第一篇：數控技術讀書報告2 數控機床的發展 發展趨勢

數控技術讀書報告

【摘要】

“科學技術是第一生產力”已成為當今社會發展中至高無上的真理，誰能夠掌握最前沿、最先進的科學技術，誰就能夠在發展中取得主動權，取得巨大的突破與成就。而以數控技術為核心的先進制造技術更是反映一個國家綜合國力的重要標志之一。本文主要介紹了數控機床的定義、發展階段及歷史、世界機床強國及我國的機床發展情況，并對數控機床的未來發展方向作了簡要描述，說明數控機床在當今社會發展中的重要性。通過搜查相關資料，加深了我對機械專業尤其是數控機床的了解，同時明確了當今社會機電一體化的發展潮流和未來的深造方向。

【關鍵字】

發展史

機床強國

發展趨勢

一、名詞說明

數控，即數字控制（Numerial Control，簡寫為NC）。數控技術，即NC技術，是指用數字化信息（數字量及字符）發出指令并實現自動控制的技術。是近代發展起來的一種自動控制技術。目前，數控技術已經成為現代制造技術的基礎支撐，數控技術和數控裝備是制造工業現代化的重要基礎。這個基礎是否牢固直接影響到一個國家的經濟發展和綜合國力，關系到一個國家的戰略地位。因此，世界上個工業發達國家均采取重大措施來發展自己的數控技術及其產業。

數控機床（Numerial Control Machine Tools）是指采用數字控制技術對機床加工過程進行自動控制的一類機床。國際信息處理聯盟第五次技術委員會對數控機床作的定義是：“數控機床是一個裝有程序控制系統的機床，該系統能夠邏輯地處理具有使用代碼或其他編碼指令規定的程序。”它是集現代機械制造技術、自動控制技術及計算機信息技術于一體，采用數控裝置或計算機來部分或全部地取代一般通用機床在加工零件時的各種動作（如啟動、加工順序、改變切削量、主軸變速、選擇刀具、冷卻液開停以及停車等）的人工控制，是高效率、高精度、高柔性和高自動化的光、機、電一體化的數控設備。

二、數控系統發展階段

1946年誕生了世界上第一臺電子計算機，這表明人類創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，為人類進入信息社會奠定了基礎。

6年后，即在1952年，計算機技術應用到了機床上，在美國誕生了第一臺數控機床。從此，傳統機床產生了質的變化。近半個世紀以來，數控系統經歷了兩個階段和六代的發展。

1、數控（NC）階段（1952～1970年）

早期計算機的運算速度低，對當時的科學計算和數據處理影響還不大，但不能適應機床實時控制的要求。人們不得不采用數字邏輯電路“搭”成一臺機床專用計算機作為數控系統，被稱為硬件連接數控（HARD-WIRED NC），簡稱為數控（NC）。隨著元器件的發展，這個階段歷經了三代，即1952年的第一代--電子管；1959年的第二代--晶體管；1965年的第三代--小規模集成電路。

2、計算機數控（CNC）階段（1970年～現在）

到1970年，通用小型計算機業已出現并成批生產。于是將它移植過來作為數控系統的核心部件，從此進入了計算機數控（CNC）階段（把計算機前面應有的“通用”兩個字省略了）。到1971年，美國INTEL公司在世界上第一次將計算機的兩個最核心的部件--運算器和控制器，采用大規模集成電路技術集成在一塊芯片上，稱之為微處理器（MICROPROCESSOR），又可稱為中央處理單元（簡稱CPU）。

到1974年微處理器被應用于數控系統。這是因為小型計算機功能太強，控制一臺機床能力有富裕（故當時曾用于控制多臺機床，稱之為群控），不如采用微處理器經濟合理。而且當時的小型機可靠性也不理想。早期的微處理器速度和功能雖還不夠高，但可以通過多處理器結構來解決。由于微處理器是通用計算機的核心部件，故仍稱為計算機數控。

到了1990年，PC機（個人計算機，國內習慣稱微機）的性能已發展到很高的階段，可以滿足作為數控系統核心部件的要求。數控系統從此進入了基于PC的階段。

總之，計算機數控階段也經歷了三代。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）。

還要指出的是，雖然國外早已改稱為計算機數控（即CNC）了，而我國仍習慣稱數控（NC）。所以我們日常講的“數控”，實質上已是指“計算機數控”了。

三、數控機床發展史

20世紀中期，隨著電子技術的發展，自動信息處理、數據處理以及電子計算機的出現，給自動化技術帶來了新的概念，用數字化信號對機床運動及其加工過程進行控制，推動了機床自動化的發展。

采用數字技術進行機械加工，最早是在40年代初，由美國北密支安的一個小型飛機工業承包商派爾遜斯公司（ParsonsCorporation）實現的。他們在制造飛機的框架及直升飛機的轉動機翼時，利用全數字電子計算機對機翼加工路徑進行數據處理，并考慮到刀具直徑對加工路線的影響，使得加工精度達到±0.0381mm（±0.0015in），達到了當時的最高水平。

1952年，麻省理工學院在一臺立式銑床上，裝上了一套試驗性的數控系統，成功地實現了同時控制三軸的運動。這臺數控機床被大家稱為世界上第一臺數控機床。

這臺機床是一臺試驗性機床，到了1954年11月，在派爾遜斯專利的基礎上，第一臺工業用的數控機床由美國本迪克斯公司（Bendix-Cooperation）正式生產出來。

在此以后，從1960年開始，其他一些工業國家，如德國、日本都陸續開發、生產及使用了數控機床。

數控機床中最初出現并獲得使用的是數控銑床，因為數控機床能夠解決普通機床難于勝任的、需要進行輪廓加工的曲線或曲面零件。

然而，由于當時的數控系統采用的是電子管，體積龐大，功耗高，因此除了在軍事部門使用外，在其他行業沒有得到推廣使用。

到了1960年以后，點位控制的數控機床得到了迅速的發展。因為點位控制的數控系統比起輪廓控制的數控系統要簡單得多。因此，數控銑床、沖床、坐標鏜床大量發展，據統計資料表明，到1966年實際使用的約6000臺數控機床中，85%是點位控制的機床。

數控機床的發展中，值得一提的是加工中心。這是一種具有自動換刀裝置的數控機床，它能實現工件一次裝卡而進行多工序的加工。這種產品最初是在1959年3月，由美國卡耐&特雷克公司（Keaney&TreckerCorp.）開發出來的。這種機床在刀庫中裝有絲錐、鉆頭、鉸刀、銑刀等刀具，根據穿孔帶的指令自動選擇刀具，并通過機械手將刀具裝在主軸上，對工件進行加工。它可縮短機床上零件的裝卸時間和更換刀具的時間。加工中心現在已經成為數控機床中一種非常重要的品種，不僅有立式、臥式等用于箱體零件加工的鏜銑類加工中心，還有用于回轉整體零件加工的車削中心、磨削中心等。

1967年，英國首先把幾臺數控機床連接成具有柔性的加工系統，這就是所謂的柔性制造系統（Flexible Manufacturing System&mdash——FMS）之后，美、歐、日等也相繼進行開發及應用。1974年以后，隨著微電子技術的迅速發展，微處理器直接用于數控機床，使數控的軟件功能加強，發展成計算機數字控制機床（簡稱為CNC機床），進一步推動了數控機床的普及應用和大力發展。

80年代，國際上出現了1～4臺加工中心或車削中心為主體，再配上工件自動裝卸和監控檢驗裝置的柔性制造單元（FlexibleManufacturingCell——FMC）。這種單元投資少，見效快，既可單獨長時間少人看管運行，也可集成到FMS或更高級的集成制造系統中使用。

目前，FMS也從切削加工向板材冷作、焊接、裝配等領域擴展，從中小批量加工向大批量加工發展。

所以機床數控技術，被認為是現代機械自動化的基礎技術。

四、世界強國及我國的數控機床發展狀況

美、德、日三國是當今世上在數控機床科研、設計、制造和使用上，技術最先進、經驗最多的國家。因其社會條件不同，各有特點。

美國：機床開發以基礎科研為主

美國的特點是，政府重視機床工業，美國國防部等部門因其軍事方面的需求而不斷提出機床的發展方向、科研任務,并且提供充足的經費，且網羅世界人才，特別講究效率和創新，注重基礎科研。因而在機床技術上不斷創新，如1952年研制出世界第一臺數控機床、1958年創制出加工中心、70年代初研制成FMS、1987年首創開放式數控系統等。由于美國首先結合汽車、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。當今美國不僅生產宇航等使用的高性能數控機床，也為中小企業生產廉價實用的數控機床。如Haas、Fadal公司等。美國在發展數控機床上存在的教訓是，偏重于基礎科研，忽視應用技術，且在上世紀80代政府一度放松了引導，致使數控機床產量增加緩慢，于1982年被后進的日本超過，并大量進口。從90年代起，糾正過去偏向，數控機床技術上轉向實用，產量又逐漸上升。

德國：機床開發注重實用

德國政府一貫重視機床工業的重要戰略地位，特別講究實際與實效，堅持以人為本，師徒相傳，不斷提高人員素質。在發展大量大批生產自動化的基礎上，于1956年研制出第一臺數控機床后一直堅持實事求是的精神，不斷穩步前進。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、數控機床的共性與特性問題進行深入的研究，在質量上精益求精。德國的數控機床質量及性能良好、先進實用、貨真價實，出口遍及世界，尤其是大型、重型、精密數控機床。德國特別重視數控機床主機及配套件之先進實用，其機、電、液、氣、光、刀具、測量、數控系統、各種功能部件，在質量、性能上居世界前列。如西門子公司之數控系統和Heidenhain公司之精密光柵均為世界聞名，競相采用。

日本：機床開發先仿后創

日本政府對機床工業之發展異常重視，通過規劃、法規(如機振法、機電法、機信法等)提出日本數控機床行業的發展方向，并提供充足的研發經費，鼓勵科研機構和企業大力發展數控機床。日本在重視人才及機床元部件配套上學習德國，在質量管理及數控機床技術上學習美國，并改進和發展了兩國的成果，并取得了很好的效果，甚至青出于藍而勝于藍。日本也和美、德兩國相似，充分發展大量大批生產自動化，繼而全力發展中小批柔性生產自動化的數控機床。自1958年研制出第一臺數控機床后，1978年產量(7342臺)超過美國(5688臺)，至今產量、出口量一直居世界首位(2001年產量46604臺，出口27409臺，占59%)。戰略上先仿后創，先生產量大而廣的中檔數控機床，大量出口，占去世界廣大市場。在上世紀80年代開始進一步加強科研，向高性能數控機床發展。在策略上，首先通過學習美國全面質量管理變為職工自覺全體活動，保產品質量，進而加速發展電子、計算機技術進入世界前列，為發展機電一體化的數控機床開道。日本在發展數控機床的過程中，狠抓關鍵，突出發展數控系統。日本FANUC公司戰略正確，仿創結合，針對性地發展市場所需各種低中高檔數控系統，在技術上領先，在產量上居世界第一。該公司現有職工3,674人，科研人員超過600人，月產能力7,000套，銷售額在世界市場上占50%，在國內約占70%，對加速日本和世界數控機床的發展起了重大促進作用。

我國的發展現狀

我國數控技術的發展起步于二十世紀五十年代，中國于1958年研制出第一臺數控機床，發展過程大致可分為兩大階段。在1958~1979年間為第一階段，從1979年至今為第二階段。第一階段中對數控機床特點、發展條件缺乏認識，在人員素質差、基礎薄弱、配套件不過關的情況下，一哄而上又一哄而下，曾三起三落、終因表現欠佳，無法用于生產而停頓。主要存在的問題是盲目性大，缺乏實事求是的科學精神。在第二階段從日、德、美、西班牙先后引進數控系統技術，從日、美、德、意、英、法、瑞士、匈、奧、韓國、臺灣省共11國(地區)引進數控機床先進技術和合作、合資生產，解決了可靠性、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。通過“六五”期間引進數控技術，“七五”期間組織消化吸收“科技攻關”，我國數控技術和數控產業取得了相當大的成績。特別是最近幾年，我國數控產業發展迅速，1998～2004年國產數控機床產量和消費量的年平均增長率分別為39.3%和34.9%。盡管如此，進口機床的發展勢頭依然強勁，從2002年開始，中國連續三年成為世界機床消費第一大國、機床進口第一大國，2004年中國機床主機消費高達94.6億美元，國內數控機床制造企業在中高檔與大型數控機床的研究開發方面與國外的差距更加明顯，70%以上的此類設備和絕大多數的功能部件均依賴進口。由此可以看出國產數控機床特別是中高檔數控機床仍然缺乏市場競爭力，究其原因主要在于國產數控機床的研究開發深度不夠、制造水平依然落后、服務意識與能力欠缺、數控,系統生產應用推廣不力及數控人才缺乏等。我們應看清形勢，充分認識國產數控機床的不足，努力發展先進技術，加大技術創新與培訓服務力度，以縮短與發達國家之問的差距。

在20余年間，數控機床的設計和制造技術有較大提高，主要表現在三大方面：培訓一批設計、制造、使用和維護的人才；通過合作生產先進數控機床，使設計、制造、使用水平大大提高，縮小了與世界先進技術的差距；通過利用國外先進元部件、數控系統配套，開始能自行設計及制造高速、高性能、五面或五軸聯動加工的數控機床，供應國內市場的需求，但對關鍵技術的試驗、消化、掌握及創新卻較差。至今許多重要功能部件、自動化刀具、數控系統依靠國外技術支撐，不能獨立發展，基本上處于從仿制走向自行開發階段，與日本數控機床的水平差距很大。存在的主要問題包括：缺乏象日本機電法、機信法那樣的指引；嚴重缺乏各方面專家人才和熟練技術工人；缺少深入系統的科研工作；元部件和數控系統不配套；企業和專業間缺乏合作，基本上孤軍作戰，雖然廠多人眾，但形成不了合力。

2003年開始，中國就成了全球最大的機床消費國，也是世界上最大的數控機床進口國。目前正在提高機械加工設備的數控化率，1999年，我們國家機械加工設備數控化率是5－8％，目前預計是15－20％之間。

目前，國家制定了一些政策，鼓勵國民使用國產數控機床，各廠家也在努力追趕。國內買機床最多的是軍工企業，一個購買計劃里，80％是進口，國產機床滿足不了需要。今后五年內，這個趨勢不會改變。不過就目前國內的需要來講，我國的數控機床目前能滿足中低檔產品的訂貨。

五、數控未來發展的趨勢

數控技術的應用不但給傳統制造業帶來了革命性的變化，使制造業成為工業化的象征，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（IT、汽車、輕工、醫療等）的發展起著越來越重要的作用，因為這些行業所需裝備的數字化已是現代發展的大趨勢。從目前世界上數控技術及其裝備發展的趨勢來看，其主要研究熱點有以下幾個方面。

1、高速、高精加工技術及裝備的新趨勢

效率、質量是先進制造技術的主體。高速、高精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。

在轎車工業領域，年產30萬輛的生產節拍是40秒/輛，而且多品種加工是轎車裝備必須解決的重點問題之一；在航空和宇航工業領域，其加工的零部件多為薄壁和薄筋，剛度很差，材料為鋁或鋁合金，只有在高切削速度和切削力很小的情況下，才能對這些筋、壁進行加工。近來采用大型整體鋁合金坯料“掏空”的方法來制造機翼、機身等大型零件來替代多個零件通過眾多的鉚釘、螺釘和其他聯結方式拼裝，使構件的強度、剛度和可靠性得到提高。這些都對加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。

從EMO2001展會情況來看，高速加工中心進給速度可達80m/min，甚至更高，空運行速度可達100m/min左右。目前世界上許多汽車廠，包括我國的上海通用汽車公司，已經采用以高速加工中心組成的生產線部分替代組合機床。美國CINCINNATI公司的HyperMach機床進給速度最大達60m/min，快速為100m/min，加速度達2g，主軸轉速已達60000r/min。加工一薄壁飛機零件，只用30min，而同樣的零件在一般高速銑床加工需3h，在普通銑床加工需8h；德國DMG公司的雙主軸車床的主軸速度及加速度分別達12*!000r/mm和1g。

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(0.01μm)。

在可靠性方面，國外數控裝置的MTBF值已達6 000h以上，伺服系統的MTBF值達到30000h以上，表現出非常高的可靠性。

2、軸聯動加工和復合加工機床快速發展

采用5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，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。一般認為，1臺5軸聯動機床的效率可以等于2臺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軸聯動加工發揮更高的效益。但過去因5軸聯動數控系統、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，其制造難度和成本大幅度降低，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EMO2001展會上，新日本工機的5面加工機床采用復合主軸頭，可實現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實現，還可實現傾斜面和倒錐孔的加工。德國DMG公司展出DMUVoution系列加工中心，可在一次裝夾下5面加工和5軸聯動加工，可由CNC系統控制或CAD/CAM直接或間接控制。

3、智能化、開放式、網絡化成為當代數控系統發展的主要趨勢

21世紀的數控裝備將是具有一定智能化的系統，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；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、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動編程、智能化的人機界面等；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。

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，如在EMO2001展中，日本山崎馬扎克（Mazak)公司展出的“CyberProduction Center”（智能生產控制中心，簡稱CPC)；日本大隈（Okuma）機床公司展出“IT plaza”（信息技術廣場，簡稱IT廣場)；德國西門子(Siemens)公司展出的Open Manufacturing Environment（開放制造環境，簡稱OME）等，反映了數控機床加工向網絡化方向發展的趨勢。

4、重視新技術標準、規范的建立

(1)關于數控系統設計開發規范

如前所述，開放式數控系統有更好的通用性、柔性、適應性、擴展性，美國、歐共體和日本等國紛紛實施戰略發展計劃，并進行開放式體系結構數控系統規范(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定，世界3個最大的經濟體在短期內進行了幾乎相同的科學計劃和規范的制定，預示了數控技術的一個新的變革時期的來臨。我國在2000年也開始進行中國的ONC數控系統的規范框架的研究和制定。(2)關于數控標準

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年間的信息交換都是基于ISO6983標準，即采用G，M代碼描述如何（how）加工，其本質特征是面向加工過程，顯然，他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。

STEP-NC的出現可能是數控技術領域的一次革命，對于數控技術的發展乃至整個制造業，將產生深遠的影響。首先，STEP-NC提出一種嶄新的制造理念，傳統的制造理念中，NC加工程序都集中在單個計算機上。而在新標準下，NC程序可以分散在互聯網上，這正是數控技術開放式、網絡化發展的方向。其次，STEP-NC數控系統還可大大減少加工圖紙（約75％）、加工程序編制時間（約35％）和加工時間（約50％）。目前，歐美國家非常重視STEP-NC的研究，歐洲發起了STEP-NC的IMS計劃(1999.1.1～2001.12.31)。參加這項計劃的有來自歐洲和日本的20個CAD/CAM/CAPP/CNC用戶、廠商和學術機構。美國的STEP Tools公司是全球范圍內制造業數據交換軟件的開發者，他已經開發了用作數控機床加工信息交換的超級模型(Super Model)，其目標是用統一的規范描述所有加工過程。目前這種新的數據交換格式已經在配備了SIEMENS、FIDIA以及歐洲OSACA-NC數控系統的原型樣機上進行了驗證。

參考文獻：

【1】機械設備數控技術.國防工業出版社，2007 【2】新編機床數控技術.北京理工大學出版社，2005 【3】機床數控系統的發展趨勢.黃勇 陳子辰 浙江大學 【4】數控機床市場.環球瞭望，2007 【5】機電新產品導報.2005年第12期 【6】世界制造技術與裝備市場.2007年第4期

【7】 中國機床工具工業協會 行業發展部.世界制造技術與裝備市場，2001 【8】 機床技術發展的新動向.梁訓,王宣 ,周延佑.世界制造技術與裝備市場，2001 【9】 中國機床工具工業協會 數控系統分會.世界制造技術與裝備市場，2001

第二篇：數控技術讀書報告3 數控系統的發展 發展趨勢

數控技術讀書報告

【摘要】

半個世紀以來，以計算機為主導和核心的信息技術，通過電視、現代通信等提高了人類生活的質量，還促使生產力飛速向前發展，開創了人類文明史、生產史的新紀元。信息技術的飛速發展直接導致了知識經濟的到來。6年后，即在1952年，計算機技術應用到了機床上，在美國誕生了第一臺數控機床。從此，傳統機床產生了質的變化。

【關鍵字】數控系統 發展過程 發展趨勢 概述

從1952年美國麻省理工學院研制出第一臺試驗性數控系統，到現在已走過了半個世紀歷程。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，與此同時加工技術以及一些其他相關技術的發展對數控系統的發展和進步提出了新的要求。數控技術和數控裝備是制造工業現代化的基礎，是一個國家經濟發展和綜合國力的體現，而數控系統是數控技術和數控裝備的核心。近年來，國內外數控系統在柔性、精確性、可靠和集成性等方面取得了飛速的發展，許多理論與技術問題得到了較好的解決。我國的數控產業經過了10余年的攻關，在許多關鍵技術和核心技術上，已達到國外先進水平，擁有了具有我國版權的數控系統。數控系統的技術發展近年來十分迅猛，國外各大數控系統公司如F A N U C、S I E M E N S、A-B、MITSUBISHI、YASKAWA 等紛紛進入我國市場，競爭異常激烈，我國的數控產業所面臨的形勢非常嚴峻。市場的競爭歸根到底是技術的競爭，研究現代數控技術的發展方向，建立與發展符合我國國情的技術體系和數控產品，才能進一步擴大數控機床的市場份額，使我國的數控技術和數控產業在整個國際大市場中擁有一定的地位

數控系統

數控系統及相關的自動化產品主要是為數控機床配套。數控機床是以數控系統為代表的新技術對傳統機械制造產業的滲透而形成的機電一體化產品：數控系統裝備的機床大大提高了零件加工的精度、速度和效率。

數控系統的發展

數控(NC)階段

早期計算機的運算速度低，對當時的科學計算和數據處理影響還不大，但不能適應機床實時控制的要求。人們不得不采用數字邏輯電路“搭”成一臺機床專用計算機作為數控系統，被稱為硬件連接數控(HARD-WIRED NC)，簡稱為數控(NC)。隨著元器件的發展，這個階段歷經了三代，即1952年的第一代——電子管；1959年的第二代——晶體管；1965年的第三代——小規模集成電路。

計算機數控(CNC)階段

到1970年，通用小型計算機業已出現并成批生產。其運算速度比50～60年代有了大幅度的提高，比專門“搭”成的專用計算機成本低、可靠性高。于是將它移植過來作為數控系統的核心部件，從此進入了計算機數控。1974年微處理器被應用于數控系統。這是因為小型計算機功能太強，控制一臺機床能力有富裕(故當時曾用于控制多臺機床，稱之為群控)，不如采用微處理器經濟合理。而且當時的小型機可靠性也不理想。早期的微處理器速度和功能雖還不夠高，但可以通過多處理器結構來解決。由于微處理器是通用計算機的核心部件，故仍稱為計算機數控。1990年，PC機的性能已發展到很高的階段，從8位、16位發展到32位，可以滿足作為數控系統核心部件的要求，而且PC機生產批量很大，價格便宜，可靠性高。數控系統從此進入了基于PC的階段。

數控系統近50年來經歷了兩個階段六代的發展。只是發展到了第五代以后，才從根本上解決了可靠性低、價格極為昂貴、應用很不方便(主要是編程困難)等極為關鍵的問題。因此，即使在工業發達國家，數控機床大規模地得到應用和普及，也是在70年代末80年代初以后的事。即數控技術經過了近30年的發展才走向普及應用的。

數控（計算機數控）階段也經歷了三代。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

我國數控系統技術的發展

我國從1958年起，由一些科研院所、高等學校和少數機床廠起步，進行數控系統的研制和開發。由于受到當時國產電子元器件水平低、部門經濟等因素的制約，未能取得較大的進展。在改革開放以后，我國數控技術才逐步取得實質性的進展。經過“六五”(1981～1985年)的引進國外技術，“七五”(1986～1990年)的消化吸收和“八五”(1991～1995年)國家組織的科技攻關和正在進行的“九五”(1996～2000年)國家組織的產業化攻關，才使得我國數控系統技術有了質的飛躍。在20余年間，數控機床的設計和制造技術有較大提高，主要表現在三大方面：培訓一批設計、制造、使用和維護的人才；通過合作生產先進數控機床，使設計、制造、使用水平大大提高，縮小了與世界先進技術的差距；通過利用國外先進元部件、數控系統配套，開始能自行設計及制造高速、高性能、五面或五軸聯動加工的數控機床，供應國內市場的需求，但對關鍵技術的試驗、消化、掌握及創新卻較差。至今許多重要功能部件、自動化刀具、數控系統依靠國外技術支撐，不能獨立發展，基本上處于從仿制走向自行開發階段，與日本數控機床的水平差距很大。現在我國的數控系統已經實現了從進口到出口的轉折。

數控系統的發展趨勢

數控系統將來發展的主要目標為，進一步減低價格，增加可靠性，拓寬功能，提高操作舒適性，提高集成性，提高系統的柔性和開放性，減小體積，提高數控機床的生產能力。

1、數控標準的引入

隨著NC成為機械自動化加工的重要設備，在管理和操作之間，都需要有統一的術語、技術要求、符號和圖形，即有統一的標準，以便進行世界性的技術交流和貿易。NC技術的發展，形成了多個國際通用的標準：即ISO國際標準化組織標準、IEC國際電工委員會標準和EIA美國電子工業協會標準等。最早制訂的標準有NC機床的坐標軸和運動方向、NC機床的編碼字符、NC機床的程序段格式、準備功能和輔助功能、數控紙帶的尺寸、數控的名詞術語等。這些標準的建立，對NC技術的發展起到了規范和推動作用。最近，ISO基于用戶的需要和對下一個5年間信息技術的預測，又在醞釀推出新標準“CNC控制器的數據結構”。它把AMT(先進制造技術)的內容集中在兩個主要的級別和它們之間的連接上：第一級CAM，為車間和它的生產機械：第二級是上一級，為數據生成系統，由CAD、CAP、CAE和NC編程系統及相關的數據庫組成。

2、伺服技術的發展

伺服裝置是數控系統的重要組成部分。20世紀50年代初，世界第一臺NC機床的進給驅動采用液壓驅動。由于液壓系統單位面積產生的力大于電氣系統所產生的力(約為20:1)，慣性小、反應快，因此當時很多NC系統的進給伺服為液壓系統。70年代初期，由于石油危機，加上液壓對環境的污染以及系統笨重、效率低等原因，美國GETTYS公司開發出直流大慣量伺服電動機，靜力矩和起動力矩大，性能良好，FANUC公司很快于1974年引進并在NC機床上得到了應用。從此，開環的系統逐漸被閉環的系統取代，液壓伺服系統逐漸被電氣伺服系統取代。

電伺服技術的初期階段為模擬控制，這種控制方法噪聲大、漂移大。隨著微處理器的采用，引入了數字控制。它有以下優點：①無溫漂，穩定性好。②基于數值計算，精度高。③通過參數對系統設定，調整減少。④容易做成ASIC電路。對現代數控系統，伺服技術取得的最大突破可以歸結為：交流驅動取代直流驅動、數字控制取代模擬控制、或者稱為軟件控制取代硬件控制。20世紀90年代，許多公司又研制了直線電動機，由全數字伺服驅動，剛性高，頻響好，因而可獲得高速度。

3、自動編程的采用

編程的方法有手工編程和自動編程兩種。據統計分析，采用手工編程，一個零件的編程時間與機床加工之比，平均約為30:1。為了提高效率，必須采用計算機或程編機代替手工編程。自動編程需要有自動化編程語言，其中麻省理工學院研制的APT語言是最典型的一種數控語言，它大大地提高了編程效率。從70年代開始出現的圖象數控編程技術有效地解決了幾何造型、零件幾何形狀的顯示、交互設計、修改及刀具軌跡生成、走刀過程的仿真顯示、驗證等，從而推動了CAD和CAM向一體化方向發展。

4、DNC概念的引入及發展

DNC概念從“直接數控”到“分布式數控”的變化，其內涵也發生了變化。“分布式數控”表明可用一臺計算機控制多臺數控機床。這樣，機械加工從單機自動化的模式擴展到柔性生產線及計算機集成制造系統。從通信功能而言，可以在CNC系統中增加DNC接口，形成制造通信網絡。網絡的最大特點是資源共享，通過DNC功能形成網絡可以實現：①對零件程序的上傳或下傳。②讀、寫CNC的數據。③PLC數據的傳送。④存貯器操作控制。⑤系統狀態采集和遠程控制等。

5、可編程控制器的采用

在20世紀70年代以前，NC控制器與機床強電順序控制主要靠繼電器進行。60年代出現了半導體邏輯元件，1969年美國DEC公司研制出世界上第一臺可編程序控制器PLC。PLC很快就顯示出優越性：設計的圖形與繼電器電路相似，形象直觀，可以方便地實現程序的顯示、編輯、診斷、存貯和傳送：PLC沒有繼電器電路那種接觸不良，觸點熔焊、磨損、線圈燒斷等缺點。因此很快在NC機床上得到應用。目前，在NC機床上指令執行時間可達到0.085μs/步，最大步數為32000步。而且，使用PLC還可以大大減少系統的占用空間，提高系統的快速性和可靠性。

6、傳感器技術的發展

一臺NC系統與機械連結在一起時，它能控制的幾何精度除受機械因素的影響外，閉環系統還主要取決于所采用的傳感器，特別是位置和速度傳感器，如可測量直線位移和旋轉角度的直線感應同步器和圓感應同步器、直線和圓光柵、磁尺、利用磁阻的傳感器等。這些傳感器由光學、精密機械、電子部件組成，一般分辨率為0.01～0.001mm，測量精度為±0.02～0.002mm/m，機床工作臺速度為20m/min以下。隨著機床精度的不斷提高，對傳感器的分辨率和精度也提出了更高的要求。于是出現了具有“細分”電路的高分辨率傳感器，比如FANUC公司研制的編碼器通過細分可做到分辨率為10-7r。利用它構成的高精度數控系統為超精控制及加工創造了條件。

7、微處理器的應用

新一代數控系統廣泛采用多微處理機系統。大量采用大規模集成電路和三維高密度焊接的印制電路板，是系統小型化、經濟、可靠。中、高檔數控系統趨向于采用記憶PC機的硬件構成形式，通過這種形式使應用PC軟件、PC工具和PC硬件成為可能。這樣做的優點在于，硬件方面，由于PC機市場大，導致PC組件價格低廉，從而使基于PC機的數控系統價格降低；軟件方面，PC軟件功能強，且容易接受和推廣，數控系統中集成數據庫，可以實現方便的工藝、校正、診斷和刀具等數據的存儲。

8、開放型技術的產生

新一代數控系統應是開放式數控系統。開放式數控系統要求引用標準組件，應用開放的模塊化結構來構成系統的硬、軟件，是系統便于組合、擴展和升級，并且應使系統的硬件和軟件相互分離，是系統能提供柔性的、以適應地控制功能。開放式數控系統具有外部開放性和內部開放性。外部開放性反映在外部接口具有統一性和標準性，如一致的數控編程器、統一的通信接口、統一的伺服控制接口和通用的操作控制接口。內部開放性是內部數控核心控制功能軟件和附加的可選功能軟件在系統中易于集成，并易為用戶所掌握。

五、總結

目前，我國的機床工業正從生產大國逐漸變為機床強國，主要體現在數控機床產品的技術水平和質量不斷發展及提高。其中，特別是數控系統和數控機床的可靠性不斷提高。由于對產品結構進行了調整，新的數控產品不斷涌現，如多坐標聯動、高速、高精等數控機床的研制成功。北京發那科機電有限公司作為一家中國國內的數控系統制造和銷售企業，有必要為我國機床工業的發展提供更加可靠、功能更多的數控產品以滿足我國機床工業的需要。

參考文獻：

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第三篇：數控技術的發展現狀及發展趨勢[范文模版]

數控加工技術的現狀與發展趨勢

講 義

割加工設備、數控繞線機等等。其技術范圍復蓋很多領域:(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。

3.1.2 數控機床出現的意義

以計算機為主導的數控技術在機械制造領域的應用，完全改變了制造業。制造業不但成為工業化的象征，而且由于信息技術的滲透，使傳統的制造業煥發了青春，猶如朝陽產業具有廣闊的發展天地。3.1.3 數控機床的優點 3.1.3.1 加工效率高。

利用數控手段可以加工復雜的曲線和曲面。而加工過程是由計算機控制，所以零件的互換性強，加工的速度快。數控加工中心可以使用多把刀具自動換刀加工，一次裝夾即可把所有表面加工完成。再如模具制造業，現在的家用電器、航空航天、汽車等行業應用大量的模具，使用數控線切割加工、電火花加工、數控車、銑、磨等加工設備替代傳統的鉗工加工、普通機床加工，大大提高了加工效率。

3.1.3.2 加工精度高。

同傳統的加工設備相比，數控系統優化了傳動裝置,提高分辨率,減少了人為誤差，因此加工的效率可以得到很大的提高。3.1.3.3 勞動強度低。

由于采用了自動控制方式，也就是說加工的全部過程是由數控系統完成，不象傳統加工手段那樣煩瑣，操作者在數控機床工作時，只需要監視設備的運行狀態。所以勞動強度很低。3.1.3.4 適應能力強。

數控加工系統可以通過調整部分參數達到修改或改變其運作方式，因此加工的范圍可以得到很大的擴展。可以實現制造的柔性化，特別對于多品種、小批量的制造更加顯示出其優越性，成本低，調整方便。尤其配合成組技術的運用，大幅度提高了管理效率和經濟效益。3.1.3.5 工作環境好。

數控加工機床是機械控制、強電控制、弱電控制為一體高科技產物，對機床的

運行溫度、濕度及環境都有較高的要求。3.1.3.6 就業容易、待遇高。

由于我國處于數控加工技術的大力發展階段，大量的數控機床、加工中心和其他先進的加工手段，需要大量熟練數控技術操作的人員。數控機床的工作原理簡介

4.1編制程序→計算機數控系統（數據處理）→輸出信號（司服單元）→驅動裝置→機床運動 具體是：

4.2 編制程序：手工或自動編程，手工編程是根據零件圖紙分析圖樣，依據圖樣對零件材料、尺寸、形狀、精度和熱處理的要求來確定工藝方案，進行工藝處理和數值計算。在此基礎上，根據數控系統規定的功能指令代碼和程序格式編寫出數控加工程序單。自動編程一是：經過計算機輔助設計和計算機輔助制造（CAD/CAM）處理，由計算機自動生成數控加工程序。二是：人機對話。通過數控系統顯示器上的圖形提示和參數確定，在數控系統中自動生成加工程序。4.3 輸入-輸出裝置：將編制好了的程序輸入數控系統或將調試好了的加工程序通過輸出設備存放或紀錄在相應的控制介質上。程序輸入至數控系統的方法：鍵盤，USB接口，通信接口，CF卡。輸出裝置：USB接口，通信接口，CF卡、顯示器。

4.3計算機數控裝置；是數控機床的核心，它接受輸入裝置送來的數字信息，經過數控裝置的控制軟件和邏輯電路進行譯碼、運算和邏輯處理后，將各種指令信息輸出給司服系統，使設備按規定的動作執行。

4.4司服系統：包括司服單元、司服驅動裝置（或執行機構），是數控機床的執行部分。其作用是把來自CNC裝置的脈沖信號轉換成機床運動，使機床部件精確定位或按規定的軌跡做嚴格的相對運動，最后加工出符合圖樣要求的零件。有的司服系統還配備有位置測量裝置，可直接或間接測量執行部件的實際位移量，并反饋給數控裝置，對加工的誤差進行補償。

驅動裝置：一般是步進電動機、交直流司服電動機、直線電機。目前我國數控機床的技術現狀

5.1 總體水平

國產數控機床目前缺乏核心技術，從高性能數控系統到關鍵功能部件基本都依賴進口，即使近幾年有些國內制造商艱難地創出了自己的品牌，但其產品的功能、性能的可靠性仍然與國外產品有一定差距。近幾年國產數控機床制造商通過技術引進、海內外并購重組以及國外采購等獲得了一些先進數控技術，但缺乏對機床結構與精度、可靠性、人性化設計等基礎性技術的研究，自主開發能力的培育尚不夠完善，國產數控機床的技術水平、性能和質量與國外還有較大差距。從產品總體水平看，我們處于發達國家名牌產品之下，發展中國家之上的中等偏上水平，中低檔產品與國外同類產品差距較小或基本持平，但生產效率卻遠遠低于國外。而高性能、高檔次的產品（高速、高精度、特高精度、低噪音等）與國外知名企業有明顯差距，成為制約國產高檔數控機床發展的瓶頸。同時，采用進口功能部件價格昂貴，從而使整機價格攀升，國產數控機床的價格與一些發達國家和地區的產品趨于持平。總之，我們要趕上國際先進水平，還要不斷提高產品開發能力。5.2首先是主機精度普遍不夠。

只有少數幾種產品達到歐洲標準定位精度。精度差距只是表面現象。其實質是基礎技術差距的反映。如普遍未進行有限元分析，未做動剛度試驗；大多未采用定位精度軟件補償技術、溫度變形補償技術、高速主軸系統的動平衡技術等。5.3其次，基礎材料開發方面的差距

未普及高強度密烘鑄鐵，在歐美已有一批先進產品采用聚合物混凝土，我國則還是空白。

5.4再次，高動、靜剛度主機結構和整機性能開發的差距

高速機床主機結構設計方向是增強剛性和減輕移動部件重量，如國際普遍采用龍門式、框式、O型整體結構，箱中箱式結構，L型床身，三軸移動移出機身，側掛箱式臥式加工中心等。我們則大多未開發。5.5關鍵配套件，特別是新興配套件差距較大。

如電主軸、高速滾珠絲杠副、直線電機、高速高精全數字式數控系統、高精度的位置檢測系統等。目前我國數控機床功能部件生產已有一定規模，電主軸、主軸單元，數控系統、滾動功能部件、數控刀架、數控轉臺等都有專門的制造

廠家，其中個別產品的制造水平接近國際先進水平。但從整體上看，我國功能部件生產發展緩慢，品種少，產業化程度低，從精度指標和性能指標的綜合情況看還不過硬。目前，滾珠絲杠、數控刀架、數控系統、電主軸等數控機床功能部件雖已形成一定的生產規模，但僅能滿足中低檔數控機床的配套需要。衡量數控機床水平的高級數控系統、高速精密電主軸、刀庫機械手、數控回轉工作臺和高速防護裝置，高速滾動功能部件和數控動力刀架等主要還依賴進口。我國數控機床的發展趨勢

6.1數控機床以其卓越的柔性自動化的性能、優異而穩定的精度、靈捷而多樣化的功能引起世人矚目，它開創了機械產品向機電一體化發展的先河，成為先進制造技術中的一項核心技術。計算機技術、數控系統技術的突飛猛進為數控機床的技術進步提供了條件，當今的市場，國際合作的格局逐漸形成，產品競爭日趨激烈，高效率、高精度加工手段的需求在不斷升級，用戶的個性化要求日趨強烈，專業化、專用化、高科技的機床越來越得到用戶的青睞。

6.2數控機床結構的發展趨勢

數控裝備及加工技術的未來，主要從機床設備硬件和加工技術應用兩個方面來論述，其主要內容包括：機床床身結構形式、傳動部件、伺服電機、主軸單元、控制系統及新型刀具、涂層材料技術、高速加工技術、快速成型技術、特種加工技術、CADCAM技術。

6.2.1更好更廣泛的標準化

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；

6.2.2 更多聯動軸、更快的自動換刀

數控機床的控制軸數通常指機床數控裝置能夠控制的進給軸數。數控機床控制軸數與數控裝置的運算處理能力、運算速度及內存容量等有關。數控機床同時聯動的控制軸數越多，完成的運動越多，加工能力越強，而控制系統也越復雜。加工中心刀具庫種類越多，刀架自動識別刀具的能力越強，自動換刀速度越快。

6.2.3 向極端化、大型化和微型化發展

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。大型、超大型工件的加工則依靠重型數控機床的支撐。如重型電機、重型機床制造行業的大型主軸、機座、箱體加工所用的數控加工中心、重型數控臥式車床、數控立式車床等。

6.2.4 進一步實現信息交互網絡化

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、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、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。

6.2.5 研發新型功能部件并成熟應用

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：

（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；

（2）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；

（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，可以大大簡化數控機床的結構，具有傳動環節少、結構緊湊等一系列優點。

6.2.6 進一步提高可靠性

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1萬小時左右，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。

6.2.7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。廢棄的切削液是金屬切削加工造成的污染之一。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。

6.2.8 切削加工向高速、高效方向發展

機床向高速化方向發展，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且還可提高零件的表面加工質量和精度。超高速加工技術對制造業實現高效、優質、低成本生產有廣泛的適用性。20世紀90年代以來，歐、美、日各國爭相開發應用新一代高速數控機床，加快機床高速化發展步伐。高速主軸單元（電主軸，轉速15000－100000r/min）、高加/減速度進給運動部件（快移速度60～120m/min，切削進給速度高達60m/min）、高性能數控和伺服系統以及數控工具系統都出現了新的突破，達到了新的技術水平。隨著超高速切削機理、超硬耐磨長壽命刀具材料和磨料磨具，大功率高速電主軸、高加/減速度直線電機驅動進給部件以及高性能控制系統（含監控系統）和防護裝置等一系列技術領域中關鍵技術的解決，為開發應用新一代高速數控機床提供了技術基礎。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r/min）以上；工作臺的移動速度（進給速度）：在分辨率為1微米時，在100m/min（有的到200m/min）以上，在分辨率為0.1 m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 6.2.9 進一步提高加工精度

從精密加工發展到超精密加工，是世界各工業強國致力發展的方向。其精度從微米級到亞微米級，乃至納米級（#lt;10nm），其應用范圍日趨廣泛。當前，在機械加工高精度的要求下，普通級數控機床的加工精度已由±10 m提高到±5 m；精密級加工中心的加工精度則從±3～5 m，提高到±1～1.5 m，甚至更高；超精密加工精度進入納米級（0.001m），主軸回轉精度要求達到0.01～0.05 m，加工圓度為0.1m，加工表面粗糙度Ra=0.003微米等。這些機床一般都采用矢量控制的變頻驅動電主軸（電機與主軸一體化），主軸徑向跳動小于2 m，軸向竄動小于1 m，軸系不平衡度達到G0.4級。高速高精加工機床的進給驅動，主要有#quot;回轉伺服電機加精密高速滾珠絲杠#quot;和#quot;直線電機直接驅動#quot;兩種類型。

6.2.10進一步提高可靠性

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制造、使用環節追求的目標。這就要求從軟件的安全性和機械結構的可靠性、電器系統的可靠性等多方面進一步加強研究，改進提高。

6.2.11加工工序進一步復合化

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，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工序乃至全部車、銑、鉆、鏜、磨、攻絲、鉸孔和擴孔等多種加工工序。就棱體類零件而言，加工中心便是最典型的進行同一類工藝方法多工序復合加工的機床。事實證明，機床復合加工能提高加工精度

和加工效率，節省占地面積特別是能縮短零件的加工周期。

目前我國正以基本國情的角度出發，以國家的戰略需求和國民經濟的市場需求為導向，以提高我國制造裝備業綜合競爭能力和產業化水平為目標，用系統的方法，選擇能夠主導21世紀初期我國制造裝備業發展升級的關鍵技術以及支持產業化發展的支撐技術、配套技術作為研究開發的內容，實現制造裝備業的跨躍式發展。

第四篇：數控技術讀書報告

數控技術讀書報告

【摘要】：制造技術是制造業賴以發展的技術支撐,而數控機床制造技術它使制造技術從一個新的高度得到發展。本文介紹了數控機床的發展歷史、體系結構,并簡述了的發展現狀。隨著時代的進步和科技領域的發展,傳統機械制造的觀念已然落后,數控技術的出現改變了這種局面。數控技術在當今的機械制造工業中的地位與日俱增.數控技術是機械制造業中新興的綜合性技術.而以數控技術為核心的先進制造技術更是反映一個國家綜合國力的重要標志之一.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。通過對數控技術一書的了解和學習以及相關資料的查找，讓我對數控技術的發展和歷史有了前所未有的認識.關鍵詞 數控技術 發展歷史 發展趨勢 差距 機械制造 應用 數控機床

一 發展歷史

1948年，美國帕森斯公司接受美國空軍委托，研制直升飛機螺旋槳葉片輪廓檢驗用樣板的加工設備。由于樣板形狀復雜多樣，精度要求高，一般加工設備難以適應，于是提出采用數字脈沖控制機床的設想。

1949年，該公司與美國麻省理工學院(MIT)開始共同研究，并于1952年試制成功第一臺三坐標數控銑床，當時的數控裝置采用電子管元件。

1959年，數控裝置采用了晶體管元件和印刷電路板，出現帶自動換刀裝置的數控機床，稱為加工中心(MC Machining Center)，使數控裝置進入了第二代。1965年，出現了第三代的集成電路數控裝置，不僅體積小，功率消耗少，且可靠性提高，價格進一步下降，促進了數控機床品種和產量的發展。

60年代末，先后出現了由一臺計算機直接控制多臺機床的直接數控系統(簡稱 DNC)，又稱群控系統；采用小型計算機控制的計算機數控系統(簡稱 CNC)，使數控裝置進入了以小型計算機化為特征的第四代。

1974年，研制成功使用微處理器和半導體存貯器的微型計算機數控裝置(簡稱 MNC)，這是第五代數控系統。

20世紀80年代初，隨著計算機軟、硬件技術的發展，出現了能進行人機對話式自動編制程序的數控裝置；數控裝置愈趨小型化，可以直接安裝在機床上；數控機床的自動化程度進一步提高，具有自動監控刀具破損和自動檢測工件等功能。

20世紀90年代后期，出現了PC+CNC智能數控系統，即以PC機為控制系統的硬件部分，在PC機上安裝NC軟件系統，此種方式系統維護方便，易于實現網絡化制造。

現在，數控技術也叫計算機數控技術（Computerized Numerical Control 簡稱：CNC），目前它是采用計算機實現數字程序控制的技術。這種技術用計算機按事先存貯的控制程序來執行對設備的控制功能。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，使輸入數據的存貯、處理、運算、邏輯判斷等各種控制機能的實現，均可以通過計算機軟件來完成。數控技術是制造業信息化的重要組成部分

二、我國數控技術的發展及階段

我國數控技術起步于1958年，近50年的發展歷程大致可分為3個階段：第一階段從1958年到1979年，即封閉式發展階段。在此階段，由于國外的技術封鎖和我國的基礎條件的限制，數控技術的發展較為緩慢。第二階段是在國家的“六五”、“七五”期間以及“八五”的前期，即引進技術，消化吸收，初步建立起國產化體系階段。在此階段，由于改革開放和國家的重視，以及研究開發環境和國際環境的改善，我國數控技術的研究、開發以及在產品的國產化方面都取得了長足的進步。第三階段是在國家的“八五”的后期和“九五”期間，即

實施產業化的研究，進入市場競爭階段。在此階段，我國國產數控裝備的產業化取得了實質性進步。在“九五”末期，國產數控機床的國內市場占有率達50％，配國產數控系統（普及型）也達到了10％。縱觀我國數控技術近50年的發展歷程，特別是經過4個5年計劃的攻關，總體來看取得了以下成績。a.奠定了數控技術發展的基礎，基本掌握了現代數控技術。我國現在已基本掌握了從數控系統、伺服驅動、數控主機、專機及其配套件的基礎技術，其中大部分技術已具備進行商品化開發的基礎，部分技術已商品化、產業化。b.初步形成了數控產業基地。在攻關成果和部分技術商品化的基礎上，建立了諸如華中數控、航天數控等具有批量生產能力的數控系統生產廠。蘭州電機廠、華中數控等一批伺服系統和伺服電機生產廠以及北京第一機床廠、濟南第一機床廠等若干數控主機生產廠。這些生產廠基本形成了我國的數控產業基地。c.建立了一支數控研究、開發、管理人才的基本隊伍。雖然在數控技術的研究開發以及產業化方面取得了長足的進步，但我們也要清醒地認識到，我國高端數控技術的研究開發，尤其是在產業化方面的技術水平現狀與我國的現實需求還有較大的差距。雖然從縱向看我國的發展速度很快，但橫向比（與國外對比）不僅技術水平有差距，在某些方面發展速度也有差距，即一些高精尖的數控裝備的技術水平差距有擴大趨勢。從國際上來看，對我國數控技術水平和產業化水平估計大致如下。a.技術水平上，與國外先進水平大約落后10～15年，在高精尖技術方面則更大。b.產業化水平上，市場占有率低，品種覆蓋率小，還沒有形成規模生產；功能部件專業化生產水平及成套能力較低；外觀質量相對差；可靠性不高，商品化程度不足；國產數控系統尚未建立自己的品牌效應，用戶信心不足。c.可持續發展的能力上，對競爭前數控技術的研究開發、工程化能力較弱；數控技術應用領域拓展力度不強；相關標準規范的研究、制定滯后。分析存在上述差距的主要原因有以下幾個方面。a.認識方面。對國產數控產業進程艱巨性、復雜性和長期性的特點認識不足；對市場的不規范、國外的封鎖加扼殺、體制等困難估計不足；對我國數控技術應用水平及能力分析不夠。b.體系方面。從技術的角度關注數控產業化問題的時候多，從系統的、產業鏈的角度綜合考慮數控產業化問題的時候少；沒有建立完整的高質量的配套體系、完善的培訓、服務網絡等支撐體系。c.機制方面。不良機制造成人才流失，又制約了技術及技術路線創新、產品創新，且制約了規劃的有效實施，往往規劃理想，實施困難。d.技術方面。企業在技術方面自主創新能力不強，核心技術的工程化能力不強。機床標準落后，水平較低，數控系統新標準研究不夠。3 對我國數控技術和產業化發展的戰略思考

一、數控技術的發展趨勢

（一）高速、高精加工技術及裝備的新趨勢

效率、質量是先進制造技術的主體。高速、高精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。

（二）５軸聯動加工和復合加工機床快速發展

（三）智能化、開放式、網絡化趨勢 四）自動編程技術的應用

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。該控制系統能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規定的程序，并將其譯碼，從而使機床動作。過去的數控機床經歷了一個由單一向多元轉換的一個過程，數控機床的快速發展是整個世界經濟、科技發展的重要體現。數控機床在現代工業中占據著不可替代的位置，與我們生活的各個方面都有直接或間接的關系。未來數控機床將會有一個前所未有的發展，世界上主要工業發達國家都十分重視 數控技術及數控機床在當今機械制造業中的重要地位.數控技術及數控機床在當今機械制造業中的重要地位和巨大效益，顯示了其在國家基礎工業現代化中的戰略性作用，并已成為傳統機械制造工業提升改造和實現自動化、柔性化、集成

化生產的重要手段和標志。數控技術及數控機床的廣泛應用，給機械制造業的產業結構、產品種類和檔次以及生產方式帶來了革命性的變化。數控機床是現代加工車間最重要的裝備。它的發展是信息技術(1T)與制造技術(MT)結合發展的結果。現代的CAD/CAM、FMS、CIMS、敏捷制造和智能制造技術，都是建立在數控技術之上的。掌握現代數控技術知識是現代機電類專業學生必不可少的。

數控加工作為一種先進的加工方法, 被廣泛地用于航空工業、艦船工業以及電子工業等高精度、復雜零件的加工生產。在數控加工中，影響數控加工質量的因素很多，即工藝系統中的各組成部分，包括機床、刀具、夾具的制造誤差、安裝誤差以及刀具使用中的磨損等都直接影響工件的加工精度。也就是說，在加工過程中整個工藝系統會產生各種誤差，從而改變刀具和工件在切削運動過程中的相互位置關系而影響零件的加工精度及質量。理想的加工程序不僅應保證加工出符合圖樣的合格工件，同時應能使數控機床的功能得到合理的應用和充分的發揮。數控機床是一種高效率的自動化設備，它的效率高于普通機床的2～3倍，要充分發揮數控機床的這一特點，必須在編程之前對工件進行工藝分析，根據具體條件，選擇經濟、合理的工藝方案。數控加工工藝考慮不周是影響數控機床加工質量、生產效率及加工成本的重要因素。本文從生產實踐出發，探討和總結一些數控車削過程中的工藝問題。

二、我國數控技術差距及原因

雖然在數控技術的研究開發以及產業化方面取得了長足的進步，但我們也要清醒地認識到，我國高端數控技術的研究開發，尤其是在產業化方面的技術水平現狀與我國的現實需求還有較大的差距。雖然從縱向看我國的發展速度很快，但橫向比（與國外對比）不僅技術水平有差距，在某些方面發展速度也有差距，即一些高精尖的數控裝備的技術水平差距有擴大趨勢。從國際上來看，對我國數控技術水平和產業化水平估計大致如下：

１、技術水平上，與國外先進水平大約落后１０—１５年，在高精尖技術方面則更大。２、產業化水平上，市場占有率低，品種覆蓋率小，還沒有形成規模生產；功能部件專業化生產水平及成套能力較低；外觀質量相對差；可靠性不高，商品化程度不足；國產數控系統尚未建立自己的品牌 效應，用戶信心不足。

３、可持續發展的能力上，對競爭前數控技術的研究開發、工程化能力較弱；數控技術應用領域拓展力度不強；相關標準規范的研究、制定滯后。分析存在上述差距的主要原因有以下幾個方面。

（１）認識方面。對國產數控產業進程艱巨性、復雜性和長期性的特點認識不足；對市場的不規范、國外的封鎖加扼殺、體制等困難估計不足；對我國數控技術應用水平及能力分析不夠。（２）體系方面。從技術的角度關注數控產業化問題的時候多，從系統的、產業鏈的角度綜合考慮數控產業化問題的時候少；沒有建立完整的高質量的配套體系、完善的培訓、服務網絡等支撐體系。

（３）機制方面。不良機制造成人才流失，又制約了技術及技術路線創新、產品創新，且制約了規劃的有效實施，往往規劃理想，實施困難。

（４）技術方面。企業在技術方面自主創新能力不強，核心技術的工程化能力不強。機床標準落后，水平較低，數控系統新標準研究不夠。

三、對我國數控技術發展分析

（一）戰略考慮 我國是制造大國，在世界產業轉移中要盡量接受前端而不是后端的轉移，即要掌握先進制造核心技術，否則在新一輪國際產業結構調整中，我國制造業將進一步“空芯”。以資源、環

境、市場為代價，交換得到的可能僅僅是世界新經濟格局中的國際“加工中心”和“組裝中心”，而非掌握核心技術的制造中心的地位，這樣將會嚴重影響我國現代制造業的發展進程。

（二）發展策略

從我國基本國情的角度出發，以國家的戰略需求和國民經濟的市場需求為導向，以提高我國制造裝備業綜合競爭能力和產業化水平為目標，用系統的方法，選擇能夠主導２１世紀初期我國制造裝備業發展升級的關鍵技術以及支持產業化發展的支撐技術、配套技術作為研究開發的內容，實現制造裝備業的跨躍式發展。

強調以市場需求為導向，即以數控終端產品為主，以整機（如量大面廣的數控車床、銑床、高速高精高性能數控機床、典型數字化機械、重點行業關鍵設備等）帶動數控產業的發展。重點解決數控系統和相關功能部件（數字化伺服系統與電機、高速

現階段在全世界范圍之內的數控技術已經發展到了一個高峰期，電子計算機的發展也更近一步或者來說已經有了跨時代的發展相應的數控技術也隨著電子計算機的發展而進步，有人說過這是一個機械的時代一個電子虛擬的時代一個智能化的時代，所以我們的數控技術也在高速發展對現在的制造業也有了更加顯著的促進作用。中國作為一個制造大國，主要還是依靠勞動力、價格、資源等方面的比較優勢，而在產品的技術創新與自主開發方面與國外同行的差距還很大。中國的數控產業不能安于現狀，應該抓住機會不斷發展，努力發展自己的先進技術，加大技術創新與人才培訓力度，提高企業綜合服務能力，努力縮短與發達國家之 間的差距。而我們作為機械化的學習者或者說是未來我國機械化數控化得接班發展成員為了做過的制造業我們更應該更好的學好數控化技術和機械化知識，這樣在未來的發展中才可以正興我國的制造業，發展我們國家是我們國家更加的富強。

參考文獻

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第五篇：數控技術與數控機床作業

第六章 作業

機09A－1 杜駿 09101030136

1、提高機床的靜剛度有哪些措施？請具體說明。

1、正確選擇支撐件的截面形狀

2、合理設置肋板和肋條

3、合理開孔和加蓋

4、提高支撐件的局部剛度

5、提高支撐件的接觸剛度

6、材料的選擇和時效處理

7、支撐件的鉚接

8、結構工藝性

2、如何提高機床結構的抗振性？有哪些措施？

機床本體是數控機床的主體部分。來自于數控裝置的各種運動和動作指令，都必須由機床本體轉換成真實的、準確的機械運動和動作，才能實現數控機床的功能，并保證數控機床的性能要求。

3、減小機床熱變形有哪些方法？

如何減小數控機床的熱變形：在內外熱源的影響下，機床各部件將發生不同程度的熱變形，使工件與刀具之間的相對運動關系遭到破環。對于數控機床來說，因為全部加工過程是計算的指令控制的，熱變形的影響就更為嚴重。為了減少熱變形，在數控機床結構中通常采用以下有效措施減少熱變形： 1.減少發熱機床內部發熱時產生熱變形的主要熱源，應當盡可能地將熱源從主機中分離出去。2.控制溫升在采取了一系列減少熱源的措施后，熱變形的情況將有所改善。但要完全消除機床的內外熱源通常是十分困難的，甚至是不可能的。所以必須通過良好的散熱和冷卻來控制溫升，以減少熱源的影響。其中部較有效的方法是在機床的發熱部位強制冷卻，也可以在機床低溫部分通過加熱的方法，使機床各點的溫度趨于一致，這樣可以減少由于溫差造成的翹曲變形。3.改善機床機構在同樣發熱條件下，機床機構對熱變形也有很大影響。如數控機床過去采用的單立柱機構有可能被雙柱機構所代替。由于左右對稱，雙立柱機構受熱后的主軸線除產生垂直方向的平移外，其它方向的變形很小，而垂直方向的軸線移動可以方便地用一個坐標的修正量進行補償。軸的熱變形發生在刀具切入的垂直方向上。這就可以使主軸熱變形對加工直徑的影響降低到最小限度。在結構上還應盡可能減小主軸中心與主軸向地面的距離，以減少熱變形的總量，同時應使主軸箱的前后溫升一致，避免主軸變形后出現傾斜。數控機床中的滾珠絲杠常在預計載荷大、轉速高以及散熱差的條件下工作，因此絲杠容易發熱。滾珠絲杠熱生產造成的后果是嚴重的，尤其是在開環系統中，它會使進給系統喪失定位精度。目前某些機床用預拉的方法減少絲杠的熱變形。對于采取了上述措施仍不能消除的熱變形，可以根據測量結果由數控系統發出補償脈沖加以修正。