我國數控機床發展中的問題與對策

胡盼旺

摘 要：數控機床是裝備制造業的重要組成部分，是裝備制造業的母機，可大大降低工人的勞動強度，提高制造業的勞動生產率。主要對我國數控機床的發展和存在的問題作了詳細的介紹，還就我國數控機床未來的發展提出了建議。

關鍵詞：數控機床；金屬切削；毛刺；機理；問題分析

1 數控機床的發展

數控機床是數字控制機床的簡稱（Computer numerical control machine tools），是一種具有程序控制系統的自動化機床。數控機床就是在數字控制下，能在尺寸精度和形狀精度兩方面完成毛坯零件加工所需要形狀的工作母機的總。數控機床較好地解決了復雜、精密、小批量、多品種的零件加工問題，是一種柔性的、高效能的自動化機床，代表了現代機床控制技術的發展方向，是一種典型的機電一體化產品。自21世紀初期，我國已連續十多年成為世界機床消費和進口第一大國。總的來說，我國數控機床的研制工作起步比較晚，大致開始于20世紀六十年代末期，改革開放后，通過引進國外的先進數控技術，利用國外的先進產品配置和技術，我國的數控機床取得了很大的發展，但總體來說，改革開放初期是以仿制品為主，直到1996年以后，我國的數控機床才開始進入研發的階段，質量上也有了較大的提高，但與像德國，日本這樣的工業化強國相比，仍然有很長的路要走。

2 數控機床發展中存在的問題

2.1 可靠性低，關鍵部件柔弱

可靠性低是國產數控機床，特別是中高檔數控機床市場占有率低的主要原因，已成為國內機床產業發展的技術瓶頸，理應引起行業和學術界的高度關。數控機床的可靠性數據積累薄弱，一方面國內機床可靠性研究起步較晚，技術積累薄弱。而另一方面，工業發達的國家如德國和日本已經達成了一致，對其掌握的先進和相對成熟的可靠性設計和試驗技術作為其企業的核心競爭力，嚴格管控，密不外傳，從而在一定程度上對我國數控機床的發展帶來了一定的阻力。盡管我國數控機床經過幾十年的不斷發展，但是我們也應該清楚地看到，在中、高檔數控機床的可靠性和數控機床的配套設施方面與發達工業國家相比仍有很大的差距。特別是在某些核心部件和核心技術層面上依然受制于人。數控功能部件作為數控機床的一個子系統同樣具有機電一體化的特征，這也是它有別于一般配件或輔件之處。對精密機床來說，對配件輔件的可靠度要求也應該很高，像一些液壓傳動系統、滑動軸承、靜壓滑動軸承、滾珠絲杠和伺服系統等，它們無一不影響機床的運動穩定性、平穩性和產品精度等級。雖然經過我國這幾十年來的發展，機械制造工藝突飛猛進，但對行業人士來說，咱們國家的制造工藝始終還是欠點火候兒。

2.2 毛刺問題亟待解決

毛刺形成的根本原因是由于工件材料在刀具加工的最末段發生嚴重的塑性變形。毛刺產生宏觀上是由于產生了切削過程的第四變形區；微觀上是由于在加工的最末端工件背靠支撐強度不夠，材料顆粒不斷發生滑移、位錯，切屑圍繞工件端部某一點發生旋轉而沒有折斷殘留在工件上形成了毛。

長時間以來，毛刺現象總是被人們忽略，沒有引起人們足夠的重視。盡管有時在生產過程中，人們采用了去毛刺的工藝，但并未嚴格要求解決毛刺問題，以至于毛刺依然影響著產品表面質量的提高。隨著現階段機械制造業的進一步發展，人們對產品質量的要求也越來越高，特別是一些精密和超精密零件，毛刺對他們的影響是不可忽略的，往往機械運轉過程中產生的各種各樣的故障都或多或少與毛刺有關。因此，毛刺問題至今仍然制約著我們機械制造業的發展，阻礙其邁向更高的臺階。毛刺存在工件加工邊、角、棱或已加工表面，直接影響被加工工件的尺寸精度、形位精度和表面粗糙度，使得工件裝配困難，難以滿足加工精度，使得工件裝配困難，難以滿足加工要。

工廠實踐過程中，往往每一臺數控機床旁邊都安排有手工去毛刺的機械工人，這樣不僅浪費了大量的人力物力，降低了數控機床的生產效率，而且還使數控機床徒有其名，大大降低了自動化機床的自動化程度。因此，毛刺問題的存在是百害而無一利，在現代加工技術中不允許毛刺的出現。毛刺是金屬切削加工中普遍產生的現象，也是現如今金屬切削過程中亟需解決的難題。

2.3 自動化水平極低，與其他國家差距明顯

自動化可以理解為工作過程智能化，利用計算機、信息、網絡等智能化技術，對數控機床加工過程實行智能監控和人工智能自動編程等。智能監控是指在加工過程中，數控機床可以實現對工件的自動找正、自動換刀、自動補償以及對加工過程出現的故障問題等自動解決，而人工智能編程是指數控機床可以根據設定的程序自動加工出所需要的零。然而，盡管經過這么多年的發展，我國生產的數控機床的自動化程度依然很低，遠遠不及國外的一些產品，比如像日本的森精機，美國的格里森，德國的德瑪吉等品牌，現如今它們已經占據了世界機床生產的半壁江山，再加上森精機和德瑪吉的強強合作，幾乎沒有任何一家數控機床生產商可以撼動它們在世界各國所拓展的工業市場。作為齒輪聯動技術的全球性領袖，齒輪總體解決方案專家，格里森機床能夠加工復雜齒及難加工齒，在自動化齒輪加工機床方面有著它特有的優勢，在世界機床發展史上占有重要地位。相比而言，國產的質量、精度、可靠性有保證的卻少得可憐。可以這么說，國內幾乎所有高要求的工廠都引進了國外的高精度機床。這難道還不能說明點什么嗎？

3 如何解決發展中的瓶頸

3.1 增加數控機床的可靠性數據積累

數控機床的可靠性數據能給數控機床的研制和維修帶來豐富的數據支持。可靠性數據不僅應當包括故障數據，更應該包括載荷和維修數據。目前數控機床的故障和維修數據有了一定程度的積累，但載荷數據卻嚴重不足。有些數據僅僅使用某一型號機床或某一用戶，對于大型加工中心和生產車間往往不具備普遍性。載荷數據積累不足，難以編制數控機床整機、功能部件和關鍵零件的載荷譜，可靠性設計依據不夠充分，特別是不能進行可靠性概率設計，造成產品的固有可靠性水平先天不。

3.2 加大對數控機床故障機理的研究

當今由于對故障機理的研究不足，對產生故障的物理本質，以及故障之間的相互關系認識不清，往往造成過渡改進而增加成本，甚至出現改進無效的情況。因此，若想避免這類問題的發生，應當增加對故障機理的研究力度，培養一批對故障機理有著清晰理解和豐富經驗的科學技術人才，爭取早日解決這一限制性發展問題。

3.3 重視對配套輔件和功能部件的研發

數控機床主要是由各種各樣的數控系統和功能部件相互組合而成，機床的安全可靠程度很大程度上決定于各個功能部件的穩定性，功能部件研發的持續難產，使得機床的各項功能大打折扣，無論質量，精度，還是平均壽命均不太理想，使得國內的中高檔數控機床長期大量采用進口關鍵功能部件。其實，并不是國內不能滿足這一需求，而是國內生產的產品企業幾乎不敢用，這很大程度上也凸顯了國內機床功能部件企業的技術能力薄弱，且大多處于產品中低端的低成本階段的事實現狀。

總之，這些問題離不開相關部門的政策引導。例如實施校企合作，把理論與實踐相結合。企業為科學技術人才提供實踐環境，學校為企業提供技術理論支持，兩者相互融合，不斷提高機床企業的自主研發能力，使企業逐漸成為研發主體，為工業現代化的發展注入新的活力。

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