淺析數控機床的發(fā)展進程及趨勢-機械設計及其自動化畢業(yè)論文

1、<p><b>　　網絡教育學院</b></p><p>　　本 科 生 畢 業(yè) 大 作 業(yè)</p><p>　　題 目：淺析數控機床的發(fā)展進程及趨勢 </p><p>　　學習中心： 陜西 </p><p>　　層 次： ?？破瘘c本科</p>&l

2、t;p>　　專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化</p><p>　　年 級： 2011 年 春 季 </p><p>　　學 號： </p><p>　　學 生： </p><p>　　指導教師： 王沙沙 </p><p>

3、　　完成日期：2013 年 01 月 22 日</p><p><b>　　內容摘要</b></p><p>　　本文以數控機床為研究對象，首先闡述了數控機床的發(fā)展歷程，尤其對其進給伺服系統(tǒng)和機械傳動系統(tǒng)的發(fā)展過程進行了詳細描述，接下來對我國數控機床的發(fā)展現狀與發(fā)展趨勢進行了介紹，并分析了其存在的問題，最后提出了針對我國數控機床的發(fā)展策略。</p>&l

4、t;p>　　關鍵詞：數控機床；進給伺服系統(tǒng)；機床加工程序</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　內容摘要I</b></p><p><b>　　前 言1</b></p><p>　　1 數控機床的發(fā)展進程2</

5、p><p>　　1.1 進給伺服系統(tǒng)3</p><p>　　1.1.1.按用途和功能分3</p><p>　　1.1.2.按使用的執(zhí)行元件分3</p><p>　　1.1.3.按控制原理分4</p><p>　　1.2 機械傳動系統(tǒng)5</p><p>　　1.3 數控機床的加工程序

6、6</p><p>　　1.3.1 數控程序編制的基本流程7</p><p>　　1.3.2. 數控程序編制的方法7</p><p>　　2 數控機床現行技術分析8</p><p>　　2.1數控系統(tǒng)體系結構8</p><p>　　2.1.1．基于PC的體系結構生命力旺盛8</p><p

7、>　　2.1.2．采用多CPU結構是高檔數控系統(tǒng)的必然8</p><p>　　2.1.3． 總線結構是數控系統(tǒng)實現高速的保證9</p><p>　　2.2高性能運動控制技術9</p><p>　　2.3 五軸加工技術9</p><p>　　2.3.1．RTCP功能9</p><p>　　2.3.2． 傾

8、斜面加工10</p><p>　　2.4．CAD／CAM集成技術10</p><p>　　2.4.1．對話式編程10</p><p>　　2.4.2．3D防碰10</p><p>　　2.4.3．多通道協(xié)同控制10</p><p>　　2.5 圖形化界面功能和水平進一步提高11</p><

9、;p>　　2.6 在線測量功能集成11</p><p>　　3 數控機床發(fā)展中所存在的問題12</p><p>　　3.1 對我國數控技術及其產業(yè)發(fā)展的基本估量12</p><p>　　3.2 對我國數控技術和產業(yè)化發(fā)展的思考13</p><p>　　3.3 數控機床發(fā)展主要制約因素13</p><

10、;p>　　4 數控機床的發(fā)展策略15</p><p>　　4.1以高速化為先導，提高數控機床的綜合性能15</p><p>　　4.2推進μm 工程，研制高效精密數控機床15</p><p>　　4.3發(fā)展復合加工數控機床、縮短制造過程鏈15</p><p>　　4.4高效柔性化的新一代制造系統(tǒng)16</p>&

11、lt;p>　　4.5發(fā)展網絡化制造單元，推進企業(yè)制造能力的高效柔性化16</p><p>　　4.6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16</p><p>　　4.7提高技術人員的綜合素質17</p><p><b>　　參考文獻18</b></p><p><b>　　前

12、 言</b></p><p>　　自20世紀末開始，我國制造業(yè)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(yè)也跟著取得數控機床快速增長的業(yè)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(fā)展和創(chuàng)新在一定程度上能映射出加工技術的主要趨勢。近年來, 我國在數控機床和機床工具行業(yè)對外合資合作進一步加強, 無論在精度、速度、性能, 還是智能化方面都取得了相當的

13、成績[1]。</p><p>　　在國際貿易中, 很多發(fā)達國家把數控機床視為具有高技術附加值、高利潤的主要機電出口產品。因此，對數控機床技術的發(fā)展歷程進行總結分析，將有助于推進我國數控機床技術實現跨越式發(fā)展的目標。</p><p>　　1 數控機床的發(fā)展進程</p><p>　　自上世紀50年代以來，世界數控機床主要經歷了數控NC（Numerical Contro

14、l）和計算機數控CNC（Computer Numerical Control）2個階段[2]。</p><p>　　數控NC階段主要經歷了以下3代：</p><p>　　第1代數控系統(tǒng)，始于50年代初年，系統(tǒng)全部采用電子管元件，邏輯運算與控制采用硬件電路完成。</p><p>　　第2代數控系統(tǒng)，始于50年代末，以晶體管元件和印刷電路板廣泛應用于數控系統(tǒng)為標志。&l

15、t;/p><p>　　第3代數控系統(tǒng)，始于60年代中期，由于小規(guī)模集成電路的出現，使其體積變小、功耗降低，可靠性提高，推動了數控系統(tǒng)的進一步發(fā)展。</p><p>　　計算機數控CNC階段也經歷了3代：</p><p>　　第4代數控系統(tǒng)，始于70年代，當首個采用小型計算機的CNC裝置芝加哥展覽會上露面時，標志著CNC技術的問世。</p><p>

16、;　　第5代數控系統(tǒng)，70年代后期，中、大規(guī)模集成電路技術所取得成就，促使價格低廉、體積更小、集成度更高、工作可靠的微處理器芯片的產生，并逐步應用于數控系統(tǒng)。</p><p>　　第6代數控系統(tǒng)，始于90年代初，受通用微機技術飛速發(fā)展的影響，數控系統(tǒng)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(fā)展。</p><p>　　數控機床通常由控制系統(tǒng)、進給伺服系統(tǒng)、檢測

17、系統(tǒng)、機械傳動系統(tǒng)及其他輔助系統(tǒng)組成。其中進給伺服系統(tǒng)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。因此提高進給伺服系統(tǒng)的動態(tài)特性與靜態(tài)特性的品質是人們始終追求的目標。接下來主要介紹一下進給伺服系統(tǒng)和機械傳動系統(tǒng)的發(fā)展歷程。</p><p>　　1.1 進給伺服系統(tǒng)</p><p>　　數控機床伺服系統(tǒng)按用途和功能分為進給驅動系統(tǒng)和主軸驅動系統(tǒng)；按控制原理

18、和有無檢測反饋環(huán)節(jié)分為開環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)；按使用的執(zhí)行元件分為電液伺服系統(tǒng)和電氣伺服系統(tǒng)。 </p><p>　　1.1.1.按用途和功能分</p><p>　　(1)進給驅動系統(tǒng)：是用于數控機床工作臺坐標或刀架坐標的控制系統(tǒng)，控制機床各坐標軸的切削進給運動，并提供切削過程所需的力矩。主要關心其力矩大小、調速范圍大小、調節(jié)精度高低、動態(tài)響應的快速性。 進給驅動系統(tǒng)一

19、般包括速度控制環(huán)和位置控制環(huán)。 </p><p>　　(2)主軸驅動系統(tǒng)：用于控制機床主軸的旋轉運動，為機床主軸提供驅動功率和所需的切削力。主要關心其是否有足夠的功率、寬的恒功率調節(jié)范圍及速度調節(jié)范圍；它只是一個速度控制系統(tǒng)。 </p><p>　　1.1.2.按使用的執(zhí)行元件分 </p><p>　?。?）電液伺服系統(tǒng) 其伺服驅動裝置是電液脈沖馬達和電液伺服馬

20、達。其優(yōu)點是在低速下可以得到很高的輸出力矩，剛性好，時間常數小、反應快和速度平穩(wěn)；其缺點是液壓系統(tǒng)需要供油系統(tǒng)，體積大、噪聲、漏油等。 </p><p>　　（2）電氣伺服系統(tǒng) 其伺服驅動裝置伺服電機（如步進電機、直流電機和交流電機等）。其優(yōu)點是操作維護方便，可靠性高。其中， </p><p>　　1）直流伺服系統(tǒng) 其進給運動系統(tǒng)采用大慣量寬調速永磁直流伺服電機和中小慣量直流伺服電機；

21、主運動系統(tǒng)采用他激直流伺服電機。其優(yōu)點是調速性能好；其缺點是有電刷，速度不高。 </p><p>　　2）交流伺服系統(tǒng) 其進給運動系統(tǒng)采用交流感應異步伺服電機（一般用于主軸伺服系統(tǒng)）和永磁同步伺服電機（一般用于進給伺服系統(tǒng)）。優(yōu)點是結構簡單、不需維護、適合于在惡劣環(huán)境下工作；動態(tài)響應好、轉速高和容量大。</p><p>　　1.1.3.按控制原理分 </p><p&g

22、t;　?。?）開環(huán)伺服系統(tǒng) </p><p>　　系統(tǒng)中沒有位置測量裝置，信號流是單向的（數控裝置→進給系統(tǒng)），故系統(tǒng)穩(wěn)定性好。 </p><p>　　開環(huán)伺服系統(tǒng)的特點： </p><p>　　1. 一般以功率步進電機作為伺服驅動元件。 </p><p>　　2. 無位置反饋，精度相對閉環(huán)系統(tǒng)來講不高，機床運動精度主要取決于伺服驅動電機和機

23、械傳動機構的性能和精度。步進電機步距誤差，齒輪副、絲杠螺母副的傳動誤差都會反映在零件上，影響零件的精度。 </p><p>　　3. 結構簡單、工作穩(wěn)定、調試方便、維修簡單、價格低廉；因此在精度和速度要求不高、驅動力矩不大的場合得到廣泛應用。一般用于經濟型數控機床。</p><p>　?。?）閉環(huán)伺服系統(tǒng) </p><p>　　系統(tǒng)中有反饋控制系統(tǒng),位置采樣點從工作

24、臺引出，可直接對最終運動部件的實際位置進行檢測；能得到更高的速度、精度和驅動功率。 </p><p>　　閉環(huán)伺服系統(tǒng)的特點： </p><p>　　1. 從理論上講，可以消除整個驅動和傳動環(huán)節(jié)的誤差、間隙和失動量。具有很高的位置控制精度。從理論上講，機床運動精度只取決于檢測裝置的精度，與傳動鏈誤差無關。但實際對傳動鏈和機床結構仍有嚴格要求。 </p><p>　　

25、2. 由于位置環(huán)內的許多機械傳動環(huán)節(jié)的摩擦特性、剛性和間隙都是非線性的，故很容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，使閉環(huán)系統(tǒng)的設計、安裝和調試都相當困難。該系統(tǒng)主要用于精度要求很高的鏜銑床、超精車床、超精磨床以及較大型的數控機床等。 </p><p>　?。?）半閉環(huán)伺服系統(tǒng) </p><p>　　系統(tǒng)的位置采樣點是從伺服電機或絲杠的端部引出，采樣旋轉角度進行檢測，不是直接檢測最終運動部件的實際位置。 &

26、lt;/p><p>　　半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的特點： </p><p>　　1. 半閉環(huán)環(huán)路內不包括或只包括少量機械傳動環(huán)節(jié)，因此可獲得穩(wěn)定的控制性能，其系統(tǒng)的穩(wěn)定性雖不如開環(huán)系統(tǒng)，但比閉環(huán)要好。 </p><p>　　2. 由于絲杠的螺距誤差和齒輪間隙引起的運動誤差難以消除, 因此，其精度較閉環(huán)差，較開環(huán)好。但可對這類誤差進行補償，因而仍可獲得滿意的精度。 </p&g

27、t;<p>　　3. 由于半閉環(huán)伺服系統(tǒng)結構簡單、調試方便、精度也較高，因而在現代CNC機床中得到了廣泛應用。</p><p>　　1.2 機械傳動系統(tǒng)</p><p>　　通常來說，用于步進、伺服電機驅動的機械傳動機構，一般有以下幾類：</p><p>　　1.3 數控機床的加工程序</p><p>　　通過數控加工程序的

28、運行，可自動完成內外圓柱面、圓錐面、成形表面 、螺紋和端面等工序的切削加工，并能進行車槽、鉆孔、擴孔以及鉸孔等工作。車削中心可在一次裝夾中完成更多的加工工序，提高加工精度和生產效率，特別適合于復雜形狀回轉類零件的加工。</p><p>　　1.3.1 數控程序編制的基本流程</p><p>　?、?分析零件圖樣和制定工藝方案</p><p><b>　　⑵

29、 數學處理</b></p><p>　?、?編寫零件加工程序</p><p><b>　?、?程序檢驗</b></p><p>　　1.3.2. 數控程序編制的方法</p><p>　　手工編程; 計算機自動編程</p><p>　　2 數控機床現行技術分析</p>&

30、lt;p>　　進入21世紀，我國經濟與國際全面接軌，進入了一個蓬勃發(fā)展的新時期。機床制造業(yè)既面臨著機械制造業(yè)需求水平提升而引發(fā)的制造裝備發(fā)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(fā)展是解決機床制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個關鍵。隨著制造業(yè)對數控機床的大量需求以及計算機技術和現代設計技術的飛速進步，數控機床的應用范圍還在不斷擴大，并且不斷發(fā)展以更適應生產加工的需要。數控機床正向高速化、高精度化、復合化、

31、智能化、開放化、網絡化、多軸化、綠色化等方面發(fā)展。</p><p>　　2.1數控系統(tǒng)體系結構</p><p>　　2.1.1．基于PC的體系結構生命力旺盛</p><p>　　基于PC是為了充分使用PC機豐富軟硬件資源， 無論是老牌的系統(tǒng)廠商和該領域內的新秀，均直接采用PC機作為人機界面或直接采用PC作為控制。如西門子840di系統(tǒng)、HEIDENHAIN公司的iT

32、NC530等，是基于PC技術的數控系統(tǒng)。而FANUC． SIMENS等公司的其他系統(tǒng)，也引入了PC技術，使用Pc作為操作界面。國內的華中數控、大連光洋、廣州數控數控系統(tǒng)也是基于PC技術的。</p><p>　　2.1.2．采用多CPU結構是高檔數控系統(tǒng)的必然</p><p>　　對于高性能系統(tǒng)， 由于分辨率的增高、控制算法復雜性的增加以及處理能力要求苛刻，對CPU的處理能力提出了很高的要求

33、 為了滿足這一要求，對于高端系統(tǒng)，均采用了多個高性能的處理器。采用多處理器的結構后，各CPU分工合作提高了系統(tǒng)的計算速度、插補速度及對現場輸入輸出設備。 </p><p>　　2.1.3． 總線結構是數控系統(tǒng)實現高速的保證</p><p>　　隨著數控機床速度和精度的不斷提升，傳統(tǒng)脈沖和模擬接口相形見絀， 難以滿足信息高速傳輸的要求。而總線技術是解決這一瓶頸的必由之路。通過總線技術實現數據

34、以純數字的方式在各模塊間傳遞，避免了模擬量的零漂以及脈沖串的高頻干擾，提高了傳輸的效率和可靠性。</p><p>　　2.2高性能運動控制技術</p><p>　　為了適應高效、高精的加工需求，高精、高速平滑運動控制技術一直是系統(tǒng)廠商研究的熱點。在數控裝置中， 通過增加系統(tǒng)分辨率、平滑軌跡、進行速度和加減速的箝制等措施來減少加工過程中的沖擊、抑制機床激振來獲得平滑的加工表面是該技術的一個發(fā)

35、展趨勢。其中采用樣條插補、增強前瞻性能等手段是目前國內系統(tǒng)廠商采用的技術手段。如國內高檔系統(tǒng)把樣條插補，前瞻段數等作為比較重要的指標。</p><p>　　2.3 五軸加工技術</p><p>　　采用5軸聯動對三維曲面零件加工，可使用刀具最佳幾何形狀進行切削，不僅加工表面粗糙度值低，而且效率也大幅度提高。一般，1臺5軸聯動機床的效率等于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

36、進行高速銑削淬硬鋼零件時，5軸聯動加工比3軸聯動加工能發(fā)揮更高的效益。但過去因5軸聯動數控系統(tǒng)、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(fā)展。當前，由于電主軸的應用，使得實現5軸聯動加工的復合主軸頭結構大為簡化，制造難度和成本大幅度降低，數控系統(tǒng)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。</p><p>　　2.3.1．RTCP功

37、能</p><p>　　傳統(tǒng)五軸加工時， 受旋轉軸的影響控制中心不在刀尖，會產生較大的非線性誤差。采用刀具中心位置控制功能(RTCP功能)后。不管刀具的方向怎么變換，刀尖的路徑以及速度都按照程序指定的路徑及速度進行自動控制， 可以提高五軸加工精度。</p><p>　　2.3.2． 傾斜面加工</p><p>　　在對工件上的某個傾斜面進行鉆孔或銑槽等形狀加工時，

38、通過指定加工面為XY平面，編程工作就會變得很簡單。傾斜面加工命令可以實現這種指定方式， 同時，不需要指定刀具的方向，就可以使刀具以垂直于傾斜的加工面的方式自動地定位刀具。這個功能使在傾斜的加工面上的編程變得很簡單。</p><p>　　2.4．CAD／CAM集成技術</p><p>　　2.4.1．對話式編程</p><p>　　操作的簡單和傻瓜化一直是主流數控系統(tǒng)

39、廠商努力的方向， 為了能更加簡化車間級的編程過程，以及為了未來和更高級的加工編程理念相靠近， 目前國際高檔、主流數控系統(tǒng)制造商已經明確地將圖形化、集成式的編程系統(tǒng)，作為數控系統(tǒng)功能的擴展。國內的華中數控等中高檔系統(tǒng)均支持對話式編程。</p><p>　　2.4.2．3D防碰</p><p>　　動態(tài)碰撞監(jiān)測功能(DCM)能為機床操作人員提供全面支持，一旦有碰撞危險， 系統(tǒng)立即中斷加工 提高

40、操作人員和機床的安全性，防止機床的損壞，避免代價高昂的停機損失，使無人職守生產模式更安全可靠。機床制造商需定義機床部件，所應用的幾何形狀，如平面、立方體、圓柱，描述工作區(qū)和碰撞對象還可組合多個幾何體構成復雜的機床部件，系統(tǒng)自動考慮刀具半徑圓柱體，對傾斜設備，機床制造商可用機床運動特性定義碰撞對象。</p><p>　　2.4.3．多通道協(xié)同控制</p><p>　　近年來， 多通道技術的不

41、斷發(fā)展，在柔性生產線、復合機床及多軸控制等方面得到了廣泛應用。如在多刀架車削中心中，兩個通道的程序可同時對一個零件加工，大大提高了效率。在自動柔性生產線上， 裝卸機械手采用一個通道控制， 零件的加工采用另一個控制，實現全自動化加工； 在高精度自動磨削機床上，一個通道對零件在線測量， 另一通道對零件進行加工，極大地提高了效率。</p><p>　　2.5 圖形化界面功能和水平進一步提高</p><

42、;p>　　高檔數控系統(tǒng)發(fā)展對圖形化界面的功能和水平要求進一步提高，用戶希望看到更豐富、更形象、更直觀的界面， 以此減少用戶編程難度，提高編程和加工效率。圖形化界面包括兩個方面的內容，一是界面控件的圖形化。二是界面內容， 主要指加工過程的三維實時仿真。界面控件的圖形化方面，FiYang、光洋及其它凡采用WINDOWS平臺的系統(tǒng)都采用了圖形化控件。華中數控21OC、HNC32數控系統(tǒng)都具備圖形化控件。</p><p

43、>　　2.6 在線測量功能集成</p><p>　　數控系統(tǒng)在線測量與編程、加工的進一步集成是高檔數控系統(tǒng)發(fā)展的一個趨勢。數控系統(tǒng)自動對刀， 或加工過程中的自動測量是數控系統(tǒng)中需要集成的一個重要功能，在現實中也有很迫切的應用需求，例如高檔數控磨床、車銑復合加工機床等。</p><p>　　3 數控機床發(fā)展中所存在的問題</p><p>　　3.1 對我國

44、數控技術及其產業(yè)發(fā)展的基本估量</p><p>　　我國數控技術始于1958年，發(fā)展歷程大致有3個階段：第1階段從1958—1979年，即封閉式發(fā)展階段。在此階段，由于國外的技術封鎖和我國基礎條件的限制，數控技術的發(fā)展較為緩慢。第2階段是在國家的“六五”、“七五”期間及“八五”的前期。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，及研究開發(fā)環(huán)境和國際環(huán)境的改善，我國數控技術的研

45、究、開發(fā)以及在產品的國產化方面都取得了長足的進步。第3階段在國家的“八五”后期和“九五”期間，即實施產業(yè)化的研究，進入市場競爭階段。此階段我國國產數控裝備的產業(yè)化取得了實質性的進步。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(tǒng)(普及型)也達到了10％ ?？v觀我國數控技術近50年的發(fā)展歷程，尤其是經過4個5年計劃的攻關，取得了以下成績：①奠定了數控技術發(fā)展的基礎，基本掌握了現代數控技術。即從數控系統(tǒng)、伺服驅動、數

46、控主機、專機及配套件的基礎技術，其中大部分技術已具備進行商品化開發(fā)的基礎，部分技術已商品化、產業(yè)化。②初步形成數控產業(yè)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</p><p>　　3.2 對我國數控技術和產業(yè)化發(fā)展的思考</p><p>　　我國是制造大國，在世界產業(yè)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(yè)

47、結構調整中，我國制造業(yè)將進一步“空芯”。以資源、環(huán)境、市場為代價，交換得到的可能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地位，這將嚴重影響我國現代制造業(yè)發(fā)展進程。我們應站在國家安全戰(zhàn)略的高度來重視數控技術和產業(yè)問題。首先，從社會安全看，因為制造業(yè)是我國就業(yè)人口最多的行業(yè)，制造業(yè)發(fā)展可提高人民的生活水平，還可緩解我國的就業(yè)壓力，保障社會穩(wěn)定；其次，從國防安全看，西方發(fā)達國家把高精尖數控產品列為國家

48、的戰(zhàn)略物質，對我國實行禁運和限制，“東芝事件”和“考克斯報告”就是最好的例證。</p><p>　　在數控技術和產業(yè)化發(fā)展的問題上，應從我國的基本國情出發(fā)，以國家戰(zhàn)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(yè)綜合競爭能力和產業(yè)化水平為目標，用系統(tǒng)的方法，選擇能夠主導21世紀初期我國制造裝備業(yè)發(fā)展升級的關鍵技術及支持產業(yè)化發(fā)展的支撐技術、配套技術作為研究開發(fā)的主要內容，實現制造裝備業(yè)的跨躍式發(fā)展。強調市場

49、需求為導向，即以數控終端產品為主，用整機(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(yè)關鍵設備等)帶動數控產業(yè)的發(fā)展。重點解決數控系統(tǒng)和相關功能部件(數字化伺服系統(tǒng)與電機、高速電主軸系統(tǒng)和新型裝備的附件等)的可靠性和生產規(guī)模問題。沒有規(guī)模的中國數控裝備最終難以有出頭之日。在高精尖裝備研發(fā)方面強調產、學、研及最終用戶的緊密結合以“做得出、用得上、賣得掉”為目標，按國家意志實施攻關，從而解決國家之急需。<

50、;/p><p>　　3.3 數控機床發(fā)展主要制約因素</p><p>　　由于我國的技術水平和基礎工業(yè)相對其他發(fā)達國家相比比較落后, 數控機床的性能、水平和可靠性與工業(yè)發(fā)達國家相比差距還很大。因此, 加速進行中國數控系統(tǒng)的工程化、商品化攻關, 盡快建成與完善我國數控機床和數控產業(yè)成了我國的主要任務[5]。目前，我國在發(fā)展數控機床業(yè)中存在的主要問題主要有以下幾點：</p><

51、;p>　　缺乏實事求是的科學精神，忽視了數控機床本身的技術特點、發(fā)展規(guī)律，沒有實事求是地制定數控機床發(fā)展的規(guī)劃，盲目性大。</p><p>　　缺乏系統(tǒng)深入的科研工作難以對各種技術資料進行積累，設計方法陳舊，僅靠類比模仿進行產品設計，既缺乏機床創(chuàng)新的基本理論，又缺乏豐富的生產實際經驗，對高效自動化機床、數控機床的剛度、振動、熱變形、噪聲、精度補償等基礎技術缺乏深入研究，對各類機床加工工藝、布局、結構、導軌、

52、卡軸、卡具等應用技術又缺乏認真試驗，難以創(chuàng)新設計出優(yōu)質適銷的先進產品。</p><p>　　沒有合理地運用資源這主要表現在兩點，第一，對于所涉及到的研究所、廠房等沒有綜合應用、取長補短，往往見到的是他們孤軍作戰(zhàn)，而且各單位忙于生存，普遍缺乏深入系統(tǒng)的科研工作，更沒有做到生產一代、研制一代、預研一代等可持續(xù)的發(fā)展；第二，機床行業(yè)人員素質低，缺乏各方而人才，而且各研究單位、企業(yè)、人才流失嚴重，科研、設計力量十分虛弱，

53、往往呈現低效運行狀態(tài)。</p><p>　　我國制造業(yè)大環(huán)境的制約。由于沒有在全國范圍內發(fā)展大量大批生產自動化，對高效自動化機床的卞機設計的基本功較差，而機床的品種結構發(fā)展，全靠主機設計本領加以變化，因此，依靠引進和合作生產來發(fā)展各類卞機，至今我國許多高性能、新結構的數控機床大都為合作產品，基本處于仿制階段。</p><p>　　缺乏吸引高層次、高素質人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的環(huán)境，高速、柔性、精密機

54、床配套技術的自主研發(fā)能力低。</p><p>　　對國外技術重引進、輕消化吸收的問題仍很突出?！跋痹谡麄€資金投入中所占的比例相對其他工業(yè)發(fā)達國家來講太低。</p><p>　　4 數控機床的發(fā)展策略</p><p>　　從上世紀80年代起, 我國機床制造業(yè)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(yè)發(fā)達國家差距較大，與國外一些先進產

55、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(yè)，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：</p><p>　　4.1以高速化為先導，提高數控機床的綜合性能</p><p>　　數控機床的高速化是提高其高效柔性和高精化的一個重要措施。分析中型加工中心的高速化與高精化的發(fā)展歷程，可以得出，作為表征其切削運動高速化的主軸最高轉

56、速和最大進給速度，大致持續(xù)地以每10年增長1倍的比率上升，而表征壓縮機床輔助時間的快移速度(指以滾珠絲杠和旋轉伺服電機驅動)和自動換刀/工作臺轉位速度，基本上以每12～15年翻一番的速度增長，1993年后逐步推廣用直線電動機直接驅動的新技術，使加工中心的快移速度比用滾珠絲杠副驅動時又提高了1倍。</p><p>　　高速化的發(fā)展還要多注意2個問題：從先進適用出發(fā)確定高速范圍；高速化要和機床的結構和控制性能相匹配。

57、</p><p>　　4.2推進μm 工程，研制高效精密數控機床</p><p>　　目前國內生產的數控機床尚缺少高效、高可靠性且加工精度達微米級的產品。為此，需研發(fā)一些能兼顧高效化和高精化的數控制造裝備以適應汽車制造業(yè)加工關鍵零件的需求。由于這些數控制造裝備的加工精度主要在微米級（μm）范圍內，因此可稱為μm級制造裝備及技術研究，簡稱“μm 工程”。</p><p&g

58、t;　　4.3發(fā)展復合加工數控機床、縮短制造過程鏈</p><p>　　加快復合數控機床的發(fā)展步伐，提高工序的集中度，使加工過程鏈集約化，可以提高多品種單件和中小批量加工的工效，也有利于加工精度的穩(wěn)定性。復合數控機床可以減少在不同數控機床間進行工序的轉換而引起的待工以及多次上下料等時間。通常這些時間占零件整個生產周期的40%～60%，即使在信息管理良好的情況下，仍將占20%左右。因此，復合數控機床具有明顯的技術效

59、果。</p><p>　　為了避免復合機床因功能的擴展而過多地引起結構的復雜化和成本的增加，還需要探求兩個問題：通過創(chuàng)新技術擴大功能部件的適用面來簡化結構；發(fā)展模塊化和可重構化的復合機床。</p><p>　　4.4高效柔性化的新一代制造系統(tǒng)</p><p>　　1995年開始研究的在可重構制造技術支持下，構建具有適應大批量高效柔性化生產的可重組制造系統(tǒng)(RMS)是

60、一個值得注意的發(fā)展動向。其核心為制造系統(tǒng)能物理組態(tài)，即根據加工對象的變化方便地進行布局和設備配置的調整，發(fā)展了能對多變的市場需求做出合理的配置規(guī)劃和易于調整的布局方式、適應重構的控制軟件、開放式控制系統(tǒng)和規(guī)范化接口以及能快速提升系統(tǒng)重組后制造質量的診斷系統(tǒng)等技術，使其兼具專用生產線的高效性能和適用的柔性以取得更佳的經濟性，已在生產中取得了初步成功的應用。</p><p>　　4.5發(fā)展網絡化制造單元，推進企業(yè)制造

61、能力的高效柔性化</p><p>　　當前，國內外一些機床和數控系統(tǒng)制造企業(yè)在從分布式網絡化聯盟制造的角度出發(fā)研究相適應的制造單元，強化其自治管理能力，能與企業(yè)的資源計劃（ERP），產品數據管理（PDM）和計算機輔助設計/計算機輔助制造/計算機輔助工程（CAD/CAPP/CAM）的信息集成，進而通過與客戶關系管理(CRM)和供應鏈管理(SCM)的聯系做出智能決策，實施并行工程、可視化監(jiān)控等以提高機床利用率，實現高

62、效的柔性生產。</p><p>　　4.6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</p><p>　　為了保證數控機床有高的可靠性，設計時不僅要考慮其功能和力學特性，還要進行可靠性設計，根據可靠性要求合理分配各組成件的可靠性指標，在配套件采購和制造過程中重視質量要求，加強全面質量管理以求可靠性的不斷增長。</p><p>　　4.7提高技術人員的

63、綜合素質</p><p>　　中國機床工業(yè)的振興，數控機床的加速發(fā)展，歸根到底，取決于人員素質的提高、工業(yè)文化水平的提高、人才的加速培養(yǎng)，有效的深化改革、改組、改制，切切實實加強科學管理，提高工作質量、生產率、勞動生產率。進入21世紀知識經濟時代，科學知識及作為重要生產要素的機床，其作用將更加突出。</p><p><b>　　參考文獻</b></p>

64、<p>　　勞動和社會保障部教材辦公室組織編寫.數控車床Fanuc系統(tǒng)編程與操作. 中國勞動社會保障出版社，2007</p><p>　　孫東洋等編著.數控編程.南京： 南京大學出版社，1993</p><p>　　杜君文主編.數控技術.天津： 天津大學出版社，1990</p><p>　　徐宏海主編.數控加工工藝.北京：化學工業(yè)出版社，2003