我國數控專業的發展趨勢與問題

李 俊

西安職業技術學院機電工程系，陜西西安 710032

我國數控專業的發展趨勢與問題

李 俊

西安職業技術學院機電工程系，陜西西安 710032

本文闡述了我國數控專業的發展趨勢，對我國數控加工存在的問題進行了綜合的分析，并提出了幾點改革的建議。

.數控；趨勢；建議

1 數控技術的發展

世界上第一臺數控機床誕生于1952年。在1946年世界上出現第一臺電子計算機以后，美國一家公司，將計算機技術和剛剛發展起來的伺服技術“嫁接”到一臺傳統銑床上，加工用傳統機床無法精確加工的軍用直升機螺旋槳曲線截面的樣板，取得驚人成功。從此，數控技術與機械制造業相結合，開創了裝備工業的新紀元。盡管早期數控系統存在可靠性低、編程極為困難、造價高昂和占地面積數倍于機床等一系列不足之處，但是，美國、日本及其他一些西方國家，還是看到了其誘人的前景，爭先恐后進行研制和開發，不斷投入科研力量，并從計算機硬件、軟件技術和微電子技術的發展中吸取可為數控系統所用的成果。到70年代末、80年代初，也就是經歷了近30年的研究、開發和應用的漫長過程，基本解決了上述一系列問題，使數控技術逐步走向成熟。與此同時，日本及一些西方國家政府不失時機地采取各種支持措施，大規模地開始了數控機床應用于機械制造業的各個領域。

2 我國數控技術的發展與趨勢

隨著計算機技術的高速發展，傳統的制造業開始了根本性變革，各工業發達國家投入巨資，對現代制造技術進行研究開發，提出了全新的制造模式。在現代制造系統中，數控技術是關鍵技術，它集微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等高新技術于一體，具有高精度、高效率、柔性自動化等特點，對制造業實現柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。目前，數控技術正在發生根本性變革，由專用型封閉式開環控制模式向通用型開放式實時動態全閉環控制模式發展。在集成化基礎上，數控系統實現了超薄型、超小型化；在智能化基礎上，綜合了計算機、多媒體、模糊控制、神經網絡等多學科技術，數控系統實現了高速、高精、高效控制，加工過程中可以自動修正、調節與補償各項參數，實現了在線診斷和智能化故障處理；在網絡化基礎上，CAD/CAM與數控系統集成為一體，機床聯網，實現了中央集中控制的群控加工。

1）我國數控技術的發展。我國的數控技術發展過程可分為四個階段：第一個階段是1958到1965年，開始研究數控銑床（電子管控制、步進電動機和液力放大器拖動的開環系統），處于試制、試用階段。第二階段是從1965年開始，研制晶體管數控系統，直到20世紀60年代末和70年代初。這個階段的特點是，雖然數控機床的數量和品種不多，但是在少數復雜零件的加工中，已開始從試驗階段進入生產試用階段。第三階段為1972年到1979年，是數控技術的生產和試用階段，數控技術在車、銑、鉆、鏜、齒輪加工、電加工領域開始研究和應用；數控加工中心機床研制成功；數控線切割機床也取得了較大的發展。第四個階段是1980年以后，是穩定發展的階段在這個階段中我國的數控技術水平發展的很快，研發出三軸、四軸和五軸聯動的數控系統，研制了具有工藝處理能力的加工中心，數控機床的品種已超過了600多種，其中金屬切屑機床的品種的數控化率已經達到20%以上；2）我國數控發展的趨勢。隨著科學技術的發展，尤其是計算機技術的發展，促使常規的機械制造；技術與精密檢測技術、數控技術的相互結合，機械產品的結構越來越合理。其性能、精度和效率更新換代加快，這就對我們的數控加工提出了更高的要求，使數控加工不斷朝著高速高精高效化、工藝復合性和多軸化和智能化的方向發展。

（1）高速高精高效化。速度、精度和效率是機械制造技術的關鍵性能指標。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統以及帶高分辨率絕對式檢測元件的交流數字伺服系統，同時采取了改善機床動態、靜態特性等有效措施，機床的高速高精高效化已大大提高；

（2）柔性化。包含兩方面：數控系統本身的柔性，數控系統采用模塊化設計，功能覆蓋面大，可裁剪性強，便于滿足不同用戶的需求；群控系統的柔性，同一群控系統能依據不同生產流程的要求，使物料流和信息流自動進行動態調整，從而最大限度地發揮群控系統的效能；

（3）工藝復合性和多軸化。以減少工序、輔助時間為主要目的復合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向發展。數控機床的工藝復合化是指工件在一臺機床上一次裝夾后，通過自動換刀、旋轉主軸頭或轉臺等各種措施，完成多工序、多表面的復合加工；

（4）智能化。早期的實時系統通常針對相對簡單的理想環境，其作用是如何調度任務，以確保任務在規定期限內完成。而人工智能則試圖用計算模型實現人類的各種智能行為。科學技術發展到今天，實時系統和人工智能相互結合，人工智能向著具有實時響應的、更現實的領域發展，而實時系統也朝著具有智能行為的、更加復雜的應用發展，由此產生了實時智能控制這一新的領域。在數控技術領域，實時智能控制的研究和應用正沿著幾個主要分支發展：自適應控制、模糊控制、神經網絡控制、專家控制、學習控制、前饋控制等。例如在數控系統中配備編程專家系統、故障診斷專家系統、參數自動設定和刀具自動管理及補償等自適應調節系統，在高速加工時的綜合運動控制中引入提前預測和預算功能、動態前饋功能，在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使數控系統的控制性能大大提高，從而達到最佳控制的目的。

3 我國數控發展的現狀和遇到的問題

1）數控發展的現狀。目前，中國機床工業廠多人眾。2000年，金切機床制造廠約358家（20.6萬人），成形機床制造廠191家（約6.5萬人），共計549家（27.1萬人）。其中生產數控金切機床的約150家，生產數控成形機床的約30家，共計約180家，占廠家總數的1/3。2001年金切機床產量19.2萬臺，內數控金切機床17 521臺，約占9%。總的來說，數控機床產量不斷增長，2001年為1991年的3.6倍；進口量增長較快，達29倍，出口量有所增加，但數目較小，為4.8倍；數控機床消費量增加較快，達7.9倍。產量滿足不了社會發展的需求。從金額上看，2001年數控機床進口17 679臺，計14.1億美元，出口2 509臺，計0.44億美元，進口額為出口額之32倍。進口大、出口小；

2）我國數控機床發展遇到的問題。我國數控機床經歷了多年的發展，取得了一定的成就，低檔經濟型數控機床基本實現自給，但中高檔數控機床市場占有率不高，高檔重型數控機床大部分仍然依靠進口。的發展步伐。數控機床產品與發達國家著名企業相比仍存在一定差距，產品水平的差距主要體現在：（1）技術創新開發能力薄弱，高級設計開發人才嚴重缺乏。自80年代初至今20余年來，由國家支持多家主機骨干廠（包括齊二機床），采取引進技術、合作生產，以市場換技術方式對我國機床產品技術水平的提高取得了一定的效果，但由于產品理論支撐不夠，基礎實驗條件缺乏，高級科技人才匱乏，新產品研發仍然主要依靠經驗及模仿等手段，尖端核心技術絕大部分還控制在“老外”手里，特別是中高檔產品差距依然明顯；（2）對行業總體來說，數控產品技術含量不高，產品附加值低，結構不合理，產業化能力不強；（3）機床是工作母機，是裝備工業的基礎，機床制造企業的裝備在裝備制造業中理應是最先進的。而實際是，機床企業裝備陳舊落后，行業裝備數控化率僅是5%，落后于許多行業如：汽車制造、輕紡機械、電站設備、重型通用、工程機械、交通車輛等機械加工制造領域企業。許多大型骨干企業設備平均使用超過20年，用生產普通機床的裝備來生產數控機床難以滿足要求；（4）由于產品整體質量與國際先進水多年來我國國產機床市場占有率一直不足50%，2006年進口機床的市場占有率仍達55.18%，而數控機床高達70%，特別是高檔數控機床高達約90%，這也說明我國機床產業在與國外同行的競爭中仍處于劣勢，機床產業的發展步伐滯后于我國國民經濟總體水平存在的差距，目前尚沒有一個具有國際知名度的名牌；（5）企業的服務意識不強，服務體系不健全，對于中高檔數控機床售前售后的服務要求很高，與國外廠商相比，市場開發、研究用戶工藝、成套服務、快速反應能力等服務水平均存在很多差距；（6）為主機配套的關鍵功能部件基礎薄弱，質量可靠性差，影響國產數控機床的產業化。

因此，由于差距的存在，只能說明中國是機床制造大國，但不是機床制造強國。對我們機床制造企業來說，目前的發展機遇非常寶貴，但面臨的挑戰十分嚴峻，加快發展國產數控機床產業化已刻不容緩。

4 對于我國數控發展的建議

中國今后要加速發展數控機床產業，既要深入總結過往的經驗教訓，切實改善存在的問題，又要認真學習國外的先進經驗，沿正確的道路前進。建議切實做好以下幾個方面：中國廠多人眾，極需正確的方針、政策對數控機床的發展進行有力的指引。應學習美、德、日經驗，政府高度重視、正確決策、大力扶植。在方針政策上，應講究科學精神、經濟實效，以切實提高生產率、勞動生產率為原則。在方法上，深入用戶，精通工藝，低中高檔并舉，學習日本，首先解決量大而廣的中檔數控機床，批量生產，占領市場，減少進口，擴大出口。在步驟措施上，必須使國產數控系統先進、可靠，狠抓產品質量與配套件過關，打好技術基礎。近期重在打基礎，建立信譽，擴大國產數控機床的國內市場份額，遠期謀求趕超世界先進水平，大步走向世界市場；必須狠抓根本，堅持"以人為本"，加速提高人員素質、培養各種專家人才，從根本上改變目前低效、落后的狀態。人是一切事業成敗的根本，層層都要重視"培才、選才、用才"，建立學習型企業，樹立企業文化，加速培育新人，培訓在職人員，建立師徒相傳制度，舉辦各種技術講座、訓練班和專題討論會，甚至聘請外國專家、顧問等，盡力提高數控。

5 結論

當今世界各國制造業廣泛采用數控技術，以提高制造能力和水平，提高對動態多變的市場的適應能力和競爭能力。此外、世界上各工業發達國家還將數控技術及數控裝備列為國家的戰略物資，不僅采取重大措施來發展自己的數控技術及其產業，而且在“高精尖”數控關鍵技術和裝備方面對我國實行封鎖和限制政策。總之，大力發展以數控技術為核心的先進制造技術已成為世界各發達國家加速經濟發展、提高綜合力。

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[4]徐衡主編.FANUC系統數控銑床和加工中心培訓教程[M].化學工業出版社.

[5]劉新佳主編.切削加工簡明適用手冊零點工作室[M].化學工業出版社.

[6]上海市金屬切削技術協會主編.金屬切削手冊[M].上海科學技術出版社.

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