淺談數控機床的產生和發展趨勢

周吉生 楊輝

摘 要 制造業是一個國家國民經濟的支柱產業，它一方面創造價值，生產物質財富，另一方面為國民經濟各個部門提供裝備，其現代化程度決定了國家其它行業的發展步伐。數控技術和數控是制造業現代化的重要基礎，全面了解數控機床的發展過程和趨勢，對提高數控發展再認識有重要的現實意義。隨著計算機技術的迅速發展，數控系統及數控機床的性價比和數控機床在機械制造業中的普及率將大幅提高。

關鍵詞 數控 產生 發展趨勢

一、數控機床的產生和發展

數字控制機床，是近代發展起來的一種自動控制機床，通過數字信息自動控制機床的運轉。數控機床的加工程序和運動變量（如坐標方向、位移量、軸的轉向和轉速等）通過數控裝置自動控制，同時具有自動換刀、自動測量、自動潤滑和自動冷卻等功能。數控機床的發展完全依賴于數控系統的發展。自1952年美國研制出第一臺數控銑床起，數控系統經歷了兩個階段和六代的發展。

（一）數控（NC）階段（1952—1970年）

早期計算機的運算速度低，這雖然對當時的科學計算和數據處理影響并不大。但卻不能適應機床適時控制的要求。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，這被稱為硬件連接數控，簡稱為數控（NC）。隨著元器件的發展，這個階段經歷了三代，即：第一代數控1952—1959年采用電子管元件構成的專用NC裝置；第二代數控1959一1964年采用晶體管電路的NC裝置；第三代數控1965—1970年采用小、中規模集成電路的NC裝置。

（二）計算機數控（CNC）階段（1970至今）

到1970年，通用小型計算機已批量生產，其運算速度比20世紀五六十年代有了大幅度的提高，這比專門“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（CNC）階段。隨著計算機技術的發展，這個階段也經歷了三代，即：第四代數控：1970—1974年采用大規模集成電路的小型通用計算機數控系統；第五代數控：1974—1990年應用微處理器的計算機數控系統；第六代數控：1990年以后，PC（個人計算機，國內習慣稱微機）的性能巳發展到很高的階段，可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（PC—BASED）的時代。

二、 數控機床發展的趨勢

（一）提高數控系統的智能化和可靠性

在數控機床上應用自適應控制技術，能使數控機床根據切削條件的變化隨時自動調節各相關工作參數、切削用量等，使加工過程始終保持最佳工作狀態。自適應控制技術，即在加工過程中數控系統可以根據工件、刀具、機床等一系列實際參數的變化，自動修改機床切削進給量，使機床能“適應”加工過程中的各種隨機變量任一瞬時變化，并使之始終保持最佳加工狀態。目前，現代數控系統的智能化正朝著運用自適應控制技術，實現自動檢測及更換刀具，故障自診斷、自修復，自動定心，人-機對話自動編程以及圖像識別和聲控技術的方向發展。而具有人工智能功能的故障診斷系統軟件的開發及使用，可以增強機床自診斷、自恢復的保護功能，從而大幅降低了系統的故障率。

（二）提高速度和精度

提高速度及精度是提高生產率的主要手段。現代數控機床正朝著提高加工速度及加工精度的方向發展。例如，采用高性能的數控系統及伺服系統，已經可以使一個程序段的處理時間縮短到0.5ms；達到最小位移單位時，最大進給速度大于100m/min；采用陶瓷球的滾珠軸承等措施，可使主軸轉速大大提高；高分辨率的位置編碼器和各種誤差補償技術的使用，也使加工精度不斷提高。

（三）數控機床結構現代化

目前在先進數控機床的機床主體結構設計和制造上，正向著模塊化數控機床的方向發展。將典型的零部件制造標準化、通用化和系列化，把組合機床的積木式設計應用到機床整體設計中，將某種機床的組成部件設計成若干個模塊部件，通過組合可以形成多種形式和不同用途的機床。應用這種技術的制造商可以使自己的產品具有精度高、功能多及互換性好等優點。我國的一些機床廠在這方面已經取得了一定的進展和成果。

（四）數控技術多功能化和綜合自動化

目前數控技術正隨著微電子技術、計算機技術、成組技術和系統丁程技術等的發展，使機械丁業從傳統的概念和方法中解脫出來。數控設備正向著多功能化、綜合自動化的方向不斷發展。

采用計算機輔助制造（CAM）技術，使計算機參與從零件材料到加工和裝配、檢測直至成品出庫的整個過程。從在一臺設備上增加控制坐標軸的個數以提高自動化程度到在—臺設備上實現多工序自動控制，再到加工中心（MC），在一臺機床上實現車、銑、鉆、錘、攻螺紋等多種功能，制造自動化技術正朝著柔性制造系統（FMS）、計算機集成制造系統（CIMS）和智能制造系統的方向發展。

柔性制造系統這一概念的初創者在一條數控自動化加工線上率先使用了“FMS”一詞，該線的特點是能完成多品種、中小批量的加工任務。柔性制造系統由數控加工系統、物流控制系統等組成，擁有物流控制系統是柔性制造系統的特點。柔性制造系統適應性更強，生產率更高，加工范圍可隨時調整。柔性制造系統包括各制造單元（數控機床、加工中心和測量機等）、工夾具、無人送料車、自動化倉庫以及一套計算機控制系統、物流控制和信息網絡等。

最新發展的是以數控機床為基本單元的計算機集成制造系統，即CIMS系統.它綜合利用廠CAD/CAP/CAM/DNC/FMS及工廠自動化系統，用計算機通過信息集成實現現代化的生產制造，是建立在多項先進技術基礎上的高技術制造系統。CIMS通常由管理信息系統、產品設計工程信息系統、制造自動化系統、質量保證系統以及計算機網絡和數據庫系統組成。

現在通過網絡技術，數字化制造已經進入了信息高速公路；敏捷制造、網絡化設計與制造、虛擬制造等技術也正在全面快速發展。

（作者單位：河南省周口職業技術學院）