淺談我國數控機床的現狀及發展趨勢

張震

摘 要：數控機床是數字控制的工作母機的總稱，由主機、數控系統和相關配套件組成。機床是先進制造技術和制造信息集成的重要元素，是發展機器制造業以至整個工業必不可少的復雜生產工具，既是生產力要素，又是重要商品。機床的發展和創新在一定程度上映射出加工技術的主要趨向。隨著微電子技術、傳感器技術、精密機械技術自動控制技術以及微型計算機技術、人工智能技術等新技術的發展，致使數控機床不斷升級而逐漸成為評價現代工業發展的重要指標。

關鍵詞：數控機床；現狀；發展趨勢

近年來我國企業的數控機床占有率逐年上升，在大中企業已有較多的使用，在中小企業甚至個體企業中也普遍開始使用。據預測分析，到2005年我國機床的數控化率為9.5%一10.36%，到2010年將達到16.5%一19.27%。面對世界機床市場的強烈沖擊，國產數控機床要想從容應對并占有一定的市場份額，必須把發展國產數控機床放在突出位置，正確把握我國數控機床的發展趨勢。

一、我國數控機床發展過程

我國數控機床及技術起步于1958年，近50年的發展歷程大致可分為以下3個階段。

第一階段：1958～1979年，即封閉式發展階段。在此階段，我國機床總體設計實力差、各種機、電、液、氣配套基礎元部件、數控系統不過關，工作不可靠，故障頻繁，且形成一哄而上，又一哄而下，三起三落。到1979年為止，我國數控機床無法正式生產，也無法在生產中正式使用。而日本在此階段，在努力發展大量大批生產自動化、高效自動化機床、自動線的基礎上，確實使主機設計本領過硬，配套元部件、數控系統過關，不斷發展數控機床，至1979年日本數控系統年產量達14235套，數控機床年產量達14317臺，超過美國當年產量7925臺，從此，日本數控機床之年產量長期居世界第1。

第二階段：國家的“六五”、“七五”期間及“八五”的前期，即引進技術，消化吸收，初步建立起國產化體系階段。在此階段，我國先后引進日、美、歐洲國家的數控系統和數控機床及一些基礎元部件如各類機、電、液、氣等，利用國外先進產品配置和技術，我國數控技術的研究、開發及在產品的國產化方面都取得了長足的進步。

第三階段：國家“八五”后期和“九五”期間，即實施產業化的研究，進入市場競爭階段。在此階段，我國國產數控裝備的產業化取得了實質性進步，在品種上、技術上、產量上提高較快，取得了較大成績。在數量上，據1995年全國調查，我國機床擁有量383萬臺，其中數控機床7128萬臺，1999年數控機床產量為9007臺，2000年擁有量約為14萬臺。在品種上也很豐富，包括各類數控全切機床、成形機床、激光加工機床等，國產數控機床的國內市場占有率達50%，配用國產數控系統（普及型）的也達到10%。

二、 中國數控機床存在的問題

1. 技術創新與市場需求脫節

數控系統技術攻關取得進展，但面對世界數控技術發展的趨勢，差距仍然很大，存在很多不足之處，開發研制與市場開拓嚴重脫節。在確定數控技術創新項目上沒有突出重點，市場定位不明確，不能集中力量，突破一點，帶動一片，安排項目上帶有一定的盲目性。一方面，存在盲目追求技術水平的技術導向模式，這就造成科技攻關的新產品差距仍然很大，很多產品多功能、高水平、高價格、市場定位不明確，另一方面，產品結構不合理、品種單一、雷同、不能滿足市場需求，數控機床市場占有率逐年降低。

2. 技術創新運行的支承條件差

中國現有的數控機床生產企業近百家，研制和生產數控系統的單位近70家，均未形成經濟指生產，全國普及型數控系統年產量1000臺左右，產量最多的廠家也不過年產400多臺，而國外一般數控系統生產廠年產均在30以）臺以上，日本AFNUC則年產50000套以上，沒有批量，成本降不下來，質量也難以保證，很難與國外同類產品競爭。中國現有數控機床生產企業的開發力量弱，廠點分散，沒有形成經濟規模。國家尚未成立有一定權威的機構促進數控技術的發展，也沒有建立數控技術開發中心、數控技術工程中心、質量檢測中心和維修服務中心及培訓中心，加之，主要數控系統生產廠，工藝條件較差，質量保證體系不健全，因此產品競爭能力很差。

3. 技術創新成果未能工程化、商品化

數控技術創新取得成果后，缺乏工程化、商品化、產業化的全面安排，質量保證體系不健全，尚未制定出相應的規范和標準，技術創新與工程化研究、工藝研究嚴重脫節。科技攻關取得進展，但產品差距仍然很大，成果的工程化、商品化投入不足，在發展產品中數控產品可靠性差，質量不穩定，不重視產品的工程化研究。

三、數控機床的發展趨勢

1. 機床運動控制技術的發展趨勢

（1）全閉環交流伺服驅動技術：在一些定位精度或動態響應要求比較高的機電一體化產品中，廣泛使用數字式交流伺服系統。這種伺服系統的驅動器對電機軸后端部的光電編碼器進行位置采樣，在驅動器和電機之間構成位置和速度的閉環控制系統。位置控制分辨率高，可靠性好。

（2）可編程計算機控制器技術自20世紀60年代末美國第一臺可編程序控制器PLC問世以來，PLC控制技術已走過了30年的發展歷程，尤其是隨著近代計算機技術和微電子技術的發展，它已在軟硬件技術方面遠遠走出了當初的“順序控制”的雛形階段。可編程計算機控制器（PCC）就是代表這一發展趨勢的新一代可編程控制器。

2. 機床主機的發展趨勢

高速高效化、復合化、智能化、環保型是現代機床發展主流。

（1）高移速加工中心目前在汽車制造行業中使用的高速加工中心的快速移動速度>40m/min，移動加速度>0.5g，使得汽車零件制造效率成倍的提高。高速加工中心進給采用直線電機和高速滾珠絲杠，為減少熱變形，均采用循環水冷卻。直線電機最高速度可達100m/min，高速滾珠絲杠采用低摩擦材料和自潤滑，以提高壽命，減少污染。例如日本東芝生產的高速加工中心，采用雙滾珠絲杠增強傳動剛度、定位和重復定位精度。

（2）環保型機床無污染，節能節耗的環保型機床，符合1501400環保標準，干切削在德國汽車工業應用廣泛。采用氣壓代替液壓，自潤滑減少泄漏污染，和油徹底分離。

（3）激光加工機床采用靈活的光束控制，高輸出微型化的二極管激光器，緊湊和易于集成打標和刻劃系統及焊接功能。

四、結語

傳統的數控技術已不適應現代制造業的需要，新一代數控系統正朝著智能化、開放化、柔性化、多樣化的方向發展。我們應抓住這個契機，利用人才優勢，開發出適應國情的現代高檔數控系統，促進數控產業化的發展和制造業的發展。

參考文獻：

[1] 周延佑.數控機床發展新趨勢與我國相應的對策.機械工藝師，2001，（2）：5～7.

[2] 李宏勝.現代數控系統的技術特點與發展趨勢[J].制造業自動化，2002（11）：1-31.