第一篇：淺析數(shù)控機床的發(fā)展進程及趨勢資料解讀

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本 科 生 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計）

題

目： 淺析數(shù)控機床的發(fā)展進程及趨勢

淺析數(shù)控機床的發(fā)展進程及趨勢

內(nèi)容摘要

本文以數(shù)控機床為研究對象，首先闡述了數(shù)控機床的發(fā)展歷程，尤其對其進給伺服系統(tǒng)和機械傳動系統(tǒng)的發(fā)展過程進行了詳細描述，接下來對我國數(shù)控機床的發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)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(shù)控機床的發(fā)展策略。

關(guān)鍵詞：

數(shù)控機床；進給伺服系統(tǒng)，機床加工程序

I

淺析數(shù)控機床的發(fā)展進程及趨勢

目 錄

內(nèi)容摘要...........................................................................................................................I 前 言..........................................................................................................................1 1 數(shù)控機床的發(fā)展進程................................................................................................2

1.1 進給伺服系統(tǒng).................................................................................................2 1.2 機械傳動系統(tǒng).................................................................................................4 1.3 數(shù)控機床加工程序的結(jié)構(gòu).............................................................................5 2 數(shù)控機床的發(fā)展趨勢................................................................................................7 3 數(shù)控機床發(fā)展中所存在的問題..............................................................................11 4 數(shù)控機床的發(fā)展策略..............................................................................................12 參考文獻........................................................................................................................1II

淺析數(shù)控機床的發(fā)展進程及趨勢

前 言

自20世紀末開始，我國制造業(yè)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(yè)也跟著取得數(shù)控機床快速增長的業(yè)績。機床是先進制造技術(shù)和制造信息集成的重要元素，既是生產(chǎn)力要素，又是重要商品。機床的發(fā)展和創(chuàng)新在一定程度上能映射出加工技術(shù)的主要趨勢。近年來, 我國在數(shù)控機床和機床工具行業(yè)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?shù)某煽僛1]。

在國際貿(mào)易中, 很多發(fā)達國家把數(shù)控機床視為具有高技術(shù)附加值、高利潤的主要機電出口產(chǎn)品。因此，對數(shù)控機床技術(shù)的發(fā)展歷程進行總結(jié)分析，將有助于推進我國數(shù)控機床技術(shù)實現(xiàn)跨越式發(fā)展的目標。

淺析數(shù)控機床的發(fā)展進程及趨勢 數(shù)控機床的發(fā)展進程

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

數(shù)控NC階段主要經(jīng)歷了以下3代：

第1代數(shù)控系統(tǒng)，始于50年代初年，系統(tǒng)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(shù)控系統(tǒng)，始于50年代末，以晶體管元件和印刷電路板廣泛應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)為標志。

第3代數(shù)控系統(tǒng)，始于60年代中期，由于小規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，使其體積變小、功耗降低，可靠性提高，推動了數(shù)控系統(tǒng)的進一步發(fā)展。

計算機數(shù)控CNC階段也經(jīng)歷了3代：

第4代數(shù)控系統(tǒng)，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(shù)的問世。

第5代數(shù)控系統(tǒng)，70年代后期，中、大規(guī)模集成電路技術(shù)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(chǎn)生，并逐步應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)。

第6代數(shù)控系統(tǒng)，始于90年代初，受通用微機技術(shù)飛速發(fā)展的影響，數(shù)控系統(tǒng)正朝著以個人計算機(PC)為基礎(chǔ)，向著開放化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等方面進一步發(fā)展。

數(shù)控機床通常由控制系統(tǒng)、進給伺服系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、機械傳動系統(tǒng)及其他輔助系統(tǒng)組成。其中進給伺服系統(tǒng)作為數(shù)控機床的重要功能部件，其性能是決定數(shù)控機床加工性能的極其重要的技術(shù)指標。因此提高進給伺服系統(tǒng)的動態(tài)特性與靜態(tài)特性的品質(zhì)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(tǒng)和機械傳動系統(tǒng)的發(fā)展歷程。

1.1 進給伺服系統(tǒng)

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

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

1.1.1步進伺服系統(tǒng)

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

步進伺服系統(tǒng)接受脈沖信號，它的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)過的角度取決于指令脈沖的頻率或個數(shù)。由于沒有檢測和反饋環(huán)節(jié)，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(xiàn)振動現(xiàn)象，它的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降。又由于步進伺服系統(tǒng)為開環(huán)控制，步進電機在啟動頻率過高或負載過大時易出現(xiàn)“丟步”或“堵轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，停止時轉(zhuǎn)速過高容易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象。另外步進電機從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速需要的時間也較長，速度響應(yīng)較慢。但是由于其結(jié)構(gòu)簡單，易于調(diào)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(yīng)用的。

1.1.2 直流伺服系統(tǒng)

60～70年代后，數(shù)控系統(tǒng)大多采用直流伺服系統(tǒng)。直流伺服電機具有良好的寬調(diào)速性能。輸出轉(zhuǎn)矩大，過載能力強，伺服系統(tǒng)也由開環(huán)控制發(fā)展為閉環(huán)控制，因而在工業(yè)及相關(guān)領(lǐng)域獲得了更加廣泛的運用。但是，隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，其相應(yīng)設(shè)備如精密數(shù)控機床、工業(yè)機器人等對電伺服系統(tǒng)提出越來越高的要求，尤其是精度、可靠性等性能。而傳統(tǒng)直流電動機采用的是機械式換向器，在應(yīng)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(chǎn)生火花，使電機的最高轉(zhuǎn)速及應(yīng)用環(huán)境受到限制;直流電機結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、對其他設(shè)備易產(chǎn)生干擾。1.1.3交流伺服系統(tǒng)

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(yīng)用領(lǐng)域，尤其是高精度、高性能伺服驅(qū)動領(lǐng)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(fù)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(shù)的發(fā)展，特別是現(xiàn)代控制理論的發(fā)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(fā)展地越來越快。

1.1.4 直線伺服系統(tǒng)

永磁同步直線電機在推力、動態(tài)性能、定位精度方面比其他直線電機更具優(yōu)

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

1.2 機械傳動系統(tǒng)

機械傳動系統(tǒng)由數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)，進給運動系統(tǒng)，回轉(zhuǎn)工作臺與導(dǎo)軌組成。數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的作用就是產(chǎn)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(tǒng)由動力源：電機，傳動系統(tǒng)：定比傳動機構(gòu)、變速裝置，運動控制裝置：離合器、制動器等，執(zhí)行件:主軸。進給運動是以保證刀具與工件相對位置關(guān)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(wěn)定性的直接影響。進給運動是數(shù)字控制系統(tǒng)的直接控制對象。對于閉環(huán)控制系統(tǒng)，還要在進給運動的末端加上位置檢測系統(tǒng)，并將測量的實際位移反饋到控制系統(tǒng)中，以使運動更準確。回轉(zhuǎn)工作臺的作用是：按照數(shù)控裝置的指令做回轉(zhuǎn)分度或連續(xù)回轉(zhuǎn)進給。導(dǎo)軌的作用：起導(dǎo)向及支承作用，它的精度、剛度及結(jié)構(gòu)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(shù)控機床具有較高的加工精度和較大的承載能力，要求其導(dǎo)軌具有較高的導(dǎo)向精度、足夠的剛度、良好的耐磨性、良好的低速運動平穩(wěn)性，同時應(yīng)盡量使導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡單，便于制造、調(diào)整和維護。數(shù)控機床常用的導(dǎo)軌按其接觸面間摩擦性質(zhì)的不同可分為滑動導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌。

在數(shù)控機床上常用的滑動導(dǎo)軌有液體靜壓導(dǎo)軌、氣體靜壓導(dǎo)軌和貼塑導(dǎo)軌。1）液體靜壓導(dǎo)軌：在兩導(dǎo)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(dǎo)軌工作面間處于純液態(tài)摩擦狀態(tài)，摩擦系數(shù)極低，多用于進給運動導(dǎo)軌。

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

3）貼塑導(dǎo)軌：在動導(dǎo)軌的摩擦表面上貼上一層由塑料等其它化學(xué)材料組成的塑料薄膜軟帶，其優(yōu)點是導(dǎo)軌面的摩擦系數(shù)低，且動靜摩擦系數(shù)接近，不易產(chǎn)生爬行現(xiàn)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(xué)穩(wěn)定性、可加工性能好；工藝簡單、成本低。

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滾動導(dǎo)軌的最大優(yōu)點是摩擦系數(shù)很小，一般為0.0025～0.005，比貼塑料導(dǎo)軌還小很多，且動、靜摩擦系數(shù)很接近，因而運動輕便靈活，在很低的運動速度下都不出現(xiàn)爬行，低速運動平穩(wěn)性好，位移精度和定位精度高。滾動導(dǎo)軌的缺點是抗振性差，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造成本較高。近年來數(shù)控機床愈來愈多地采用由專業(yè)廠家生產(chǎn)的直線滾動導(dǎo)軌副或滾動導(dǎo)軌塊。這種導(dǎo)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(diào)整都非常方便。

1.3 數(shù)控機床加工程序的結(jié)構(gòu)

數(shù)控機床程序分成的程序開始、程序內(nèi)容和程序結(jié)束三部分。第一部分 程序開始部分主要定義程序號，調(diào)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(nèi)容。數(shù)控程序主軸最高轉(zhuǎn)速限制定義G50 S2000，設(shè)置主軸的最高轉(zhuǎn)速為2000RPM，對于數(shù)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(shù)控系統(tǒng)默認G54坐標系。返回參考點指令G28 U0，為避免換刀過程中，發(fā)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(diào)8號左偏刀8號刀補，開啟冷卻液。主軸轉(zhuǎn)速定義G96 S150 M4，恒定線速度S功能定義，S功能使數(shù)控車床的主軸轉(zhuǎn)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(shù)控車床的S代碼必須與G96或G97配合使用才能設(shè)置主軸轉(zhuǎn)速或切削速度。G97：轉(zhuǎn)速指令，定義和設(shè)置每分鐘的轉(zhuǎn)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(nèi)容部分

程序內(nèi)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(shù)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(shù)控車床進給速度有兩種表達方式，一種是每轉(zhuǎn)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(shù)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(jié)尾部分

在程序結(jié)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(guān)掉冷卻液，程序選擇停止或結(jié)束程序等動作?；貐⒖键c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

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M01為選擇停止指令，只有當設(shè)備的選擇停止開關(guān)打開時才有效；M30為程序結(jié)束指令，執(zhí)行時，冷卻液、進給、主軸全部停止。數(shù)控程序和數(shù)控設(shè)備復(fù)位并回到加工前原始狀態(tài)，為下一次程序運行和數(shù)控加工重新開始做準備。

淺析數(shù)控機床的發(fā)展進程及趨勢 數(shù)控機床的發(fā)展趨勢

進入21世紀，我國經(jīng)濟與國際全面接軌，進入了一個蓬勃發(fā)展的新時期。機床制造業(yè)既面臨著機械制造業(yè)需求水平提升而引發(fā)的制造裝備發(fā)展的良機，也遭遇到加入世界貿(mào)易組織后激烈的國際市場競爭的壓力，加速推進數(shù)控機床的發(fā)展是解決機床制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個關(guān)鍵。隨著制造業(yè)對數(shù)控機床的大量需求以及計算機技術(shù)和現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的飛速進步，數(shù)控機床的應(yīng)用范圍還在不斷擴大，并且不斷發(fā)展以更適應(yīng)生產(chǎn)加工的需要。數(shù)控機床正向高速化、高精度化、復(fù)合化、智能化、開放化、網(wǎng)絡(luò)化、多軸化、綠色化等方面發(fā)展。

2.1 高速化

新一代數(shù)控機床為提高生產(chǎn)效率，向超高速方向發(fā)展，采用新型功能部件(如電主軸、直線電機、LM直線滾動系統(tǒng)等)主軸轉(zhuǎn)速達15,000r/min以上。計算機技術(shù)及其軟件控制技術(shù)在機床產(chǎn)品技術(shù)中占的比重越來越大，計算機系統(tǒng)及其應(yīng)用軟件的復(fù)雜化，帶來了機床系統(tǒng)及其硬件結(jié)構(gòu)的簡化，數(shù)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(fù)定位精度如果能達到0.005 mm(ISO 標準、統(tǒng)計法)，就是一臺高精度機床，在0.005mm(ISO 標準、統(tǒng)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(tǒng)的發(fā)展，精密度已達到微米級。

2.3 功能復(fù)合化

工件一次裝夾，能進行多種工序復(fù)合加工，可大大地提高生產(chǎn)效率和加工精度，是機床一貫追求的。由于產(chǎn)品開發(fā)周期愈來愈短，對制造速度的要求也相應(yīng)提高，機床也朝高效能發(fā)展。機床已逐漸發(fā)展成為系統(tǒng)化產(chǎn)品，用一臺電腦控制一條生產(chǎn)線的作業(yè)。產(chǎn)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(fù)合化已是不可避免的發(fā)展趨勢。

2.4 控制智能化

隨著人工智能在計算機領(lǐng)域的滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)引入了自適應(yīng)控制、模糊系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制機理，不但具有自動編程、前饋控制、模糊控制、學(xué)習(xí)控制、自適應(yīng)控制、工藝參數(shù)自動生成、三維刀具補償、運動參數(shù)動態(tài)補償?shù)裙?/p>

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能，而且人機界面極為友好，并具有故障診斷專家系統(tǒng)，使自診斷和故障監(jiān)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(shù)與制造技術(shù)融為一體。在制造過程中，加工、檢測一體化是實現(xiàn)快速制造、快速檢測和快速響應(yīng)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(tǒng)中，實現(xiàn)信息共享．促進測量、建模、加工、操作一體化的4M智能系統(tǒng)。

2.5 體系開放化

計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，推動數(shù)控技術(shù)更快地更新?lián)Q代。許多數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家利用Pc機豐富的軟硬件資源開發(fā)開放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng)。開放式體系結(jié)構(gòu)使數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應(yīng)性、可擴展性，并可以較容易地實現(xiàn)智能化、網(wǎng)絡(luò)化。，開放式體系結(jié)構(gòu)可以大量采用通用微機技術(shù)，使編程、操作以及技術(shù)升級和更新變得更加簡單快捷。開放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng)，其硬件、軟件和總線規(guī)范都是對外開放的．數(shù)控系統(tǒng)制造商和用戶可以根據(jù)這些開放的資源進行系統(tǒng)集成，同時它也為用戶根據(jù)實際需要靈活配置數(shù)控系統(tǒng)帶來極大方便，促進了數(shù)控系統(tǒng)多檔次、多品種的開發(fā)和廣泛應(yīng)用，開發(fā)生產(chǎn)周期大大縮短。同時，這種數(shù)控系統(tǒng)可隨CPU升級而升級，而結(jié)構(gòu)可以保持不變。

2.6 驅(qū)動并聯(lián)化

并聯(lián)運動機床克服了傳統(tǒng)機床串聯(lián)機構(gòu)移動部件質(zhì)量大、系統(tǒng)剛度低、刀具只能沿固定導(dǎo)軌進給、作業(yè)自由度偏低、設(shè)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(lián)聯(lián)接機構(gòu)驅(qū)動，通過控制桿系中桿的長度使桿系支撐的平臺獲得相應(yīng)自由度的運動，可實現(xiàn)多坐標聯(lián)動數(shù)控加工、裝配和測量多種功能，更能滿足復(fù)雜特種零件的加工，具有現(xiàn)代機器人的模塊化程度高、重量輕和速度快等優(yōu)點。

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

2.7 極端化(大型化和微型化)國防、航空、航天事業(yè)的發(fā)展和能源等基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)裝備的大型化需要大型且性能良好的數(shù)控機床的支撐。而超精密加工技術(shù)和微納米技術(shù)是21世紀的戰(zhàn)略技術(shù)，需發(fā)展能適應(yīng)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

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力機等的需求量正在逐漸增大。

2.8 信息交互網(wǎng)絡(luò)化

對于面臨激烈競爭的企業(yè)來說，使數(shù)控機床具有雙向、高速的聯(lián)網(wǎng)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(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享，又能實現(xiàn)數(shù)控機床的遠程監(jiān)視、控制、培訓(xùn)、教學(xué)、管理，還可實現(xiàn)數(shù)控裝備的數(shù)字化服務(wù)(數(shù)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(shè)備，包括計算機、手機、機外和機內(nèi)攝像頭等，能夠?qū)崿F(xiàn)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(shù)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(yīng)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(zhuǎn)速高、可無級調(diào)速等一系列優(yōu)點，在各種新型數(shù)控機床中已經(jīng)獲得廣泛的應(yīng)用;直線電動機：近年來，直線電動機的應(yīng)用日益廣泛，雖然其價格高于傳統(tǒng)的伺服系統(tǒng)，但由于負載變化擾動、熱變形補償、隔磁和防護等關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，機械傳動結(jié)構(gòu)得到簡化，機床的動態(tài)性能有了提高。如：西門子公司生產(chǎn)的1FN1系列三相交流永磁式同步直線電動機已開始廣泛應(yīng)用于高速銑床、加工中心、磨床、并聯(lián)機床以及動態(tài)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(qū)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(shù)控機床的結(jié)構(gòu)，具有傳動環(huán)節(jié)少、結(jié)構(gòu)緊湊等一系列優(yōu)點。

2.10 高可靠性

數(shù)控機床與傳統(tǒng)機床相比，增加了數(shù)控系統(tǒng)和相應(yīng)的監(jiān)控裝置等，應(yīng)用了大量的電氣、液壓和機電裝置，易于導(dǎo)致出現(xiàn)失效的概率增大;工業(yè)電網(wǎng)電壓的波動和干擾對數(shù)控機床的可靠性極為不利，而數(shù)控機床加工的零件型面較為復(fù)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(shù)控機床有高的可靠性，就要精心設(shè)計系統(tǒng)、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(huán)節(jié)。國外數(shù)控系統(tǒng)平均無故障時間在7～10萬小時以上，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)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(nèi)最高只有300小時。

淺析數(shù)控機床的發(fā)展進程及趨勢

2.11 加工過程綠色化

隨著日趨嚴格的環(huán)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(huán)境問題尤為突出。因此，近年來不用或少用冷卻液、實現(xiàn)干切削、半干切削節(jié)能環(huán)保的機床不斷出現(xiàn)，并在不斷發(fā)展當中。在21世紀，綠色制造的大趨勢將使各種節(jié)能環(huán)保機床加速發(fā)展，占領(lǐng)更多的世界市場。

2.12 多媒體技術(shù)的應(yīng)用

多媒體技術(shù)集計算機、聲像和通信技術(shù)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(yè)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(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動態(tài)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(xiàn)。除此以外，在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用多媒體技術(shù)可以做到信息處理綜合化、智能化，應(yīng)用于實時監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備的故障診斷、生產(chǎn)過程參數(shù)監(jiān)測等，因此有著重大的應(yīng)用價值。

淺析數(shù)控機床的發(fā)展進程及趨勢 數(shù)控機床發(fā)展中所存在的問題

由于我國的技術(shù)水平和基礎(chǔ)工業(yè)相對其他發(fā)達國家相比比較落后, 數(shù)控機床的性能、水平和可靠性與工業(yè)發(fā)達國家相比差距還很大。因此, 加速進行中國數(shù)控系統(tǒng)的工程化、商品化攻關(guān), 盡快建成與完善我國數(shù)控機床和數(shù)控產(chǎn)業(yè)成了我國的主要任務(wù)[5]。目前，我國在發(fā)展數(shù)控機床業(yè)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(xué)精神，忽視了數(shù)控機床本身的技術(shù)特點、發(fā)展規(guī)律，沒有實事求是地制定數(shù)控機床發(fā)展的規(guī)劃，盲目性大。

2)缺乏系統(tǒng)深入的科研工作難以對各種技術(shù)資料進行積累，設(shè)計方法陳舊，僅靠類比模仿進行產(chǎn)品設(shè)計，既缺乏機床創(chuàng)新的基本理論，又缺乏豐富的生產(chǎn)實際經(jīng)驗，對高效自動化機床、數(shù)控機床的剛度、振動、熱變形、噪聲、精度補償?shù)然A(chǔ)技術(shù)缺乏深入研究，對各類機床加工工藝、布局、結(jié)構(gòu)、導(dǎo)軌、卡軸、卡具等應(yīng)用技術(shù)又缺乏認真試驗，難以創(chuàng)新設(shè)計出優(yōu)質(zhì)適銷的先進產(chǎn)品。

3)沒有合理地運用資源這主要表現(xiàn)在兩點，第一，對于所涉及到的研究所、廠房等沒有綜合應(yīng)用、取長補短，往往見到的是他們孤軍作戰(zhàn)，而且各單位忙于生存，普遍缺乏深入系統(tǒng)的科研工作，更沒有做到生產(chǎn)一代、研制一代、預(yù)研一代等可持續(xù)的發(fā)展；第二，機床行業(yè)人員素質(zhì)低，缺乏各方而人才，而且各研究單位、企業(yè)、人才流失嚴重，科研、設(shè)計力量十分虛弱，往往呈現(xiàn)低效運行狀態(tài)。

4)我國制造業(yè)大環(huán)境的制約。由于沒有在全國范圍內(nèi)發(fā)展大量大批生產(chǎn)自動化，對高效自動化機床的卞機設(shè)計的基本功較差，而機床的品種結(jié)構(gòu)發(fā)展，全靠主機設(shè)計本領(lǐng)加以變化，因此，依靠引進和合作生產(chǎn)來發(fā)展各類卞機，至今我國許多高性能、新結(jié)構(gòu)的數(shù)控機床大都為合作產(chǎn)品，基本處于仿制階段。5)缺乏吸引高層次、高素質(zhì)人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的環(huán)境，高速、柔性、精密機床配套技術(shù)的自主研發(fā)能力低。

6)對國外技術(shù)重引進、輕消化吸收的問題仍很突出?！跋痹谡麄€資金投入中所占的比例相對其他工業(yè)發(fā)達國家來講太低。

淺析數(shù)控機床的發(fā)展進程及趨勢 數(shù)控機床的發(fā)展策略

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

1)以高速化為先導(dǎo)，提高數(shù)控機床的綜合性能

數(shù)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(fā)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(zhuǎn)速和最大進給速度，大致持續(xù)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(zhuǎn)伺服電機驅(qū)動)和自動換刀/工作臺轉(zhuǎn)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(qū)動的新技術(shù)，使加工中心的快移速度比用滾珠絲杠副驅(qū)動時又提高了1倍。

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

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

加快復(fù)合數(shù)控機床的發(fā)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(wěn)定性。復(fù)合數(shù)控機床可以減少在不同數(shù)控機床間進行工序的轉(zhuǎn)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(chǎn)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(fù)合數(shù)控機床具有明顯的技術(shù)效果。

為了避免復(fù)合機床因功能的擴展而過多地引起結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化和成本的增加，還需要探求兩個問題：通過創(chuàng)新技術(shù)擴大功能部件的適用面來簡化結(jié)構(gòu)；發(fā)展模

淺析數(shù)控機床的發(fā)展進程及趨勢

塊化和可重構(gòu)化的復(fù)合機床。4)高效柔性化的新一代制造系統(tǒng)

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

5)發(fā)展網(wǎng)絡(luò)化制造單元，推進企業(yè)制造能力的高效柔性化

當前，國內(nèi)外一些機床和數(shù)控系統(tǒng)制造企業(yè)在從分布式網(wǎng)絡(luò)化聯(lián)盟制造的角度出發(fā)研究相適應(yīng)的制造單元，強化其自治管理能力，能與企業(yè)的資源計劃（ERP），產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）和計算機輔助設(shè)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(guān)系管理(CRM)和供應(yīng)鏈管理(SCM)的聯(lián)系做出智能決策，實施并行工程、可視化監(jiān)控等以提高機床利用率，實現(xiàn)高效的柔性生產(chǎn)。

6)開展可靠性設(shè)計，加強全面質(zhì)量管理，保證數(shù)控機床的可靠性增長

為了保證數(shù)控機床有高的可靠性，設(shè)計時不僅要考慮其功能和力學(xué)特性，還要進行可靠性設(shè)計，根據(jù)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(zhì)量要求，加強全面質(zhì)量管理以求可靠性的不斷增長。7)提高技術(shù)人員的綜合素質(zhì)。

中國機床工業(yè)的振興，數(shù)控機床的加速發(fā)展，歸根到底，取決于人員素質(zhì)的提高、工業(yè)文化水平的提高、人才的加速培養(yǎng)，有效的深化改革、改組、改制，切切實實加強科學(xué)管理，提高工作質(zhì)量、生產(chǎn)率、勞動生產(chǎn)率。進入21世紀知識經(jīng)濟時代，科學(xué)知識及作為重要生產(chǎn)要素的機床，其作用將更加突出。

淺析數(shù)控機床的發(fā)展進程及趨勢

參考文獻

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淺析數(shù)控機床的發(fā)展進程及趨勢

讀書的好處

1、行萬里路，讀萬卷書。

2、書山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟。

3、讀書破萬卷，下筆如有神。

4、我所學(xué)到的任何有價值的知識都是由自學(xué)中得來的?！_爾文

5、少壯不努力，老大徒悲傷。

6、黑發(fā)不知勤學(xué)早，白首方悔讀書遲?！佌媲?/p>

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(xué)、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?！郀柣?/p>

14、書到用時方恨少、事非經(jīng)過不知難?！懹?/p>

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?！芽▋?/p>

17、學(xué)習(xí)永遠不晚。——高爾基

0

18、少而好學(xué)，如日出之陽；壯而好學(xué)，如日中之光；志而好學(xué)，如炳燭之光?！獎⑾?/p>

19、學(xué)而不思則惘，思而不學(xué)則殆?！鬃?/p>

20、讀書給人以快樂、給人以光彩、給人以才干?！喔?/p>

第二篇：淺析數(shù)控機床的發(fā)展進程及趨勢-終稿資料解讀

網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院

本

科

生

畢

業(yè)

大

作

業(yè)

題

目： 淺析數(shù)控機床的發(fā)展進程及趨勢

學(xué)習(xí)中心： 江蘇太倉電大奧鵬學(xué)習(xí)中心 層 次： ?？破瘘c本科 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 年 級： 2012年 秋季 學(xué) 號： 121480411902 學(xué) 生： 王曉軍 指導(dǎo)教師： 梁宏偉

完成日期： 2014年6月16日

淺析數(shù)控機床的發(fā)展進程及趨勢

內(nèi)容摘要

本文以數(shù)控機床為研究對象，首先闡述了數(shù)控機床的發(fā)展歷程，尤其對其進給伺服系統(tǒng)和機械傳動系統(tǒng)的發(fā)展過程進行了詳細描述，接下來對我國數(shù)控機床的發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)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(shù)控機床的發(fā)展策略。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機床；進給伺服系統(tǒng)；機床加工程序

I

淺析數(shù)控機床的發(fā)展進程及趨勢

目 錄

內(nèi)容摘要...........................................................................................................................I 前 言..........................................................................................................................1 1 數(shù)控機床的發(fā)展進程................................................................................................2

1.1 進給伺服系統(tǒng).................................................................................................2

1.1.1 進給伺服系統(tǒng)........................................................................................2 1.1.2 步進伺服系統(tǒng)......................................................................................3 1.1.3 直流伺服系統(tǒng)......................................................................................3 1.1.4 交流伺服系統(tǒng)......................................................................................3 1.1.5 直線伺服系統(tǒng)......................................................................................4 1.2 機械傳動系統(tǒng).................................................................................................4 1.3 數(shù)控機床加工程序的結(jié)構(gòu).............................................................................5 2 數(shù)控機床的發(fā)展趨勢................................................................................................7

2.1 高速化...............................................................................................................7 2.2 高精度化...........................................................................................................7 2.3 功能復(fù)合化.......................................................................................................8 2.4 控制智能化.......................................................................................................8 2.5 體系開放化.......................................................................................................9 2.6 驅(qū)動并聯(lián)化.......................................................................................................9 2.7 極端化(大型化和微型化).............................................................................10 2.8 信息交互網(wǎng)絡(luò)化.............................................................................................10 2.9 新型功能部件.................................................................................................10 2.10 高可靠性.......................................................................................................11 2.11 加工過程綠色化...........................................................................................11 2.12 多媒體技術(shù)的應(yīng)用.......................................................................................11 3 數(shù)控機床發(fā)展中所存在的問題..............................................................................12 4 數(shù)控機床的發(fā)展策略..............................................................................................13 參考文獻........................................................................................................................1

5II

淺析數(shù)控機床的發(fā)展進程及趨勢

前 言

自20世紀末開始，我國制造業(yè)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(yè)也跟著取得數(shù)控機床快速增長的業(yè)績。機床是先進制造技術(shù)和制造信息集成的重要元素，既是生產(chǎn)力要素，又是重要商品。機床的發(fā)展和創(chuàng)新在一定程度上能映射出加工技術(shù)的主要趨勢。近年來, 我國在數(shù)控機床和機床工具行業(yè)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?shù)某煽僛1]。

在國際貿(mào)易中, 很多發(fā)達國家把數(shù)控機床視為具有高技術(shù)附加值、高利潤的主要機電出口產(chǎn)品。因此，對數(shù)控機床技術(shù)的發(fā)展歷程進行總結(jié)分析，將有助于推進我國數(shù)控機床技術(shù)實現(xiàn)跨越式發(fā)展的目標。

淺析數(shù)控機床的發(fā)展進程及趨勢 數(shù)控機床的發(fā)展進程

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

數(shù)控NC階段主要經(jīng)歷了以下3代：

第1代數(shù)控系統(tǒng)，始于50年代初年，系統(tǒng)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(shù)控系統(tǒng)，始于50年代末，以晶體管元件和印刷電路板廣泛應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)為標志。

第3代數(shù)控系統(tǒng)，始于60年代中期，由于小規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，使其體積變小、功耗降低，可靠性提高，推動了數(shù)控系統(tǒng)的進一步發(fā)展。

計算機數(shù)控CNC階段也經(jīng)歷了3代：

第4代數(shù)控系統(tǒng)，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(shù)的問世。

第5代數(shù)控系統(tǒng)，70年代后期，中、大規(guī)模集成電路技術(shù)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(chǎn)生，并逐步應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)。

第6代數(shù)控系統(tǒng)，始于90年代初，受通用微機技術(shù)飛速發(fā)展的影響，數(shù)控系統(tǒng)正朝著以個人計算機(PC)為基礎(chǔ)，向著開放化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等方面進一步發(fā)展。

數(shù)控機床通常由控制系統(tǒng)、進給伺服系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、機械傳動系統(tǒng)及其他輔助系統(tǒng)組成。其中進給伺服系統(tǒng)作為數(shù)控機床的重要功能部件，其性能是決定數(shù)控機床加工性能的極其重要的技術(shù)指標。因此提高進給伺服系統(tǒng)的動態(tài)特性與靜態(tài)特性的品質(zhì)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(tǒng)和機械傳動系統(tǒng)的發(fā)展歷程。

1.1 進給伺服系統(tǒng)

1.1.1 進給伺服系統(tǒng)

進給伺服系統(tǒng)是以運動部件的位置和速度作為控制量的自動控制系統(tǒng)，它是一個很典型的機電一體化系統(tǒng)，主要由位置控制單元、速度控制單元、驅(qū)動元件(電

淺析數(shù)控機床的發(fā)展進程及趨勢

機)、檢測與反饋單元和機械執(zhí)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(tǒng)，它是一個很典型的機電一體化系統(tǒng)，主要由位置控制單元、速度控制單元、驅(qū)動元件(電機)、檢測與反饋單元和機械執(zhí)行部件幾個部分組成。

1.1.2 步進伺服系統(tǒng)

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

步進伺服系統(tǒng)接受脈沖信號，它的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)過的角度取決于指令脈沖的頻率或個數(shù)。由于沒有檢測和反饋環(huán)節(jié)，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(xiàn)振動現(xiàn)象，它的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降。又由于步進伺服系統(tǒng)為開環(huán)控制，步進電機在啟動頻率過高或負載過大時易出現(xiàn)“丟步”或“堵轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，停止時轉(zhuǎn)速過高容易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象。另外步進電機從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速需要的時間也較長，速度響應(yīng)較慢。但是由于其結(jié)構(gòu)簡單，易于調(diào)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(yīng)用的。1.1.3 直流伺服系統(tǒng)

60～70年代后，數(shù)控系統(tǒng)大多采用直流伺服系統(tǒng)。直流伺服電機具有良好的寬調(diào)速性能。輸出轉(zhuǎn)矩大，過載能力強，伺服系統(tǒng)也由開環(huán)控制發(fā)展為閉環(huán)控制，因而在工業(yè)及相關(guān)領(lǐng)域獲得了更加廣泛的運用。但是，隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，其相應(yīng)設(shè)備如精密數(shù)控機床、工業(yè)機器人等對電伺服系統(tǒng)提出越來越高的要求，尤其是精度、可靠性等性能。而傳統(tǒng)直流電動機采用的是機械式換向器，在應(yīng)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(chǎn)生火花，使電機的最高轉(zhuǎn)速及應(yīng)用環(huán)境受到限制;直流電機結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、對其他設(shè)備易產(chǎn)生干擾。1.1.4 交流伺服系統(tǒng)

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(yīng)用領(lǐng)域，尤其是高精度、高性能伺服驅(qū)動領(lǐng)域的需要。但是由于交流電機具有強耦合，非線性的特性，控

淺析數(shù)控機床的發(fā)展進程及趨勢

制非常復(fù)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(shù)的發(fā)展，特別是現(xiàn)代控制理論的發(fā)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(fā)展地越來越快。1.1.5 直線伺服系統(tǒng)

永磁同步直線電機在推力、動態(tài)性能、定位精度方面比其他直線電機更具優(yōu)越性，因而PMLSM越來越多的用于直線伺服系統(tǒng)中。但由于直線伺服系統(tǒng)存在很大的參數(shù)攝動和負載擾動，此外還存在“邊端效應(yīng)”等問題，因此，采用傳統(tǒng)的比例(P)或比例積分(PI)位置調(diào)節(jié)器的矢量控制系統(tǒng)很難滿足高性能伺服系統(tǒng)的要求。

1.2 機械傳動系統(tǒng)

機械傳動系統(tǒng)由數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)，進給運動系統(tǒng)，回轉(zhuǎn)工作臺與導(dǎo)軌組成。數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的作用就是產(chǎn)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(tǒng)由動力源：電機，傳動系統(tǒng)：定比傳動機構(gòu)、變速裝置，運動控制裝置：離合器、制動器等，執(zhí)行件:主軸。進給運動是以保證刀具與工件相對位置關(guān)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(wěn)定性的直接影響。進給運動是數(shù)字控制系統(tǒng)的直接控制對象。對于閉環(huán)控制系統(tǒng)，還要在進給運動的末端加上位置檢測系統(tǒng)，并將測量的實際位移反饋到控制系統(tǒng)中，以使運動更準確。回轉(zhuǎn)工作臺的作用是：按照數(shù)控裝置的指令做回轉(zhuǎn)分度或連續(xù)回轉(zhuǎn)進給。導(dǎo)軌的作用：起導(dǎo)向及支承作用，它的精度、剛度及結(jié)構(gòu)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(shù)控機床具有較高的加工精度和較大的承載能力，要求其導(dǎo)軌具有較高的導(dǎo)向精度、足夠的剛度、良好的耐磨性、良好的低速運動平穩(wěn)性，同時應(yīng)盡量使導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡單，便于制造、調(diào)整和維護。數(shù)控機床常用的導(dǎo)軌按其接觸面間摩擦性質(zhì)的不同可分為滑動導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌。

在數(shù)控機床上常用的滑動導(dǎo)軌有液體靜壓導(dǎo)軌、氣體靜壓導(dǎo)軌和貼塑導(dǎo)軌。1）液體靜壓導(dǎo)軌：在兩導(dǎo)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(dǎo)軌工作面間處于純液態(tài)摩擦狀態(tài)，摩擦系數(shù)極低，多用于進給運動導(dǎo)軌。

2）氣體靜壓導(dǎo)軌：在兩導(dǎo)軌工作面間通入具有恒定壓力的氣體，使兩導(dǎo)軌面形成均勻分離，以得到高精度的運動。這種導(dǎo)軌摩擦系數(shù)小，不易引起發(fā)熱變形，淺析數(shù)控機床的發(fā)展進程及趨勢

但會隨空氣壓力波動而使空氣膜發(fā)生變化，且承載能力小，故常用于負荷不大的場合。

3）貼塑導(dǎo)軌：在動導(dǎo)軌的摩擦表面上貼上一層由塑料等其它化學(xué)材料組成的塑料薄膜軟帶，其優(yōu)點是導(dǎo)軌面的摩擦系數(shù)低，且動靜摩擦系數(shù)接近，不易產(chǎn)生爬行現(xiàn)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(xué)穩(wěn)定性、可加工性能好；工藝簡單、成本低。

滾動導(dǎo)軌的最大優(yōu)點是摩擦系數(shù)很小，一般為0.0025～0.005，比貼塑料導(dǎo)軌還小很多，且動、靜摩擦系數(shù)很接近，因而運動輕便靈活，在很低的運動速度下都不出現(xiàn)爬行，低速運動平穩(wěn)性好，位移精度和定位精度高。滾動導(dǎo)軌的缺點是抗振性差，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造成本較高。近年來數(shù)控機床愈來愈多地采用由專業(yè)廠家生產(chǎn)的直線滾動導(dǎo)軌副或滾動導(dǎo)軌塊。這種導(dǎo)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(diào)整都非常方便。

1.3 數(shù)控機床加工程序的結(jié)構(gòu)

數(shù)控機床程序分成的程序開始、程序內(nèi)容和程序結(jié)束三部分。第一部分 程序開始部分

主要定義程序號，調(diào)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(nèi)容。數(shù)控程序主軸最高轉(zhuǎn)速限制定義G50 S2000，設(shè)置主軸的最高轉(zhuǎn)速為2000RPM，對于數(shù)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(shù)控系統(tǒng)默認G54坐標系。返回參考點指令G28 U0，為避免換刀過程中，發(fā)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(diào)8號左偏刀8號刀補，開啟冷卻液。主軸轉(zhuǎn)速定義G96 S150 M4，恒定線速度S功能定義，S功能使數(shù)控車床的主軸轉(zhuǎn)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(shù)控車床的S代碼必須與G96或G97配合使用才能設(shè)置主軸轉(zhuǎn)速或切削速度。G97：轉(zhuǎn)速指令，定義和設(shè)置每分鐘的轉(zhuǎn)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(nèi)容部分

程序內(nèi)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(shù)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

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功能，數(shù)控車床進給速度有兩種表達方式，一種是每轉(zhuǎn)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(shù)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(jié)尾部分

在程序結(jié)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(guān)掉冷卻液，程序選擇停止或結(jié)束程序等動作?；貐⒖键c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M01為選擇停止指令，只有當設(shè)備的選擇停止開關(guān)打開時才有效；M30為程序結(jié)束指令，執(zhí)行時，冷卻液、進給、主軸全部停止。數(shù)控程序和數(shù)控設(shè)備復(fù)位并回到加工前原始狀態(tài)，為下一次程序運行和數(shù)控加工重新開始做準備。

淺析數(shù)控機床的發(fā)展進程及趨勢 數(shù)控機床的發(fā)展趨勢

進入21世紀，我國經(jīng)濟與國際全面接軌，進入了一個蓬勃發(fā)展的新時期。機床制造業(yè)既面臨著機械制造業(yè)需求水平提升而引發(fā)的制造裝備發(fā)展的良機，也遭遇到加入世界貿(mào)易組織后激烈的國際市場競爭的壓力，加速推進數(shù)控機床的發(fā)展是解決機床制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個關(guān)鍵。隨著制造業(yè)對數(shù)控機床的大量需求以及計算機技術(shù)和現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的飛速進步，數(shù)控機床的應(yīng)用范圍還在不斷擴大，并且不斷發(fā)展以更適應(yīng)生產(chǎn)加工的需要。數(shù)控機床正向高速化、高精度化、復(fù)合化、智能化、開放化、網(wǎng)絡(luò)化、多軸化、綠色化等方面發(fā)展。

2.1 高速化

隨著汽車、國防、航空、航天等工業(yè)的高速發(fā)展以及鋁合金等新材料的應(yīng)用，對數(shù)控機床加工的高速化要求越來越高。

（1）主軸轉(zhuǎn)速：機床采用電主軸（內(nèi)裝式主軸電機），主軸最高轉(zhuǎn)速達200000r/min；（2）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(fù)雜型面的精確加工；

（3）運算速度：微處理器的迅速發(fā)展為數(shù)控系統(tǒng)向高速、高精度方向發(fā)展提供了保障，開發(fā)出CPU已發(fā)展到32位以及64位的數(shù)控系統(tǒng)，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；

（4）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(shè)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。

2.2 高精度化

數(shù)控機床精度的要求現(xiàn)在已經(jīng)不局限于靜態(tài)的幾何精度，機床的運動精度、熱變形以及對振動的監(jiān)測和補償越來越獲得重視。

（1）提高CNC系統(tǒng)控制精度：采用高速插補技術(shù)，以微小程序段實現(xiàn)連續(xù)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(fā)裝有106脈沖/轉(zhuǎn)的內(nèi)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(tǒng)采用前饋控制與非線性控制等方法；（2）采用誤差補償技術(shù)：采用反向間隙補償、絲桿螺距誤差補償和刀具誤差補償

淺析數(shù)控機床的發(fā)展進程及趨勢

等技術(shù)，對設(shè)備的熱變形誤差和空間誤差進行綜合補償。研究結(jié)果表明，綜合誤差補償技術(shù)的應(yīng)用可將加工誤差減少60%～80%；

（3）采用網(wǎng)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(yù)測機床的加工精度，以保證機床的定位精度和重復(fù)定位精度，使其性能長期穩(wěn)定，能夠在不同運行條件下完成多種加工任務(wù)，并保證零件的加工質(zhì)量。

2.3 功能復(fù)合化

復(fù)合機床的含義是指在一臺機床上實現(xiàn)或盡可能完成從毛坯至成品的多種要素加工。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點可分為工藝復(fù)合型和工序復(fù)合型兩類。工藝復(fù)合型機床如鏜銑鉆復(fù)合——加工中心、車銑復(fù)合——車削中心、銑鏜鉆車復(fù)合——復(fù)合加工中心等；工序復(fù)合型機床如多面多軸聯(lián)動加工的復(fù)合機床和雙主軸車削中心等。采用復(fù)合機床進行加工，減少了工件裝卸、更換和調(diào)整刀具的輔助時間以及中間過程中產(chǎn)生的誤差，提高了零件加工精度，縮短了產(chǎn)品制造周期，提高了生產(chǎn)效率和制造商的市場反應(yīng)能力，相對于傳統(tǒng)的工序分散的生產(chǎn)方法具有明顯的優(yōu)勢。加工過程的復(fù)合化也導(dǎo)致了機床向模塊化、多軸化發(fā)展。德國Index公司最新推出的車削加工中心是模塊化結(jié)構(gòu)，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(fù)雜零件的全部加工。隨著現(xiàn)代機械加工要求的不斷提高，大量的多軸聯(lián)動數(shù)控機床越來越受到各大企業(yè)的歡迎。

在2005年中國國際機床展覽會（CIMT2005）上，國內(nèi)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(xiàn)4～5軸聯(lián)動的五軸高速門式加工中心、五軸聯(lián)動高速銑削中心等。

2.4 控制智能化

隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，為了滿足制造業(yè)生產(chǎn)柔性化、制造自動化的發(fā)展需求，數(shù)控機床的智能化程度在不斷提高。具體體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）加工過程自適應(yīng)控制技術(shù)：通過監(jiān)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(tǒng)的或現(xiàn)代的算法進行識別，以辯識出刀具的受力、磨損、破損狀態(tài)及機床加工的穩(wěn)定性狀態(tài)，并根據(jù)這些狀態(tài)實時調(diào)整加工參數(shù)（主軸轉(zhuǎn)速、進給速度）和加工指令，使設(shè)備處于最佳運行狀態(tài)，以提高加工精度、降低加工表面粗糙度并提高設(shè)備運行的安全性；

（2）加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇：將工藝專家或技師的經(jīng)驗、零件加工的一般與特殊規(guī)律，用現(xiàn)代智能方法，構(gòu)造基于專家系統(tǒng)或基于模型的“加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇器”，利用它獲得優(yōu)化的加工參數(shù)，從而達到提高編程效率和加工工藝

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水平、縮短生產(chǎn)準備時間的目的；

（3）智能故障自診斷與自修復(fù)技術(shù)：根據(jù)已有的故障信息，應(yīng)用現(xiàn)代智能方法實現(xiàn)故障的快速準確定位；

（4）智能故障回放和故障仿真技術(shù)：能夠完整記錄系統(tǒng)的各種信息，對數(shù)控機床發(fā)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(chǎn)經(jīng)驗；

（5）智能化交流伺服驅(qū)動裝置：能自動識別負載，并自動調(diào)整參數(shù)的智能化伺服系統(tǒng)，包括智能主軸交流驅(qū)動裝置和智能化進給伺服裝置。這種驅(qū)動裝置能自動識別電機及負載的轉(zhuǎn)動慣量，并自動對控制系統(tǒng)參數(shù)進行優(yōu)化和調(diào)整，使驅(qū)動系統(tǒng)獲得最佳運行；

（6）智能4M數(shù)控系統(tǒng)：在制造過程中，加工、檢測一體化是實現(xiàn)快速制造、快速檢測和快速響應(yīng)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(tǒng)中，實現(xiàn)信息共享，促進測量、建模、加工、裝夾、操作的一體化。

2.5 體系開放化

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

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

（3）數(shù)控標準的建立：國際上正在研究和制定一種新的CNC系統(tǒng)標準ISO14649（STEP-NC），以提供一種不依賴于具體系統(tǒng)的中性機制，能夠描述產(chǎn)品整個生命周期內(nèi)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，從而實現(xiàn)整個制造過程乃至各個工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)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(guān)的勞動消耗。

2.6 驅(qū)動并聯(lián)化

并聯(lián)運動機床克服了傳統(tǒng)機床串聯(lián)機構(gòu)移動部件質(zhì)量大、系統(tǒng)剛度低、刀具只能沿固定導(dǎo)軌進給、作業(yè)自由度偏低、設(shè)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(lián)聯(lián)接機構(gòu)驅(qū)動，通過控制桿系中桿的長度使桿系支撐的平臺獲得相應(yīng)自由度的運動，淺析數(shù)控機床的發(fā)展進程及趨勢

可實現(xiàn)多坐標聯(lián)動數(shù)控加工、裝配和測量多種功能，更能滿足復(fù)雜特種零件的加工，具有現(xiàn)代機器人的模塊化程度高、重量輕和速度快等優(yōu)點。

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

2.7 極端化(大型化和微型化)國防、航空、航天事業(yè)的發(fā)展和能源等基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)裝備的大型化需要大型且性能良好的數(shù)控機床的支撐。而超精密加工技術(shù)和微納米技術(shù)是21世紀的戰(zhàn)略技術(shù)，需發(fā)展能適應(yīng)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。

2.8 信息交互網(wǎng)絡(luò)化

對于面臨激烈競爭的企業(yè)來說，使數(shù)控機床具有雙向、高速的聯(lián)網(wǎng)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(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享，又能實現(xiàn)數(shù)控機床的遠程監(jiān)視、控制、培訓(xùn)、教學(xué)、管理，還可實現(xiàn)數(shù)控裝備的數(shù)字化服務(wù)(數(shù)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(shè)備，包括計算機、手機、機外和機內(nèi)攝像頭等，能夠?qū)崿F(xiàn)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(shù)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(yīng)用成為必然。具有代表性的新型功能部件包括：

1、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(zhuǎn)速高、可無級調(diào)速等一系列優(yōu)點，在各種新型數(shù)控機床中已經(jīng)獲得廣泛的應(yīng)用。

2、直線電動機：近年來，直線電動機的應(yīng)用日益廣泛，雖然其價格高于傳統(tǒng)的伺服系統(tǒng)，但由于負載變化擾動、熱變形補償、隔磁和防護等關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，機械傳動結(jié)構(gòu)得到簡化，機床的動態(tài)性能有了提高。如：西門子公司生產(chǎn)的1FN1系列三相交流永磁式同步直線電動機已開始廣泛應(yīng)用于高速銑床、加工中心、磨床、并聯(lián)機床以及動態(tài)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(qū)動均采用兩個直線電動機。

3、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(shù)控

淺析數(shù)控機床的發(fā)展進程及趨勢

機床的結(jié)構(gòu)，具有傳動環(huán)節(jié)少、結(jié)構(gòu)緊湊等一系列優(yōu)點。

2.10 高可靠性

數(shù)控機床與傳統(tǒng)機床相比，增加了數(shù)控系統(tǒng)和相應(yīng)的監(jiān)控裝置等，應(yīng)用了大量的電氣、液壓和機電裝置，易于導(dǎo)致出現(xiàn)失效的概率增大；工業(yè)電網(wǎng)電壓的波動和干擾對數(shù)控機床的可靠性極為不利，而數(shù)控機床加工的零件型面較為復(fù)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(shù)控機床有高的可靠性，就要精心設(shè)計系統(tǒng)、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(huán)節(jié)。國外數(shù)控系統(tǒng)平均無故障時間在7～10萬小時以上，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)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(nèi)最高只有300小時。

2.11 加工過程綠色化

隨著日趨嚴格的環(huán)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(huán)境問題尤為突出。因此，近年來不用或少用冷卻液、實現(xiàn)干切削、半干切削節(jié)能環(huán)保的機床不斷出現(xiàn)，并在不斷發(fā)展當中。在21世紀，綠色制造的大趨勢將使各種節(jié)能環(huán)保機床加速發(fā)展，占領(lǐng)更多的世界市場。

2.12 多媒體技術(shù)的應(yīng)用

多媒體技術(shù)集計算機、聲像和通信技術(shù)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(yè)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(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動態(tài)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(xiàn)。除此以外，在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用多媒體技術(shù)可以做到信息處理綜合化、智能化，應(yīng)用于實時監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備的故障診斷、生產(chǎn)過程參數(shù)監(jiān)測等，因此有著重大的應(yīng)用價值。

淺析數(shù)控機床的發(fā)展進程及趨勢 數(shù)控機床發(fā)展中所存在的問題

由于我國的技術(shù)水平和基礎(chǔ)工業(yè)相對其他發(fā)達國家相比比較落后, 數(shù)控機床的性能、水平和可靠性與工業(yè)發(fā)達國家相比差距還很大。因此, 加速進行中國數(shù)控系統(tǒng)的工程化、商品化攻關(guān), 盡快建成與完善我國數(shù)控機床和數(shù)控產(chǎn)業(yè)成了我國的主要任務(wù)[5]。目前，我國在發(fā)展數(shù)控機床業(yè)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(xué)精神，忽視了數(shù)控機床本身的技術(shù)特點、發(fā)展規(guī)律，沒有實事求是地制定數(shù)控機床發(fā)展的規(guī)劃，盲目性大。

2)缺乏系統(tǒng)深入的科研工作難以對各種技術(shù)資料進行積累，設(shè)計方法陳舊，僅靠類比模仿進行產(chǎn)品設(shè)計，既缺乏機床創(chuàng)新的基本理論，又缺乏豐富的生產(chǎn)實際經(jīng)驗，對高效自動化機床、數(shù)控機床的剛度、振動、熱變形、噪聲、精度補償?shù)然A(chǔ)技術(shù)缺乏深入研究，對各類機床加工工藝、布局、結(jié)構(gòu)、導(dǎo)軌、卡軸、卡具等應(yīng)用技術(shù)又缺乏認真試驗，難以創(chuàng)新設(shè)計出優(yōu)質(zhì)適銷的先進產(chǎn)品。

3)沒有合理地運用資源這主要表現(xiàn)在兩點，第一，對于所涉及到的研究所、廠房等沒有綜合應(yīng)用、取長補短，往往見到的是他們孤軍作戰(zhàn)，而且各單位忙于生存，普遍缺乏深入系統(tǒng)的科研工作，更沒有做到生產(chǎn)一代、研制一代、預(yù)研一代等可持續(xù)的發(fā)展；第二，機床行業(yè)人員素質(zhì)低，缺乏各方而人才，而且各研究單位、企業(yè)、人才流失嚴重，科研、設(shè)計力量十分虛弱，往往呈現(xiàn)低效運行狀態(tài)。

4)我國制造業(yè)大環(huán)境的制約。由于沒有在全國范圍內(nèi)發(fā)展大量大批生產(chǎn)自動化，對高效自動化機床的卞機設(shè)計的基本功較差，而機床的品種結(jié)構(gòu)發(fā)展，全靠主機設(shè)計本領(lǐng)加以變化，因此，依靠引進和合作生產(chǎn)來發(fā)展各類卞機，至今我國許多高性能、新結(jié)構(gòu)的數(shù)控機床大都為合作產(chǎn)品，基本處于仿制階段。5)缺乏吸引高層次、高素質(zhì)人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的環(huán)境，高速、柔性、精密機床配套技術(shù)的自主研發(fā)能力低。

6)對國外技術(shù)重引進、輕消化吸收的問題仍很突出?！跋痹谡麄€資金投入中所占的比例相對其他工業(yè)發(fā)達國家來講太低。

淺析數(shù)控機床的發(fā)展進程及趨勢 數(shù)控機床的發(fā)展策略

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

1)以高速化為先導(dǎo)，提高數(shù)控機床的綜合性能

數(shù)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(fā)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(zhuǎn)速和最大進給速度，大致持續(xù)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(zhuǎn)伺服電機驅(qū)動)和自動換刀/工作臺轉(zhuǎn)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(qū)動的新技術(shù)，使加工中心的快移速度比用滾珠絲杠副驅(qū)動時又提高了1倍。

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

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

加快復(fù)合數(shù)控機床的發(fā)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(wěn)定性。復(fù)合數(shù)控機床可以減少在不同數(shù)控機床間進行工序的轉(zhuǎn)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(chǎn)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(fù)合數(shù)控機床具有明顯的技術(shù)效果。

為了避免復(fù)合機床因功能的擴展而過多地引起結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化和成本的增加，還需要探求兩個問題：通過創(chuàng)新技術(shù)擴大功能部件的適用面來簡化結(jié)構(gòu)；發(fā)展模

淺析數(shù)控機床的發(fā)展進程及趨勢

塊化和可重構(gòu)化的復(fù)合機床。4)高效柔性化的新一代制造系統(tǒng)

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

5)發(fā)展網(wǎng)絡(luò)化制造單元，推進企業(yè)制造能力的高效柔性化

當前，國內(nèi)外一些機床和數(shù)控系統(tǒng)制造企業(yè)在從分布式網(wǎng)絡(luò)化聯(lián)盟制造的角度出發(fā)研究相適應(yīng)的制造單元，強化其自治管理能力，能與企業(yè)的資源計劃（ERP），產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）和計算機輔助設(shè)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(guān)系管理(CRM)和供應(yīng)鏈管理(SCM)的聯(lián)系做出智能決策，實施并行工程、可視化監(jiān)控等以提高機床利用率，實現(xiàn)高效的柔性生產(chǎn)。

6)開展可靠性設(shè)計，加強全面質(zhì)量管理，保證數(shù)控機床的可靠性增長

為了保證數(shù)控機床有高的可靠性，設(shè)計時不僅要考慮其功能和力學(xué)特性，還要進行可靠性設(shè)計，根據(jù)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(zhì)量要求，加強全面質(zhì)量管理以求可靠性的不斷增長。7)提高技術(shù)人員的綜合素質(zhì)。

中國機床工業(yè)的振興，數(shù)控機床的加速發(fā)展，歸根到底，取決于人員素質(zhì)的提高、工業(yè)文化水平的提高、人才的加速培養(yǎng)，有效的深化改革、改組、改制，切切實實加強科學(xué)管理，提高工作質(zhì)量、生產(chǎn)率、勞動生產(chǎn)率。進入21世紀知識經(jīng)濟時代，科學(xué)知識及作為重要生產(chǎn)要素的機床，其作用將更加突出。

淺析數(shù)控機床的發(fā)展進程及趨勢

參考文獻

[1] 曹偉.我國數(shù)控機床的發(fā)展現(xiàn)狀與對策.現(xiàn)代經(jīng)濟信息，150-151.[2] 陳芳.數(shù)控技術(shù)的發(fā)展和途徑[J].科技資訊，2008.[3] 馬國華.監(jiān)控組態(tài)軟件及其應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2001.[4] 劉助柏.知識創(chuàng)新思維方法論.北京：機械工業(yè)出版社，1999.[5] 高鐘毓.機電控制工程.北京：清華大學(xué)出版社，2002.淺析數(shù)控機床的發(fā)展進程及趨勢

讀書的好處

1、行萬里路，讀萬卷書。

2、書山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟。

3、讀書破萬卷，下筆如有神。

4、我所學(xué)到的任何有價值的知識都是由自學(xué)中得來的?！_爾文

5、少壯不努力，老大徒悲傷。

6、黑發(fā)不知勤學(xué)早，白首方悔讀書遲?！佌媲?/p>

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(xué)、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(jīng)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(xué)習(xí)永遠不晚?！郀柣?/p>

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18、少而好學(xué)，如日出之陽；壯而好學(xué)，如日中之光；志而好學(xué)，如炳燭之光?！獎⑾?/p>

19、學(xué)而不思則惘，思而不學(xué)則殆?！鬃?/p>

20、讀書給人以快樂、給人以光彩、給人以才干?！喔?/p>

第三篇：數(shù)控機床的發(fā)展與趨勢--畢業(yè)論文完整版

XXXXXXX大學(xué)

2011屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）論文題目：數(shù)控機床的發(fā)展與趨勢 學(xué)生姓名：XXXX 所在院系： XXXXXX 所學(xué)專業(yè)： XXXXXX 導(dǎo)師姓名：XXXXX 完成時間：2010年X月XX日 摘要

數(shù)控機床集計算機技術(shù)，電子技術(shù)，自動控制技術(shù)，傳感測量，機械制造，是典型的機電一體化產(chǎn)品。它的發(fā)展和應(yīng)用開創(chuàng)了制造業(yè)的新時代，改變了制造業(yè)的生產(chǎn)方式，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，管理方式，使世界制造業(yè)的格局發(fā)生了巨大的變化。

本文主要講述了數(shù)控機床國內(nèi)外的發(fā)展概況，現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢。介紹了數(shù)控機床的特點，組成與分類，并介紹了可編程控制器（PLC）在數(shù)控機床中的應(yīng)用。重點介紹了磨床的概況，以及現(xiàn)代數(shù)控磨床的特點，并用PLC進行了對自動磨床電氣系統(tǒng)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(guān)鍵詞：發(fā)展趨勢組成分類概述結(jié)構(gòu)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(shù)控機床概要 2 2.1數(shù)控機床的產(chǎn)生 2 2.2數(shù)控機床的發(fā)展 3 2.3數(shù)控機床的組成及工作原理 4 2.3數(shù)控技術(shù)的復(fù)合化 5 2.4數(shù)控技術(shù)的開放性 6 2.4數(shù)控技術(shù)的先進性 7 3.國產(chǎn)數(shù)控機床的發(fā)展現(xiàn)狀 9 3.1國產(chǎn)數(shù)控機床與國際先進水平差距逐漸縮小 9 3.2國產(chǎn)數(shù)控機床存在的問題 9 3.3核心技術(shù)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(shù)創(chuàng)新和成果轉(zhuǎn)化與市場脫節(jié) 11 3.6缺乏先進的管理機制 11 4.國內(nèi)數(shù)控機床的發(fā)展趨勢 11 4.1智能、高速、高精度化 11 4.2設(shè)計、制造綠色化 12 4.3復(fù)合化與系統(tǒng)化 12 4.4數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展趨勢 12 4.4.1數(shù)控系統(tǒng)向開放式體系結(jié)構(gòu)發(fā)展 12 4.4.2數(shù)控系統(tǒng)向軟數(shù)控方向發(fā)展 13 4.4.3數(shù)控系統(tǒng)控制性能向智能化方向發(fā)展 13 4.4.4數(shù)控系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展 14 4.4.5數(shù)控系統(tǒng)向高可靠性方向發(fā)展 14 4.4.6數(shù)控系統(tǒng)向復(fù)合化方向發(fā)展 14 4.7.7數(shù)控系統(tǒng)向多軸聯(lián)動化方向發(fā)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(jié)構(gòu) 16 6.1單微處理器結(jié)構(gòu)的CNC系統(tǒng) 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(jié)束語 18 致謝 19 參考文獻 20 1 前言

從20世紀中葉數(shù)控技術(shù)出現(xiàn)以來，數(shù)控機床給機械制造業(yè)帶來了革命性的變化。數(shù)控加工具有如下特點：加工柔性好，加工精度高，生產(chǎn)率高，減輕操作者勞動強度、改善勞動條件，有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化以及經(jīng)濟效益的提高。數(shù)控機床是一種高度機電一體化的產(chǎn)品，適用于加工多品種小批量零件、結(jié)構(gòu)較復(fù)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(guān)鍵零件、要求精密復(fù)制的零件、需要縮短生產(chǎn)周期的急需零件以及要求100%檢驗的零件。數(shù)控機床的特點及其應(yīng)用范圍使其成為國民經(jīng)濟和國防建設(shè)發(fā)展的重要裝備。

進入21世紀，我國經(jīng)濟與國際全面接軌，進入了一個蓬勃發(fā)展的新時期。機床制造業(yè)既面臨著機械制造業(yè)需求水平提升而引發(fā)的制造裝備發(fā)展的良機，也遭遇到加入世界貿(mào)易組織后激烈的國際市場競爭的壓力，加速推進數(shù)控機床的發(fā)展是解決機床制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個關(guān)鍵。隨著制造業(yè)對數(shù)控機床的大量需求以及計算機技術(shù)和現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的飛速進步，數(shù)控機床的應(yīng)用范圍還在不斷擴大，并且不斷發(fā)展以更適應(yīng)生產(chǎn)加工的需要。本文簡要分析了數(shù)控機床高速化、高精度化、復(fù)合化、智能化、開放化、網(wǎng)絡(luò)化、多軸化、綠色化等發(fā)展趨勢，并提出了我國數(shù)控機床發(fā)展中存在的一些問題。

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

隨著社會的進步和科技的發(fā)展,現(xiàn)代機械制造工程領(lǐng)域方面越來越多地采用智能化、自動化,新設(shè)備、新技術(shù)的應(yīng)用越來越普遍。我們對市場進行了調(diào)研，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在機械工業(yè)大量采用數(shù)控機床甚至加工中心取代傳統(tǒng)的普通機床的機械加工，采用計算機集成系統(tǒng)CIMS取代原有的生產(chǎn)制造管理過程，使企業(yè)生產(chǎn)智能化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化。這將對生產(chǎn)第一線的工作人員提出越來越高的職業(yè)技術(shù)要求。

調(diào)查的結(jié)果表明：在數(shù)控技術(shù)專業(yè)方面人才缺口較大。市原來就屬于重工業(yè)城市,有許多大中小型企業(yè),而石油化工、機械、鋼鐵等企業(yè)都具備數(shù)控技術(shù)設(shè)備。為適應(yīng)生產(chǎn)技術(shù)的迅猛發(fā)展.提高企業(yè)在市場經(jīng)濟中的競爭能力,不被淘汰,各企業(yè)正積極采取有效措施,添置現(xiàn)代新設(shè)備。在數(shù)控加工技術(shù)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(shù)得到利用與開發(fā)，同時在實踐技能上更能勝任，由此可見，企業(yè)對數(shù)控加工技術(shù)與應(yīng)用專業(yè)高級技術(shù)型人才和技能型人才的需求日益迫切。數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術(shù)，數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機電一體化產(chǎn)品，即所謂的數(shù)字化裝備，其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域：(1)機械制造技術(shù)；(2)信息處理、加工、傳輸技術(shù)；(3)自動控制技術(shù)；(4)伺服驅(qū)動技術(shù)；(5)傳感器技術(shù)；(6)軟件技術(shù)等。2．數(shù)控機床概要 2.1數(shù)控機床的產(chǎn)生

制造業(yè)是生產(chǎn)物質(zhì)財富的產(chǎn)業(yè)，機床是制造業(yè)的主要生產(chǎn)設(shè)備，制造業(yè)中的絕大多數(shù)零件都直接或間接地經(jīng)過機床加工，固此機床(也稱工作母機)是制造業(yè)的基礎(chǔ)。在傳統(tǒng)制造業(yè)中，對于大批量生產(chǎn)的產(chǎn)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(chǎn)線；對于單件或小批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，一般采用通用機床加工。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和社會生產(chǎn)力的不斷提高，市場對機械產(chǎn)品的要求越來越高，不僅要求提高產(chǎn)品的質(zhì)量水平，而且要求加快產(chǎn)品更撕換代的速度．這樣就導(dǎo)致了現(xiàn)代制造業(yè)中多品種、中小批量生產(chǎn)的比重不斷增加。在這樣的情況下，再采用傳統(tǒng)的加工機床就顯得不合理了．這主要體現(xiàn)在兩個方面：①應(yīng)用專用機床生產(chǎn)線生產(chǎn)準備周期長、費用高、產(chǎn)品不易更新(有時甚至不可能實現(xiàn)產(chǎn)品更新)； ②應(yīng)用通用機床則無法大幅度地提高生產(chǎn)效率或精確地控制產(chǎn)品質(zhì)量，同時通用機床也無法加工一些復(fù)雜度和精度要求很高的小批量生產(chǎn)的產(chǎn)品。相比之下，數(shù)控機床的出現(xiàn)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(fù)雜曲線樣板的新概念。1952年帕森斯公司和麻省理工學(xué)院(MIT)伺服機構(gòu)研究所合作研制成功世界E第一臺三坐標數(shù)控銑床，其數(shù)控系統(tǒng)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(yè)進入r一個新的發(fā)展階段。1958年我國北京機床研究所和清華大學(xué)開始研制數(shù)控機床，1965年北京第一機床廠開始生產(chǎn)三坐標數(shù)控銑床。

數(shù)控機床的出現(xiàn)極大地促進了機床行業(yè)的技術(shù)進步和行業(yè)發(fā)展。對于整個制造業(yè)來說．由于數(shù)控機床的大量使用，使得產(chǎn)品質(zhì)量大幅度提高，新產(chǎn)品開發(fā)周期明顯縮短。目前數(shù)控機床已經(jīng)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(yè)。2.2數(shù)控機床的發(fā)展(1)數(shù)控機床的發(fā)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(nóng)業(yè)，工業(yè)社會中創(chuàng)造的那些只是增強體力勞動的工具相比，起了質(zhì)的飛躍，為人類進^信息社會奠定了基礎(chǔ)。6年后，即在1 952年，計算機技術(shù)應(yīng)用于機床上，從而一種新型的用數(shù)字程序控制的機床應(yīng)運而生。這種機床是一種綜合運用了計算機技術(shù)、自動控制、精密測景和機械設(shè)計等新技術(shù)的機電體化典型產(chǎn)品。數(shù)控機床是一種裝有程序控制系統(tǒng)(數(shù)控系統(tǒng))的自動化機床。計算機數(shù)控階段也經(jīng)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(xué)院研制出第一臺試驗性數(shù)控系統(tǒng)，到現(xiàn)在已走過了50多年的歷程。數(shù)控系統(tǒng)由當初的電子管式起步．經(jīng)歷了以下幾個發(fā)展階段：分立式晶體管式汕規(guī)模集成電路式、大規(guī)模集成電路式、超大規(guī)模集成電路巾型計算機式、微機式的數(shù)控系統(tǒng)。

前三代數(shù)控裝置屬于采用專用控制計算機的硬件數(shù)控裝置，一般稱為Nc數(shù)控系統(tǒng)。到20世紀80年代，總體發(fā)展趨勢是：數(shù)控裝置由Nc向cNc發(fā)展；廣泛采用32位CPU組成多微處理器系統(tǒng)；提高系統(tǒng)的集成度，縮小體積，采用模塊化結(jié)構(gòu)，便于裁剪、擴展和功能升級，滿足不同類型數(shù)控機床的需要；驅(qū)動裝置向交流、數(shù)字化方向發(fā)展；cNc裝置向人T智能化方向發(fā)展；采用新型的自動編程系統(tǒng)；增強通信功能；數(shù)控系統(tǒng)的可靠性不斷提高?？傊?，數(shù)控機床技術(shù)不斷發(fā)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(shù)控系統(tǒng)專業(yè)生產(chǎn)廠家年產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)約13萬臺(套)。(2)我國敷控機床發(fā)展概況

我國于1958年研制第一臺數(shù)控機床．發(fā)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(chǔ)理論研究滯后，相關(guān)工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，特別是電子技術(shù)落后．數(shù)控系統(tǒng)沒有突破，雖然我國起步不晚，但發(fā)展不快，20世紀60～70年代，由于文革等因索，我國與發(fā)達國家差距開始拉大。20世紀70年代國家組織數(shù)控機床攻關(guān)，取得一定成效，相繼推出一些數(shù)控機床品種，但從整體來看．我國數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)尚處于起步階段。第二階段從日、德、美、西先后引進數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)，從日、美、德、意、英、法、瑞、匈、奧、韓等國及臺灣地區(qū)引進數(shù)控機床先進技術(shù)和合作、合資生產(chǎn)，解頭了可靠性、穩(wěn)定性問題，數(shù)控機床開始正式生產(chǎn)和使用，并逐步向前發(fā)展。第三階段國家從科技攻關(guān)和技術(shù)改造兩方面對數(shù)控機床產(chǎn)韭進行了重點扶持，并加快了國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)。普及型數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)成功．為數(shù)控機床商品化和規(guī)模化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。一些數(shù)控機床主機廠組建床身、箱體、主軸、軸套等成組單元，廠內(nèi)組織專業(yè)化生產(chǎn)，生產(chǎn)水平進一步提高。cAD／(1APP／CAM開始應(yīng)用，開發(fā)能力、工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量進一步提高，奠定了產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)。數(shù)控機床進^了快速發(fā)展期。2.3數(shù)控機床的組成及工作原理

數(shù)控機床一般由數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)(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(zhì)

控制介質(zhì)叉稱信息載體，是聯(lián)系人與數(shù)控機床之間的中間媒介物質(zhì)。反映了數(shù)控加工中的全部信息。數(shù)控機床的加工程序可以存儲在控制質(zhì)上。常用的控制介質(zhì)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(shù)控代碼傳遞并存人數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)。

(3)數(shù)控裝置

數(shù)控裝置是數(shù)控機床的核心，其作用是：從內(nèi)部存儲器中取出或接受輸入裝置送來的一段或幾段數(shù)控加工程序，經(jīng)過數(shù)控裝置的邏輯電路或統(tǒng)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(guī)定的有序運動和動作。

(4)伺服單元和驅(qū)動裝置

伺服單元是cNc和機床本體的聯(lián)系環(huán)節(jié)，它把來自cNc裝置的微弱指令信號放大成控制驅(qū)動裝置的大功率信號。根據(jù)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(shù)控機床各坐標軸的實際位移檢測出來，經(jīng)反饋系統(tǒng)反饋到機床的數(shù)控系統(tǒng)中。驅(qū)動裝置把經(jīng)放大的指令信號變?yōu)闄C械運動，通過簡單的機械連接部件驅(qū)動機床，使工作臺精確定位或接規(guī)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(yīng)，驅(qū)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(qū)動裝置可臺稱為伺服驅(qū)動系統(tǒng)，它是機床工作的動力裝置。cNc裝置的指令要靠伺服驅(qū)動系統(tǒng)付諸實施，所以，伺服驅(qū)動系統(tǒng)是數(shù)控機床的重要組成部分。從某種意義上說，數(shù)控機床功能的強弱主要取決于cNc裝置，而數(shù)控機床性能的好壞主要取決于伺服驅(qū)動系統(tǒng)。

(5)輔助控制裝置

輔助控制裝置的主要作用是接收數(shù)控裝置輸出的開關(guān)量指令信號，經(jīng)過翻譯、邏輯判斷和運算，再經(jīng)功率放大后驅(qū)動相應(yīng)的電器，帶動機床的機械、液壓、氣動等輔助裝置完成指令規(guī)定的開關(guān)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(zhuǎn)位分度等開關(guān)輔助動作。當今數(shù)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(shù)控機床的本體指其機械結(jié)構(gòu)宴體。它與傳統(tǒng)的普通機床相似，但數(shù)控機床在整體布局、外觀造型、傳動機構(gòu)、工具系統(tǒng)及操作機構(gòu)等方面都發(fā)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(dǎo)軌副等。③具有完善的刀具自動交換和管理系統(tǒng)。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(shù)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(jié)構(gòu)的全封閉罩殼．對機床的加工部件進行全 2.3數(shù)控技術(shù)的復(fù)合化

復(fù)合化包括T序復(fù)合化和功能復(fù)合化。數(shù)控機床的發(fā)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(xiàn)，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(tǒng)的工序界限和分開加工的工藝規(guī)程。一臺具有自動換刀裝置、自動交換工作臺、自動轉(zhuǎn)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(xiàn)了許多跨度更大的功能集中的復(fù)合化數(shù)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(zhuǎn)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(zhuǎn)的加工中心或膳削中心與工件伺轉(zhuǎn)的車削中心復(fù)合。如意大利sAFOP的車、鏜、銑、磨復(fù)合機床；德國VOEsl AIjlNT_盯EINNEL公司M30型銑削一車削復(fù)合中心；ETA公t“('1I。DEMl趼。ER復(fù)合車一銑機床。還有成型機床與切削機床的復(fù)臺，如瑞l Raskn的沖孔、成型與激光切割復(fù)合；wHITNE公司等離子加工與沖壓復(fù)合等。在多軸和多軸聯(lián)動控制方面，日本的FANucl6系統(tǒng)為2～1 5軸；西門子880系統(tǒng)控制軸數(shù)達24軸。

例如：采用軸聯(lián)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(lián)動機床的效率可以等于2白3軸聯(lián)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(lián)動加工可比3軸聯(lián)動發(fā)揮更高的效益。但過去圉5軸聯(lián)動數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng)、主機結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因，其價格要比3軸聯(lián)動數(shù)控機床高出數(shù)倍，加之編程技術(shù)難度較大，制約了5軸聯(lián)動機床的發(fā)展。當前由于電主軸的出現(xiàn)．使得實現(xiàn)5軸聯(lián)動加工的復(fù)合主軸頭結(jié)構(gòu)大為簡化，其制造難度和成本太幅度降低，數(shù)控系統(tǒng)的價格差距縮小，因此促進了復(fù)合主軸頭類型5軸聯(lián)動機床和復(fù)合加工機床(含5面加工機床)的發(fā)展。

在ENo 20。l展會上，新日本工機的j面加1二機床采用復(fù)合主軸頭，可宴現(xiàn)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(xiàn)，還可實現(xiàn)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(lián)動加工，由cNc系統(tǒng)控制或CA州CAM直接或間接控制。2.4數(shù)控技術(shù)的開放性

為適應(yīng)數(shù)控進線、聯(lián)網(wǎng)、普艘型個性化、多品種、小批量、柔性化及數(shù)控迅速發(fā)展的要求，最重要的發(fā)展趨勢是體系結(jié)構(gòu)的開放性、設(shè)計生產(chǎn)開放式的數(shù)控系統(tǒng)。例如美國、歐共體及日本發(fā)展開放式數(shù)控的計劃等。

①為適應(yīng)制造自動化的發(fā)展，向FMC’、FMS和CIMS提供基礎(chǔ)設(shè)備，要求數(shù)字控制制造系統(tǒng)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(lián)網(wǎng)等功能，廣泛地應(yīng)用機器人、物流系統(tǒng)。

②FMCC，F(xiàn)MSS web bad即d制造及無圖紙制造技術(shù)。

③圍繞數(shù)控技術(shù)、制造過程技術(shù)在快速成型，并聯(lián)機構(gòu)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(shù)方面先后有所突破。并聯(lián)桿系結(jié)構(gòu)的新型數(shù)控機床實用化。這種虛擬軸數(shù)控機床．用較件的復(fù)雜性代替?zhèn)鹘y(tǒng)機床機構(gòu)的復(fù)雜性，開拓了數(shù)控機床發(fā)展的新領(lǐng)域。④以計算機輔助管理和工程數(shù)據(jù)庫、因特同等為主體的制造信息支持技術(shù)的智能化決策系統(tǒng)，對機械加工中大量信息進行存儲和實時處理，應(yīng)用數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使機械加工整體系統(tǒng)趨于資源合理支配并高效地應(yīng)用。⑤由于采用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、模糊控制技術(shù)擻字化阿絡(luò)技術(shù)，機械加工向虛擬制造的方向發(fā)展。

2.4數(shù)控技術(shù)的先進性

21世紀的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的裝備。智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面。

①追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化。如加工過程的自適應(yīng)控制、工藝參數(shù)自動生成。②提高驅(qū)動眭能及使用連接方便的智能化。如前饋控制、電機參數(shù)的自適應(yīng)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(jiān)控方面的內(nèi)容，方便系統(tǒng)的診斷及維修等。數(shù)控系統(tǒng)在控制性能上向智能化發(fā)展。隨著人工智能在計算機領(lǐng)域的滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)引入了白適應(yīng)控制，模糊系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制機理，不但具有自動編程、前饋控制、模糊控制’學(xué)習(xí)控制、自適應(yīng)控制、工藝參數(shù)自動生成、三維刀具補償、運動參數(shù)動態(tài)補償?shù)裙δ?，而且人機界面極為友好，并具有故障診斷專家系統(tǒng)使自診斷和故障監(jiān)控功能更趨完善。伺服系統(tǒng)智能化的主軸交流驅(qū)動和智能化伺服裝置，能自動識別負載井自動調(diào)整參數(shù)。為解決傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)封閉性和數(shù)控應(yīng)用軟件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)存在的問題，目前許多國家對開放式數(shù)控系統(tǒng)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(shù)控系統(tǒng)開放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來之路。所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)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(jié)構(gòu)對象(數(shù)控功能)，形成系列化，并可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和技術(shù)訣竅集成到控制系統(tǒng)中．快速實現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng)，形成具有鮮明的名牌產(chǎn)品。目前開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運行平臺、數(shù)控系統(tǒng)功能庫以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當前研究的核心。

網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年國際著名機床博覽會的一個新亮點。數(shù)控裝備的阿絡(luò)化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對信息集成的需求，也是實現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造成l虛擬企業(yè)、全球制造的基礎(chǔ)單元。國內(nèi)外一些著名數(shù)控機床和數(shù)控系統(tǒng)制造公司都在近兩年推出了相關(guān)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(chǎn)控制中心)，日本隈(OKSMA)機床公司展出的IT廣場(信息技術(shù)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(huán)境)等，反映了數(shù)控機床加工向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展的趨勢。

開放式生產(chǎn)對于一些資本密集型的從事大型制造，尤其是生產(chǎn)大批量復(fù)雜零件的廠家而言，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)制造更有其特別的意義。阿絡(luò)制造在廣義上表現(xiàn)為使用網(wǎng)絡(luò)的企業(yè)與企業(yè)間可進行跨地域的協(xié)同設(shè)計、協(xié)同制造、信息共享、遠程監(jiān)控及遠程服務(wù)，以及企業(yè)內(nèi)部的管理部門(產(chǎn)、供、銷、人、財、物等)坡計部門(CAD CAPP／CAE／CAM等)、生產(chǎn)部門(生產(chǎn)監(jiān)測，生產(chǎn)管理，刀夾、量具，材料管理．設(shè)備管理等)在網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)支持下進行系統(tǒng)集成，通過T(，／IP通信協(xié)議進行網(wǎng)絡(luò)通信，為制造商提供整套且數(shù)據(jù)信息一致的生產(chǎn)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(shù)據(jù)信息得到統(tǒng)一。通過這樣的網(wǎng)絡(luò)通信，數(shù)據(jù)傳遞的速度得到極大提高。過去要幾個小時才能完成傳輸?shù)拇蟪绦?，現(xiàn)在只需幾秒鐘即可完成。然而，更為高效的cNc網(wǎng)絡(luò)通信功能遠遠不止于快速傳遞數(shù)據(jù)及信包，通過連接調(diào)制解調(diào)器與通信軟件，可以實現(xiàn)(1Nc機床的遠程診斷。這樣，一個技術(shù)人員即使在機床生產(chǎn)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(fā)出指令進行調(diào)整。這一切操作都無需親臨工作現(xiàn)場。采用TCP／IP通信協(xié)泌進行網(wǎng)絡(luò)通信還有一個基本條件就是機床數(shù)控系統(tǒng)的操作平臺最好是WMDO平臺，傳統(tǒng)的專用計算機數(shù)控系統(tǒng)要做到這一點是很困難的，而第六代數(shù)控系統(tǒng)可咀滿足網(wǎng)絡(luò)制造的諸多要求。

數(shù)控機床向柔性自動化系統(tǒng)發(fā)展的趟勢：一方面從點(數(shù)控單機、加_[巾心和數(shù)控復(fù)合加工機床)、線(FMC，F(xiàn)MS、FIL、FML)向面(T段車間獨立制造島、FA)、體(CIMS、分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng))的方向發(fā)展；另一方面向注重應(yīng)用性和經(jīng)濟性方向發(fā)展。黍性自動化技術(shù)是制造業(yè)適應(yīng)動態(tài)市場需求及產(chǎn)品迅速更新的主要手段，是各國制造業(yè)發(fā)展的主流趨勢，是先進制造領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)。其重點是以提高系統(tǒng)的可靠性、實用化為前提，以易于聯(lián)網(wǎng)和集成為目標；注重加強單元技術(shù)的開拓、完善；cNc單機向高精度、高速度和高柔眭方向發(fā)展：數(shù)控機床及其構(gòu)成的柔性制造系統(tǒng)能方便地與cAD、(nM、cAPP、MTs)聯(lián)結(jié)，向信息集成方向發(fā)展；網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)向開放、集成和智能化方向發(fā)展。3國產(chǎn)數(shù)控機床的發(fā)展現(xiàn)狀

3.1國產(chǎn)數(shù)控機床與國際先進水平差距逐漸縮小

數(shù)控機床是當代機械制造業(yè)的主流裝備，國產(chǎn)數(shù)控機床的發(fā)展經(jīng)歷了30年跌宕起伏，已經(jīng)由成長期進入了成熟期，可提供市場1,500種數(shù)控機床，覆蓋超重型機床、高精度機床、特種加工機床、鍛壓設(shè)備、前沿高技術(shù)機床等領(lǐng)域，產(chǎn)品種類可與日、德、意、美等國并駕齊驅(qū)。特別是在五軸聯(lián)動數(shù)控機床、數(shù)控超重型機床、立式臥式加工中心、數(shù)控車床、數(shù)控齒輪加工機床領(lǐng)域部分技術(shù)已經(jīng)達到世界先進水平。其中，五軸(坐標)聯(lián)動數(shù)控機床是數(shù)控機床技術(shù)的制高點標志之一。它集計算機控制、高性能伺服驅(qū)動和精密加工技術(shù)于一體，應(yīng)用于復(fù)雜曲面的高效、精密、自動化加工，是發(fā)電、船舶、航天航空、模具、高精密儀器等民用工業(yè)和軍工部門迫切需要的關(guān)鍵加工設(shè)備。五軸聯(lián)動數(shù)控機床的應(yīng)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(chǎn)線的投資，大大節(jié)約了占地空間和工作在不同制造單元之間的周轉(zhuǎn)運輸時間及費用。國產(chǎn)五軸聯(lián)動數(shù)控機床品種日趨增多，國際強手對中國限制的五軸聯(lián)動加工中心、五軸數(shù)控銑床、五軸龍門銑床、五軸落地銑鏜床等均在國內(nèi)研制成功，改變了國際強手對數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)的壟斷局面。3.2國產(chǎn)數(shù)控機床存在的問題

由于中國技術(shù)水平和工業(yè)基礎(chǔ)還比較落后，數(shù)控機床的性能、水平和可靠性與工業(yè)發(fā)達國家相比，差距還是很大，尤其是數(shù)控系統(tǒng)的控制可靠性還較差，數(shù)控產(chǎn)業(yè)尚未真正形成。因此加速進行數(shù)控系統(tǒng)的工程化、商品化攻關(guān)，盡快建成與完善數(shù)控機床和數(shù)控產(chǎn)業(yè)成為當前的主要任務(wù)。目前主要問題有： 3.3核心技術(shù)嚴重缺乏

統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，數(shù)控機床的核心技術(shù)—數(shù)控系統(tǒng)，由顯示器、控制器伺服、伺服電機和各種開關(guān)、傳感器構(gòu)成，中國90%需要國外進口。如在上海設(shè)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(shù)都被外方掌握。國內(nèi)能做的中、高端數(shù)控機床，更多處于組裝和制造環(huán)節(jié)，普遍未掌握核心技術(shù)。國產(chǎn)數(shù)控機床的關(guān)鍵零部件和關(guān)鍵技術(shù)主要依賴進口，國內(nèi)真正大而強的企業(yè)并不多。目前世界最大的3 家廠商是：日本發(fā)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(nèi)有華中數(shù)控、航天數(shù)控等。國內(nèi)的數(shù)控系統(tǒng)剛剛開始產(chǎn)業(yè)化、水平質(zhì)量一般。高檔次的系統(tǒng)全都是進口。華中數(shù)控近幾年發(fā)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(nèi)一些大廠還沒有采用華中數(shù)控的。數(shù)控功能部件是另外一個薄弱環(huán)節(jié)。某種意義上說，功能部件將構(gòu)筑21世紀現(xiàn)代數(shù)控機床。功能部件的性能和價格決定了數(shù)控機床的性能和價格。功能部件不是機床附件，它是數(shù)控機床的核心代表。國產(chǎn)數(shù)控機床的主要故障大多出在功能部件上，它是影響國產(chǎn)數(shù)控機床使用的主要根源。從國產(chǎn)數(shù)控機床的開發(fā)和使用來看，功能部件急需技術(shù)攻關(guān)。特別在數(shù)控刀具滯后現(xiàn)象反映相當強烈。國產(chǎn)數(shù)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(zhì)量上都遠遠不能滿足用戶要求。由于國產(chǎn)刀具品種少、壽命低，嚴重影響數(shù)控機床效率的發(fā)揮。調(diào)研企業(yè)進口的數(shù)控機床，配用大量進口數(shù)控刀具，由于價格昂貴，用戶不堪負擔(dān)。數(shù)控立、臥回轉(zhuǎn)工作臺，數(shù)控分度盤和數(shù)控電動刀架等數(shù)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(shù)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(shù)控機床品牌的關(guān)注度已占全部市場的60%以上。品牌知名度上的差距，導(dǎo)致用戶在選擇加工設(shè)備時把更多的機會給了海外數(shù)控機床行業(yè)的一些“實力派”。如哈爾濱某發(fā)動機(集團)有限公司的缸體生產(chǎn)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(chǎn)的全自動在線測量機、日本產(chǎn)的全自動密封檢測機和清洗機組成的。曲軸生產(chǎn)線為全自動柔性流水生產(chǎn)線，精加工線由日本的數(shù)控高速CBN 磨床、動平衡機、拋光機等組成。3.5技術(shù)創(chuàng)新和成果轉(zhuǎn)化與市場脫節(jié)

適銷對路的產(chǎn)品是企業(yè)在市場競爭中取勝的根本。技術(shù)創(chuàng)新是產(chǎn)品滿足市場需要的關(guān)鍵。多數(shù)企業(yè)在確定數(shù)控技術(shù)創(chuàng)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(shù)潮流增加生產(chǎn)能力。數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)本身的水平關(guān)鍵要看創(chuàng)新能力、人員素質(zhì)和企業(yè)素質(zhì)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(wěn)妥求發(fā)展，還是要抓前、抓后(即抓開發(fā)、抓銷售、抓質(zhì)量、抓服務(wù))，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(yè)也應(yīng)正確看待這個問題。否則就造成科技攻關(guān)的新產(chǎn)品差距仍然很大，浪費了有限的人力物力；其次技術(shù)創(chuàng)新取得成果后，缺乏市場化的全面安排，質(zhì)量保證體系的不健全，尚未制定相應(yīng)的規(guī)范和標準，制造工藝研究嚴重滯后。造成數(shù)控機床市場占有率逐年下降；再次，不重視質(zhì)量和服務(wù)。機床行業(yè)是第1 個提出質(zhì)量承諾聲明的行業(yè)，在市場好轉(zhuǎn)的時候，企業(yè)對質(zhì)量和服務(wù)更要重視，對用戶更加周到和熱情，一個企業(yè)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(shù)企業(yè)都受到生產(chǎn)經(jīng)營缺乏動力、自我約束機制不健全、勞動生產(chǎn)率低下等問題的嚴重困擾。適應(yīng)市場經(jīng)濟需求的以企業(yè)為主體、產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的技術(shù)創(chuàng)新體系尚未形成，缺乏吸引高層次、高素質(zhì)人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的環(huán)境，無法有效整合相關(guān)技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和資源優(yōu)勢，形成合力開展聯(lián)合攻關(guān)，共同打造技術(shù)創(chuàng)新平臺。所以必須按照經(jīng)濟發(fā)展的客觀要求，建立以公司法人為主要內(nèi)容的現(xiàn)代企業(yè)制度。真正確立以用戶為中心的市場經(jīng)濟觀念，認真調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和組織結(jié)構(gòu)。真正讓市場在資源配置中起基礎(chǔ)作用。4國內(nèi)數(shù)控機床的發(fā)展趨勢

根據(jù)2004年10月，完成的《數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項規(guī)劃》。國內(nèi)數(shù)控機床大致發(fā)展趨勢表現(xiàn)在以下幾方面：

4.1智能、高速、高精度化

新一代數(shù)控機床為提高生產(chǎn)效率，向超高速方向發(fā)展，采用新型功能部件(如電主軸、直線電機、LM直線滾動系統(tǒng)等)主軸轉(zhuǎn)速達15,000r/min以上。計算機技術(shù)及其軟件控制技術(shù)在機床產(chǎn)品技術(shù)中占的比重越來越大，計算機系統(tǒng)及其應(yīng)用軟件的復(fù)雜化，帶來了機床系統(tǒng)及其硬件結(jié)構(gòu)的簡化，數(shù)控機床的智能化程度日趨提高。一臺機床的重復(fù)定位精度如果能達到0.005 mm(ISO 標準、統(tǒng)計法)，就是一臺高精度機床，在0.005mm(ISO 標準、統(tǒng)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(tǒng)的發(fā)展，精密度已達到微米級。4.2設(shè)計、制造綠色化

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

4.3復(fù)合化與系統(tǒng)化

工件一次裝夾，能進行多種工序復(fù)合加工，可大大地提高生產(chǎn)效率和加工精度，是機床一貫追求的。由于產(chǎn)品開發(fā)周期愈來愈短，對制造速度的要求也相應(yīng)提高，機床也朝高效能發(fā)展。機床已逐漸發(fā)展成為系統(tǒng)化產(chǎn)品，用一臺電腦控制一條生產(chǎn)線的作業(yè)。產(chǎn)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(fù)合化已是不可避免的發(fā)展趨勢。4.4數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展趨勢

4.4.1數(shù)控系統(tǒng)向開放式體系結(jié)構(gòu)發(fā)展

計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，推動數(shù)控技術(shù)更快地更新?lián)Q代。許多數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家利用Pc機豐富的軟硬件資源開發(fā)開放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng)。開放式體系結(jié)構(gòu)使數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應(yīng)性、可擴展性，并可以較容易地實現(xiàn)智能化、網(wǎng)絡(luò)化。，開放式體系結(jié)構(gòu)可以大量采用通用微機技術(shù)，使編程、操作以及技術(shù)升級和更新變得更加簡單快捷。開放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng)，其硬件、軟件和總線規(guī)范都是對外開放的．數(shù)控系統(tǒng)制造商和用戶可以根據(jù)這些開放的資源進行系統(tǒng)集成，同時它也為用戶根據(jù)實際需要靈活配置數(shù)控系統(tǒng)帶來極大方便，促進了數(shù)控系統(tǒng)多檔次、多品種的開發(fā)和廣泛應(yīng)用，開發(fā)生產(chǎn)周期大大縮短。同時，這種數(shù)控系統(tǒng)可隨CPU升級而升級，而結(jié)構(gòu)可以保持不變。4.4.2數(shù)控系統(tǒng)向軟數(shù)控方向發(fā)展

①傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)，如FANUCO系統(tǒng)、MITSTJBISHI M50系統(tǒng)、SIN.MERlK 810M,7／c系統(tǒng)等，是一種專用的封閉體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)。目前，這類系統(tǒng)還是占領(lǐng)了制造業(yè)的大部分市場。但由于開放式體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展，傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的市場正在受到挑戰(zhàn)，已逐漸減小。②“Pc嵌人NC”結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng)，如FANUCO和16l、SINUMERZ840D、Nutr-1060、AB 9／：360等，是數(shù)控軟件技術(shù)和當今計算機豐富的軟件資源相結(jié)合開發(fā)的產(chǎn)品．具有一定的開放性。但它的Nc部分仍然是傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)，用戶無法介人數(shù)控系統(tǒng)的核心。這類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能強大，價格昂貴。

⑧“NC嵌人PC”結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng)。它由開放式體系結(jié)構(gòu)運動控制卡和Pc機共同構(gòu)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(shù)控系統(tǒng)，可以單獨使用。它開放的函數(shù)庫供用戶在Windows臺下自行開發(fā)構(gòu)造所需的控制系統(tǒng)，因而，這種開放式體系結(jié)構(gòu)運動控制卡被廣泛應(yīng)用于制造業(yè)自動化控制的各個領(lǐng)域。

④SOFT型開放式數(shù)控系統(tǒng)。這是一種最新開放式體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)。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(qū)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(yīng)的驅(qū)動程序一樣。用戶可以在Windows NT平臺上，利用開放的cNc內(nèi)核開發(fā)所需的各種功能，構(gòu)成各種類型的高性能數(shù)控系統(tǒng)，與前幾種數(shù)控系統(tǒng)相比，SO訂型開放式數(shù)控系統(tǒng)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(fù)雜的硬件，正在成為當代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的重要趨勢。其典型產(chǎn)品有美國MDSI公司的Open cNc、德國P0werAutomatlon公司的P．～8000 NT等。

4.4.3數(shù)控系統(tǒng)控制性能向智能化方向發(fā)展 隨著人工智能在計算機領(lǐng)域的滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)引入了自適應(yīng)控制、模糊系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制機理，不但具有自動編程、前饋控制、模糊控制、學(xué)習(xí)控制、自適應(yīng)控制、工藝參數(shù)自動生成、三維刀具補償、運動參數(shù)動態(tài)補償?shù)裙δ埽胰藱C界面極為友好，并具有故障診斷專家系統(tǒng)，使自診斷和故障監(jiān)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(shù)與制造技術(shù)融為一體。在制造過程中，加工、檢測一體化是實現(xiàn)快速制造、快速檢測和快速響應(yīng)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(tǒng)中，實現(xiàn)信息共享．促進測量、建模、加工、操作一體化的4M智能系統(tǒng)。4.4.4數(shù)控系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展 數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化，主要指數(shù)控系統(tǒng)與外部的其他控制系統(tǒng)或上位計算機進行網(wǎng)絡(luò)連接和網(wǎng)絡(luò)控制。數(shù)控系統(tǒng)一般首先面向生產(chǎn)現(xiàn)場和企業(yè)內(nèi)部的局域網(wǎng)，然后再經(jīng)由因特網(wǎng)通向企業(yè)外部．這就是所謂的I㈣i[erl∥Intranet技術(shù)。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟和發(fā)展，最近業(yè)界又提出了數(shù)字制造的概念。數(shù)字制造，又稱“e一制造”，是機械制造企業(yè)現(xiàn)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(shù)的大量采用，越來越多的國內(nèi)用戶在進口數(shù)控機床時要求具有遠程通訊服務(wù)等功能。為模具車間利用Inkmet技術(shù)進行的網(wǎng)絡(luò)化控制數(shù)控加工．數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化進一步促進了柔性自動化制造技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代柔性制造系統(tǒng)從點(數(shù)控單機、加工中心和數(shù)控復(fù)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(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng))的方向發(fā)展。柔性自動化技術(shù)以易于聯(lián)網(wǎng)和集成為目標，同時注重加強單元技術(shù)的開拓、完善，能方便地與cAD、CAM、cAPF。、MiX3聯(lián)結(jié)，向信息集成方向發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)向開放、集成和智能化方向發(fā)展。4.4.5數(shù)控系統(tǒng)向高可靠性方向發(fā)展 隨著數(shù)控機床網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用的日趨廣泛，數(shù)控系統(tǒng)的高可靠性已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)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(nèi)連續(xù)正常工作，無故障率在99％以上，則數(shù)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(shù)控系統(tǒng)的失效率之比為10：l(數(shù)控的可靠比主機高一個數(shù)量級)，數(shù)控系統(tǒng)的MTBF就要大于33333 3h，而其中的數(shù)控裝置、主軸及驅(qū)動等的MTBF就必須大于105h。對整條生產(chǎn)線而言，可靠性要求還要更高。

4.4.6數(shù)控系統(tǒng)向復(fù)合化方向發(fā)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(diào)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(fù)合功能的機床成為近年來發(fā)展很快的機種。柔性制造范疇的機床復(fù)合加工概念是指將工件一次裝夾后，機床便能按照數(shù)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(fù)雜形狀零件的主要乃至全部加工工序。4.7.7數(shù)控系統(tǒng)向多軸聯(lián)動化方向發(fā)展

在加工自由曲面時，三軸聯(lián)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(zhì)量造成破壞性影響，而五軸聯(lián)動控制對球頭銑刀的數(shù)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(lián)動控制的加工中心和數(shù)控銑床已經(jīng)成為當前的一個開發(fā)熱點。CNC裝置的工作原理

CNC裝置在其硬件環(huán)境支持下，按照系統(tǒng)監(jiān)控軟件的控制邏輯．對輸人、譯碼、刀具補償、速度規(guī)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(nèi)容。5.1輸入

輸人cNc裝置的有零件程序、控制參數(shù)和補償量等數(shù)據(jù)。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(wǎng)絡(luò)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(zhuǎn)換等工作。

5.2譯碼

不論系統(tǒng)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(guī)則解釋成計算機能夠識別的數(shù)據(jù)形式，并以一定的數(shù)據(jù)格式存放在指定的內(nèi)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(fā)現(xiàn)語法錯誤便立即報警。5.3插補

插補的任務(wù)是在一條給定起點和終點的曲線上進行“數(shù)據(jù)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(nèi)，根據(jù)指令進給速度計算出一個微小的直線數(shù)據(jù)段。通常，經(jīng)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(shù)據(jù)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(jù)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(huán)上，這部分工作可以由軟件實現(xiàn)，也可以由硬件完成。它的主要任務(wù)是在每個采樣周期內(nèi)，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(diào)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(shù)顯示、刀具位置顯示、機床狀態(tài)顯示、報警顯示等。有些CNC裝置中還有刀具加工軌跡的靜態(tài)和動態(tài)圖形顯示。

5.8 IO處理

主要處理CNC裝置面板開關(guān)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(xiàn)代CNC裝置都具有聯(lián)機和脫機診斷的能力。聯(lián)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(tǒng)運轉(zhuǎn)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(shè)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(wǎng)絡(luò)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(fù)。6 CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)

CNC裝置是在硬件支持下，通過系統(tǒng)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(jié)構(gòu)。硬件結(jié)構(gòu)根據(jù)控制功能的復(fù)雜程度，可分別采用單處理器結(jié)構(gòu)和多處理器結(jié)構(gòu)。數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，按CNC裝置中各電路板的插接方式，可分為大板式結(jié)構(gòu)和功能模塊式結(jié)構(gòu)；按微處理器的個數(shù)，可分為單微處理器結(jié)構(gòu)和多微處理器結(jié)構(gòu)；按硬件的制造方式．可分為專用型結(jié)構(gòu)和個人計算機式結(jié)構(gòu)；按CNC裝置的開放程度，可分為封閉式結(jié)構(gòu)、Pc嵌入NC式結(jié)構(gòu)、NC嵌入PC式結(jié)構(gòu)和軟件型開放式結(jié)構(gòu)。6.1單微處理器結(jié)構(gòu)的CNC系統(tǒng)

所謂單微處理器結(jié)構(gòu)，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(shù)控系統(tǒng)的各項任務(wù)，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(tǒng)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(jié)構(gòu)，故被歸納于單微處理器結(jié)構(gòu)中。單微處理器結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)。單微處理器結(jié)構(gòu)的cNc裝置可劃分為計算機部分、位置控制部分、數(shù)據(jù)輸入／輸出接口及外圍設(shè)備。微處理器CPU是CNC裝置的核心，CPU執(zhí)行系統(tǒng)程序，首先讀取工件加工程序，對加工程序段進行譯碼和數(shù)據(jù)處理，然后根據(jù)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(jīng)插補運算得到的每一個坐標軸在單位時間間隔內(nèi)的位移量，控制伺服電機工作，并根據(jù)接收到的實際位置反饋信號。修正位置指令．實現(xiàn)機床運動的準確控制。同時產(chǎn)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(zhuǎn)。

數(shù)據(jù)輸入／輸出接口與外圍設(shè)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(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)、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(xiàn)，則數(shù)控功能的實現(xiàn)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(xié)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(shù)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(yīng)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(zhuǎn)速高、可無級調(diào)速等一系列優(yōu)點，在各種新型數(shù)控機床中已經(jīng)獲得廣泛的應(yīng)用；

b.直線電動機：近年來，直線電動機的應(yīng)用日益廣泛，雖然其價格高于傳統(tǒng)的伺服系統(tǒng)，但由于負載變化擾動、熱變形補償、隔磁和防護等關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，機械傳動結(jié)構(gòu)得到簡化，機床的動態(tài)性能有了提高。如：西門子公司生產(chǎn)的1FN1系列三相交流永磁式同步直線電動機已開始廣泛應(yīng)用于高速銑床、加工中心、磨床、并聯(lián)機床以及動態(tài)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(qū)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(shù)控機床的結(jié)構(gòu)，具有傳動環(huán)節(jié)少、結(jié)構(gòu)緊湊等一系列優(yōu)點。8結(jié)束語

通過本文的論述可見，目前許多國家對開放式數(shù)控系統(tǒng)進行研究，數(shù)控系統(tǒng)開放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來之路。所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)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(jié)構(gòu)對象（數(shù)控功能），形成系列化，并可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和技術(shù)訣竅集成到控制系統(tǒng)中，快速實現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng)，形成具有鮮明個性的名牌產(chǎn)品。目前開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運行平臺、數(shù)控系統(tǒng)功能庫以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當前研究的核心。網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年國際著名機床博覽會的一個新亮點。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對信息集成的需求，也是實現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎(chǔ)單元。國內(nèi)外一些著名數(shù)控機床和數(shù)控系統(tǒng)制造公司都在近兩年推出了相關(guān)的新概念和樣機，反映了數(shù)控機床加工向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展的趨勢，以及數(shù)控機床技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用也將更加廣闊。

致謝

畢業(yè)設(shè)計是對畢業(yè)生所學(xué)專業(yè)知識的一個總結(jié)、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(tǒng)籌編輯的能力、總結(jié)經(jīng)驗的能力等等。在畢業(yè)設(shè)計的數(shù)月期間，我得到了導(dǎo)師的細心指導(dǎo)和關(guān)懷，特別是在課題的程序設(shè)計過程中，對其中的各種技術(shù)問題和疑惑，導(dǎo)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(shù)控機床控制等多方面的知識有了一次新的深入的學(xué)習(xí)和全面的提升，并能夠逐漸將課本上所學(xué)的理論知識與工業(yè)生產(chǎn)中的實際問題相結(jié)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(chǔ)。在此，謹向?qū)煴硎咀钪孕牡母兄x！

在課題的研究設(shè)計期間，學(xué)院、圖書館為我們提供了良好的學(xué)習(xí)和靜心研究的環(huán)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(xiàn)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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第四篇：數(shù)控機床技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

數(shù)控機床技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

趙 學(xué) 明

（廣東工業(yè)大學(xué)，廣東 廣州 510006）

摘要：現(xiàn)在世界上很多發(fā)達的工業(yè)化國家在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用數(shù)控機床。隨著電子技術(shù)和控制技術(shù)的飛速發(fā)展，當今的數(shù)控系統(tǒng)功能已經(jīng)非常強大，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴大，他對國計民生的一些重要行業(yè)的發(fā)展起著越來越重要的作用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，世界先進技術(shù)的興起和不斷成熟，對數(shù)控技術(shù)提出了更高的要求。當今數(shù)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(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化、高可靠性與環(huán)保等方向發(fā)展。

關(guān)鍵字：數(shù)控機床、技術(shù)、現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢

引言

從20世紀中葉數(shù)控技術(shù)出現(xiàn)以來，數(shù)控機床給機械制造業(yè)帶來了革命性的變化。數(shù)控加工具有如下特點：加工柔性好，加工精度高，生產(chǎn)率高，減輕操作者勞動強度、改善勞動條件，有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化以及經(jīng)濟效益的提高。數(shù)控機床是一種高度機電一體化的產(chǎn)品，適用于加工多品種小批量零件、結(jié)構(gòu)較復(fù)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(guān)鍵零件、要求精密復(fù)制的零件、需要縮短生產(chǎn)周期的急需零件以及要求100%檢驗的零件。數(shù)控機床的特點及其應(yīng)用范圍使其成為國民經(jīng)濟和國防建設(shè)發(fā)展的重要裝備。

進入21世紀，我國經(jīng)濟與國際全面接軌，進入了一個蓬勃發(fā)展的新時期。機床制造業(yè)既面臨著機械制造業(yè)需求水平提升而引發(fā)的制造裝備發(fā)展的良機，也遭遇到加入世界貿(mào)易組織后激烈的國際市場競爭的壓力，加速推進數(shù)控機床的發(fā)展是解決機床制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個關(guān)鍵。隨著制造業(yè)對數(shù)控機床的大量需求以及計算機技術(shù)和現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的飛速進步，數(shù)控機床的應(yīng)用范圍還在不斷擴大，并且不斷發(fā)展以更適應(yīng)生產(chǎn)加工的需要。1 數(shù)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(shè)備都稱為機床，數(shù)控機床就是在普通機床上發(fā)展過來的，數(shù)控的意思就是數(shù)字控制。數(shù)控系統(tǒng)是由顯示器、控制器伺服、伺服電機、和各種開關(guān)、傳感器構(gòu)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(nèi)有華中數(shù)控、航天數(shù)控等。從目前來看，我們國家機床業(yè)最薄弱的環(huán)節(jié)就在數(shù)控系統(tǒng)。國內(nèi)的數(shù)控系統(tǒng)剛剛才開始，產(chǎn)業(yè)化、質(zhì)量、技術(shù)水平一般，故障率比較高，質(zhì)量精度一般。因此，高檔次的數(shù)控系統(tǒng)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(shù)控系統(tǒng)后，機床就成了數(shù)控機床。當然，普通機床發(fā)展到數(shù)控機床不只是加裝數(shù)控系統(tǒng)這么簡單，例如：從銑床發(fā)展到加工中心，機床結(jié)構(gòu)發(fā)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(shù)控設(shè)備，主要是指數(shù)控車床和加工中心。我國數(shù)控機床的機遇與挑戰(zhàn)

近6年來我國數(shù)控機床產(chǎn)量一直處于持續(xù)地以年均增長超過30％快速發(fā)展，據(jù)初步統(tǒng)計2004年數(shù)控機床的產(chǎn)量為51860臺，同比年增長40.8％，數(shù)控機床的消費量約70000余臺，同比年增長約30％。數(shù)控機床需求的旺盛也促進了2004年內(nèi)新建的三資和民營機床廠以及數(shù)控機床品種的明顯增加。但是，另一方面進口的數(shù)控機床數(shù)量也在逐年同步增加，而且進口數(shù)控機床的消費額的增長趨勢更快。2004年數(shù)控機床的進口數(shù)量同比年增長30％，而進口消費額的增長卻達52％，從而導(dǎo)致國產(chǎn)數(shù)控機床在國內(nèi)市場消費額中的所占比例已不足30％。之所以出現(xiàn)這一現(xiàn)象，其主要原因在于國內(nèi)市場對技術(shù)和附加值高的高效精密數(shù)控機床和高性能大重型數(shù)控機床需求增長，要依靠進口解決。大量的高檔數(shù)控機床的進口，主要由于以下三個領(lǐng)域發(fā)展的需求：高新技術(shù)和國防工業(yè)領(lǐng)域；重大基礎(chǔ)裝備制造領(lǐng)域。國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域等。因此，對于高速超精密數(shù)控機床，國內(nèi)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(shù)控機床研發(fā)的大力支持?？萍疾繉閿?shù)控機床專項研發(fā)投入2億元，主要圍繞數(shù)控設(shè)備支撐技術(shù)和航天、交通、能源等方面需要的超大型超精密加工設(shè)備。第一個建立在企業(yè)的數(shù)控機床國家重點實驗室已經(jīng)進入審批階段?？萍疾窟€將組織重大專項研究，在關(guān)鍵功能部件等配套技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)上取得核心技術(shù)。國家的政策支持，產(chǎn)業(yè)扶持，這是數(shù)控機床業(yè)的春天，將會促進我國數(shù)控機床朝向世界頂級技術(shù)邁進。3 數(shù)控機床技術(shù)發(fā)展的趨勢高速度與超精度化

速度和精度是數(shù)控機床的兩個重要指標，它直接關(guān)系到加工效率和產(chǎn)品的質(zhì)量。高速度、超精度加工技術(shù)可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。為此日本先端技術(shù)研究會將其列為5大現(xiàn)代制造技術(shù)之一，國際生產(chǎn)工程學(xué)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(shù)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(shù)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(zhuǎn)數(shù)在30000轉(zhuǎn)/分(有的高達10萬轉(zhuǎn)/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(nèi)；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(shù)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(shù)控機床網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用的發(fā)展，數(shù)控機床的高可靠性已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)制造商和數(shù)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(nèi)連續(xù)正常工作，無故障率在P(t)>99％以上，則數(shù)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(shù)控機床而言，如主機與數(shù)控系統(tǒng)的失效率之比為l0：1(數(shù)控的可靠比主機高一個數(shù)量級)。此時數(shù)控系統(tǒng)的MTBF就要大于33333．3小時，而其中的數(shù)控裝置、主軸及驅(qū)動等的MTBF就必須大于l0萬小時。當前國外數(shù)控裝置的MTBF值已達6000小時以上，驅(qū)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(diào)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(shù)控機床實現(xiàn)了一機多能，以最大限度地提高設(shè)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(shù)控機床還具有更高的通訊功能，現(xiàn)代數(shù)控機床除具有通信口，DNC功能外，還具有網(wǎng)絡(luò)功能。多軸化

隨著5軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)和編程軟件的普及，5軸聯(lián)動控制的加工中心和數(shù)控銑床已經(jīng)成為當前的一個開發(fā)熱點，由于在加工自由曲面時，5軸聯(lián)動控制對球頭銑刀的數(shù)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(lián)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(lián)動機床以其無可替代的性能優(yōu)勢已經(jīng)成為各大機床廠家積極開發(fā)和競爭的焦點。

數(shù)控機床的網(wǎng)絡(luò)化，主要指機床通過所配裝的數(shù)控系統(tǒng)與外部的其它控制系統(tǒng)或上位計算機進行網(wǎng)絡(luò)連接和網(wǎng)絡(luò)控制。數(shù)控機床一般首先面向生產(chǎn)現(xiàn)場和企業(yè)內(nèi)部的局域網(wǎng)，然后再經(jīng)由因特網(wǎng)通向企業(yè)外部，這就是所謂Internet/Intranet技術(shù)。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟和發(fā)展，最近業(yè)界又提出了數(shù)字制造的概念。數(shù)字制造，是機械制造企業(yè)現(xiàn)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(shù)的大量采用，越來越多的國內(nèi)用戶在進口數(shù)控機床時要求具有遠程通訊服務(wù)等功能。機械制造企業(yè)在普遍采用CAD/CAM的基礎(chǔ)上，越加廣泛地使用數(shù)控加工設(shè)備。數(shù)控應(yīng)用軟件日趨豐富和具有“人性化”。虛擬設(shè)計、虛擬制造等高端技術(shù)也越來越多地為工程技術(shù)人員所追求。通過軟件智能替代復(fù)雜的硬件，正在成為當代機床發(fā)展的重要趨勢。在數(shù)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(yè)管理軟件已經(jīng)脫穎而出，為企業(yè)創(chuàng)造出更高的經(jīng)濟效益。柔性化、智能化

數(shù)控機床向柔性自動化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢是：從點(數(shù)控單機、加工中心和數(shù)控復(fù)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(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng))的方向發(fā)展，另一方面向注重應(yīng)用性和經(jīng)濟性方向發(fā)展。柔性自動化技術(shù)是制造業(yè)適應(yīng)動態(tài)市場需求及產(chǎn)品迅速更新的主要手段，是各國制造業(yè)發(fā)展的主流趨勢，是先進制造領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)。其重點是以提高系統(tǒng)的可靠性、實用化為前提，以易于聯(lián)網(wǎng)和集成為目標；注重加強單元技術(shù)的開拓、完善；CNC單機向高精度、高速度和高柔性方向發(fā)展；數(shù)控機床及其構(gòu)成柔性制造系統(tǒng)能方便地與CAD、CAM、CAPP、MTS聯(lián)結(jié)，向信息集成方向發(fā)展；網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)向開放、集成和智能化方向發(fā)展。

智能化是21世紀制造技術(shù)發(fā)展的一個大方向。智能加工是一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制、數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)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(yù)才能解決的問題。智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量的智能化，如自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動生成；為提高驅(qū)動性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機參數(shù)的自適應(yīng)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(jiān)控，方便系統(tǒng)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(tǒng)很多，其中日本智能化數(shù)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(huán)保和節(jié)能放在重要位置，即要實現(xiàn)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(huán)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(fēng)中或采用干式靜電冷卻技術(shù))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(yīng)用，故又出現(xiàn)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(jīng)由機床主軸與工具內(nèi)的中空通道噴向切削區(qū)。在各類金切機床中，采用干切削最多的是滾齒機。結(jié)束語

總之，數(shù)控(NC)機床技術(shù)已成為制造技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)。數(shù)控機床技術(shù)的進步和發(fā)展為現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展提供了良好的條件，促使制造業(yè)向著高效、優(yōu)質(zhì)以及人性化的方向發(fā)展。為了滿足制造技術(shù)不斷發(fā)展的需要，NC機床將朝著智能化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化、數(shù)字化的方向發(fā)展。今后，隨著計算技術(shù)、測試技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、材料和機械結(jié)構(gòu)等方面的研究和科技的進步，也必將面臨著新的挑戰(zhàn)。可以預(yù)見，隨著數(shù)控機床技術(shù)的發(fā)展和數(shù)控機床的廣泛應(yīng)用 制造業(yè)將迎來一次足以撼動傳統(tǒng)制造業(yè)模式的深刻革命。

參考文獻：

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第五篇：畢業(yè)設(shè)計 數(shù)控機床的發(fā)展歷程與趨勢

永城職業(yè)學(xué)院 畢 業(yè) 論 文

題 目： 數(shù)控機床的發(fā)展歷程及趨勢 年 級： 09級 學(xué) 號： 2009043055 姓 名： 張中興 專 業(yè)： 機電一體化 指導(dǎo)教師： 王丹

2011 年 9 月 22 日

永城職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 數(shù)控機床的發(fā)展歷程及趨勢

數(shù)控機床的發(fā)展歷程及趨勢

摘 要

數(shù)控技術(shù)是以數(shù)字量編程實現(xiàn)控制機械或其他設(shè)備自動工作技術(shù)。有關(guān)資料表明，目前我國機床總擁有量為378萬臺，其中數(shù)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(yè)發(fā)達國家機床數(shù)控化率20%以上的水平“主要表現(xiàn)在設(shè)備老化陳舊、自動化水平低、技術(shù)水平落后、勞動生產(chǎn)率低，嚴重影響了生產(chǎn)力的發(fā)展“采用先進的工藝設(shè)備，逐步增加數(shù)控機床所占比重，已經(jīng)成為我國制造技術(shù)發(fā)展的總趨勢，也是企業(yè)走出困境提升水平，實現(xiàn)跨越式發(fā)展的必由之路“提高。這種數(shù)控系統(tǒng)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(shù)之一。經(jīng)濟型數(shù)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(xiàn)：一是系統(tǒng)的控制精度；二是機床本身的機械傳動精度。數(shù)控車床的進給活動系統(tǒng)，由于必須對進行位移的位置和速度同時實現(xiàn)自動控制，所以數(shù)控車床與普通臥式車床相比，應(yīng)更有更好的精度，以確保機械運動系統(tǒng)的傳動精度和工作平穩(wěn)性。十幾年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)濟型數(shù)控技術(shù)也在不斷進步，數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品不斷改進完善，并且有了階段性的突破，使新的經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)功能更強，可靠性更穩(wěn)定，功率增大，結(jié)構(gòu)簡單，維修方便。由于這項技術(shù)的發(fā)展增強了經(jīng)濟型數(shù)控的活力，根據(jù)我國國情，該技術(shù)在今后一段時間內(nèi)還將是我國機械行業(yè)老設(shè)備改造的很好途徑。對于原有老的經(jīng)濟型數(shù)控車床，特別是80年代末期改造的設(shè)備，由于種種原因閑置的很多，浪費很大；在用的設(shè)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(shù)水平，大大提高生產(chǎn)效率，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：數(shù)控技術(shù) 數(shù)控機床 發(fā)展趨勢

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永城職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 數(shù)控機床的發(fā)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(xié)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(yè)的高速發(fā)展以及鋁合金等新材料的應(yīng)用，對數(shù)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(zhuǎn)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(dǎo)致響應(yīng)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(zhuǎn)速：機床采用電主軸(內(nèi)裝式主軸電機)，主軸最高轉(zhuǎn)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(fù)雜型面的精確加工；

運算速度：微處理器的迅速發(fā)展為數(shù)控系統(tǒng)向高速、高精度方向發(fā)展提供了保障，開發(fā)出CPU已發(fā)展到32位以及64位的數(shù)控系統(tǒng)，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(shè)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(shù)控機床精度的要求現(xiàn)在已經(jīng)不局限于靜態(tài)的幾何精度，機床的運動精度、熱變形以及對振動的監(jiān)測和補償越來越獲得重視。

提高CNC系統(tǒng)控制精度：采用高速插補技術(shù)，以微小程序段實現(xiàn)連續(xù)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(fā)裝有106脈沖/轉(zhuǎn)的內(nèi)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(tǒng)采用前饋控制與非線性控制等方法；

采用誤差補償技術(shù)：采用反向間隙補償、絲桿螺距誤差補償和刀具誤差補償?shù)燃夹g(shù)，對設(shè)備的熱變形誤差和空間誤差進行綜合補償。研究結(jié)果表明，綜合誤差補償技術(shù)的應(yīng)用可將加工誤差減少60%～80%；

采用網(wǎng)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(yù)測機床的加工精度，以保證機床的定位精度和重復(fù)定位精度，使其性能長期穩(wěn)定，能夠在不同運行條件下完成多種加工任務(wù)，并保證零件的加工質(zhì)量。

3功能復(fù)合化

復(fù)合機床的含義是指在一臺機床上實現(xiàn)或盡可能完成從毛坯至成品的多種要素加工。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點可分為工藝復(fù)合型和工序復(fù)合型兩類。工藝復(fù)合型機床如鏜銑鉆復(fù)合——加工中心、車銑復(fù)合——車削中心、銑鏜鉆車復(fù)合——復(fù)合加工中心等；工序復(fù)合型機床如多面多軸聯(lián)動加工的復(fù)合機床和雙主軸車削中心等。采用復(fù)合機床進行加工，減少了工件裝卸、更換和調(diào)整刀具的輔助時間以及中間過程中產(chǎn)生的誤差，提高了零件加工精度，縮短了產(chǎn)品制造周期，提高了生產(chǎn)效率和制造商的市場反應(yīng)能力，相對于傳統(tǒng)的工序分散的生產(chǎn)方法具有明顯的優(yōu)勢。[Page] 加工過程的復(fù)合化也導(dǎo)致了機床向模塊化、多軸化發(fā)展。德國Index公司最新推出的車削加工中心是模塊化結(jié)構(gòu)，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(fù)雜零件的全部加工。隨著現(xiàn)代機械加工要求的不斷提高，大量的多軸聯(lián)動數(shù)控機床越來越受到各大企業(yè)的歡迎。

在2005年中國國際機床展覽會(CIMT2005)上，國內(nèi)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(xiàn)4～5軸聯(lián)動的五軸高速門式加工中心、五軸聯(lián)動高速銑削中心等。

4控制智能化

隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，為了滿足制造業(yè)生產(chǎn)柔性化、制造自動化的發(fā)展需求，數(shù)控

永城職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 數(shù)控機床的發(fā)展歷程及趨勢

機床的智能化程度在不斷提高。具體體現(xiàn)在以下幾個方面：

加工過程自適應(yīng)控制技術(shù)：通過監(jiān)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(tǒng)的或現(xiàn)代的算法進行識別，以辯識出刀具的受力、磨損、破損狀態(tài)及機床加工的穩(wěn)定性狀態(tài)，并根據(jù)這些狀態(tài)實時調(diào)整加工參數(shù)(主軸轉(zhuǎn)速、進給速度)和加工指令，使設(shè)備處于最佳運行狀態(tài)，以提高加工精度、降低加工表面粗糙度并提高設(shè)備運行的安全性；

加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇：將工藝專家或技師的經(jīng)驗、零件加工的一般與特殊規(guī)律，用現(xiàn)代智能方法，構(gòu)造基于專家系統(tǒng)或基于模型的“加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇器”，利用它獲得優(yōu)化的加工參數(shù)，從而達到提高編程效率和加工工藝水平、縮短生產(chǎn)準備時間的目的；

智能故障自診斷與自修復(fù)技術(shù)：根據(jù)已有的故障信息，應(yīng)用現(xiàn)代智能方法實現(xiàn)故障的快速準確定位；

智能故障回放和故障仿真技術(shù)：能夠完整記錄系統(tǒng)的各種信息，對數(shù)控機床發(fā)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(chǎn)經(jīng)驗；

智能化交流伺服驅(qū)動裝置：能自動識別負載，并自動調(diào)整參數(shù)的智能化伺服系統(tǒng)，包括智能主軸交流驅(qū)動裝置和智能化進給伺服裝置。這種驅(qū)動裝置能自動識別電機及負載的轉(zhuǎn)動慣量，并自動對控制系統(tǒng)參數(shù)進行優(yōu)化和調(diào)整，使驅(qū)動系統(tǒng)獲得最佳運行；

智能4M數(shù)控系統(tǒng)：在制造過程中，加工、檢測一體化是實現(xiàn)快速制造、快速檢測和快速響應(yīng)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(tǒng)中，實現(xiàn)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(shù)開放：由于軟硬件接口都遵循公認的標準協(xié)議，只需少量的重新設(shè)計和調(diào)整，新一代的通用軟硬件資源就可能被現(xiàn)有系統(tǒng)所采納、吸收和兼容，這就意味著系統(tǒng)的開發(fā)費用將大大降低而系統(tǒng)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(chǎn)品、擴充功能、提供硬軟件產(chǎn)品的各種組合以滿足特殊應(yīng)用要求；

數(shù)控標準的建立：國際上正在研究和制定一種新的CNC系統(tǒng)標準ISO14649(STEP-NC)，以提供一種不依賴于具體系統(tǒng)的中性機制，能夠描述產(chǎn)品整個生命周期內(nèi)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，從而實現(xiàn)整個制造過程乃至各個工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)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(guān)的勞動消耗。

6驅(qū)動并聯(lián)化

并聯(lián)運動機床克服了傳統(tǒng)機床串聯(lián)機構(gòu)移動部件質(zhì)量大、系統(tǒng)剛度低、刀具只能沿固定導(dǎo)軌進給、作業(yè)自由度偏低、設(shè)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(lián)聯(lián)接機構(gòu)驅(qū)動，通過控制桿系中桿的長度使桿系支撐的平臺獲得相應(yīng)自由度的運動，可實現(xiàn)多坐標聯(lián)動數(shù)控加工、裝配和測量多種功能，更能滿足復(fù)雜特種零件的加工，具有現(xiàn)代機器人的模塊化程度高、重量輕和速度快等優(yōu)點。

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

國防、航空、航天事業(yè)的發(fā)展和能源等基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)裝備的大型化需要大型且性能良好的數(shù)控機床的支撐。而超精密加工技術(shù)和微納米技術(shù)是21世紀的戰(zhàn)略技術(shù)，需發(fā)展能適應(yīng)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(wǎng)絡(luò)化

對于面臨激烈競爭的企業(yè)來說，使數(shù)控機床具有雙向、高速的聯(lián)網(wǎng)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(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享，又能實現(xiàn)數(shù)控機床的遠程監(jiān)視、控制、培訓(xùn)、教學(xué)、管理，還可實現(xiàn)數(shù)控裝備的數(shù)字化服務(wù)(數(shù)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(shè)備，包括計算機、手機、機外和機內(nèi)攝像頭等，能夠?qū)崿F(xiàn)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(wǎng)絡(luò)接口

圖9 FANUC CNC的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、維護與管理

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9新型功能部件

為了提高數(shù)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(yīng)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(zhuǎn)速高、可無級調(diào)速等一系列優(yōu)點，在各種新型數(shù)控機床中已經(jīng)獲得廣泛的應(yīng)用；

直線電動機：近年來，直線電動機的應(yīng)用日益廣泛，雖然其價格高于傳統(tǒng)的伺服系統(tǒng)，但由于負載變化擾動、熱變形補償、隔磁和防護等關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，機械傳動結(jié)構(gòu)得到簡化，機床的動態(tài)性能有了提高。如：西門子公司生產(chǎn)的1FN1系列三相交流永磁式同步直線電動機已開始廣泛應(yīng)用于高速銑床、加工中心、磨床、并聯(lián)機床以及動態(tài)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(qū)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(shù)控機床的結(jié)構(gòu)，具有傳動環(huán)節(jié)少、結(jié)構(gòu)緊湊等一系列優(yōu)點。

10高可靠性

數(shù)控機床與傳統(tǒng)機床相比，增加了數(shù)控系統(tǒng)和相應(yīng)的監(jiān)控裝置等，應(yīng)用了大量的電氣、液壓和機電裝置，易于導(dǎo)致出現(xiàn)失效的概率增大；工業(yè)電網(wǎng)電壓的波動和干擾對數(shù)控機床的可靠性極為不利，而數(shù)控機床加工的零件型面較為復(fù)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(shù)控機床有高的可靠性，就要精心設(shè)計系統(tǒng)、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(huán)節(jié)。國外數(shù)控系統(tǒng)平均無故障時間在7～10萬小時以上，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)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(nèi)最高只有300小時。

11加工過程綠色化

隨著日趨嚴格的環(huán)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(huán)境問題尤為突出。因此，近年來不用或少用冷卻液、實現(xiàn)干切削、半干切削節(jié)能環(huán)保的機床不斷出現(xiàn)，并在不斷發(fā)展當中。在21世紀，綠色制造的大趨勢將使各種節(jié)能環(huán)保機床加速發(fā)展，占領(lǐng)更多的世界市場。

12多媒體技術(shù)的應(yīng)用

多媒體技術(shù)集計算機、聲像和通信技術(shù)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(yè)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(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動態(tài)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(xiàn)。除此以外，在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用多媒體技術(shù)可以做到信息處理綜合化、智能化，應(yīng)用于實時監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備的故障診斷、生產(chǎn)過程參數(shù)監(jiān)測等，因此有著重大的應(yīng)用價值。

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由于數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，一部分企業(yè)不顧長遠利益，對提高自身的綜合服務(wù)水平不夠重視，甚至對服務(wù)缺乏真正的理解，只注重推銷而不注重售前與售后服務(wù)。有些企業(yè)派出的人員對生產(chǎn)的數(shù)控機床缺乏足夠了解，不會使用或使用不好數(shù)控機床，更不能指導(dǎo)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(wù)應(yīng)從研究用戶的加工產(chǎn)品、工藝、生產(chǎn)類型、質(zhì)量要求入手，幫助用戶進行設(shè)備選型，推薦先進工藝與工輔具，配備專業(yè)的培訓(xùn)人員和良好的培訓(xùn)環(huán)境，幫助用戶發(fā)揮機床的最大效益、加工出高質(zhì)量的最終產(chǎn)品，這樣才能逐步得到用戶的認同，提高國產(chǎn)數(shù)控機床的市場占有率。

4加大數(shù)控專業(yè)人才的培養(yǎng)力度

從我國數(shù)控機床的發(fā)展形式來看需要三種層次的數(shù)控技術(shù)人才： 永城職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 數(shù)控機床的發(fā)展歷程及趨勢

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參考文獻

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