數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

趙曉麗 陳丙偉

1、山東現(xiàn)代學(xué)院 2、中國重汽集團(tuán)濟(jì)南商用車有限公司輕卡部

數(shù)控機(jī)床適用于單件小批量生產(chǎn)、形狀比較復(fù)雜、精度要求較高的零件，這些零件廣泛應(yīng)用于汽車、航空航天、船舶、機(jī)床、重型機(jī)械等各種場合。與傳統(tǒng)的機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床能獲得更高的加工精度，能大大提高生產(chǎn)效率，保證加工的質(zhì)量。我國的機(jī)床技術(shù)發(fā)展較晚，目前數(shù)控機(jī)床還是以低端和中端為主，高端的數(shù)控機(jī)床還主要靠進(jìn)口，這樣對于發(fā)展我國的機(jī)械經(jīng)濟(jì)有很大的阻礙作用。發(fā)展我國具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和自主創(chuàng)新的數(shù)控機(jī)床對我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重大意義。

1 數(shù)控機(jī)床

數(shù)控機(jī)床又叫數(shù)字控制機(jī)床，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床，能夠根據(jù)已編好的程序，使機(jī)床動(dòng)作并加工零件。數(shù)控機(jī)床是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，它集微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、測量技術(shù)、傳感器技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)及人工智能技術(shù)等多種先進(jìn)技術(shù)于一體，并與機(jī)械加工工藝緊密結(jié)合，是新一代機(jī)械制造技術(shù)裝備[1]。數(shù)控機(jī)床基本包括：加工程序載體、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動(dòng)裝置、機(jī)床主體和其他輔助裝置等。與傳統(tǒng)機(jī)床的區(qū)別就在數(shù)控裝置及數(shù)控系統(tǒng)上，數(shù)控系統(tǒng)的操作和監(jiān)控都是在數(shù)控單元完成。

2 國內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展史

2.1 國外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展史

1948年，為了制造出飛機(jī)螺旋槳葉片的輪廓板裝樣板，美國的Parsons（帕森斯）公司與麻省理工學(xué)院合作。1952年，美國的約翰·帕森斯研發(fā)出世界上第一臺(tái)三坐標(biāo)立式數(shù)控銑床。當(dāng)時(shí)采用的數(shù)控裝置是電子管，這是數(shù)控系統(tǒng)的第一代。

1958年，美國卡尼特雷克公司研發(fā)出第一臺(tái)加工中心，數(shù)控裝置采用的是晶體管元件和印刷電路板，這是數(shù)控機(jī)床的第二代。

1965年，由于集成電路的出現(xiàn)，數(shù)控機(jī)床進(jìn)入了第三代，到了一個(gè)全新的發(fā)展階段。

以上的這三代數(shù)控機(jī)床，都是專用控制的硬件邏輯數(shù)控系統(tǒng)（NC）。

1970年前后，隨著計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了由計(jì)算機(jī)控制的數(shù)控系統(tǒng)（CNC），這是第四代數(shù)控機(jī)床。1970年，在美國的芝加哥國際展覽會(huì)上，首次展出了這種系統(tǒng)。

1974年，美國和日本等國研制成功微處理器數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床，這就是第五代數(shù)控系統(tǒng)（MNC）。后來，也稱MNC為CNC。

目前，數(shù)控機(jī)床已發(fā)展到第六代，即以PC機(jī)為基礎(chǔ)，向著開放化、智能化、圖形化等方面發(fā)展[2]。

2.2 國內(nèi)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展史

1958年，由清華大學(xué)和北京第一機(jī)床廠共同研制出我國的第一臺(tái)機(jī)床。我國數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展一直受到國家經(jīng)濟(jì)狀況、數(shù)控技術(shù)發(fā)展水平與國家扶持政策的制定等三大因素的影響[3]。直到1965年，我國才開始研制晶體管元件的數(shù)控系統(tǒng)。

20世紀(jì)80年代，我國在改革開放政策的影響下，分別從日本、美國等國引進(jìn)了部分?jǐn)?shù)控系統(tǒng)和直流伺服電動(dòng)機(jī)、直流主軸電機(jī)技術(shù)及一些基礎(chǔ)功能部件，經(jīng)過消化吸收，將機(jī)床進(jìn)行了國產(chǎn)商品化生產(chǎn)，促進(jìn)了我國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展。

1995年以后，我國的數(shù)控機(jī)床在技術(shù)水平、質(zhì)量、品種等方面有了新的發(fā)展。一些較高層次的數(shù)控機(jī)床，如五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床，也已經(jīng)研制出了樣機(jī)。

現(xiàn)在，我國機(jī)床經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展之后，積極吸收國外的優(yōu)秀資源，在中低端機(jī)床已經(jīng)有了自己的機(jī)床產(chǎn)業(yè)體系，在高端機(jī)床方面也有了質(zhì)的進(jìn)步。

3 我國數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)目前還存在的不足之處

經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)規(guī)模日益擴(kuò)大。雖然我國機(jī)床產(chǎn)業(yè)取得了長足的進(jìn)步，但是相比于美國、日本、德國等國家，在高檔數(shù)控機(jī)床方面還有很大的差距，主要體現(xiàn)在以下幾方面：（1）數(shù)控率低。目前我國的數(shù)控機(jī)床擁有量最多，但是我國的數(shù)控化率卻比西方國家的低得多。（2）功能部件差距大。數(shù)控機(jī)床的功能部件主要是數(shù)控系統(tǒng)、主軸、刀庫、滾珠絲杠副、滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副等。這些主要的功能部件決定了機(jī)床能夠達(dá)到的精度級(jí)別和水平。目前，我國制造的數(shù)控機(jī)床使用的數(shù)控系統(tǒng)還是日本的FANUC、德國的SIEMENS和DMG等的系統(tǒng)。

4 我國數(shù)控機(jī)床的未來發(fā)展方向

當(dāng)今世界主要工業(yè)發(fā)達(dá)國家和地區(qū)的數(shù)控機(jī)床的發(fā)展主要表現(xiàn)為“四高”和“四化”，即高精度、高速度、高柔性、高可靠性和智能化、網(wǎng)絡(luò)化、復(fù)合化、綠色化[1]。我國應(yīng)該在追趕制造高端機(jī)床的基礎(chǔ)上，緊跟時(shí)代的潮流，在發(fā)展中求新、求變，加快與國際機(jī)床資源的合作，重點(diǎn)發(fā)展屬于中國自己的數(shù)控系統(tǒng)及制造主要功能部件，打破長期依靠進(jìn)口的現(xiàn)狀。

5 總結(jié)

目前我國發(fā)展比較好的數(shù)控機(jī)床廠有沈陽第一機(jī)床廠、大連機(jī)床廠、濟(jì)南第二機(jī)床廠等。雖然我國的機(jī)床產(chǎn)業(yè)有了很大的進(jìn)步，但是仍然存在很多的問題，我們?nèi)孕枧Γ訌?qiáng)對自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和產(chǎn)品的制造開發(fā)，提高數(shù)控機(jī)床的性能和工作效率，滿足市場的實(shí)際需求和國家重點(diǎn)工程的需求，逐步縮小與世界上先進(jìn)數(shù)控機(jī)床制造技術(shù)的差距。

[1]唐克巖.我國數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].機(jī)床與液壓,2012,40(5):145-147.

[2]劉小敏,王元生.我國數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].機(jī)械研究與應(yīng)用,2006,19(4):23-25.

[3]江仁潔,何建新.我國數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].湖南農(nóng)機(jī),2007(3):146-147.

[4]秦宏偉.我國數(shù)控機(jī)床發(fā)展現(xiàn)狀及方向[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化,2007,36(5):38-40.