUMERZ840D、Nutr-1060、AB 9／：360等，是數控軟件技術和當今計算機豐富的軟件資源相結合開發的產品．具有一定的開放性。但它的Nc部分仍然是傳統的數控系統，用戶無法介人數控系統的核心。這類系統結構復雜，功能強大，價格昂貴。

⑧“NC嵌人PC”結構的開放式數控系統。它由開放式體系結構運動控制卡和Pc機共同構成。這種運動控制卡通常選用高速DSF’作為CPU，具有很強的運動控制和PLC控制能力。它本身就是一個數控系統，可以單獨使用。它開放的函數庫供用戶在Windows臺下自行開發構造所需的控制系統，因而，這種開放式體系結構運動控制卡被廣泛應用于制造業自動化控制的各個領域。

④SOFT型開放式數控系統。這是一種最新開放式體系結構的數控系統。它提供給用戶最大的選擇和靈活性，它的cNc軟件全部裝在計算機中，而硬件部分僅是計算機與伺服驅動和外部I／O之間的標準化通用接口。就像計算機中可以安裝各種品牌的聲卡和相應的驅動程序一樣。用戶可以在Windows NT平臺上，利用開放的cNc內核開發所需的各種功能，構成各種類型的高性能數控系統，與前幾種數控系統相比，SO訂型開放式數控系統具有最高的性能價格比，因而最有生命力。通過軟件智能替代復雜的硬件，正在成為當代數控系統發展的重要趨勢。其典型產品有美國MDSI公司的Open cNc、德國P0werAutomatlon公司的P．～8000 NT等。

4.4.3數控系統控制性能向智能化方向發展 隨著人工智能在計算機領域的滲透和發展，數控系統引入了自適應控制、模糊系統和神經網絡的控制機理，不但具有自動編程、前饋控制、模糊控制、學習控制、自適應控制、工藝參數自動生成、三維刀具補償、運動參數動態補償等功能，而且人機界面極為友好，并具有故障診斷專家系統，使自診斷和故障監控功能更趨完善。為日本Mazak公司最新推出的E—zizith型臥式加工中心，將信息技術與制造技術融為一體。在制造過程中，加工、檢測一體化是實現快速制造、快速檢測和快速響應的有效途徑，已形成將測量(M?㈣nt)、建模(Modelling)、加_I=(M衄u?tIldng)、機器操作(M刪pulator)四者(即4M)融合在一個系統中，實現信息共享．促進測量、建模、加工、操作一體化的4M智能系統。4.4.4數控系統向網絡化方向發展 數控系統的網絡化，主要指數控系統與外部的其他控制系統或上位計算機進行網絡連接和網絡控制。數控系統一般首先面向生產現場和企業內部的局域網，然后再經由因特網通向企業外部．這就是所謂的I㈣i[erl∥Intranet技術。隨著網絡技術的成熟和發展，最近業界又提出了數字制造的概念。數字制造，又稱“e一制造”，是機械制造企業現代化的標志之一，也是國際先進機床制造商當今標準配置的供貨方式。隨著信息化技術的大量采用，越來越多的國內用戶在進口數控機床時要求具有遠程通訊服務等功能。為模具車間利用Inkmet技術進行的網絡化控制數控加工．數控系統的網絡化進一步促進了柔性自動化制造技術的發展，現代柔性制造系統從點(數控單機、加工中心和數控復合加工機床)、線(FMCC、FMS、rrL、FML)向面(工段車間獨立制造島、FA)、體(c[MS、分布式網絡集成制造系統)的方向發展。柔性自動化技術以易于聯網和集成為目標，同時注重加強單元技術的開拓、完善，能方便地與cAD、CAM、cAPF。、MiX3聯結，向信息集成方向發展，網絡系統向開放、集成和智能化方向發展。4.4.5數控系統向高可靠性方向發展 隨著數控機床網絡化應用的日趨廣泛，數控系統的高可靠性已經成為數控系統制造商追求的目標。對于每天工作兩班的無人工廠而言，如果要求在16h內連續正常工作，無故障率在99％以上，則數控機床的平均無故障運行時間(MTBF)就必須大于3000h。如主機與數控系統的失效率之比為10：l(數控的可靠比主機高一個數量級)，數控系統的MTBF就要大于33333 3h，而其中的數控裝置、主軸及驅動等的MTBF就必須大于105h。對整條生產線而言，可靠性要求還要更高。

4.4.6數控系統向復合化方向發展

在零件加工過程中，有大量的無用時間消耗在工件搬運、上下料、安裝調整、換刀和主軸的升速、降速上，為了盡可能降低這些無用時間，人們希望將不同的加工功能整合在同一臺機床上，因此，具有復合功能的機床成為近年來發展很快的機種。柔性制造范疇的機床復合加工概念是指將工件一次裝夾后，機床便能按照數控加工程序自動進行同一類工藝方法或不同類工藝方法的多工序加工，以完成一個復雜形狀零件的主要乃至全部加工工序。4.7.7數控系統向多軸聯動化方向發展

在加工自由曲面時，三軸聯動控制的機床無法避免切速接近于零的球頭銑刀端部參予切削，進而對工件的加工質量造成破壞性影響，而五軸聯動控制對球頭銑刀的數控編程比較簡單，并且能使球頭銑刀在銑削三維曲面的過程中始終保持合理的切速，從而顯著改善加工表面的粗糙度，大幅度提高加工效率．因此．多軸聯動控制的加工中心和數控銑床已經成為當前的一個開發熱點。CNC裝置的工作原理

CNC裝置在其硬件環境支持下，按照系統監控軟件的控制邏輯．對輸人、譯碼、刀具補償、速度規劃、插補運算、位置控制、L／O接口處理、顯示和診斷等方面進行控制。cNc裝置的主要工作包括以下內容。5.1輸入

輸人cNc裝置的有零件程序、控制參數和補償量等數據。輸人的形式有光電閱讀機輸人、鍵盤輸入、磁盤輸入、連接上級計算機的DNC接口輸人、網絡輸人。從CNC裝置的工作方式看，有存儲器輸人工作方式和MDI(M皿ud DirectInput，手工直接輸人)工作方式。cNc裝置在輸入過程中通常還要完成無效碼刪除、代碼校驗和代碼轉換等工作。

5.2譯碼

不論系統工作在MDI方式還是存儲器輸入方式下，都是將零件程序以一個程序段為單位進行處理的，把其中的各種零件輪廓信息(如起點、終點、直線或圓弧等)、加工速度信息(F代碼)和其他輔助信息(M、S、T代碼等)按照一定的語法規則解釋成計算機能夠識別的數據形式，并以一定的數據格式存放在指定的內存專用單元。在譯碼的過程中．還完成對程序段的語法檢查，發現語法錯誤便立即報警。5.3插補

插補的任務是在一條給定起點和終點的曲線上進行“數據點的密化”(擬合)。插補程序在每個插補周期運行一次，在每個插補周期內，根據指令進給速度計算出一個微小的直線數據段。通常，經過若干次插補周期后，插補加工完一個程序段軌跡，即完成從程序段起點到終點的“數據點密化”工作。5.4進給速度處理

編程所給的刀具移動速度，是在各坐標的合成方向上的速度。速度處理首先要做的工作是根據合成速度來計算各運動坐標的分速度。在有些CNC裝置中，對于機床允許的最低速度和最高速度的限制、軟件的自動加減速等也在這里處理。5.5刀具補償

刀具補償包括刀具長度補償和刀具半徑補償。通常，CNC裝置的零件程序以零件輪廓軌跡編程，刀具補償作用是把零件輪廓軌跡轉換成刀具中心軌跡。目前，在比較好的CNC裝置中，刀具補償還包括程序段之間的自動轉接和過切削判別，就是所謂的c刀具補償。

5.6位置控制

位置控制處在伺服回路的位置環上，這部分工作可以由軟件實現，也可以由硬件完成。它的主要任務是在每個采樣周期內，將理論位置與實際反饋位置相比較，用其差值去控制伺服電機。在位置控制中，通常還要完成位置回路的增益調整、各坐標方向的螺距誤差補償和反向間隙補償，以提高機床的定位精度。5.7顯示

CNC裝置的顯示主要是為操作者提供方便，通常用于零件程序的顯示、參數顯示、刀具位置顯示、機床狀態顯示、報警顯示等。有些CNC裝置中還有刀具加工軌跡的靜態和動態圖形顯示。

5.8 IO處理

主要處理CNC裝置面板開關信號、機床電氣信號的輸入、輸出和控制(如換刀、換擋、冷卻等)。

5.9診斷 現代CNC裝置都具有聯機和脫機診斷的能力。聯機診斷是指CNC裝置中的自診斷程序，隨時檢查不正確的事件。脫機診斷是指系統運轉條件下的診斷，CNC裝置配備有各種脫機診斷程序，以檢查存儲器、外圍設備(CRT、閱讀機、穿孔機)、L，O接口等。脫機診斷指采用遠程通信方式，即所謂的遠程診斷，把用戶的CNC通過網絡與遠程通信診斷中心的計算機相連，對CNC裝置進行診斷、故障定位和修復。6 CNC裝置的硬件結構

CNC裝置是在硬件支持下，通過系統軟件控制進行工作的，其控制功能在相當程度上取決于硬件結構。硬件結構根據控制功能的復雜程度，可分別采用單處理器結構和多處理器結構。數控系統的硬件結構，按CNC裝置中各電路板的插接方式，可分為大板式結構和功能模塊式結構；按微處理器的個數，可分為單微處理器結構和多微處理器結構；按硬件的制造方式．可分為專用型結構和個人計算機式結構；按CNC裝置的開放程度，可分為封閉式結構、Pc嵌入NC式結構、NC嵌入PC式結構和軟件型開放式結構。6.1單微處理器結構的CNC系統

所謂單微處理器結構，是指在cNc裝置中只有一只微處理器(CPU)，工作方式是集中控制，分時處理數控系統的各項任務，如存儲、插補運算、輸人／輸出控制、CRT顯示等。某些CNC：裝置中雖然用了兩個以上的CPU．但能夠控制系統總線的只是其中的一個CPI_F，它獨占總線資源，通過總線與存儲器、輸入輸出控制等各種接口相連。其他的CPU則作為專用的智能部件，不能控制總線，也不能訪問存儲器。這是一種主從結構，故被歸納于單微處理器結構中。單微處理器結構簡單，容易實現。單微處理器結構的cNc裝置可劃分為計算機部分、位置控制部分、數據輸入／輸出接口及外圍設備。微處理器CPU是CNC裝置的核心，CPU執行系統程序，首先讀取工件加工程序，對加工程序段進行譯碼和數據處理，然后根據處理后得到的指令，進行對該加工程序段的實時插補和機床位置伺服控制；它還將輔助動作指令通過可編程控制器(PLC)送到機床，同時接收由PLC返回的機床各部分信息并予以處理，以決定下一步的操作。6.2位置控制部分包括位置控制單元和速度控制單元

位置控制單元接收經插補運算得到的每一個坐標軸在單位時間間隔內的位移量，控制伺服電機工作，并根據接收到的實際位置反饋信號。修正位置指令．實現機床運動的準確控制。同時產生速度指令送往速度控制單元，速度控制單元將速度指令與速度反饋信號相比較，修正速度指令，用其差值去控秘伺服電機，使其以恒定速度運轉。

數據輸入／輸出接口與外圍設備是CNC裝置與操作者之間交換信息的橋梁。例如，通過MDI方式或串行通信，可將工件加工程序送人CNC裝置；通過CRT顯示器，可以顯示工件的加工程序和其他信息。在單微處理器結構中，由于僅由一個微處理器進行集中控制，故其功能將受CPU字長、數據字節數、尋址能力和運算速度等因素的限制。如果插補等功能由軟件來實現，則數控功能的實現與處理速度就成為突出的矛盾。解決矛盾的措施可以有：增加浮點協處理器、采用帶有CPU的PL和CRT等智能部件。7 新型功能部件

為了提高數控機床各方面的性能，具有高精度和高可靠性的新型功能部件的應用成為必然。具有代表性的新型功能部件包括：

a.高頻電主軸：高頻電主軸是高頻電動機與主軸部件的集成，具有體積小、轉速高、可無級調速等一系列優點，在各種新型數控機床中已經獲得廣泛的應用；

b.直線電動機：近年來，直線電動機的應用日益廣泛，雖然其價格高于傳統的伺服系統，但由于負載變化擾動、熱變形補償、隔磁和防護等關鍵技術的應用，機械傳動結構得到簡化，機床的動態性能有了提高。如：西門子公司生產的1FN1系列三相交流永磁式同步直線電動機已開始廣泛應用于高速銑床、加工中心、磨床、并聯機床以及動態性能和運動精度要求高的機床等；德國EX-CELL-O公司的XHC臥式加工中心三向驅動均采用兩個直線電動機； c.電滾珠絲桿：電滾珠絲桿是伺服電動機與滾珠絲桿的集成，可以大大簡化數控機床的結構，具有傳動環節少、結構緊湊等一系列優點。8結束語

通過本文的論述可見，目前許多國家對開放式數控系統進行研究，數控系統開放化已經成為數控系統的未來之路。所謂開放式數控系統就是數控系統的開發可以在統一的運行平臺上，面向機床廠家和最終用戶，通過改變、增加或剪裁結構對象（數控功能），形成系列化，并可方便地將用戶的特殊應用和技術訣竅集成到控制系統中，快速實現不同品種、不同檔次的開放式數控系統，形成具有鮮明個性的名牌產品。目前開放式數控系統的體系結構規范、通信規范、配置規范、運行平臺、數控系統功能庫以及數控系統功能軟件開發工具等是當前研究的核心。網絡化數控裝備是近兩年國際著名機床博覽會的一個新亮點。數控裝備的網絡化將極大地滿足生產線、制造系統、制造企業對信息集成的需求，也是實現新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業、全球制造的基礎單元。國內外一些著名數控機床和數控系統制造公司都在近兩年推出了相關的新概念和樣機，反映了數控機床加工向網絡化方向發展的趨勢，以及數控機床技術的發展與應用也將更加廣闊。

致謝

畢業設計是對畢業生所學專業知識的一個總結、歸納、深化的過程，其中包含了我們需要時時加強的東西：分析解決問題能力、查閱文獻的能力、統籌編輯的能力、總結經驗的能力等等。在畢業設計的數月期間，我得到了導師的細心指導和關懷，特別是在課題的程序設計過程中，對其中的各種技術問題和疑惑，導師都花費了大量的時間和精力一一為我解答，讓我在這個過程中對數控機床控制等多方面的知識有了一次新的深入的學習和全面的提升，并能夠逐漸將課本上所學的理論知識與工業生產中的實際問題相結合，從而為以后步入社會解決工作中遇到的實際問題打下良好的基礎。在此，謹向導師表示最衷心的感謝！

在課題的研究設計期間，學院、圖書館為我們提供了良好的學習和靜心研究的環境，同組成員也給予了我很多幫助與支持，在這里一同表示感謝：沒有你們的支持、幫助和鼓勵，我很難拿出這樣的一份最終作品。當然由于時間和知識水平所限，論文中不可避免會出現紕漏和錯誤，懇請各位審閱老師悉心指正，在此不勝感激。參考文獻

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第二篇：畢業設計 數控機床的發展歷程與趨勢

永城職業學院 畢 業 論 文

題 目： 數控機床的發展歷程及趨勢 年 級： 09級 學 號： 2009043055 姓 名： 張中興 專 業： 機電一體化 指導教師： 王丹

2011 年 9 月 22 日

永城職業學院畢業論文 數控機床的發展歷程及趨勢

數控機床的發展歷程及趨勢

摘 要

數控技術是以數字量編程實現控制機械或其他設備自動工作技術。有關資料表明，目前我國機床總擁有量為378萬臺，其中數控機床只有8萬多臺，遠遠低于美國、日本、德國、韓國等制造業發達國家機床數控化率20%以上的水平“主要表現在設備老化陳舊、自動化水平低、技術水平落后、勞動生產率低，嚴重影響了生產力的發展“采用先進的工藝設備，逐步增加數控機床所占比重，已經成為我國制造技術發展的總趨勢，也是企業走出困境提升水平，實現跨越式發展的必由之路“提高。這種數控系統由于功能適宜，價格便宜，用它來改造車床，投資少、見效快，成為我國“七五”、“八五”重點推廣的新技術之一。經濟型數控車床，對于保證和提高被加工零件的精度，主要依靠兩方面來實現：一是系統的控制精度；二是機床本身的機械傳動精度。數控車床的進給活動系統，由于必須對進行位移的位置和速度同時實現自動控制，所以數控車床與普通臥式車床相比，應更有更好的精度，以確保機械運動系統的傳動精度和工作平穩性。十幾年來，隨著科學技術的發展，經濟型數控技術也在不斷進步，數控系統產品不斷改進完善，并且有了階段性的突破，使新的經濟型數控系統功能更強，可靠性更穩定，功率增大，結構簡單，維修方便。由于這項技術的發展增強了經濟型數控的活力，根據我國國情，該技術在今后一段時間內還將是我國機械行業老設備改造的很好途徑。對于原有老的經濟型數控車床，特別是80年代末期改造的設備，由于種種原因閑置的很多，浪費很大；在用的設備使用至今也十幾年了，同樣面臨進一步改造的問題通過改造可以提高原有裝備的技術水平，大大提高生產效率，創造更大的經濟效益。

關鍵詞：數控技術 數控機床 發展趨勢

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目錄

永城職業學院畢業論文 數控機床的發展歷程及趨勢

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永城職業學院畢業論文 數控機床的發展歷程及趨勢

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圖2 FANUC CNC單元與伺服單元和I/O的連接

圖3 Heidenhain以EnDae2.2協議連接編碼器和伺服

1高速化

隨著汽車、國防、航空、航天等工業的高速發展以及鋁合金等新材料的應用，對數控機床加工的高速化要求越來越高。

圖4 HRV4可獲取更高的轉速和更小的電流

圖5 HRV4更小的溫升

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圖 6反向間隙加速功能

反向間隙加速功能

由于存在反向間隙，在高速加工時會導致響應滯后，引起象限尖峰，并影響加工精度。采用反向間隙加速功能后將顯著改善象限尖峰，提高加工精度。

圖7 MPC功能

MPC(Machining Point Control－加工點控制)采用MPC功能，可在加工點處抑止振顫，獲得更高的加工精度。

主軸轉速：機床采用電主軸(內裝式主軸電機)，主軸最高轉速達200000r/min； 進給率：在分辨率為0.01μm時，最大進給率達到240m/min且可獲得復雜型面的精確加工；

運算速度：微處理器的迅速發展為數控系統向高速、高精度方向發展提供了保障，開發出CPU已發展到32位以及64位的數控系統，頻率提高到幾百兆赫、上千兆赫。由于運算速度的極大提高，使得當分辨率為0.1μm、0.01μm時仍能獲得高達24～240m/min的進給速度；

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換刀速度：目前國外先進加工中心的刀具交換時間普遍已在1s左右，高的已達0.5s。德國Chiron公司將刀庫設計成籃子樣式，以主軸為軸心，刀具在圓周布置，其刀到刀的換刀時間僅0.9s。

2高精度化

數控機床精度的要求現在已經不局限于靜態的幾何精度，機床的運動精度、熱變形以及對振動的監測和補償越來越獲得重視。

提高CNC系統控制精度：采用高速插補技術，以微小程序段實現連續進給，使CNC控制單位精細化，并采用高分辨率位置檢測裝置，提高位置檢測精度(日本已開發裝有106脈沖/轉的內藏位置檢測器的交流伺服電機，其位置檢測精度可達到0.01μm/脈沖)，位置伺服系統采用前饋控制與非線性控制等方法；

采用誤差補償技術：采用反向間隙補償、絲桿螺距誤差補償和刀具誤差補償等技術，對設備的熱變形誤差和空間誤差進行綜合補償。研究結果表明，綜合誤差補償技術的應用可將加工誤差減少60%～80%；

采用網格解碼器檢查和提高加工中心的運動軌跡精度，并通過仿真預測機床的加工精度，以保證機床的定位精度和重復定位精度，使其性能長期穩定，能夠在不同運行條件下完成多種加工任務，并保證零件的加工質量。

3功能復合化

復合機床的含義是指在一臺機床上實現或盡可能完成從毛坯至成品的多種要素加工。根據其結構特點可分為工藝復合型和工序復合型兩類。工藝復合型機床如鏜銑鉆復合——加工中心、車銑復合——車削中心、銑鏜鉆車復合——復合加工中心等；工序復合型機床如多面多軸聯動加工的復合機床和雙主軸車削中心等。采用復合機床進行加工，減少了工件裝卸、更換和調整刀具的輔助時間以及中間過程中產生的誤差，提高了零件加工精度，縮短了產品制造周期，提高了生產效率和制造商的市場反應能力，相對于傳統的工序分散的生產方法具有明顯的優勢。[Page] 加工過程的復合化也導致了機床向模塊化、多軸化發展。德國Index公司最新推出的車削加工中心是模塊化結構，該加工中心能夠完成車削、銑削、鉆削、滾齒、磨削、激光熱處理等多種工序，可完成復雜零件的全部加工。隨著現代機械加工要求的不斷提高，大量的多軸聯動數控機床越來越受到各大企業的歡迎。

在2005年中國國際機床展覽會(CIMT2005)上，國內外制造商展出了形式各異的多軸加工機床(包括雙主軸、雙刀架、9軸控制等)以及可實現4～5軸聯動的五軸高速門式加工中心、五軸聯動高速銑削中心等。

4控制智能化

隨著人工智能技術的發展，為了滿足制造業生產柔性化、制造自動化的發展需求，數控

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機床的智能化程度在不斷提高。具體體現在以下幾個方面：

加工過程自適應控制技術：通過監測加工過程中的切削力、主軸和進給電機的功率、電流、電壓等信息，利用傳統的或現代的算法進行識別，以辯識出刀具的受力、磨損、破損狀態及機床加工的穩定性狀態，并根據這些狀態實時調整加工參數(主軸轉速、進給速度)和加工指令，使設備處于最佳運行狀態，以提高加工精度、降低加工表面粗糙度并提高設備運行的安全性；

加工參數的智能優化與選擇：將工藝專家或技師的經驗、零件加工的一般與特殊規律，用現代智能方法，構造基于專家系統或基于模型的“加工參數的智能優化與選擇器”，利用它獲得優化的加工參數，從而達到提高編程效率和加工工藝水平、縮短生產準備時間的目的；

智能故障自診斷與自修復技術：根據已有的故障信息，應用現代智能方法實現故障的快速準確定位；

智能故障回放和故障仿真技術：能夠完整記錄系統的各種信息，對數控機床發生的各種錯誤和事故進行回放和仿真，用以確定錯誤引起的原因，找出解決問題的辦法，積累生產經驗；

智能化交流伺服驅動裝置：能自動識別負載，并自動調整參數的智能化伺服系統，包括智能主軸交流驅動裝置和智能化進給伺服裝置。這種驅動裝置能自動識別電機及負載的轉動慣量，并自動對控制系統參數進行優化和調整，使驅動系統獲得最佳運行；

智能4M數控系統：在制造過程中，加工、檢測一體化是實現快速制造、快速檢測和快速響應的有效途徑，將測量(Measurement)、建模(Modelling)、加工(Manufacturing)、機器操作(Manipulator)四者(即4M)融合在一個系統中，實現信息共享，促進測量、建模、加工、裝夾、操作的一體化。

5體系開放化

向未來技術開放：由于軟硬件接口都遵循公認的標準協議，只需少量的重新設計和調整，新一代的通用軟硬件資源就可能被現有系統所采納、吸收和兼容，這就意味著系統的開發費用將大大降低而系統性能與可靠性將不斷改善并處于長生命周期；

向用戶特殊要求開放：更新產品、擴充功能、提供硬軟件產品的各種組合以滿足特殊應用要求；

數控標準的建立：國際上正在研究和制定一種新的CNC系統標準ISO14649(STEP-NC)，以提供一種不依賴于具體系統的中性機制，能夠描述產品整個生命周期內的統一數據模型，從而實現整個制造過程乃至各個工業領域產品信息的標準化。標準化的編程語言，既方便用戶使用，又降低了和操作效率直接有關的勞動消耗。

6驅動并聯化

并聯運動機床克服了傳統機床串聯機構移動部件質量大、系統剛度低、刀具只能沿固定導軌進給、作業自由度偏低、設備加工靈活性和機動性不夠等固有缺陷，在機床主軸(一般

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為動平臺)與機座(一般為靜平臺)之間采用多桿并聯聯接機構驅動，通過控制桿系中桿的長度使桿系支撐的平臺獲得相應自由度的運動，可實現多坐標聯動數控加工、裝配和測量多種功能，更能滿足復雜特種零件的加工，具有現代機器人的模塊化程度高、重量輕和速度快等優點。

并聯機床作為一種新型的加工設備，已成為當前機床技術的一個重要研究方向，受到了國際機床行業的高度重視，被認為是“自發明數控技術以來在機床行業中最有意義的進步”和“21世紀新一代數控加工設備”。[Page] 7極端化(大型化和微型化)

國防、航空、航天事業的發展和能源等基礎產業裝備的大型化需要大型且性能良好的數控機床的支撐。而超精密加工技術和微納米技術是21世紀的戰略技術，需發展能適應微小型尺寸和微納米加工精度的新型制造工藝和裝備，所以微型機床包括微切削加工(車、銑、磨)機床、微電加工機床、微激光加工機床和微型壓力機等的需求量正在逐漸增大。

8信息交互網絡化

對于面臨激烈競爭的企業來說，使數控機床具有雙向、高速的聯網通訊功能，以保證信息流在車間各個部門間暢通無阻是非常重要的。既可以實現網絡資源共享，又能實現數控機床的遠程監視、控制、培訓、教學、管理，還可實現數控裝備的數字化服務(數控機床故障的遠程診斷、維護等)。例如，日本Mazak公司推出新一代的加工中心配備了一個稱為信息塔(e-Tower)的外部設備，包括計算機、手機、機外和機內攝像頭等，能夠實現語音、圖形、視像和文本的通信故障報警顯示、在線幫助排除故障等功能，是獨立的、自主管理的制造單元。

圖8 FANUC 16i/18i/21i/30i系列CNC的網絡接口

圖9 FANUC CNC的網絡監控、維護與管理

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9新型功能部件

為了提高數控機床各方面的性能，具有高精度和高可靠性的新型功能部件的應用成為必然。具有代表性的新型功能部件包括：

高頻電主軸：高頻電主軸是高頻電動機與主軸部件的集成，具有體積小、轉速高、可無級調速等一系列優點，在各種新型數控機床中已經獲得廣泛的應用；

直線電動機：近年來，直線電動機的應用日益廣泛，雖然其價格高于傳統的伺服系統，但由于負載變化擾動、熱變形補償、隔磁和防護等關鍵技術的應用，機械傳動結構得到簡化，機床的動態性能有了提高。如：西門子公司生產的1FN1系列三相交流永磁式同步直線電動機已開始廣泛應用于高速銑床、加工中心、磨床、并聯機床以及動態性能和運動精度要求高的機床等；德國EX-CELL-O公司的XHC臥式加工中心三向驅動均采用兩個直線電動機；

電滾珠絲桿：電滾珠絲桿是伺服電動機與滾珠絲桿的集成，可以大大簡化數控機床的結構，具有傳動環節少、結構緊湊等一系列優點。

10高可靠性

數控機床與傳統機床相比，增加了數控系統和相應的監控裝置等，應用了大量的電氣、液壓和機電裝置，易于導致出現失效的概率增大；工業電網電壓的波動和干擾對數控機床的可靠性極為不利，而數控機床加工的零件型面較為復雜，加工周期長，要求平均無故障時間在2萬小時以上。為了保證數控機床有高的可靠性，就要精心設計系統、嚴格制造和明確可靠性目標以及通過維修分析故障模式并找出薄弱環節。國外數控系統平均無故障時間在7～10萬小時以上，國產數控系統平均無故障時間僅為10000小時左右，國外整機平均無故障工作時間達800小時以上，而國內最高只有300小時。

11加工過程綠色化

隨著日趨嚴格的環境與資源約束，制造加工的綠色化越來越重要，而中國的資源、環境問題尤為突出。因此，近年來不用或少用冷卻液、實現干切削、半干切削節能環保的機床不斷出現，并在不斷發展當中。在21世紀，綠色制造的大趨勢將使各種節能環保機床加速發展，占領更多的世界市場。

12多媒體技術的應用

多媒體技術集計算機、聲像和通信技術于一體，使計算機具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力，因此也對用戶界面提出了圖形化的要求。合理的人性化的用戶界面極大地方便了非專業用戶的使用，人們可以通過窗口和菜單進行操作，便于藍圖編程和快速編程、三維彩色立體動態圖形顯示、圖形模擬、圖形動態跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實現。除此以外，在數控技術領域應用多媒體技術可以做到信息處理綜合化、智能化，應用于實時監控系統和生產現場設備的故障診斷、生產過程參數監測等，因此有著重大的應用價值。

永城職業學院畢業論文 數控機床的發展歷程及趨勢

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由于數控機床產業發展迅速，一部分企業不顧長遠利益，對提高自身的綜合服務水平不夠重視，甚至對服務缺乏真正的理解，只注重推銷而不注重售前與售后服務。有些企業派出的人員對生產的數控機床缺乏足夠了解，不會使用或使用不好數控機床，更不能指導用戶使用好機床；有的對先進高效刀具缺乏基本了解，不能提供較好的工藝解決方案，用戶自然對制造商缺乏信心。制造商的服務應從研究用戶的加工產品、工藝、生產類型、質量要求入手，幫助用戶進行設備選型，推薦先進工藝與工輔具，配備專業的培訓人員和良好的培訓環境，幫助用戶發揮機床的最大效益、加工出高質量的最終產品，這樣才能逐步得到用戶的認同，提高國產數控機床的市場占有率。

4加大數控專業人才的培養力度

從我國數控機床的發展形式來看需要三種層次的數控技術人才： 永城職業學院畢業論文 數控機床的發展歷程及趨勢

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參考文獻

[1]王立平.關于國產數控機床發展的幾點思考[J].航空制造技術,2010(4).[2]楊學桐.發展數控機床功能部件是當務之急[J].機械工程師,2006(9).[3]劉又午,章青,趙小松,張志飛.先進制造技術的重要課題[D].制造業與未來中國——2002年中國機械工程學會年會論文集,2002.[4]王健民,王金城,張玉洲.我國數控機床發展狀況分析[J].天津職業技術師范學院學報,1997

第三篇：數控機床畢業論文

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論文題目：中國數控機床的發展 姓 名：××× 學 號：××× 專業班級：××× 指導老師：×××

二〇一五年四月

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摘要

自從20世紀中葉數控技術出現以來，數控機床的產生給機械制造業帶來了具有革命性意義的改變。數控加工技術具有以下特點：具有高度柔性，加工的精度高，加工質量穩定、可靠，生產效率較高，還可以減輕操作者的勞動強度、改善工作條件，既能促進生產管理的現代化又能促使經濟效益的提高。數控機床是數字控制機床（Computer numerical control machine tools）的簡稱，是一種裝有程序控制系統的自動化機床。它是一種機電一體化程度較高的產品，可以用于加工各種小批量零件，或者結構較復雜、精度要求較高的零件等等。數控機床的優良特點及其廣泛的應用范圍使得它成為當代機械制造業的主流裝備，也是市場熱門商品。我國的數控機床經歷了多年的進步與發展已經取得了不錯的成績，但在科技日益進步的今天，如何進一步推進其發展在今天是一個很關鍵的問題。

關鍵字： 數控機床 趨勢 發展策略

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目錄

第一章 數控機床的產生

1.1 數控機床·················································4 1.2數控技術················································ ·4 1.3我國數控機床現狀··········································5 第二章 數控機床的發展趨勢

2.1向工序集中化發展········································· ·6 2.2向高速度、高精度方向發展···································7 2.3向柔性化、功能集成化方向發展······························· 8 2.4向智能化方向發展·········································· 9 2.4.1引進自適應控制技術····································· ·9 2.4.2智能故障回放和故障仿真技術······························ ·9 2.4.3刀具壽命自動檢測······································· ·9 2.4.4智能4M數控系統········································ ·9 2.4.5智能化交流伺服驅動技術·································· 10 2.5向高可靠性方向發展······································· 10 2.5.1采用更高集成度電路芯片································· ·10 2.5.2實現硬件功能軟件化······································10 2.5.3增強故障自診斷、自恢復和保護功能·························10 2.6向網絡化方向發展········································· 11 2.7向標準化方向發展········································· 11 2.8向功能復合化方向發展······································12 第三章 中國數控機床發展策略

3.1加大技術科研力度··········································13 3.2進一步提高數控機床產品的自主開發、制造能力··················13 3.3加快高性能數控功能部件的研發，提升數控機床品質·········· ····14 3.4加快技術引進與國際合作學習·································15 結語······················································ ·15

參考文獻················································· ·17

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第一章 數控機床的產生

1.1數控機床

數控機床，顧名思義，即采用了數控技術的機床。數控機床的出現是為了滿足多品種，小批量的自動化生產，能夠適用產品頻繁變化且具有柔性的生產需求。從應用來說，數控機床就是將加工過程所需的各種操作（如主軸變速、進刀與退刀、開車與停車、選擇刀具、供給切削液等）和步驟，以及刀具與工件之間的相對位移量都用數字化的代碼來表示，通過控制介質將數字信息送入專用的或通用的計算機，計算機對輸入的信息進行處理與運算，發出各種指令來控制機床的伺服系統或其他執行元件，是機床自動加工出所需要的零件。1.2數控技術

說到數控機床就不得不提起數控技術。數控技術，簡稱“數控”,英文：Numerical Control（NC）,是指用數字、文字和符號組成的數字指令來實現一臺或多臺機械設備動作控制的技術。它所控制的通常是位置、角度、速度等機械量和與機械能量流向有關的開關量。根據國家標準ＧＢ／Ｔ８１２９－１９９７，對機床數字控制的定義：用數字控制的裝置（簡稱數控裝置），在運行過程中，不斷地引入數字數據，從而對某一生產過程實現自動控制，叫數字控制，簡稱數控。用計算機控制加工功能，稱為計算機數控。目前它是采用計算機實現數字程序控制的技術。這種技術通過使用計算機按事先存貯的控制程序來實現對設備的控制功能。由于采用計算機替代原先用硬件邏輯電路組成的數控裝置，使輸入數據的儲存、處理、湖北科技職業學院畢業論文

運算、邏輯判斷等各種控制機能都可以通過設計者來設計開發各種程序來實現。1.3我國數控機床現狀

我國數控技術起步于20世紀中期，縱觀其發展歷程，可以劃分為三個階段：第一階段從上世紀五十年代至七十年代，這個階段為封閉式發展階段。在此階段，處于新中國初期，百廢待興，人才缺乏，科技落后，由于國外的技術封鎖限制和我國自身基礎條件的限制，數控技術的發展趨勢并不明顯。第二階段是在國家的“六五”、“七五”期間以及“八五”的前期，這個階段是引進技術和消化吸收階段。在此階段，機床工業也隨之逐步走上科學生產、大力發展的道路并初步建立起了國產化體系。由于改革開放的推進過程和國家的重視，以及各方面環境的改善，使得我國數控技術在產品的研究、開發等方面都取得了顯著性的進步。第三階段是在國家“八五”的后期和“九五”期間，這個階段是實施產業化的研究并且進入市場競爭的階段。在此階段，開始引進日、德、美數控系統、以及各類數控機床、加工中心，進行合作生產。通過邊仿、邊學、邊造、邊用，逐步掌握了數控機床的一些技術、特點與發展規律，發展比較迅速。我國國產數控裝備的產業化在這個階段取得了實質性的進步。在“九五”末期，國產數控機床的國內市場占有率達到了50％，配國產數控系統也達到了10％。隨后，我國也已經進入世界高速數控機床生產國和高精度精密數控機床生產國的行列。目前我國數控機床需求量日益擴大，產量正呈飛速增長的趨勢，數據顯示，我國數控金屬切削機床產量從2004年的湖北科技職業學院畢業論文

51,861.00臺增長至2013年的209,287.00臺。2013年，我國數控金屬切削機床行業產量呈現增長態勢，比2012年205,695.13臺同比增長1.75%。據統計，目前我國可供市場的數控機床有1500種，幾乎覆蓋了整個金屬切削機床的品種類別和主要的鍛壓機械。領域之廣，可與日本、德國、美國并駕齊驅。按專項規劃，到２０２０年，我國航空航天、船舶、汽車、發電設備制造所需要的高檔數控機床與基礎制造裝備約８０％立足國內。高檔數控機床與基礎制造裝備總體技術水平進入國際先進行列，部分產品國際領先。

從上面的內容中我們看到了我國在數控機床領域取得的一些成績。而另一方面，盡管我國數控金屬切削機床行業近年來取得了長足的發展，數控化率穩步提高，但機床消費和生產的結構性矛盾仍然比較突出。目前，國內對中高檔機床的需求量逐漸超過低檔機床。但國產數控金屬切削機床以低檔為主，高檔數控機床絕大部分依賴進口。我國數控金屬切削機床行業技術創新投入不足，自主創新能力較弱，導致國產數控金屬切削機床在質量、交貨期和服務等方面與國外著名品牌相比存在較大的差距。

第二章 數控機床的發展趨勢

近些年來，隨著科學技術的發展，先進制造技術的興起和不斷成熟，對數控技術提出了更高的要求。自從我國數控機床的技術發展到了成熟期以后，各個領域都開始了對于數控機床的廣泛關注。當前我國的機床鑄造產業正處于高速發展時期，產業由量變正走向質變的階

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段。綜合分析國內外數控機床發展形勢，我國數控機床的發展還應順應以下發展趨勢：

2.1向工序集中化發展

上世紀中期，在一般數控機床的基礎上開發了數控加工中心，即自備刀具庫的自動換刀數控機床。在加工中心機床上，機床的機械手可以自動更換刀具，連續地對工件進行多種工序加工。加工中心機床使工序集中在一臺機床上完成，減少了由于工序分散，工件多次安裝引起的定位誤差，提高了加工精度，同時也減少了機床的臺數與占地面積，壓縮了半成品的庫存量，減少了工序間的輔助時間，有效的提高了數控機床的生產效率和數控加工的經濟效益。2.2向高速度、高精度方向發展

精度和速度是數控機床的兩個重要指標，直接關系到產品的質量和檔次、產品的生產周期和在市場上的競爭能力。高精度、高速度是機械加工的目標，數控機床因其價格昂貴，在這些方面的發展也就更為突出。

在加工精度方面，數控機床精度的要求現在已經不局限于靜態的幾何精度，機床的運動精度、熱變形以及對振動的監測和補償越來越獲得重視。最近幾年來，普通級數控機床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密級加工中心則從3-5μm提高到1-1.5μm，并且超精密加工精度已開始進入納米級。加工精度的提高不僅在于采用了滾珠絲杠副、靜壓導軌、直線滾動導軌、磁浮導軌等部件，提高了CNC系統的控制精度，應用了高分辨率位置檢測裝置，而且也在于使用了各種

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誤差補償技術，如絲杠螺距誤差補償、刀具誤差補償、熱變形誤差補償、空間誤差綜合補償等等。

在加工速度方面，如今的數控機床普遍是高速加工，高速加工源于20世紀90年代初，以電主軸和直線電機的應用為特征，使主軸轉速大大提高，進給速度達60m／min以上，進給加速度和減速度達到1-2g以上，主軸轉速達100000r/min以上。高速進給要求數控系統的運算速度快、采樣周期短，還要求數控系統具有足夠的超前路徑加（減）速優化預處理能力，有些系統可提前處理5000個程序段。為保證加工速度，高檔數控系統可在每秒內進行2000-10000次進給速度的改變。另一方面，運算速度的高速化也為數控機床增添了動力：微處理器的迅速發展為數控系統向高速、高精度方向發展提供了保障，開發出CPU已發展到32位以及64位的數控系統，頻率提高到幾百兆赫、上千兆赫。由于運算速度的極大提高，使得當分辨率為0.1μm、0.01μm時仍能獲得高達24～240m/min的進給速度。2.3向柔性化、功能集成化方向發展

數控機床在提高單機柔性化的同時，朝單元柔性化和系統化方向發展，如出現了數控多軸加工中心、換刀換箱式加工中心等具有柔性的高效加工設備；出現了由多臺數控機床組成底層加工設備的柔性制造單元、柔性制造系統、柔性加工線。

在現代數控機床上，自動換刀裝置、自動工作臺交換裝置等已成為基本裝置。隨著數控機床向柔性化方向的發展，功能集成化更多地體現在：工件自動裝卸，工件自動定位，刀具自動對刀，工件自動測

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量與補償，集鉆、車、鏜、銑、磨為一體的“萬能加工”和集裝卸、加工、測量為一體的“完整加工”等。2.4向智能化方向發展

隨著人工智能在計算機領域不斷滲透和發展，數控系統向智能化方向發展。在新一代的數控系統中，由于采用“進化計算”、“模糊系統”和“神經網絡”等控制機理，性能大大提高，具有加工過程的自適應控制、負載自動識別、工藝參數自生成、運動參數動態補償、智能診斷、智能監控等功能。

2.4.1引進自適應控制技術

通過監測加工過程中的切削力、主軸和進給電機的功率、電流、電壓等信息，利用傳統的或現代的算法進行識別，以辯識出刀具的受力、磨損、破損狀態及機床加工的穩定性狀態，并根據這些狀態實時調整加工參數和加工指令，使設備處于最佳運行狀態，以提高加工精度、降低加工表面粗糙度并提高設備運行的安全性；

2.4.2智能故障回放和故障仿真技術

能夠完整記錄系統的各種信息，對數控機床發生的各種錯誤和事故進行回放和仿真，用以確定錯誤引起的原因，找出解決問題的辦法，積累生產經驗；

2.4.3刀具壽命自動檢測

利用紅外、聲發射、激光等檢測手段，對刀具和工件進行檢測。發現工件超差、刀具磨損和破損等，及時進行報警、自動補償或更換刀具，確保產品質量。

2.4.4智能4M數控系統

在制造過程中，加工、檢測一體化是實現快速制造、快速檢測和

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快速響應的有效途徑，將測量（Measurement）、建模（Modeling）、加工（Manufacturing）、機器操作（Manipulator）四者（即4M）融合在一個系統中，實現信息共享，促進測量、建模、加工、裝夾、操作的一體化。

2.4.5智能化交流伺服驅動技術

目前已研究能自動識別負載并自動調整參數的智能化伺服系統，包括智能化主軸交流驅動裝置和進給伺服驅動裝置，使驅動系統獲得最佳運行。

2.5向高可靠性方向發展

所謂的數控機床可靠性，就是指數控機床產品及其系統能夠在限定時間內完成一定的動作指令的能力。數控機床的可靠性一直是用戶最關心的主要指標，它主要取決于數控系統各伺服驅動單元的可靠性。為提高可靠性，目前主要采取以下措施：

2.5.1采用更高集成度電路芯片

采用更高集成度的電路芯片，采用大規模或超大規模的專用及混合式集成電路，可以減少元器件的數量，有效地提高可靠性。

2.5.2實現硬件功能軟件化

通過硬件功能軟件化，以適應各種控制功能的要求，同時通過硬件結構的模塊化、標準化、通用化及系列化，提高硬件的生產批量和質量。

2.5.3增強故障自診斷、自恢復和保護功能

增強故障自診斷、自恢復和保護功能對系統內硬件、軟件和各種外部設備進行故障診斷、報警。當發生加工超程、刀損、干擾、斷電

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等各種意外時，自動進行相應的保護，而這些措施就大大地增加了數控機床的可靠性。2.6向網絡化方向發展

對于面臨激烈競爭的企業來說，使數控機床具有雙向、高速的聯網通訊功能，以保證信息流在車間各個部門間暢通無阻是非常重要的。既可以實現網絡資源共享，又能實現數控機床的遠程監視、控制、培訓、教學、管理等等，還可實現數控裝備的數字化服務。數控機床的網絡化將極大地滿足柔性生產線、柔性制造系統、制造企業對信息集成的需求，也是實現新的制造模式，如敏捷制造、虛擬企業、全球制造的基礎單元。目前先進的數控系統為用戶提供了強大的聯網能力，除了具有RS232C接口外，還帶有遠程緩沖功能的DNC接口，可以實現多臺數控機床間的數據通信和直接對多臺數控機床進行控制。有的已配備與工業局域網通信的功能以及網絡接口，促進了系統集成化和信息綜合化，使遠程在線編程、遠程仿真、遠程操作、遠程監控及遠程故障診斷成為可能。這些先進的系統也為數控機床未來的網絡化發展方向提供了導向作用。2.7向標準化方向發展

近些年來，數控標準是制造業信息化發展的一種趨勢。數控技術誕生后的50多年間的信息交換都是基于ISO6983標準，即采用G、M代碼對加工過程進行描述，顯然，這種面向過程的描述方法已越來越不能滿足現代數控技術高速發展的需要。為此，國際上正在研究和制定一種新的CNC系統標準ISO14649（STEP－NC)，其目的是提供一種

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不依賴于具體系統的中性機制，能夠描述產品整個生命周期內的統一數據模型，從而實現整個制造過程，乃至各個工業領域產品信息的標準化。數控機床的標準化發展也定將會推動數控技術的高速發展。2.8向功能復合化方向發展

數控車床復合加工技術，即是在一臺設備上完成車、銑、鉆、鏜、攻絲、鉸孔、擴孔等多種加工要求，復合加工機床的最突出優點是可以大大縮短工件的生產周期、提高工件加工精度。在全球數控機床制造和金屬加工領域，復合加工技術正以其強大的加工能力被不斷發展與應用。為了實現復雜形狀工件的加工，使在一臺機床上能完成復數工序和復數工種的加工，這樣的數控機床稱為復合加工機床。就是說，在復合化機床上可以實現完全不同性質加工過程的加工。

今天的復合加工技術，是針對以普通的數控車削中心和加工中心為基礎，發展到復合車銑加工中心。這要求機床制造業應以現有的技術水平為基礎，研發、制造、穩定和推廣具有高效、復合、穩定、成本低廉的，適合于現代加工技術的高水平數控機床。

第三章 中國數控機床發展策略

在今天，以轎車制造業為代表的汽車及其零部件制造業、以航空航天為代表的高新技術產業的加速發展，為機床制造業帶來了巨大商機。同時，要滿足我國重大基礎制造和國防工業領域對高檔數控機床的巨大需求，擺脫對國外高檔數控機床的依賴及壟斷，必須突破高檔數控機床及相應高性能功能部件的關鍵技術。我國數控機床的發展需

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要以市場需求為導向，主機為牽引，統籌考慮數控系統與功能部件、關鍵部件與主機，推行數字制造；以功能部件為基礎，以共性技術為支撐，加速振興我國機床制造業。中國今后要加速發展數控機床產業,既要深入總結過往的經驗教訓,切實改善存在的問題,又要認真學習國外的先進經驗,沿正確的道路前進。建議切實做好以下幾點: 3.1加大技術科研力度

眾所周知，科學技術是第一生產力，科技對于產業發展的促進作用在今天已經不言而喻了。數控機床是其他制造業得以實現的基礎，因為它的水平關系著其他行業產品制造質量的高低。我國數控機床科技水平一直處于較低水平，雖然在某些領域可以與世界機床強國比較高低，但是整體的弱勢也是造成我國數控機床行業無法進入“世界機床強國”行列的原因。在美國，特別講究“效率”和“創新”，注重基礎科研。在機床技術上不斷創新，美國首先結合汽車、軸承生產需求，充分發展了大量大批生產自動化所需的自動線，而且電子、計算機技術在世界上領先，因此其數控機床的主機設計、制造及數控系統基礎扎實，且一貫重視科研和創新，故其高性能數控機床技術在世界也一直領先。而德國特別注重科學試驗，理論與實際相結合，基礎科研與應用技術科研并重。企業與大學科研部門緊密合作，對用戶產品、加工工藝、機床布局結構、數控機床的共性和特性問題進行深入的研究，在質量上力求越來越好。

3.2進一步提高數控機床產品的自主開發、制造能力

我國如今已成為一個制造業大國，提高數控機床產品的自主開

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發、制造能力是一個關鍵的問題。共性和關鍵技術攻關必須與數控機床和功能部件的基地建設有機結合，要以高檔數控機床發展為主攻目標，提高整機可靠性和產業化水平，提高國產數控系統和關鍵功能部件的配套能力，特別是要提高在國產中高檔數控機床中的配套能力；加強數控機床基礎開發理論的研究、基礎工藝技術研究及應用軟件開發，做好行業標準和專利工作，為我國數控機床行業的發展打下堅實的基礎。

3.3加快高性能數控功能部件的研發，提升數控機床品質

數控功能部件作為數控機床的一個子系統同樣具有機電一體化的特征，這也是它區別于一般配套件和附件之處。因此，它的組成通常是由動力能源、信息傳遞反饋與控制、廣義機械執行裝置三者的總成。這些功能部件有高速運動的電主軸單元、直接驅動的直線電機單元和力矩電機的回轉運動單元等；有先進結構精密切削的雙擺主軸頭、數控動力刀架和主臥轉換頭等；有快速交換及高速的自動刀具交換裝置、自動托盤交換裝置和刀具在線智能補償裝置等功能部件的研發及其專業化生產，不僅能為機床主機制造廠提供功能完善和品質優良的選件，而且有利于縮短機床新產品的開發和制造周期，也有助于降低數控機床成本。高性能的功能部件將具有智能化接口，能與整機協調匹配，并與數控系統構成分布式的控制，因此，加強為主機廠的售前服務，充分滿足主機的個性化需求是提高其競爭力的重要措施。功能部件向功能多樣化、運行高可靠性化和結構緊湊化的發展也將促進數控機床復合化加工的擴展并推動新一代可重構機床的出現。

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數控系統、功能部件、關鍵部件是發展高檔數控機床的基礎，目前我國在這方面發展十分薄弱，而這也已經成為制約數控機床發展的瓶頸，必須加快發展，提高專業化、批量化生產技術水平和能力。產品的發展和自主創新能力的提高必須依賴于核心技術的掌握，依賴于共性技術的支撐。基礎技術研究是機床整體水平提高的前提和保障，是機床設計的關鍵和基礎，對于我國機床行業進入一個全新的層次會有很大的幫助。

3.4加快技術引進與國際合作學習

新技術幾乎是所有企業共同的追求，為了較快得到最新技術，企業可直接與國外科研院所和國外一流企業合資、合作，通過以市場換技術，以有限的資金換取無限的發展，實現主流產品生產的高起點、成批量、專業化。在引進與合作過程中，我們還需要加強引進技術的消化吸收與再創新。具體來說：在某些領域上，與國外差距較大，國外先進技術有引進的可能，則通過引進技術，加強消化吸收，實現再創新，滿足用戶的需求；在技術基礎較好的領域中，可以充分利用已經形成一定優勢的技術，與用戶結合，產學研結合，開發滿足用戶需要的產品，形成技術創新能力，這樣也可能在原創上做出突破。總之，加快技術引進與國際合作學習在當前來說是一個明智的選擇。

結語

雖然我國數控機床的發展經歷了長期的跌宕起伏，已經由成長期進入成熟期，但是機床制造業既面臨著機械制造業需求水平提升而引

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發的制造裝備發展的良機，也遭遇到了當今激烈的國際市場競爭的巨大壓力，加速推進數控機床的發展是解決有關機床制造業持續發展問題的一個關鍵。隨著制造業對數控機床的不斷擴大的需求以及計算機技術和現代設計技術的飛速進步，數控機床的應用范圍仍然在不斷擴大中。數控機床行業是為制造業提供裝備的產業，當代中國制造業的崛起，必然給數控機床行業帶來巨大的商機，并且帶來新的發展空間。因此，數控機床行業可以抓住這個大好機會，盡快減小其世界先進水平的差距，全面提高我國數控機床行業水平，創品牌、擴市場、當進口、爭出口，爭取將國產數控機床做大做強。

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參考文獻

[1].鄒偉平,吳再興.數控技術的現狀及發展趨勢[J].林業機械與木工設備.2006(03)[2].王志平主編.數控機床及應用.北京：高等教育出版社，2002.3 [3].李佳主編.數控機床及應用.北京：清華大學出版社，2001.7 [4].王愛玲主編.現代數控機床[M].國防工業出版社,2003 [5].倪祥明.數控機床及數控加工技術.北京：人民郵電出版社，2011 [6].李君.淺議數控技術的發展趨勢[J].吉林農業.2010(11)

第四篇：淺析數控機床的發展進程及趨勢資料解讀

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本 科 生 畢 業 論 文（設 計）

題

目： 淺析數控機床的發展進程及趨勢

淺析數控機床的發展進程及趨勢

內容摘要

本文以數控機床為研究對象，首先闡述了數控機床的發展歷程，尤其對其進給伺服系統和機械傳動系統的發展過程進行了詳細描述，接下來對我國數控機床的發展現狀與發展趨勢進行了介紹，并分析了其存在的問題，最后提出了針對我國數控機床的發展策略。

關鍵詞：

數控機床；進給伺服系統，機床加工程序

I

淺析數控機床的發展進程及趨勢

目 錄

內容摘要...........................................................................................................................I 前 言..........................................................................................................................1 1 數控機床的發展進程................................................................................................2

1.1 進給伺服系統.................................................................................................2 1.2 機械傳動系統.................................................................................................4 1.3 數控機床加工程序的結構.............................................................................5 2 數控機床的發展趨勢................................................................................................7 3 數控機床發展中所存在的問題..............................................................................11 4 數控機床的發展策略..............................................................................................12 參考文獻........................................................................................................................1II

淺析數控機床的發展進程及趨勢

前 言

自20世紀末開始，我國制造業就開始了逐漸由制造大國向制造強國邁進了腳步，機床制造業也跟著取得數控機床快速增長的業績。機床是先進制造技術和制造信息集成的重要元素，既是生產力要素，又是重要商品。機床的發展和創新在一定程度上能映射出加工技術的主要趨勢。近年來, 我國在數控機床和機床工具行業對外合資合作進一步加強, 無論在精度、速度、性能, 還是智能化方面都取得了相當的成績[1]。

在國際貿易中, 很多發達國家把數控機床視為具有高技術附加值、高利潤的主要機電出口產品。因此，對數控機床技術的發展歷程進行總結分析，將有助于推進我國數控機床技術實現跨越式發展的目標。

淺析數控機床的發展進程及趨勢 數控機床的發展進程

自上世紀50年代以來，世界數控機床主要經歷了數控NC（Numerical Control）和計算機數控CNC（Computer Numerical Control）2個階段[2]。

數控NC階段主要經歷了以下3代：

第1代數控系統，始于50年代初年，系統全部采用電子管元件，邏輯運算與控制采用硬件電路完成。

第2代數控系統，始于50年代末，以晶體管元件和印刷電路板廣泛應用于數控系統為標志。

第3代數控系統，始于60年代中期，由于小規模集成電路的出現，使其體積變小、功耗降低，可靠性提高，推動了數控系統的進一步發展。

計算機數控CNC階段也經歷了3代：

第4代數控系統，始于70年代，當首個采用小型計算機的CNC裝置芝加哥展覽會上露面時，標志著CNC技術的問世。

第5代數控系統，70年代后期，中、大規模集成電路技術所取得成就，促使價格低廉、體積更小、集成度更高、工作可靠的微處理器芯片的產生，并逐步應用于數控系統。

第6代數控系統，始于90年代初，受通用微機技術飛速發展的影響，數控系統正朝著以個人計算機(PC)為基礎，向著開放化、智能化、網絡化等方面進一步發展。

數控機床通常由控制系統、進給伺服系統、檢測系統、機械傳動系統及其他輔助系統組成。其中進給伺服系統作為數控機床的重要功能部件，其性能是決定數控機床加工性能的極其重要的技術指標。因此提高進給伺服系統的動態特性與靜態特性的品質是人們始終追求的目標。接下來主要介紹一下進給伺服系統和機械傳動系統的發展歷程。

1.1 進給伺服系統

進給伺服系統是以運動部件的位置和速度作為控制量的自動控制系統，它是一個很典型的機電一體化系統，主要由位置控制單元、速度控制單元、驅動元件(電機)、檢測與反饋單元和機械執行部件幾個部分組成。是以運動部件的位置和速度作為控制量的自動控制系統，它是一個很典型的機電一體化系統，主要由位置控

淺析數控機床的發展進程及趨勢

制單元、速度控制單元、驅動元件(電機)、檢測與反饋單元和機械執行部件幾個部分組成。

1.1.1步進伺服系統

在20世紀60年代以前，步進伺服系統是以步進電機驅動的液壓伺服電動機或是以功率步進電機直接驅動為特征，伺服系統采用開環控制。

步進伺服系統接受脈沖信號，它的轉速和轉過的角度取決于指令脈沖的頻率或個數。由于沒有檢測和反饋環節，步進電機的精度取決于步距角的精度，齒輪傳動間隙等，所以它的精度較低。而且步進電機在低頻時易出現振動現象，它的輸出力矩隨轉速升高而下降。又由于步進伺服系統為開環控制，步進電機在啟動頻率過高或負載過大時易出現“丟步”或“堵轉”現象，停止時轉速過高容易出現過沖的現象。另外步進電機從靜止加速到工作轉速需要的時間也較長，速度響應較慢。但是由于其結構簡單，易于調整，工作可靠，價格較低的特點，在許多要求不高的場合還是可以應用的。

1.1.2 直流伺服系統

60～70年代后，數控系統大多采用直流伺服系統。直流伺服電機具有良好的寬調速性能。輸出轉矩大，過載能力強，伺服系統也由開環控制發展為閉環控制，因而在工業及相關領域獲得了更加廣泛的運用。但是，隨著現代工業的快速發展，其相應設備如精密數控機床、工業機器人等對電伺服系統提出越來越高的要求，尤其是精度、可靠性等性能。而傳統直流電動機采用的是機械式換向器，在應用過程中面臨很多問題，如電刷和換向器易磨損，維護工作量大，成本高;換向器換向時會產生火花，使電機的最高轉速及應用環境受到限制;直流電機結構復雜、成本高、對其他設備易產生干擾。1.1.3交流伺服系統

針對直流電動機的缺點，人們一直在努力尋求以交流伺服電動機取代具有機械換向器和電刷的直流伺服電動機的方法，以滿足各種應用領域，尤其是高精度、高性能伺服驅動領域的需要。但是由于交流電機具有強耦合，非線性的特性，控制非常復雜，所以高性能運用一直受到局限。自80年代以來，隨著電子電力等各項技術的發展，特別是現代控制理論的發展，在矢量控制算法方面的突破，原來一直困擾著交流電動機的問題得以解決，交流伺服發展地越來越快。

1.1.4 直線伺服系統

永磁同步直線電機在推力、動態性能、定位精度方面比其他直線電機更具優

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越性，因而PMLSM越來越多的用于直線伺服系統中。但由于直線伺服系統存在很大的參數攝動和負載擾動，此外還存在“邊端效應”等問題，因此，采用傳統的比例(P)或比例積分(PI)位置調節器的矢量控制系統很難滿足高性能伺服系統的要求。

1.2 機械傳動系統

機械傳動系統由數控機床的主傳動系統，進給運動系統，回轉工作臺與導軌組成。數控機床主傳動系統的作用就是產生不同的主軸切削速度以滿足不同的加工條件要求。主傳動系統由動力源：電機，傳動系統：定比傳動機構、變速裝置，運動控制裝置：離合器、制動器等，執行件:主軸。進給運動是以保證刀具與工件相對位置關系為目的，被加工工件的輪廓精度和位置精度都受到進給運動的傳動精度、靈敏度和穩定性的直接影響。進給運動是數字控制系統的直接控制對象。對于閉環控制系統，還要在進給運動的末端加上位置檢測系統，并將測量的實際位移反饋到控制系統中，以使運動更準確。回轉工作臺的作用是：按照數控裝置的指令做回轉分度或連續回轉進給。導軌的作用：起導向及支承作用，它的精度、剛度及結構形式等對機床的加工精度和承載能力有直接影響。為了保證數控機床具有較高的加工精度和較大的承載能力，要求其導軌具有較高的導向精度、足夠的剛度、良好的耐磨性、良好的低速運動平穩性，同時應盡量使導軌結構簡單，便于制造、調整和維護。數控機床常用的導軌按其接觸面間摩擦性質的不同可分為滑動導軌和滾動導軌。

在數控機床上常用的滑動導軌有液體靜壓導軌、氣體靜壓導軌和貼塑導軌。1）液體靜壓導軌：在兩導軌工作面間通入具有一定壓力的潤滑油，形成靜壓油膜，使導軌工作面間處于純液態摩擦狀態，摩擦系數極低，多用于進給運動導軌。

2）氣體靜壓導軌：在兩導軌工作面間通入具有恒定壓力的氣體，使兩導軌面形成均勻分離，以得到高精度的運動。這種導軌摩擦系數小，不易引起發熱變形，但會隨空氣壓力波動而使空氣膜發生變化，且承載能力小，故常用于負荷不大的場合。

3）貼塑導軌：在動導軌的摩擦表面上貼上一層由塑料等其它化學材料組成的塑料薄膜軟帶，其優點是導軌面的摩擦系數低，且動靜摩擦系數接近，不易產生爬行現象；塑料的阻尼性能好，具有吸收振動能力，可減小振動和噪聲；耐磨性、化學穩定性、可加工性能好；工藝簡單、成本低。

淺析數控機床的發展進程及趨勢

滾動導軌的最大優點是摩擦系數很小，一般為0.0025～0.005，比貼塑料導軌還小很多，且動、靜摩擦系數很接近，因而運動輕便靈活，在很低的運動速度下都不出現爬行，低速運動平穩性好，位移精度和定位精度高。滾動導軌的缺點是抗振性差，結構比較復雜，制造成本較高。近年來數控機床愈來愈多地采用由專業廠家生產的直線滾動導軌副或滾動導軌塊。這種導軌組件本身制造精度很高，對機床的安裝基面要求不高，安裝、調整都非常方便。

1.3 數控機床加工程序的結構

數控機床程序分成的程序開始、程序內容和程序結束三部分。第一部分 程序開始部分主要定義程序號，調出零件加工坐標系、加工刀具，啟動主軸、打開冷卻液等方面的內容。數控程序主軸最高轉速限制定義G50 S2000，設置主軸的最高轉速為2000RPM，對于數控車床來說，這是一個非常重要的指令。坐標系定義如不作特殊指明，數控系統默認G54坐標系。返回參考點指令G28 U0，為避免換刀過程中，發生刀架與工件或夾具之間的碰撞和/或干涉，一個有效的方法是機床先回到X軸方向的機床參考點，并離開主軸一段安全距離。刀具定義G0 T0808 M8，自動調8號左偏刀8號刀補，開啟冷卻液。主軸轉速定義G96 S150 M4，恒定線速度S功能定義，S功能使數控車床的主軸轉速指令功能，有兩種表達方式，一種是以r/min或rpm作為計量單位。另一種是以m/min為計量單位。數控車床的S代碼必須與G96或G97配合使用才能設置主軸轉速或切削速度。G97：轉速指令，定義和設置每分鐘的轉速。G96：恒線速度指令，使工件上任何位置上的切削速度都是一樣的。

第二部分 程序內容部分

程序內容是整個程序的主要部分，由多個程序段組成。每個程序段由若干個字組成，每個字又由地址碼和若干個數字組成。常見的為G指令和M指令以及各個軸的坐標點組成的程序段，并增加了進給量的功能定義。F功能是指進給速度的功能，數控車床進給速度有兩種表達方式，一種是每轉進給量，即用mm/r單位表示，主要用于車加工的進給。另一種和數控銑床相同采用每分鐘進給量，即用mm/min單位表示。主要用于車銑加工中心中銑加工的進給。

第三部分 程序結尾部分

在程序結尾，需要刀架返回參考點或機床參考點，為下一次換刀的安全位置，同時進行主軸停止，關掉冷卻液，程序選擇停止或結束程序等動作。回參考點指令G28U0為回X軸方向機床參考點，G0 Z300.0為回Z軸方向參考點。停止指令

淺析數控機床的發展進程及趨勢

M01為選擇停止指令，只有當設備的選擇停止開關打開時才有效；M30為程序結束指令，執行時，冷卻液、進給、主軸全部停止。數控程序和數控設備復位并回到加工前原始狀態，為下一次程序運行和數控加工重新開始做準備。

淺析數控機床的發展進程及趨勢 數控機床的發展趨勢

進入21世紀，我國經濟與國際全面接軌，進入了一個蓬勃發展的新時期。機床制造業既面臨著機械制造業需求水平提升而引發的制造裝備發展的良機，也遭遇到加入世界貿易組織后激烈的國際市場競爭的壓力，加速推進數控機床的發展是解決機床制造業持續發展的一個關鍵。隨著制造業對數控機床的大量需求以及計算機技術和現代設計技術的飛速進步，數控機床的應用范圍還在不斷擴大，并且不斷發展以更適應生產加工的需要。數控機床正向高速化、高精度化、復合化、智能化、開放化、網絡化、多軸化、綠色化等方面發展。

2.1 高速化

新一代數控機床為提高生產效率，向超高速方向發展，采用新型功能部件(如電主軸、直線電機、LM直線滾動系統等)主軸轉速達15,000r/min以上。計算機技術及其軟件控制技術在機床產品技術中占的比重越來越大，計算機系統及其應用軟件的復雜化，帶來了機床系統及其硬件結構的簡化，數控機床的智能化程度日趨提高。

2.2 高精度化

一臺機床的重復定位精度如果能達到0.005 mm(ISO 標準、統計法)，就是一臺高精度機床，在0.005mm(ISO 標準、統計法)以下，就是超高精度機床。高精度的機床，要有最好的軸承、絲杠。隨著電腦輔助制造(CAM)系統的發展，精密度已達到微米級。

2.3 功能復合化

工件一次裝夾，能進行多種工序復合加工，可大大地提高生產效率和加工精度，是機床一貫追求的。由于產品開發周期愈來愈短，對制造速度的要求也相應提高，機床也朝高效能發展。機床已逐漸發展成為系統化產品，用一臺電腦控制一條生產線的作業。產品對外觀曲線要求的提高，機床五軸加工、六軸加工已日益普及，機床加工的復合化已是不可避免的發展趨勢。

2.4 控制智能化

隨著人工智能在計算機領域的滲透和發展，數控系統引入了自適應控制、模糊系統和神經網絡的控制機理，不但具有自動編程、前饋控制、模糊控制、學習控制、自適應控制、工藝參數自動生成、三維刀具補償、運動參數動態補償等功

淺析數控機床的發展進程及趨勢

能，而且人機界面極為友好，并具有故障診斷專家系統，使自診斷和故障監控功能更趨完善。為日本Mazak公司最新推出的E—zizith型臥式加工中心，將信息技術與制造技術融為一體。在制造過程中，加工、檢測一體化是實現快速制造、快速檢測和快速響應的有效途徑，已形成將測量、建模、加工、機器操作四者融合在一個系統中，實現信息共享．促進測量、建模、加工、操作一體化的4M智能系統。

2.5 體系開放化

計算機技術的飛速發展，推動數控技術更快地更新換代。許多數控系統生產廠家利用Pc機豐富的軟硬件資源開發開放式體系結構的新一代數控系統。開放式體系結構使數控系統有更好的通用性、柔性、適應性、可擴展性，并可以較容易地實現智能化、網絡化。，開放式體系結構可以大量采用通用微機技術，使編程、操作以及技術升級和更新變得更加簡單快捷。開放式體系結構的新一代數控系統，其硬件、軟件和總線規范都是對外開放的．數控系統制造商和用戶可以根據這些開放的資源進行系統集成，同時它也為用戶根據實際需要靈活配置數控系統帶來極大方便，促進了數控系統多檔次、多品種的開發和廣泛應用，開發生產周期大大縮短。同時，這種數控系統可隨CPU升級而升級，而結構可以保持不變。

2.6 驅動并聯化

并聯運動機床克服了傳統機床串聯機構移動部件質量大、系統剛度低、刀具只能沿固定導軌進給、作業自由度偏低、設備加工靈活性和機動性不夠等固有缺陷，在機床主軸(一般為動平臺)與機座(一般為靜平臺)之間采用多桿并聯聯接機構驅動，通過控制桿系中桿的長度使桿系支撐的平臺獲得相應自由度的運動，可實現多坐標聯動數控加工、裝配和測量多種功能，更能滿足復雜特種零件的加工，具有現代機器人的模塊化程度高、重量輕和速度快等優點。

并聯機床作為一種新型的加工設備，已成為當前機床技術的一個重要研究方向，受到了國際機床行業的高度重視，被認為是“自發明數控技術以來在機床行業中最有意義的進步”和“21世紀新一代數控加工設備”。

2.7 極端化(大型化和微型化)國防、航空、航天事業的發展和能源等基礎產業裝備的大型化需要大型且性能良好的數控機床的支撐。而超精密加工技術和微納米技術是21世紀的戰略技術，需發展能適應微小型尺寸和微納米加工精度的新型制造工藝和裝備，所以微型機床包括微切削加工(車、銑、磨)機床、微電加工機床、微激光加工機床和微型壓

淺析數控機床的發展進程及趨勢

力機等的需求量正在逐漸增大。

2.8 信息交互網絡化

對于面臨激烈競爭的企業來說，使數控機床具有雙向、高速的聯網通訊功能，以保證信息流在車間各個部門間暢通無阻是非常重要的。既可以實現網絡資源共享，又能實現數控機床的遠程監視、控制、培訓、教學、管理，還可實現數控裝備的數字化服務(數控機床故障的遠程診斷、維護等)。例如，日本Mazak公司推出新一代的加工中心配備了一個稱為信息塔(e-Tower)的外部設備，包括計算機、手機、機外和機內攝像頭等，能夠實現語音、圖形、視像和文本的通信故障報警顯示、在線幫助排除故障等功能，是獨立的、自主管理的制造單元。

2.9 新型功能部件

為了提高數控機床各方面的性能，具有高精度和高可靠性的新型功能部件的應用成為必然。具有代表性的新型功能部件包括：

高頻電主軸：高頻電主軸是高頻電動機與主軸部件的集成，具有體積小、轉速高、可無級調速等一系列優點，在各種新型數控機床中已經獲得廣泛的應用;直線電動機：近年來，直線電動機的應用日益廣泛，雖然其價格高于傳統的伺服系統，但由于負載變化擾動、熱變形補償、隔磁和防護等關鍵技術的應用，機械傳動結構得到簡化，機床的動態性能有了提高。如：西門子公司生產的1FN1系列三相交流永磁式同步直線電動機已開始廣泛應用于高速銑床、加工中心、磨床、并聯機床以及動態性能和運動精度要求高的機床等;德國EX-CELL-O公司的XHC臥式加工中心三向驅動均采用兩個直線電動機;電滾珠絲桿：電滾珠絲桿是伺服電動機與滾珠絲桿的集成，可以大大簡化數控機床的結構，具有傳動環節少、結構緊湊等一系列優點。

2.10 高可靠性

數控機床與傳統機床相比，增加了數控系統和相應的監控裝置等，應用了大量的電氣、液壓和機電裝置，易于導致出現失效的概率增大;工業電網電壓的波動和干擾對數控機床的可靠性極為不利，而數控機床加工的零件型面較為復雜，加工周期長，要求平均無故障時間在2萬小時以上。為了保證數控機床有高的可靠性，就要精心設計系統、嚴格制造和明確可靠性目標以及通過維修分析故障模式并找出薄弱環節。國外數控系統平均無故障時間在7～10萬小時以上，國產數控系統平均無故障時間僅為10000小時左右，國外整機平均無故障工作時間達800小時以上，而國內最高只有300小時。

淺析數控機床的發展進程及趨勢

2.11 加工過程綠色化

隨著日趨嚴格的環境與資源約束，制造加工的綠色化越來越重要，而中國的資源、環境問題尤為突出。因此，近年來不用或少用冷卻液、實現干切削、半干切削節能環保的機床不斷出現，并在不斷發展當中。在21世紀，綠色制造的大趨勢將使各種節能環保機床加速發展，占領更多的世界市場。

2.12 多媒體技術的應用

多媒體技術集計算機、聲像和通信技術于一體，使計算機具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力，因此也對用戶界面提出了圖形化的要求。合理的人性化的用戶界面極大地方便了非專業用戶的使用，人們可以通過窗口和菜單進行操作，便于藍圖編程和快速編程、三維彩色立體動態圖形顯示、圖形模擬、圖形動態跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實現。除此以外，在數控技術領域應用多媒體技術可以做到信息處理綜合化、智能化，應用于實時監控系統和生產現場設備的故障診斷、生產過程參數監測等，因此有著重大的應用價值。

淺析數控機床的發展進程及趨勢 數控機床發展中所存在的問題

由于我國的技術水平和基礎工業相對其他發達國家相比比較落后, 數控機床的性能、水平和可靠性與工業發達國家相比差距還很大。因此, 加速進行中國數控系統的工程化、商品化攻關, 盡快建成與完善我國數控機床和數控產業成了我國的主要任務[5]。目前，我國在發展數控機床業中存在的主要問題主要有以下幾點： 1)缺乏實事求是的科學精神，忽視了數控機床本身的技術特點、發展規律，沒有實事求是地制定數控機床發展的規劃，盲目性大。

2)缺乏系統深入的科研工作難以對各種技術資料進行積累，設計方法陳舊，僅靠類比模仿進行產品設計，既缺乏機床創新的基本理論，又缺乏豐富的生產實際經驗，對高效自動化機床、數控機床的剛度、振動、熱變形、噪聲、精度補償等基礎技術缺乏深入研究，對各類機床加工工藝、布局、結構、導軌、卡軸、卡具等應用技術又缺乏認真試驗，難以創新設計出優質適銷的先進產品。

3)沒有合理地運用資源這主要表現在兩點，第一，對于所涉及到的研究所、廠房等沒有綜合應用、取長補短，往往見到的是他們孤軍作戰，而且各單位忙于生存，普遍缺乏深入系統的科研工作，更沒有做到生產一代、研制一代、預研一代等可持續的發展；第二，機床行業人員素質低，缺乏各方而人才，而且各研究單位、企業、人才流失嚴重，科研、設計力量十分虛弱，往往呈現低效運行狀態。

4)我國制造業大環境的制約。由于沒有在全國范圍內發展大量大批生產自動化，對高效自動化機床的卞機設計的基本功較差，而機床的品種結構發展，全靠主機設計本領加以變化，因此，依靠引進和合作生產來發展各類卞機，至今我國許多高性能、新結構的數控機床大都為合作產品，基本處于仿制階段。5)缺乏吸引高層次、高素質人才創新創業的環境，高速、柔性、精密機床配套技術的自主研發能力低。

6)對國外技術重引進、輕消化吸收的問題仍很突出。“消化”在整個資金投入中所占的比例相對其他工業發達國家來講太低。

淺析數控機床的發展進程及趨勢 數控機床的發展策略

從上世紀80年代起, 我國機床制造業對數控技術和數控機床一直給予較大的關注。但是由于我們的數控技術與其他工業發達國家差距較大，與國外一些先進產品相比，仍存在著很大劣勢, 使得我們總是處于技術跟蹤階段。面對這種情況，為了加速振興我國的機床制造業，提高我國的數控機床技術，應當加強以下幾個方面的研究工作：

1)以高速化為先導，提高數控機床的綜合性能

數控機床的高速化是提高其高效柔性和高精化的一個重要措施。分析中型加工中心的高速化與高精化的發展歷程，可以得出，作為表征其切削運動高速化的主軸最高轉速和最大進給速度，大致持續地以每10年增長1倍的比率上升，而表征壓縮機床輔助時間的快移速度(指以滾珠絲杠和旋轉伺服電機驅動)和自動換刀/工作臺轉位速度，基本上以每12～15年翻一番的速度增長，1993年后逐步推廣用直線電動機直接驅動的新技術，使加工中心的快移速度比用滾珠絲杠副驅動時又提高了1倍。

高速化的發展還要多注意2個問題：從先進適用出發確定高速范圍；高速化要和機床的結構和控制性能相匹配。2)推進μm 工程，研制高效精密數控機床

目前國內生產的數控機床尚缺少高效、高可靠性且加工精度達微米級的產品。為此，需研發一些能兼顧高效化和高精化的數控制造裝備以適應汽車制造業加工關鍵零件的需求。由于這些數控制造裝備的加工精度主要在微米級（μm）范圍內，因此可稱為μm級制造裝備及技術研究，簡稱“μm 工程”。3)發展復合加工數控機床、縮短制造過程鏈

加快復合數控機床的發展步伐，提高工序的集中度，使加工過程鏈集約化，可以提高多品種單件和中小批量加工的工效，也有利于加工精度的穩定性。復合數控機床可以減少在不同數控機床間進行工序的轉換而引起的待工以及多次上下料等時間。通常這些時間占零件整個生產周期的40%～60%，即使在信息管理良好的情況下，仍將占20%左右。因此，復合數控機床具有明顯的技術效果。

為了避免復合機床因功能的擴展而過多地引起結構的復雜化和成本的增加，還需要探求兩個問題：通過創新技術擴大功能部件的適用面來簡化結構；發展模

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塊化和可重構化的復合機床。4)高效柔性化的新一代制造系統

1995年開始研究的在可重構制造技術支持下，構建具有適應大批量高效柔性化生產的可重組制造系統(RMS)是一個值得注意的發展動向。其核心為制造系統能物理組態，即根據加工對象的變化方便地進行布局和設備配置的調整，發展了能對多變的市場需求做出合理的配置規劃和易于調整的布局方式、適應重構的控制軟件、開放式控制系統和規范化接口以及能快速提升系統重組后制造質量的診斷系統等技術，使其兼具專用生產線的高效性能和適用的柔性以取得更佳的經濟性，已在生產中取得了初步成功的應用。

5)發展網絡化制造單元，推進企業制造能力的高效柔性化

當前，國內外一些機床和數控系統制造企業在從分布式網絡化聯盟制造的角度出發研究相適應的制造單元，強化其自治管理能力，能與企業的資源計劃（ERP），產品數據管理（PDM）和計算機輔助設計/計算機輔助制造/計算機輔助工程（CAD/CAPP/CAM）的信息集成，進而通過與客戶關系管理(CRM)和供應鏈管理(SCM)的聯系做出智能決策，實施并行工程、可視化監控等以提高機床利用率，實現高效的柔性生產。

6)開展可靠性設計，加強全面質量管理，保證數控機床的可靠性增長

為了保證數控機床有高的可靠性，設計時不僅要考慮其功能和力學特性，還要進行可靠性設計，根據可靠性要求合理分配各組成件的可靠性指標，在配套件采購和制造過程中重視質量要求，加強全面質量管理以求可靠性的不斷增長。7)提高技術人員的綜合素質。

中國機床工業的振興，數控機床的加速發展，歸根到底，取決于人員素質的提高、工業文化水平的提高、人才的加速培養，有效的深化改革、改組、改制，切切實實加強科學管理，提高工作質量、生產率、勞動生產率。進入21世紀知識經濟時代，科學知識及作為重要生產要素的機床，其作用將更加突出。

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參考文獻

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讀書的好處

1、行萬里路，讀萬卷書。

2、書山有路勤為徑，學海無涯苦作舟。

3、讀書破萬卷，下筆如有神。

4、我所學到的任何有價值的知識都是由自學中得來的。——達爾文

5、少壯不努力，老大徒悲傷。

6、黑發不知勤學早，白首方悔讀書遲。——顏真卿

7、寶劍鋒從磨礪出，梅花香自苦寒來。

8、讀書要三到：心到、眼到、口到

9、玉不琢、不成器，人不學、不知義。

10、一日無書，百事荒廢。——陳壽

11、書是人類進步的階梯。

12、一日不讀口生，一日不寫手生。

13、我撲在書上，就像饑餓的人撲在面包上。——高爾基

14、書到用時方恨少、事非經過不知難。——陸游

15、讀一本好書，就如同和一個高尚的人在交談——歌德

16、讀一切好書，就是和許多高尚的人談話。——笛卡兒

17、學習永遠不晚。——高爾基

0

18、少而好學，如日出之陽；壯而好學，如日中之光；志而好學，如炳燭之光。——劉向

19、學而不思則惘，思而不學則殆。——孔子

20、讀書給人以快樂、給人以光彩、給人以才干。——培根

第五篇：數控機床技術發展現狀及趨勢

數控機床技術發展現狀及趨勢

趙 學 明

（廣東工業大學，廣東 廣州 510006）

摘要：現在世界上很多發達的工業化國家在生產中廣泛應用數控機床。隨著電子技術和控制技術的飛速發展，當今的數控系統功能已經非常強大，而且隨著數控技術的不斷發展和應用領域的擴大，他對國計民生的一些重要行業的發展起著越來越重要的作用。隨著科學技術的發展，世界先進技術的興起和不斷成熟，對數控技術提出了更高的要求。當今數控機床正在不斷采用最新成果，朝著高速化、超精度化、多功能化、智能化、系統化、網絡化、高可靠性與環保等方向發展。

關鍵字：數控機床、技術、現狀、發展趨勢

引言

從20世紀中葉數控技術出現以來，數控機床給機械制造業帶來了革命性的變化。數控加工具有如下特點：加工柔性好，加工精度高，生產率高，減輕操作者勞動強度、改善勞動條件，有利于生產管理的現代化以及經濟效益的提高。數控機床是一種高度機電一體化的產品，適用于加工多品種小批量零件、結構較復雜、精度要求較高的零件、需要頻繁改型的零件、價格昂貴不允許報廢的關鍵零件、要求精密復制的零件、需要縮短生產周期的急需零件以及要求100%檢驗的零件。數控機床的特點及其應用范圍使其成為國民經濟和國防建設發展的重要裝備。

進入21世紀，我國經濟與國際全面接軌，進入了一個蓬勃發展的新時期。機床制造業既面臨著機械制造業需求水平提升而引發的制造裝備發展的良機，也遭遇到加入世界貿易組織后激烈的國際市場競爭的壓力，加速推進數控機床的發展是解決機床制造業持續發展的一個關鍵。隨著制造業對數控機床的大量需求以及計算機技術和現代設計技術的飛速進步，數控機床的應用范圍還在不斷擴大，并且不斷發展以更適應生產加工的需要。1 數控機床的簡單介紹

車、銑、刨、磨、鏜、鉆、電火花、剪板、折彎、激光切割等都是機械加工方法，所謂機械加工，就是把金屬毛坯零件加工成所需要的形狀，包含尺寸精度和幾何精度兩個方面。能完成以上功能的設備都稱為機床，數控機床就是在普通機床上發展過來的，數控的意思就是數字控制。數控系統是由顯示器、控制器伺服、伺服電機、和各種開關、傳感器構成。目前世界上最大的三家廠商是：日本法拉克、德國西門子、日本三菱；其余還有法國扭姆、西

班牙凡高等。國內有華中數控、航天數控等。從目前來看，我們國家機床業最薄弱的環節就在數控系統。國內的數控系統剛剛才開始，產業化、質量、技術水平一般，故障率比較高，質量精度一般。因此，高檔次的數控系統全都是依賴進口，每年國家需要在此方面花費大量的外匯。給機床裝上數控系統后，機床就成了數控機床。當然，普通機床發展到數控機床不只是加裝數控系統這么簡單，例如：從銑床發展到加工中心，機床結構發生變化，最主要的是加了刀庫，大幅度提高了精度。加工中心最主要的功能是銑、鏜、鉆的功能。我們一般所說的數控設備，主要是指數控車床和加工中心。我國數控機床的機遇與挑戰

近6年來我國數控機床產量一直處于持續地以年均增長超過30％快速發展，據初步統計2004年數控機床的產量為51860臺，同比年增長40.8％，數控機床的消費量約70000余臺，同比年增長約30％。數控機床需求的旺盛也促進了2004年內新建的三資和民營機床廠以及數控機床品種的明顯增加。但是，另一方面進口的數控機床數量也在逐年同步增加，而且進口數控機床的消費額的增長趨勢更快。2004年數控機床的進口數量同比年增長30％，而進口消費額的增長卻達52％，從而導致國產數控機床在國內市場消費額中的所占比例已不足30％。之所以出現這一現象，其主要原因在于國內市場對技術和附加值高的高效精密數控機床和高性能大重型數控機床需求增長，要依靠進口解決。大量的高檔數控機床的進口，主要由于以下三個領域發展的需求：高新技術和國防工業領域；重大基礎裝備制造領域。國民經濟支柱產業領域等。因此，對于高速超精密數控機床，國內還是欠缺的，主要依賴進口。

但是最近幾年國家也加大了對數控機床研發的大力支持。科技部將為數控機床專項研發投入2億元，主要圍繞數控設備支撐技術和航天、交通、能源等方面需要的超大型超精密加工設備。第一個建立在企業的數控機床國家重點實驗室已經進入審批階段。科技部還將組織重大專項研究，在關鍵功能部件等配套技術和產品研發上取得核心技術。國家的政策支持，產業扶持，這是數控機床業的春天，將會促進我國數控機床朝向世界頂級技術邁進。3 數控機床技術發展的趨勢高速度與超精度化

速度和精度是數控機床的兩個重要指標，它直接關系到加工效率和產品的質量。高速度、超精度加工技術可極大地提高效率，提高產品的質量和檔次，縮短生產周期和提高市場競爭能力。為此日本先端技術研究會將其列為5大現代制造技術之一，國際生產工程學會(CIRP)

將其確定為21世紀的中心研究方向之一。特別是在超高速切削、超精密加工技術的實施中，對機床各坐標軸位移速度和定位精度提出了更高的要求；另外，這兩項技術指標又是相互制約的，也就是說要求位移速度越高，定位精度就越難提高。

目前，在超高速加工中，車削和銑削的切削速度已達到5000～8000m/min以上；主軸轉數在30000轉/分(有的高達10萬轉/分)以上；工作臺的移動速度(進給速度)：在分辨率為l微米時，在100m/min(有的到200m/min)以上，在分辨率為0.1um時，在24m/min以上；自動換刀速度在1秒以內；小線段插補進給速度達到12m/min。

在加工精度方面，近10年來，普通級數控機床的加工精度已由10um 提高到5um，精密級加工中心則從3～5um，提高到1～1．5um,并且超精密加工精度已開始進入納米級(0．01um)。2 高可靠性

隨著數控機床網絡化應用的發展，數控機床的高可靠性已經成為數控系統制造商和數控機床制造商追求的目標。對于每天工作兩班的無人工廠而言，如果要求在l6小時內連續正常工作，無故障率在P(t)>99％以上，則數控機床的平均無故障運行時間MTBF就必須大于3000小時。我們只對一臺數控機床而言，如主機與數控系統的失效率之比為l0：1(數控的可靠比主機高一個數量級)。此時數控系統的MTBF就要大于33333．3小時，而其中的數控裝置、主軸及驅動等的MTBF就必須大于l0萬小時。當前國外數控裝置的MTBF值已達6000小時以上，驅動裝置達30000小時以上，但是，可以看到距理想的目標還有差距。多功能化

在零件加工過程中有大量的無用時間消耗在工件搬運、上下料、安裝調整、換刀和主軸的升、降速上，為了盡可能降低這些無用時間，人們希望將不同的加工功能整合在同一臺機床上，因此數控機床實現了一機多能，以最大限度地提高設備利用率。另外前臺加工、后臺編輯的前后臺功能，充分提高其工作效率和機床利用率。數控機床還具有更高的通訊功能，現代數控機床除具有通信口，DNC功能外，還具有網絡功能。多軸化

隨著5軸聯動數控系統和編程軟件的普及，5軸聯動控制的加工中心和數控銑床已經成為當前的一個開發熱點，由于在加工自由曲面時，5軸聯動控制對球頭銑刀的數控編程比較簡單，并且能使球頭銑刀在銑削3維曲面的過程中始終保持合理的切速，從而顯著改善加工表面的粗糙度和大幅度提高加工效率，而在3軸聯動控制的機床無法避免切速接近于零的球頭銑刀端部參與切削，因此，5軸聯動機床以其無可替代的性能優勢已經成為各大機床廠家積極開發和競爭的焦點。

數控機床的網絡化，主要指機床通過所配裝的數控系統與外部的其它控制系統或上位計算機進行網絡連接和網絡控制。數控機床一般首先面向生產現場和企業內部的局域網，然后再經由因特網通向企業外部，這就是所謂Internet/Intranet技術。隨著網絡技術的成熟和發展，最近業界又提出了數字制造的概念。數字制造，是機械制造企業現代化的標志之一，也是國際先進機床制造商當今標準配置的供貨方式。

隨著信息化技術的大量采用，越來越多的國內用戶在進口數控機床時要求具有遠程通訊服務等功能。機械制造企業在普遍采用CAD/CAM的基礎上，越加廣泛地使用數控加工設備。數控應用軟件日趨豐富和具有“人性化”。虛擬設計、虛擬制造等高端技術也越來越多地為工程技術人員所追求。通過軟件智能替代復雜的硬件，正在成為當代機床發展的重要趨勢。在數字制造的目標下，通過流程再造和信息化改造，ERP等一批先進企業管理軟件已經脫穎而出，為企業創造出更高的經濟效益。柔性化、智能化

數控機床向柔性自動化系統發展的趨勢是：從點(數控單機、加工中心和數控復合加工機床)、線(FMC、FMS、FTL、FML)向面(工段車間獨立制造島、FA)、體(CIMS、分布式網絡集成制造系統)的方向發展，另一方面向注重應用性和經濟性方向發展。柔性自動化技術是制造業適應動態市場需求及產品迅速更新的主要手段，是各國制造業發展的主流趨勢，是先進制造領域的基礎技術。其重點是以提高系統的可靠性、實用化為前提，以易于聯網和集成為目標；注重加強單元技術的開拓、完善；CNC單機向高精度、高速度和高柔性方向發展；數控機床及其構成柔性制造系統能方便地與CAD、CAM、CAPP、MTS聯結，向信息集成方向發展；網絡系統向開放、集成和智能化方向發展。

智能化是21世紀制造技術發展的一個大方向。智能加工是一種基于神經網絡控制、模糊控制、數字化網絡技術和理論的加工，它是要在加工過程中模擬人類專家的智能活動，以解決加工過程許多不確定性的、要由人工干預才能解決的問題。智能化的內容包括在數控系統中的各個方面：為追求加工效率和加工質量的智能化，如自適應控制，工藝參數自動生成；為提高驅動性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機參數的自適應運算、自動識別負載自動選定模型、自整定等；簡化編程、簡化操作的智能化，如智能化的自動編程，智能化的人機界面等；智能診斷、智能監控，方便系統的診斷及維修等。世界上正在進行研究的智能化切削加工系統很多，其中日本智能化數控裝置研究會針對鉆削的智能加工方案具有代表性。

21世紀的金切機床必須把環保和節能放在重要位置，即要實現切削加工工藝的綠色化。目前這一綠色加工工藝主要集中在不使用切削液上，這主要是因為切削液既污染環境和危害工人健康，又增加資源和能源的消耗。干切削一般是在大氣氛圍中進行，但也包括在特殊氣體氛圍中(氮氣中、冷風中或采用干式靜電冷卻技術)不使用切削液進行的切削。不過，對于某些加工方式和工件組合，完全不使用切削液的干切削目前尚難與實際應用，故又出現了使用極微量潤滑(MQL)的準干切削。對于面向多種加工方法/工件組合的加工中心之類的機床來說，主要是采用準干切削，通常是讓極微量的切削油與壓縮空氣的混合物經由機床主軸與工具內的中空通道噴向切削區。在各類金切機床中，采用干切削最多的是滾齒機。結束語

總之，數控(NC)機床技術已成為制造技術的發展基礎。數控機床技術的進步和發展為現代制造業的發展提供了良好的條件，促使制造業向著高效、優質以及人性化的方向發展。為了滿足制造技術不斷發展的需要，NC機床將朝著智能化、網絡化、集成化、數字化的方向發展。今后，隨著計算技術、測試技術、微電子技術、計算機技術、材料和機械結構等方面的研究和科技的進步，也必將面臨著新的挑戰。可以預見，隨著數控機床技術的發展和數控機床的廣泛應用 制造業將迎來一次足以撼動傳統制造業模式的深刻革命。

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