浅析数控机床的发展进程及趋势

摘要：阐述了数控机床的发展历程，对我国数控机床的发展现状与发展趋势进行了介绍，最后提出了我国数控机床的发展方向。

Abstract: The development of CNC machine tools, the development status and development trend of China's CNC machine tool are introduced, finally the development direction of NC machine tools in China put forward.

关键词：数控机床；进给伺服系统；机床加工程序；

Key words: CNC machine; servo system; machine tool machining program;

自20世纪末开始，我国制造业就开始了逐渐由制造大国向制造强国迈进了脚步，机床制造业也跟着取得数控机床快速增长的业绩。机床是先进制造技术和制造信息集成的重要元素，既是生产力要素，又是重要商品。机床的发展和创新在一定程度上能映射出加工技术的主要趋势。

1．数控机床的发展进程

自上世纪50年代以来，世界数控机床主要经历了数控NC（Numerical Control）和计算机数控CNC（Computer Numerical Control）2个阶段[2]。

始于90年代初，受通用微机技术飞速发展的影响，数控系统正朝着以个人计算机(PC)为基础，向着开放化、智能化、网络化等方面进一步发展。数控机床通常由控制系统、进给伺服系统、检测系统、机械传动系统及其他辅助系统组成。其中进给伺服系统作为数控机床的重要功能部件，其性能是决定数控机床加工性能的极其重要的技术指标。

2．数控机床的发展趋势

进入21世纪，我国经济与国际全面接轨，进入了一个蓬勃发展的新时期。机床制造业既面临着机械制造业需求水平提升而引发的制造装备发展的良机，也遭遇到加入世界贸易组织后激烈的国际市场竞争的压力，加速推进数控机床的发展是解决机床制造业持续发展的一个关键。数控机床正向以下几个方面发展。

(1）高速化：新一代数控机床为提高生产效率，向超高速方向发展，采用新型功能部件主轴转速达15,000r/min以上。而高速切削是指刀具切削刃相对与零件表面的切削运动速度超过普通切削5～10 倍，体现在数控机床上的主轴转速、进给率、运算速度等。

(2）高精度化：当前，在机械加工高精度的要求下，世界各工业强国已经不能满足于精密加工了，而是把超精密加工作为数控机床的未来发展方向。其精度已经从微米级发展到亚微米级，甚至纳米级。

(3）功能复合化：工件一次装夹，能进行多种工序复合加工，可大大地提高生产效率和加工精度，是机床一贯追求的。机床已逐渐发展成为系统化产品，用一台电脑控制一条生产线的作业。

(4）控制智能化：随着人工智能在计算机领域的渗透和发展，数控系统引入了自适应控制、模糊系统和神经网络的控制机理，不但具有自动编程、前馈控制、模糊控制、学习控制、自适应控制、工艺参数自动生成、三维刀具补偿、运动参数动态补偿等功能，而且人机界面极为友好，并具有故障诊断专家系统，使自诊断和故障监控功能更趋完善。

(5）体系开放化：计算机技术的飞速发展，推动数控技术更快地更新换代。许多数控系统生产厂家利用Pc机丰富的软硬件资源开发开放式体系结构的新一代数控系统。开放式体系结构使数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、可扩展性。

(6）驱动并联化：并联运动机床克服了传统机床串联机构移动部件质量大、系统刚度低、刀具只能沿固定导轨进给、作业自由度偏低、设备加工灵活性和机动性不够等固有缺陷，可实现多坐标联动数控加工、装配和测量多种功能，更能满足复杂特种零件的加工，具有现代机器人的模块化程度高、重量轻和速度快等优点。

(7）极端化：国防、航空、航天事业的发展和能源等基础产业装备的大型化需要大型且性能良好的数控机床的支撑。而超精密加工技术和微纳米技术是21世紀的战略技术，需发展能适应微小型尺寸和微纳米加工精度的新型制造工艺和装备，所以微型机床的需求量正在逐渐增大。

(8）信息交互网络化：对于面临激烈竞争的企业来说，使数控机床具有双向、高速的联网通讯功能，以保证信息流在车间各个部门间畅通无阻是非常重要的。既可以实现网络资源共享，又能实现数控机床的远程监视、控制、培训、教学、管理，还可实现数控装备的数字化服务。

(9）新型功能部件：为了提高数控机床各方面的性能，具有高精度和高可靠性的新型功能部件的应用成为必然。高频电主轴是高频电动机与主轴部件的集成，具有体积小、转速高、可无级调速等一系列优点，在各种新型数控机床中已经获得广泛的应用。

(10）高可靠性：数控机床与传统机床相比，增加了数控系统和相应的监控装置等，应用了大量的电气、液压和机电装置，易于导致出现失效的概率增大，而数控机床加工的零件型面较为复杂，加工周期长，要求平均无故障时间在2万小时以上。

(11）加工过程绿色化：随着日趋严格的环境与资源约束，制造加工的绿色化越来越重要，而中国的资源、环境问题尤为突出。因此，近年来不用或少用冷却液、实现干切削、半干切削节能环保的机床不断出现，并在不断发展当中。

(12）多媒体技术的应用：多媒体技术集计算机、声像和通信技术于一体，使计算机具有综合处理声音、文字、图像和视频信息的能力，因此也对用户界面提出了图形化的要求。

3．结语

从上世纪80年代起, 我国机床制造业对数控技术和数控机床一直给予较大的关注。但是由于我们的数控技术与其他工业发达国家差距较大，与国外一些先进产品相比，仍存在着很大劣势, 使得我们总是处于技术跟踪阶段。面对这种情况，为了加速振兴我国的机床制造业，提高我国的数控机床技术，应当加强以下几个方面的研究工作：1、以高速化为先导，提高数控机床的综合性能。2、推进μm 工程，研制高效精密数控机床。3、发展复合加工数控机床、缩短制造过程链。4、发展网络化制造单元，推进企业制造能力的高效柔性化。5、开展可靠性设计，加强全面质量管理，保证数控机床的可靠性增长。6、提高技术人员的综合素质。

4.参考文献

[1] 梁训.王宣.周延佑.机床技术发展的新动向.世界制造技术与装备市场，2001(3)：21-28.

[2] 中国机床工具工业协会行业发展部.世界制造技术与装备市场，2001(3)：18-20.

[3] 张亚力. 简述数控发展的新趋势. 国土资源高等职业教育研究. 2005.

[4] 马国华.监控组态软件及其应用. 北京：清华大学出版社，2001.3

5.作者简介

郑志，男，1975年出生，辽宁丹东人，本科学历，工程师，现主要从事技术管理工作。