淺談我國(guó)數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

張震

摘 要：數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制的工作母機(jī)的總稱，由主機(jī)、數(shù)控系統(tǒng)和相關(guān)配套件組成。機(jī)床是先進(jìn)制造技術(shù)和制造信息集成的重要元素，是發(fā)展機(jī)器制造業(yè)以至整個(gè)工業(yè)必不可少的復(fù)雜生產(chǎn)工具，既是生產(chǎn)力要素，又是重要商品。機(jī)床的發(fā)展和創(chuàng)新在一定程度上映射出加工技術(shù)的主要趨向。隨著微電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、精密機(jī)械技術(shù)自動(dòng)控制技術(shù)以及微型計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)等新技術(shù)的發(fā)展，致使數(shù)控機(jī)床不斷升級(jí)而逐漸成為評(píng)價(jià)現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的重要指標(biāo)。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢(shì)

近年來我國(guó)企業(yè)的數(shù)控機(jī)床占有率逐年上升，在大中企業(yè)已有較多的使用，在中小企業(yè)甚至個(gè)體企業(yè)中也普遍開始使用。據(jù)預(yù)測(cè)分析，到2005年我國(guó)機(jī)床的數(shù)控化率為9.5%一10.36%，到2010年將達(dá)到16.5%一19.27%。面對(duì)世界機(jī)床市場(chǎng)的強(qiáng)烈沖擊，國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床要想從容應(yīng)對(duì)并占有一定的市場(chǎng)份額，必須把發(fā)展國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床放在突出位置，正確把握我國(guó)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)。

一、我國(guó)數(shù)控機(jī)床發(fā)展過程

我國(guó)數(shù)控機(jī)床及技術(shù)起步于1958年，近50年的發(fā)展歷程大致可分為以下3個(gè)階段。

第一階段：1958～1979年，即封閉式發(fā)展階段。在此階段，我國(guó)機(jī)床總體設(shè)計(jì)實(shí)力差、各種機(jī)、電、液、氣配套基礎(chǔ)元部件、數(shù)控系統(tǒng)不過關(guān)，工作不可靠，故障頻繁，且形成一哄而上，又一哄而下，三起三落。到1979年為止，我國(guó)數(shù)控機(jī)床無法正式生產(chǎn)，也無法在生產(chǎn)中正式使用。而日本在此階段，在努力發(fā)展大量大批生產(chǎn)自動(dòng)化、高效自動(dòng)化機(jī)床、自動(dòng)線的基礎(chǔ)上，確實(shí)使主機(jī)設(shè)計(jì)本領(lǐng)過硬，配套元部件、數(shù)控系統(tǒng)過關(guān)，不斷發(fā)展數(shù)控機(jī)床，至1979年日本數(shù)控系統(tǒng)年產(chǎn)量達(dá)14235套，數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量達(dá)14317臺(tái)，超過美國(guó)當(dāng)年產(chǎn)量7925臺(tái)，從此，日本數(shù)控機(jī)床之年產(chǎn)量長(zhǎng)期居世界第1。

第二階段：國(guó)家的“六五”、“七五”期間及“八五”的前期，即引進(jìn)技術(shù)，消化吸收，初步建立起國(guó)產(chǎn)化體系階段。在此階段，我國(guó)先后引進(jìn)日、美、歐洲國(guó)家的數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床及一些基礎(chǔ)元部件如各類機(jī)、電、液、氣等，利用國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品配置和技術(shù)，我國(guó)數(shù)控技術(shù)的研究、開發(fā)及在產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)化方面都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。

第三階段：國(guó)家“八五”后期和“九五”期間，即實(shí)施產(chǎn)業(yè)化的研究，進(jìn)入市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)階段。在此階段，我國(guó)國(guó)產(chǎn)數(shù)控裝備的產(chǎn)業(yè)化取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)步，在品種上、技術(shù)上、產(chǎn)量上提高較快，取得了較大成績(jī)。在數(shù)量上，據(jù)1995年全國(guó)調(diào)查，我國(guó)機(jī)床擁有量383萬臺(tái)，其中數(shù)控機(jī)床7128萬臺(tái)，1999年數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量為9007臺(tái)，2000年擁有量約為14萬臺(tái)。在品種上也很豐富，包括各類數(shù)控全切機(jī)床、成形機(jī)床、激光加工機(jī)床等，國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率達(dá)50%，配用國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)（普及型）的也達(dá)到10%。

二、 中國(guó)數(shù)控機(jī)床存在的問題

1. 技術(shù)創(chuàng)新與市場(chǎng)需求脫節(jié)

數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)攻關(guān)取得進(jìn)展，但面對(duì)世界數(shù)控技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，差距仍然很大，存在很多不足之處，開發(fā)研制與市場(chǎng)開拓嚴(yán)重脫節(jié)。在確定數(shù)控技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目上沒有突出重點(diǎn)，市場(chǎng)定位不明確，不能集中力量，突破一點(diǎn)，帶動(dòng)一片，安排項(xiàng)目上帶有一定的盲目性。一方面，存在盲目追求技術(shù)水平的技術(shù)導(dǎo)向模式，這就造成科技攻關(guān)的新產(chǎn)品差距仍然很大，很多產(chǎn)品多功能、高水平、高價(jià)格、市場(chǎng)定位不明確，另一方面，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理、品種單一、雷同、不能滿足市場(chǎng)需求，數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)占有率逐年降低。

2. 技術(shù)創(chuàng)新運(yùn)行的支承條件差

中國(guó)現(xiàn)有的數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)近百家，研制和生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的單位近70家，均未形成經(jīng)濟(jì)指生產(chǎn)，全國(guó)普及型數(shù)控系統(tǒng)年產(chǎn)量1000臺(tái)左右，產(chǎn)量最多的廠家也不過年產(chǎn)400多臺(tái)，而國(guó)外一般數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠年產(chǎn)均在30以）臺(tái)以上，日本AFNUC則年產(chǎn)50000套以上，沒有批量，成本降不下來，質(zhì)量也難以保證，很難與國(guó)外同類產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)。中國(guó)現(xiàn)有數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)的開發(fā)力量弱，廠點(diǎn)分散，沒有形成經(jīng)濟(jì)規(guī)模。國(guó)家尚未成立有一定權(quán)威的機(jī)構(gòu)促進(jìn)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，也沒有建立數(shù)控技術(shù)開發(fā)中心、數(shù)控技術(shù)工程中心、質(zhì)量檢測(cè)中心和維修服務(wù)中心及培訓(xùn)中心，加之，主要數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠，工藝條件較差，質(zhì)量保證體系不健全，因此產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)能力很差。

3. 技術(shù)創(chuàng)新成果未能工程化、商品化

數(shù)控技術(shù)創(chuàng)新取得成果后，缺乏工程化、商品化、產(chǎn)業(yè)化的全面安排，質(zhì)量保證體系不健全，尚未制定出相應(yīng)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)創(chuàng)新與工程化研究、工藝研究嚴(yán)重脫節(jié)。科技攻關(guān)取得進(jìn)展，但產(chǎn)品差距仍然很大，成果的工程化、商品化投入不足，在發(fā)展產(chǎn)品中數(shù)控產(chǎn)品可靠性差，質(zhì)量不穩(wěn)定，不重視產(chǎn)品的工程化研究。

三、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)

1. 機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

（1）全閉環(huán)交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)：在一些定位精度或動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求比較高的機(jī)電一體化產(chǎn)品中，廣泛使用數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)。這種伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)器對(duì)電機(jī)軸后端部的光電編碼器進(jìn)行位置采樣，在驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)之間構(gòu)成位置和速度的閉環(huán)控制系統(tǒng)。位置控制分辨率高，可靠性好。

（2）可編程計(jì)算機(jī)控制器技術(shù)自20世紀(jì)60年代末美國(guó)第一臺(tái)可編程序控制器PLC問世以來，PLC控制技術(shù)已走過了30年的發(fā)展歷程，尤其是隨著近代計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，它已在軟硬件技術(shù)方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)走出了當(dāng)初的“順序控制”的雛形階段。可編程計(jì)算機(jī)控制器（PCC）就是代表這一發(fā)展趨勢(shì)的新一代可編程控制器。

2. 機(jī)床主機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

高速高效化、復(fù)合化、智能化、環(huán)保型是現(xiàn)代機(jī)床發(fā)展主流。

（1）高移速加工中心目前在汽車制造行業(yè)中使用的高速加工中心的快速移動(dòng)速度>40m/min，移動(dòng)加速度>0.5g，使得汽車零件制造效率成倍的提高。高速加工中心進(jìn)給采用直線電機(jī)和高速滾珠絲杠，為減少熱變形，均采用循環(huán)水冷卻。直線電機(jī)最高速度可達(dá)100m/min，高速滾珠絲杠采用低摩擦材料和自潤(rùn)滑，以提高壽命，減少污染。例如日本東芝生產(chǎn)的高速加工中心，采用雙滾珠絲杠增強(qiáng)傳動(dòng)剛度、定位和重復(fù)定位精度。

（2）環(huán)保型機(jī)床無污染，節(jié)能節(jié)耗的環(huán)保型機(jī)床，符合1501400環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，干切削在德國(guó)汽車工業(yè)應(yīng)用廣泛。采用氣壓代替液壓，自潤(rùn)滑減少泄漏污染，和油徹底分離。

（3）激光加工機(jī)床采用靈活的光束控制，高輸出微型化的二極管激光器，緊湊和易于集成打標(biāo)和刻劃系統(tǒng)及焊接功能。

四、結(jié)語

傳統(tǒng)的數(shù)控技術(shù)已不適應(yīng)現(xiàn)代制造業(yè)的需要，新一代數(shù)控系統(tǒng)正朝著智能化、開放化、柔性化、多樣化的方向發(fā)展。我們應(yīng)抓住這個(gè)契機(jī)，利用人才優(yōu)勢(shì)，開發(fā)出適應(yīng)國(guó)情的現(xiàn)代高檔數(shù)控系統(tǒng)，促進(jìn)數(shù)控產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展和制造業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 周延佑.數(shù)控機(jī)床發(fā)展新趨勢(shì)與我國(guó)相應(yīng)的對(duì)策.機(jī)械工藝師，2001，（2）：5～7.

[2] 李宏勝.現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)與發(fā)展趨勢(shì)[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2002（11）：1-31.