淺析數(shù)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(wǎng)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(shù)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(nèi)容摘要</b></p><p>　　本文以數(shù)控機床為研究對象，首先闡述了數(shù)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(shù)控機床的發(fā)展現(xiàn)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(shù)控機床的發(fā)展策略。</p>&l

4、t;p>　　關鍵詞：數(shù)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(nèi)容摘要I</b></p><p><b>　　前 言1</b></p><p>　　1 數(shù)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(shù)控機床的加工程序

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

7、>　　2.1.2．采用多CPU結(jié)構是高檔數(shù)控系統(tǒng)的必然8</p><p>　　2.1.3． 總線結(jié)構是數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)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(shù)控機床發(fā)展中所存在的問題12</p><p>　　3.1 對我國數(shù)控技術及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基本估量12</p><p>　　3.2 對我國數(shù)控技術和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的思考13</p><p>　　3.3 數(shù)控機床發(fā)展主要制約因素13</p><

10、;p>　　4 數(shù)控機床的發(fā)展策略15</p><p>　　4.1以高速化為先導，提高數(shù)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(shù)控機床15</p><p>　　4.3發(fā)展復合加工數(shù)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(wǎng)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(zhì)量管理，保證數(shù)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(zhì)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(shù)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(chǎn)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(shù)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?shù)?/p>

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

14、l）和計算機數(shù)控CNC（Computer Numerical Control）2個階段[2]。</p><p>　　數(shù)控NC階段主要經(jīng)歷了以下3代：</p><p>　　第1代數(shù)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(shù)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(shù)控系統(tǒng)為標志。&l

15、t;/p><p>　　第3代數(shù)控系統(tǒng)，始于60年代中期，由于小規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，使其體積變小、功耗降低，可靠性提高，推動了數(shù)控系統(tǒng)的進一步發(fā)展。</p><p>　　計算機數(shù)控CNC階段也經(jīng)歷了3代：</p><p>　　第4代數(shù)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(shù)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(chǎn)生，并逐步應用于數(shù)控系統(tǒng)。</p><p>　　第6代數(shù)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(shù)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(wǎng)絡化等方面進一步發(fā)展。</p><p>　　數(shù)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(shù)控機床的重要功能部件，其性能是決定數(shù)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(zhì)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(shù)控機床伺服系統(tǒng)按用途和功能分為進給驅(qū)動系統(tǒng)和主軸驅(qū)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(qū)動系統(tǒng)：是用于數(shù)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(diào)速范圍大小、調(diào)節(jié)精度高低、動態(tài)響應的快速性。 進給驅(qū)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(qū)動系統(tǒng)：用于控制機床主軸的旋轉(zhuǎn)運動，為機床主軸提供驅(qū)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(diào)節(jié)范圍及速度調(diào)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>　　（1）電液伺服系統(tǒng) 其伺服驅(qū)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(shù)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>　?。?）電氣伺服系統(tǒng) 其伺服驅(qū)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(diào)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(diào)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(jié)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(zhuǎn)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(shù)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(qū)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(qū)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(jié)構簡單、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、維修簡單、價格低廉；因此在精度和速度要求不高、驅(qū)動力矩不大的場合得到廣泛應用。一般用于經(jīng)濟型數(shù)控機床。</p><p>　　（2）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(qū)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(qū)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(jié)構仍有嚴格要求。 </p><p>　　

25、2. 由于位置環(huán)內(nèi)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(diào)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(shù)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(zhuǎn)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(nèi)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(jié)構簡單、調(diào)試方便、精度也較高，因而在現(xiàn)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(qū)動的機械傳動機構，一般有以下幾類：</p><p>　　1.3 數(shù)控機床的加工程序</p><p>　　通過數(shù)控加工程序的

28、運行，可自動完成內(nèi)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(chǎn)效率，特別適合于復雜形狀回轉(zhuǎn)類零件的加工。</p><p>　　1.3.1 數(shù)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(shù)學處理</b></p><p>　　⑶ 編寫零件加工程序</p><p><b>　?、?程序檢驗</b></p><p>　　1.3.2. 數(shù)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(shù)控機床現(xiàn)行技術分析</p>&

30、lt;p>　　進入21世紀，我國經(jīng)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(mào)易組織后激烈的國際市場競爭的壓力，加速推進數(shù)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(shù)控機床的大量需求以及計算機技術和現(xiàn)代設計技術的飛速進步，數(shù)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(chǎn)加工的需要。數(shù)控機床正向高速化、高精度化、復合化、

31、智能化、開放化、網(wǎng)絡化、多軸化、綠色化等方面發(fā)展。</p><p>　　2.1數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構</p><p>　　2.1.1．基于PC的體系結(jié)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(nèi)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(shù)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(nèi)的華中數(shù)控、大連光洋、廣州數(shù)控數(shù)控系統(tǒng)也是基于PC技術的。</p><p>　　2.1.2．采用多CPU結(jié)構是高檔數(shù)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(jié)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(xiàn)場輸入輸出設備。 </p><p>　　2.1.3． 總線結(jié)構是數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)高速的保證</p><p>　　隨著數(shù)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?shù)囊?。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(xiàn)數(shù)據(jù)

34、以純數(shù)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?shù)男屎涂煽啃浴?lt;/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(shù)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(nèi)系統(tǒng)廠商采用的技術手段。如國內(nèi)高檔系統(tǒng)把樣條插補，前瞻段數(shù)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(lián)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(lián)動機床的效率等于2臺3軸聯(lián)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(lián)動加工比3軸聯(lián)動加工能發(fā)揮更高的效益。但過去因5軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)、主機結(jié)構復雜等原因，其價格要比3軸聯(lián)動數(shù)控機床高出數(shù)倍，加之編程技術難度較大，制約了5軸聯(lián)動機床的發(fā)展。當前，由于電主軸的應用，使得實現(xiàn)5軸聯(lián)動加工的復合主軸頭結(jié)構大為簡化，制造難度和成本大幅度降低，數(shù)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(lián)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(zhuǎn)軸的影響控制中心不在刀尖，會產(chǎn)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(xiàn)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(shù)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(shù)控系統(tǒng)制造商已經(jīng)明確地將圖形化、集成式的編程系統(tǒng)，作為數(shù)控系統(tǒng)功能的擴展。國內(nèi)的華中數(shù)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(xiàn)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(shù)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(nèi)容，一是界面控件的圖形化。二是界面內(nèi)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，F(xiàn)iYang、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(shù)控21OC、HNC32數(shù)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(shù)控系統(tǒng)在線測量與編程、加工的進一步集成是高檔數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的一個趨勢。數(shù)控系統(tǒng)自動對刀， 或加工過程中的自動測量是數(shù)控系統(tǒng)中需要集成的一個重要功能，在現(xiàn)實中也有很迫切的應用需求，例如高檔數(shù)控磨床、車銑復合加工機床等。</p><p>　　3 數(shù)控機床發(fā)展中所存在的問題</p><p>　　3.1 對我國

44、數(shù)控技術及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基本估量</p><p>　　我國數(shù)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(shù)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(chǎn)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(shù)控技術的研

45、究、開發(fā)以及在產(chǎn)品的國產(chǎn)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(chǎn)業(yè)化的研究，進入市場競爭階段。此階段我國國產(chǎn)數(shù)控裝備的產(chǎn)業(yè)化取得了實質(zhì)性的進步。在“九五”末期，國產(chǎn)數(shù)控機床的國內(nèi)市場占有率達50％ ，配國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)(普及型)也達到了10％ 。縱觀我國數(shù)控技術近50年的發(fā)展歷程，尤其是經(jīng)過4個5年計劃的攻關，取得了以下成績：①奠定了數(shù)控技術發(fā)展的基礎，基本掌握了現(xiàn)代數(shù)控技術。即從數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動、數(shù)

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(chǎn)業(yè)化。②初步形成數(shù)控產(chǎn)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(shù)控、航天數(shù)控等具有批</p><p>　　3.2 對我國數(shù)控技術和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的思考</p><p>　　我國是制造大國，在世界產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移中要盡量接受前端而不是后端的轉(zhuǎn)移，即要掌握先進制造核心技術，否則在新一輪國際產(chǎn)業(yè)

47、結(jié)構調(diào)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(jīng)濟格局中的國際?！凹庸ぶ行摹焙汀敖M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(xiàn)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(shù)控技術和產(chǎn)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(shù)控產(chǎn)品列為國家

48、的戰(zhàn)略物質(zhì)，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(shù)控技術和產(chǎn)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(jīng)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(chǎn)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(chǎn)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(nèi)容，實現(xiàn)制造裝備業(yè)的跨躍式發(fā)展。強調(diào)市場

49、需求為導向，即以數(shù)控終端產(chǎn)品為主，用整機(如量大面廣的數(shù)控車床、銑床、高速高精高性能數(shù)控機床、典型數(shù)字化機械、重點行業(yè)關鍵設備等)帶動數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。重點解決數(shù)控系統(tǒng)和相關功能部件(數(shù)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(chǎn)規(guī)模問題。沒有規(guī)模的中國數(shù)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(diào)產(chǎn)、學、研及最終用戶的緊密結(jié)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(shù)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(shù)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(shù)控系統(tǒng)的工程化、商品化攻關, 盡快建成與完善我國數(shù)控機床和數(shù)控產(chǎn)業(yè)成了我國的主要任務[5]。目前，我國在發(fā)展數(shù)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(shù)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(shù)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(chǎn)品設計，既缺乏機床創(chuàng)新的基本理論，又缺乏豐富的生產(chǎn)實際經(jīng)驗，對高效自動化機床、數(shù)控機床的剛度、振動、熱變形、噪聲、精度補償?shù)然A技術缺乏深入研究，對各類機床加工工藝、布局、結(jié)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(zhì)適銷的先進產(chǎn)品。</p><p>　　沒有合理地運用資源這主要表現(xiàn)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(chǎn)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(zhì)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(xiàn)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(nèi)發(fā)展大量大批生產(chǎn)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(jié)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(chǎn)來發(fā)展各類卞機，至今我國許多高性能、新結(jié)構的數(shù)控機床大都為合作產(chǎn)品，基本處于仿制階段。</p><p>　　缺乏吸引高層次、高素質(zhì)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。“消化”在整個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(shù)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(shù)控技術和數(shù)控機床一直給予較大的關注。但是由于我們的數(shù)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(chǎn)

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(shù)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(shù)控機床的綜合性能</p><p>　　數(shù)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(zhuǎn)

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(zhuǎn)伺服電機驅(qū)動)和自動換刀/工作臺轉(zhuǎn)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(qū)動的新技術，使加工中心的快移速度比用滾珠絲杠副驅(qū)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(jié)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(shù)控機床</p><p>　　目前國內(nèi)生產(chǎn)的數(shù)控機床尚缺少高效、高可靠性且加工精度達微米級的產(chǎn)品。為此，需研發(fā)一些能兼顧高效化和高精化的數(shù)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(shù)控制造裝備的加工精度主要在微米級（μm）范圍內(nèi)，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(shù)控機床、縮短制造過程鏈</p><p>　　加快復合數(shù)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(shù)控機床可以減少在不同數(shù)控機床間進行工序的轉(zhuǎn)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(chǎn)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(shù)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(jié)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(jié)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(chǎn)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(jù)加工對象的變化方便地進行布局和設備配置的調(diào)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(diào)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(zhì)量的診斷系統(tǒng)等技術，使其兼具專用生產(chǎn)線的高效性能和適用的柔性以取得更佳的經(jīng)濟性，已在生產(chǎn)中取得了初步成功的應用。</p><p>　　4.5發(fā)展網(wǎng)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(nèi)外一些機床和數(shù)控系統(tǒng)制造企業(yè)在從分布式網(wǎng)絡化聯(lián)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(chǎn)品數(shù)據(jù)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(lián)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(xiàn)高

62、效的柔性生產(chǎn)。</p><p>　　4.6開展可靠性設計，加強全面質(zhì)量管理，保證數(shù)控機床的可靠性增長</p><p>　　為了保證數(shù)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(jù)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(zhì)量要求，加強全面質(zhì)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(zhì)</p><p>　　中國機床工業(yè)的振興，數(shù)控機床的加速發(fā)展，歸根到底，取決于人員素質(zhì)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(zhì)量、生產(chǎn)率、勞動生產(chǎn)率。進入21世紀知識經(jīng)濟時代，科學知識及作為重要生產(chǎn)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(shù)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(shù)控編程.南京： 南京大學出版社，1993</p><p>　　杜君文主編.數(shù)控技術.天津： 天津大學出版社，1990</p><p>　　徐宏海主編.數(shù)控加工工藝.北京：化學工業(yè)出版社，2003