淺談數(shù)控機床發(fā)展趨勢及發(fā)展策略

褚麗賓

摘 要：改革開發(fā)以來，我國制造業(yè)發(fā)生了翻天覆地的變化，尤其是隨著汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展（產(chǎn)量從21世紀初的百萬量級增長到20年代的千萬量級），以及之后3C行業(yè)（以智能手機制造產(chǎn)業(yè)為代表）的興起（產(chǎn)量從21世紀初的百萬部量級到20年代的10億部量級，其中，手機的玻璃、框架和鏡頭支架等小金屬零件都需數(shù)控加工），中國已成長為世界第一大機床消費與制造市場。第一臺數(shù)控機床起源于麻省理工大學(xué)（1952年），短短70年，數(shù)控機床的發(fā)展經(jīng)歷了巨大的變化。本文簡述數(shù)控機床的主要發(fā)展階段，重點描述了數(shù)控機床的發(fā)展趨勢。最后，對比國際國內(nèi)在數(shù)控機床領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢，也對我國數(shù)控機床的發(fā)展策略做了淺顯的分析。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機床;技術(shù);發(fā)展

引言

數(shù)控技術(shù)以及機床是一個國家從事高端制造的技術(shù)以及裝備支撐，國內(nèi)的很多尖端行業(yè)都需要以數(shù)控技術(shù)作為基礎(chǔ)技術(shù)，同時以數(shù)控機床作為生產(chǎn)精密零部件的基本裝備。數(shù)控技術(shù)的發(fā)展與進步是推動一個國家的制造水平以及制造裝備邁上新臺階的重要技術(shù)力量。數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用能確保我國的生產(chǎn)實現(xiàn)大批量、多品種、高精度的模式，促使我國的制造行業(yè)從傳統(tǒng)的制造轉(zhuǎn)換成信息化、數(shù)字化、集成化、柔性化、網(wǎng)絡(luò)化的生產(chǎn)模式，這些年來，我國通過投入大量人力、物力、財力來研究數(shù)控機床及數(shù)控技術(shù)，取得了十分喜人的成績，但我國的數(shù)控技術(shù)與發(fā)達國家相比，還存在很大差距，本文通過對數(shù)控機床的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢的研究，對我國數(shù)控機床的發(fā)展策略做了淺顯的分析。

1.數(shù)控機床工作原理及組成

實現(xiàn)數(shù)控機床的運轉(zhuǎn)工作需要以下幾個步驟，首先應(yīng)了解數(shù)控機床加工零件最終的相關(guān)尺寸和對應(yīng)標準，將實現(xiàn)的目標和相關(guān)的變量進行系統(tǒng)的控制，因此通過計算機信息系統(tǒng)進行加工零件工序的編程，形成具有較好邏輯的加工程序。通過這一程序，相當(dāng)于對數(shù)控機床提供了加工指引，然后對機床的加工狀況和控制模式進行調(diào)整，檢查機床的工作環(huán)境以及具體設(shè)備運行狀況，確保冷卻系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)、夾具系統(tǒng)、運動系統(tǒng)等多個系統(tǒng)能夠正常工作。最后通過不同部件的協(xié)調(diào)配合，實現(xiàn)相應(yīng)加工順序和軌跡的移動，從而得到圖紙中設(shè)計的零件。以上為數(shù)控機床的基本組成及工作原理，隨著電子技術(shù)、信息技術(shù)的進步和革新，數(shù)控機床技術(shù)也得到了迅猛的發(fā)展，下面重點描述數(shù)控機床的發(fā)展趨勢。

2.數(shù)控機床發(fā)展趨勢

2.1高精密和超精密

隨著航空航天、軍工、汽車等工業(yè)的技術(shù)進展，對零件的加工精密度和加工工藝的要求也越來越高。高精密加工的精密級別，要求尺寸公差在0.1至3μm之間，相互配合的兩個零件的配合精度要保持在2μm范圍內(nèi)，在批量生產(chǎn)時尺寸的一致性也要保持在5μm的范圍內(nèi)。而超精密加工的尺寸精度要求更高，基本要達到100nm以內(nèi)的范圍，多用來加工高質(zhì)量成像的光學(xué)系統(tǒng)。

2.2微型機床和袖珍工廠

微小化制造是下一代制造的愿景，期望能以節(jié)約場地、能源、人力等最小的投入，來獲得最高的回報。歐美和日本等制造強國都已把微小化制造作為未來若干年制造發(fā)展規(guī)劃的重點。對于微小型零件，采用微型機床和袖珍工廠代替?zhèn)鹘y(tǒng)機床和傳統(tǒng)工廠進行加工，是節(jié)約資源并獲得高效益及可持續(xù)發(fā)展的最佳路徑。

2.3高效率

為了實現(xiàn)更高的加工效率，現(xiàn)代的數(shù)控機床主軸轉(zhuǎn)速越來越高，電機功率越來越大。此外，傳統(tǒng)的工序分散模式是將工序分散在不同位置的不同機床上，這種模式的效率和質(zhì)量一般都得不到保證。通過開發(fā)與應(yīng)用銑車復(fù)合加工中心、車銑復(fù)合加工中心以及各種增減材復(fù)合加工中心可以實現(xiàn)工序集成，從而將加工效率大大提升。

2.4設(shè)計制作綠色化

數(shù)控機床的綠色設(shè)計可以考慮的因素有機床的材料、節(jié)能、包裝、可回收等方面。隨著環(huán)保的觀念日益深入人心，各行各業(yè)開始注重生產(chǎn)的環(huán)保性，因此在數(shù)控機床的生產(chǎn)過程中也需要融入環(huán)保理念來適應(yīng)時代發(fā)展的潮流，在生產(chǎn)過程中需要充分考慮環(huán)境保護以及資源節(jié)約等兩個方面的因素，在不影響產(chǎn)品的性能和質(zhì)量的基礎(chǔ)上，充分考慮數(shù)控機床的設(shè)計、生產(chǎn)、運行對環(huán)境的影響，通過調(diào)整相應(yīng)的設(shè)計方案以及選取適當(dāng)?shù)纳a(chǎn)材料，從而使設(shè)計出的機床對環(huán)境的影響達到最小化，這樣能有效的資源，達到提高我國資源的使用效率的目的。

3.數(shù)控機床發(fā)展策略淺析

3.1大力研究與優(yōu)化數(shù)控系統(tǒng)

我國數(shù)控機床中的數(shù)控系統(tǒng)可以分為兩類，一種是直接引用國外的數(shù)控系統(tǒng)，比如采用日本、德國等公司的成熟數(shù)控器件，直接安裝在國產(chǎn)的機床架構(gòu)上，從而實現(xiàn)國產(chǎn)數(shù)控機床的制備。另一種是在引用國外先進數(shù)控裝置和技術(shù)的基礎(chǔ)上，進行自主的研發(fā)和制備，比如國內(nèi)華中數(shù)控等企業(yè)，通過不斷的吸收國外數(shù)控經(jīng)驗，目前制備出的數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。針對這兩類數(shù)控系統(tǒng)而言，國外直接引進的數(shù)控系統(tǒng)價格較高，如果對傳統(tǒng)機床進行數(shù)控升級，采用國外的數(shù)控系統(tǒng)，雖然能夠保證性能的可靠強勁，并且該數(shù)控系統(tǒng)擁有較長的壽命和穩(wěn)定性。國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)雖然經(jīng)過較長時間的發(fā)展，但對于伺服控制、曲面插補及大功率伺服電機控制的能力仍有待加強。因此，有必要加大對國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)及其軟硬件的研究與開發(fā)力度，努力擺脫受制于人的局面。

3.2以加工工藝革新為引領(lǐng)，不斷提升機床性能

傳統(tǒng)數(shù)控機床在加工過程中，主要是通過機械化操作、人工化操作來完成對機械部件的加工，在信息化技術(shù)以及各類先進理論的支撐下，現(xiàn)代數(shù)控機床可以通過程序設(shè)定來完成自動化、智能化操控，且整個加工過程無需人工進行參與，進而有效保證整個加工的精準性與質(zhì)量性。為進一步強化數(shù)控加工工藝設(shè)計質(zhì)量，必須對現(xiàn)階段加工工序所呈現(xiàn)出的整體化效果進行分析，查證出與刀具相關(guān)聯(lián)的各個操控目標所具備的參數(shù)，然后將不同類組件在加工過程中的參數(shù)實現(xiàn)進行綜合考慮，以得出基于加工成本加工時間與加工性能相整合的整體化策略，便可進一步為整個加工過程的實現(xiàn)提供數(shù)據(jù)支撐。針對不斷提高的加工工藝需求，需要努力開發(fā)出各種高性能、集成度高的復(fù)合加工機床。另外，隨著節(jié)能減排（特別是中國對全世界做出的碳中和的莊嚴承諾）、綠色環(huán)保的要求不斷加強，也要努力開發(fā)出環(huán)境友好，綠色節(jié)能的數(shù)控設(shè)備。

3.3多功能、定制化

隨著科技的不斷向前邁進和市場個性化需求的不斷增加，數(shù)控機床的發(fā)展會日益趨向于多功能和定制化。數(shù)控機床的多功能主要包括將傳統(tǒng)的CAD、CAE、CAM以信息化等功能集于一體，實現(xiàn)一機多能。為了滿足市場和用戶不斷增加的個性化需求，數(shù)控機床的定制化開發(fā)是一個大趨勢。在開發(fā)數(shù)控機床時，不僅要滿足功能和性能方面的相關(guān)要求，還要充分考慮客戶在實際使用時的個性化需求。

結(jié)語

數(shù)控技術(shù)作為衡量一個國家科技制造能力強弱的重要指標，高超的數(shù)控技術(shù)是制造出高端精密產(chǎn)品的前提，數(shù)控技術(shù)的好壞代表著一個國家制造能力的強弱，同時也是一個國家綜合國力強弱的重要體現(xiàn)，關(guān)系到國內(nèi)制造業(yè)產(chǎn)品的國際競爭力。我國數(shù)控技術(shù)雖取得了一定的發(fā)展，但與發(fā)達國家相比還存在很大的差距，需要繼續(xù)加大研發(fā)投入來提升我國的數(shù)控技術(shù)，縮小與發(fā)達國家之間的技術(shù)水平差距。可以預(yù)見到，借助5G技術(shù)及互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，3D打印技術(shù)和新材料的不斷突破，實現(xiàn)數(shù)控機床綠色化、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、云診斷以及高度的定制化開發(fā)就真正離我們不遠了。

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