浅谈数控机床的产生和发展趋势

周吉生 杨辉

摘 要 制造业是一个国家国民经济的支柱产业，它一方面创造价值，生产物质财富，另一方面为国民经济各个部门提供装备，其现代化程度决定了国家其它行业的发展步伐。数控技术和数控是制造业现代化的重要基础，全面了解数控机床的发展过程和趋势，对提高数控发展再认识有重要的现实意义。随着计算机技术的迅速发展，数控系统及数控机床的性价比和数控机床在机械制造业中的普及率将大幅提高。

关键词 数控 产生 发展趋势

一、数控机床的产生和发展

数字控制机床，是近代发展起来的一种自动控制机床，通过数字信息自动控制机床的运转。数控机床的加工程序和运动变量（如坐标方向、位移量、轴的转向和转速等）通过数控装置自动控制，同时具有自动换刀、自动测量、自动润滑和自动冷却等功能。数控机床的发展完全依赖于数控系统的发展。自1952年美国研制出第一台数控铣床起，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。

（一）数控（NC）阶段（1952—1970年）

早期计算机的运算速度低，这虽然对当时的科学计算和数据处理影响并不大。但却不能适应机床适时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路“搭”成一台机床专用计算机作为数控系统，这被称为硬件连接数控，简称为数控（NC）。随着元器件的发展，这个阶段经历了三代，即：第一代数控1952—1959年采用电子管元件构成的专用NC装置；第二代数控1959一1964年采用晶体管电路的NC装置；第三代数控1965—1970年采用小、中规模集成电路的NC装置。

（二）计算机数控（CNC）阶段（1970至今）

到1970年，通用小型计算机已批量生产，其运算速度比20世纪五六十年代有了大幅度的提高，这比专门“搭”成的专用计算机成本低、可靠性高，于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（CNC）阶段。随着计算机技术的发展，这个阶段也经历了三代，即：第四代数控：1970—1974年采用大规模集成电路的小型通用计算机数控系统；第五代数控：1974—1990年应用微处理器的计算机数控系统；第六代数控：1990年以后，PC（个人计算机，国内习惯称微机）的性能巳发展到很高的阶段，可满足作为数控系统核心部件的要求，数控系统从此进入了基于PC（PC—BASED）的时代。

二、 数控机床发展的趋势

（一）提高数控系统的智能化和可靠性

在数控机床上应用自适应控制技术，能使数控机床根据切削条件的变化随时自动调节各相关工作参数、切削用量等，使加工过程始终保持最佳工作状态。自适应控制技术，即在加工过程中数控系统可以根据工件、刀具、机床等一系列实际参数的变化，自动修改机床切削进给量，使机床能“适应”加工过程中的各种随机变量任一瞬时变化，并使之始终保持最佳加工状态。目前，现代数控系统的智能化正朝着运用自适应控制技术，实现自动检测及更换刀具，故障自诊断、自修复，自动定心，人-机对话自动编程以及图像识别和声控技术的方向发展。而具有人工智能功能的故障诊断系统软件的开发及使用，可以增强机床自诊断、自恢复的保护功能，从而大幅降低了系统的故障率。

（二）提高速度和精度

提高速度及精度是提高生产率的主要手段。现代数控机床正朝着提高加工速度及加工精度的方向发展。例如，采用高性能的数控系统及伺服系统，已经可以使一个程序段的处理时间缩短到0.5ms；达到最小位移单位时，最大进给速度大于100m/min；采用陶瓷球的滚珠轴承等措施，可使主轴转速大大提高；高分辨率的位置编码器和各种误差补偿技术的使用，也使加工精度不断提高。

（三）数控机床结构现代化

目前在先进数控机床的机床主体结构设计和制造上，正向着模块化数控机床的方向发展。将典型的零部件制造标准化、通用化和系列化，把组合机床的积木式设计应用到机床整体设计中，将某种机床的组成部件设计成若干个模块部件，通过组合可以形成多种形式和不同用途的机床。应用这种技术的制造商可以使自己的产品具有精度高、功能多及互换性好等优点。我国的一些机床厂在这方面已经取得了一定的进展和成果。

（四）数控技术多功能化和综合自动化

目前数控技术正随着微电子技术、计算机技术、成组技术和系统丁程技术等的发展，使机械丁业从传统的概念和方法中解脱出来。数控设备正向着多功能化、综合自动化的方向不断发展。

采用计算机辅助制造（CAM）技术，使计算机参与从零件材料到加工和装配、检测直至成品出库的整个过程。从在一台设备上增加控制坐标轴的个数以提高自动化程度到在—台设备上实现多工序自动控制，再到加工中心（MC），在一台机床上实现车、铣、钻、锤、攻螺纹等多种功能，制造自动化技术正朝着柔性制造系统（FMS）、计算机集成制造系统（CIMS）和智能制造系统的方向发展。

柔性制造系统这一概念的初创者在一条数控自动化加工线上率先使用了“FMS”一词，该线的特点是能完成多品种、中小批量的加工任务。柔性制造系统由数控加工系统、物流控制系统等组成，拥有物流控制系统是柔性制造系统的特点。柔性制造系统适应性更强，生产率更高，加工范围可随时调整。柔性制造系统包括各制造单元（数控机床、加工中心和测量机等）、工夹具、无人送料车、自动化仓库以及一套计算机控制系统、物流控制和信息网络等。

最新发展的是以数控机床为基本单元的计算机集成制造系统，即CIMS系统.它综合利用厂CAD/CAP/CAM/DNC/FMS及工厂自动化系统，用计算机通过信息集成实现现代化的生产制造，是建立在多项先进技术基础上的高技术制造系统。CIMS通常由管理信息系统、产品设计工程信息系统、制造自动化系统、质量保证系统以及计算机网络和数据库系统组成。

现在通过网络技术，数字化制造已经进入了信息高速公路；敏捷制造、网络化设计与制造、虚拟制造等技术也正在全面快速发展。

（作者单位：河南省周口职业技术学院）