淺析數控機床的發展進程及趨勢

摘要：闡述了數控機床的發展歷程，對我國數控機床的發展現狀與發展趨勢進行了介紹，最后提出了我國數控機床的發展方向。

Abstract: The development of CNC machine tools, the development status and development trend of China's CNC machine tool are introduced, finally the development direction of NC machine tools in China put forward.

關鍵詞：數控機床；進給伺服系統；機床加工程序；

Key words: CNC machine; servo system; machine tool machining program;

自20世紀末開始，我國制造業就開始了逐漸由制造大國向制造強國邁進了腳步，機床制造業也跟著取得數控機床快速增長的業績。機床是先進制造技術和制造信息集成的重要元素，既是生產力要素，又是重要商品。機床的發展和創新在一定程度上能映射出加工技術的主要趨勢。

1．數控機床的發展進程

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

始于90年代初，受通用微機技術飛速發展的影響，數控系統正朝著以個人計算機(PC)為基礎，向著開放化、智能化、網絡化等方面進一步發展。數控機床通常由控制系統、進給伺服系統、檢測系統、機械傳動系統及其他輔助系統組成。其中進給伺服系統作為數控機床的重要功能部件，其性能是決定數控機床加工性能的極其重要的技術指標。

2．數控機床的發展趨勢

進入21世紀，我國經濟與國際全面接軌，進入了一個蓬勃發展的新時期。機床制造業既面臨著機械制造業需求水平提升而引發的制造裝備發展的良機，也遭遇到加入世界貿易組織后激烈的國際市場競爭的壓力，加速推進數控機床的發展是解決機床制造業持續發展的一個關鍵。數控機床正向以下幾個方面發展。

(1）高速化：新一代數控機床為提高生產效率，向超高速方向發展，采用新型功能部件主軸轉速達15,000r/min以上。而高速切削是指刀具切削刃相對與零件表面的切削運動速度超過普通切削5～10 倍，體現在數控機床上的主軸轉速、進給率、運算速度等。

(2）高精度化：當前，在機械加工高精度的要求下，世界各工業強國已經不能滿足于精密加工了，而是把超精密加工作為數控機床的未來發展方向。其精度已經從微米級發展到亞微米級，甚至納米級。

(3）功能復合化：工件一次裝夾，能進行多種工序復合加工，可大大地提高生產效率和加工精度，是機床一貫追求的。機床已逐漸發展成為系統化產品，用一臺電腦控制一條生產線的作業。

(4）控制智能化：隨著人工智能在計算機領域的滲透和發展，數控系統引入了自適應控制、模糊系統和神經網絡的控制機理，不但具有自動編程、前饋控制、模糊控制、學習控制、自適應控制、工藝參數自動生成、三維刀具補償、運動參數動態補償等功能，而且人機界面極為友好，并具有故障診斷專家系統，使自診斷和故障監控功能更趨完善。

(5）體系開放化：計算機技術的飛速發展，推動數控技術更快地更新換代。許多數控系統生產廠家利用Pc機豐富的軟硬件資源開發開放式體系結構的新一代數控系統。開放式體系結構使數控系統有更好的通用性、柔性、適應性、可擴展性。

(6）驅動并聯化：并聯運動機床克服了傳統機床串聯機構移動部件質量大、系統剛度低、刀具只能沿固定導軌進給、作業自由度偏低、設備加工靈活性和機動性不夠等固有缺陷，可實現多坐標聯動數控加工、裝配和測量多種功能，更能滿足復雜特種零件的加工，具有現代機器人的模塊化程度高、重量輕和速度快等優點。

(7）極端化：國防、航空、航天事業的發展和能源等基礎產業裝備的大型化需要大型且性能良好的數控機床的支撐。而超精密加工技術和微納米技術是21世紀的戰略技術，需發展能適應微小型尺寸和微納米加工精度的新型制造工藝和裝備，所以微型機床的需求量正在逐漸增大。

(8）信息交互網絡化：對于面臨激烈競爭的企業來說，使數控機床具有雙向、高速的聯網通訊功能，以保證信息流在車間各個部門間暢通無阻是非常重要的。既可以實現網絡資源共享，又能實現數控機床的遠程監視、控制、培訓、教學、管理，還可實現數控裝備的數字化服務。

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

(10）高可靠性：數控機床與傳統機床相比，增加了數控系統和相應的監控裝置等，應用了大量的電氣、液壓和機電裝置，易于導致出現失效的概率增大，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。

(11）加工過程綠色化：隨著日趨嚴格的環境與資源約束，制造加工的綠色化越來越重要，而中國的資源、環境問題尤為突出。因此，近年來不用或少用冷卻液、實現干切削、半干切削節能環保的機床不斷出現，并在不斷發展當中。

(12）多媒體技術的應用：多媒體技術集計算機、聲像和通信技術于一體，使計算機具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力，因此也對用戶界面提出了圖形化的要求。

3．結語

從上世紀80年代起, 我國機床制造業對數控技術和數控機床一直給予較大的關注。但是由于我們的數控技術與其他工業發達國家差距較大，與國外一些先進產品相比，仍存在著很大劣勢, 使得我們總是處于技術跟蹤階段。面對這種情況，為了加速振興我國的機床制造業，提高我國的數控機床技術，應當加強以下幾個方面的研究工作：1、以高速化為先導，提高數控機床的綜合性能。2、推進μm 工程，研制高效精密數控機床。3、發展復合加工數控機床、縮短制造過程鏈。4、發展網絡化制造單元，推進企業制造能力的高效柔性化。5、開展可靠性設計，加強全面質量管理，保證數控機床的可靠性增長。6、提高技術人員的綜合素質。

4.參考文獻

[1] 梁訓.王宣.周延佑.機床技術發展的新動向.世界制造技術與裝備市場，2001(3)：21-28.

[2] 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(3)：18-20.

[3] 張亞力. 簡述數控發展的新趨勢. 國土資源高等職業教育研究. 2005.

[4] 馬國華.監控組態軟件及其應用. 北京：清華大學出版社，2001.3

5.作者簡介

鄭志，男，1975年出生，遼寧丹東人，本科學歷，工程師，現主要從事技術管理工作。