淺析數(shù)控機床的現(xiàn)狀與發(fā)展

李志杰　李英華

摘 要： 近年來，我國數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)取得長足進步，但同時也暴露出了很多問題。本文介紹了數(shù)控機床的發(fā)展過程，從多方面分析了數(shù)控機床的特點，找出了目前我國數(shù)控機床存在的問題，并指出了要改變現(xiàn)狀取得更大進步就必須采取措施。

關(guān)鍵詞： 數(shù)控機床 發(fā)展現(xiàn)狀 發(fā)展前景 改革措施

數(shù)控機床（Numerical Control Machine Tools）是用數(shù)字代碼形式的信息（程序指令），控制刀具按給定的工作程序、運動速度和軌跡進行自動加工的機床，簡稱數(shù)控機床。

一、數(shù)控機床的發(fā)展過程

數(shù)控機床是在機械制造技術(shù)和控制技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，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 Control）和計算機數(shù)控CNC（Computer Numerical Control）兩個階段六個年代。其過程大致如下：

1.數(shù)控NC階段主要經(jīng)歷了三代。

第1代數(shù)控系統(tǒng)，始于50年代初，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。

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(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)為標志。

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)，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。

2.計算機數(shù)控CNC階段經(jīng)歷了三代。

第4代數(shù)控系統(tǒng)，始于70年代，當(dāng)首個采用小型計算機的CNC裝置在芝加哥展覽會上露面時，標志著CNC技術(shù)的問世。

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(shù)取得巨大成就，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產(chǎn)生，并逐步應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)。

第6代數(shù)控系統(tǒng)，始于90年代初，受通用微機技術(shù)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(chǔ)，開放化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等方向進一步發(fā)展。

二、數(shù)控機械的特點

數(shù)控機床是機電一體化的典型產(chǎn)品，數(shù)控機床控制技術(shù)是集計算機及軟件技術(shù)、自動控制技術(shù)、電子技術(shù)、自動檢測技術(shù)、液壓與氣動技術(shù)和精密機械等技術(shù)為一體的多學(xué)科交叉的綜合技術(shù)。

1.對加工對象的適應(yīng)性強，可加工復(fù)雜形狀的零件表面。

在同一臺數(shù)控機床上，通過重新編制程序，可適應(yīng)不同品種及尺寸工件的自動加工，也可以加工復(fù)雜結(jié)構(gòu)的單件、小批量生產(chǎn)及試制新產(chǎn)品，數(shù)控機床還能自動加工精密復(fù)雜的表面（如螺旋表面）。

2.加工精度高，加工質(zhì)量穩(wěn)定。

目前，數(shù)控機床控制的刀具和工作臺最小移動量達0.0001mm，而且數(shù)控系統(tǒng)可自動補償進給傳動鏈的反向間隙和絲杠螺距誤差，使數(shù)控機床達到很高的加工精度。此外，數(shù)控機床的制造精度高，其自動加工方式避免生產(chǎn)者的人為操作誤差，產(chǎn)品合格率高，加工質(zhì)量穩(wěn)定。

3.生產(chǎn)效率高。

由于數(shù)控機床結(jié)構(gòu)剛性好，允許進行大切削量的強力切削，提高了數(shù)控機床的切削效率，節(jié)省了機動時間。因為數(shù)控機床的移動部件的空行程運動速度快，所以工件的裝夾時間、輔助時間比一般機床少。當(dāng)在加工中心上進行加工時一臺機床實現(xiàn)了多道工序的連續(xù)加工，生產(chǎn)效率提高明顯。

4.自動化程度高，勞動強度低。

數(shù)控機床對零件的加工是按事先編好的程序自動完成的，數(shù)控機床自動化程度高，勞動人員不需要進行復(fù)雜的重復(fù)性手工操作，可大大減輕工人的勞動強度和緊張程度，提高加工效率。

三、數(shù)控機床控制技術(shù)的發(fā)展前景

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控機床的發(fā)展越來越快，數(shù)控機床正朝著高性能、高精度、高速度、高柔性化、模塊化和智能化方向發(fā)展。

1.高性能。

隨著數(shù)控系統(tǒng)集成度的增強，數(shù)控機床實現(xiàn)多臺集中控制，甚至遠距離遙控。

2.高精度。

數(shù)控機床本身的精度和加工件的精度越來越高，而精度的保持性要好。

3.高速度。

數(shù)控機床各軸運行速度將大大加快。

4.高柔性。

數(shù)控機床的柔性化將向自動化程度更高的方向發(fā)展，將管理、物流及各相應(yīng)輔機集成柔性制造系統(tǒng)。

5.模塊化。

數(shù)控機床要縮短周期和降低成本，就必然向模塊化方向發(fā)展，這既有利于制造商又有利于客戶。

四、數(shù)控機床發(fā)展中存在的問題

我國近幾年數(shù)控機床雖然發(fā)展較快，但與國際先進水平還存在一定的差距，主要表現(xiàn)在以下方面。

1.核心零部件大量依靠進口。

經(jīng)過近二十多年的技術(shù)引進、消化、吸收和創(chuàng)新，中國數(shù)控機床行業(yè)的發(fā)展令人矚目，國產(chǎn)數(shù)控機床功能部件的生產(chǎn)已經(jīng)具備一定的規(guī)模。但是，據(jù)中國機床工具工業(yè)協(xié)會提供的數(shù)據(jù)來看，近年來我國一直是世界機床第一消費國和第一進口國。但是，機床行業(yè)迅速發(fā)展的背后，一個不能忽視的事實是，我國關(guān)鍵零部件生產(chǎn)依然受制于人，出現(xiàn)利潤不高、產(chǎn)品缺乏核心競爭力的局面。

2.產(chǎn)品水平不高。

首先，精度普遍不夠高，對于國產(chǎn)加工中心刀庫機械手、數(shù)控車床刀架，用戶不放心，定位精度，特別是重復(fù)定位精度有待提高。只有少數(shù)產(chǎn)品達到歐洲標準的定位精度；其次，高精度、靜剛度主機結(jié)構(gòu)和整機性能開發(fā)有差距；再次，產(chǎn)品在主軸轉(zhuǎn)速、快移速度、換刀速度、加速度等機床性能指標上與國外有較大差距。

五、下一步努力方向

為了縮小與世界先進水平的差距，相關(guān)專家建議機床企業(yè)應(yīng)在以下幾個方面著力研究。

1.跟蹤國際水平，使數(shù)控機床向高效、高精方面發(fā)展。

2.多品種制造，滿足不同層次的用戶。

3.模塊化設(shè)計，縮短開發(fā)周期，快速響應(yīng)市場。

數(shù)控機床使用范圍越來越大，國內(nèi)國際市場容量越來越大，但競爭會加劇，只有緊跟先進技術(shù)進步的大方向，不斷創(chuàng)新，才能趕超世界先進水平。

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