淺談數控機床發展趨勢及發展策略

褚麗賓

摘 要：改革開發以來，我國制造業發生了翻天覆地的變化，尤其是隨著汽車產業的發展（產量從21世紀初的百萬量級增長到20年代的千萬量級），以及之后3C行業（以智能手機制造產業為代表）的興起（產量從21世紀初的百萬部量級到20年代的10億部量級，其中，手機的玻璃、框架和鏡頭支架等小金屬零件都需數控加工），中國已成長為世界第一大機床消費與制造市場。第一臺數控機床起源于麻省理工大學（1952年），短短70年，數控機床的發展經歷了巨大的變化。本文簡述數控機床的主要發展階段，重點描述了數控機床的發展趨勢。最后，對比國際國內在數控機床領域的發展現狀及趨勢，也對我國數控機床的發展策略做了淺顯的分析。

關鍵詞：數控機床;技術;發展

引言

數控技術以及機床是一個國家從事高端制造的技術以及裝備支撐，國內的很多尖端行業都需要以數控技術作為基礎技術，同時以數控機床作為生產精密零部件的基本裝備。數控技術的發展與進步是推動一個國家的制造水平以及制造裝備邁上新臺階的重要技術力量。數控技術的應用能確保我國的生產實現大批量、多品種、高精度的模式，促使我國的制造行業從傳統的制造轉換成信息化、數字化、集成化、柔性化、網絡化的生產模式，這些年來，我國通過投入大量人力、物力、財力來研究數控機床及數控技術，取得了十分喜人的成績，但我國的數控技術與發達國家相比，還存在很大差距，本文通過對數控機床的發展現狀及發展趨勢的研究，對我國數控機床的發展策略做了淺顯的分析。

1.數控機床工作原理及組成

實現數控機床的運轉工作需要以下幾個步驟，首先應了解數控機床加工零件最終的相關尺寸和對應標準，將實現的目標和相關的變量進行系統的控制，因此通過計算機信息系統進行加工零件工序的編程，形成具有較好邏輯的加工程序。通過這一程序，相當于對數控機床提供了加工指引，然后對機床的加工狀況和控制模式進行調整，檢查機床的工作環境以及具體設備運行狀況，確保冷卻系統潤滑系統、夾具系統、運動系統等多個系統能夠正常工作。最后通過不同部件的協調配合，實現相應加工順序和軌跡的移動，從而得到圖紙中設計的零件。以上為數控機床的基本組成及工作原理，隨著電子技術、信息技術的進步和革新，數控機床技術也得到了迅猛的發展，下面重點描述數控機床的發展趨勢。

2.數控機床發展趨勢

2.1高精密和超精密

隨著航空航天、軍工、汽車等工業的技術進展，對零件的加工精密度和加工工藝的要求也越來越高。高精密加工的精密級別，要求尺寸公差在0.1至3μm之間，相互配合的兩個零件的配合精度要保持在2μm范圍內，在批量生產時尺寸的一致性也要保持在5μm的范圍內。而超精密加工的尺寸精度要求更高，基本要達到100nm以內的范圍，多用來加工高質量成像的光學系統。

2.2微型機床和袖珍工廠

微小化制造是下一代制造的愿景，期望能以節約場地、能源、人力等最小的投入，來獲得最高的回報。歐美和日本等制造強國都已把微小化制造作為未來若干年制造發展規劃的重點。對于微小型零件，采用微型機床和袖珍工廠代替傳統機床和傳統工廠進行加工，是節約資源并獲得高效益及可持續發展的最佳路徑。

2.3高效率

為了實現更高的加工效率，現代的數控機床主軸轉速越來越高，電機功率越來越大。此外，傳統的工序分散模式是將工序分散在不同位置的不同機床上，這種模式的效率和質量一般都得不到保證。通過開發與應用銑車復合加工中心、車銑復合加工中心以及各種增減材復合加工中心可以實現工序集成，從而將加工效率大大提升。

2.4設計制作綠色化

數控機床的綠色設計可以考慮的因素有機床的材料、節能、包裝、可回收等方面。隨著環保的觀念日益深入人心，各行各業開始注重生產的環保性，因此在數控機床的生產過程中也需要融入環保理念來適應時代發展的潮流，在生產過程中需要充分考慮環境保護以及資源節約等兩個方面的因素，在不影響產品的性能和質量的基礎上，充分考慮數控機床的設計、生產、運行對環境的影響，通過調整相應的設計方案以及選取適當的生產材料，從而使設計出的機床對環境的影響達到最小化，這樣能有效的資源，達到提高我國資源的使用效率的目的。

3.數控機床發展策略淺析

3.1大力研究與優化數控系統

我國數控機床中的數控系統可以分為兩類，一種是直接引用國外的數控系統，比如采用日本、德國等公司的成熟數控器件，直接安裝在國產的機床架構上，從而實現國產數控機床的制備。另一種是在引用國外先進數控裝置和技術的基礎上，進行自主的研發和制備，比如國內華中數控等企業，通過不斷的吸收國外數控經驗，目前制備出的數控系統已經得到廣泛的應用。針對這兩類數控系統而言，國外直接引進的數控系統價格較高，如果對傳統機床進行數控升級，采用國外的數控系統，雖然能夠保證性能的可靠強勁，并且該數控系統擁有較長的壽命和穩定性。國產數控系統雖然經過較長時間的發展，但對于伺服控制、曲面插補及大功率伺服電機控制的能力仍有待加強。因此，有必要加大對國產數控系統及其軟硬件的研究與開發力度，努力擺脫受制于人的局面。

3.2以加工工藝革新為引領，不斷提升機床性能

傳統數控機床在加工過程中，主要是通過機械化操作、人工化操作來完成對機械部件的加工，在信息化技術以及各類先進理論的支撐下，現代數控機床可以通過程序設定來完成自動化、智能化操控，且整個加工過程無需人工進行參與，進而有效保證整個加工的精準性與質量性。為進一步強化數控加工工藝設計質量，必須對現階段加工工序所呈現出的整體化效果進行分析，查證出與刀具相關聯的各個操控目標所具備的參數，然后將不同類組件在加工過程中的參數實現進行綜合考慮，以得出基于加工成本加工時間與加工性能相整合的整體化策略，便可進一步為整個加工過程的實現提供數據支撐。針對不斷提高的加工工藝需求，需要努力開發出各種高性能、集成度高的復合加工機床。另外，隨著節能減排（特別是中國對全世界做出的碳中和的莊嚴承諾）、綠色環保的要求不斷加強，也要努力開發出環境友好，綠色節能的數控設備。

3.3多功能、定制化

隨著科技的不斷向前邁進和市場個性化需求的不斷增加，數控機床的發展會日益趨向于多功能和定制化。數控機床的多功能主要包括將傳統的CAD、CAE、CAM以信息化等功能集于一體，實現一機多能。為了滿足市場和用戶不斷增加的個性化需求，數控機床的定制化開發是一個大趨勢。在開發數控機床時，不僅要滿足功能和性能方面的相關要求，還要充分考慮客戶在實際使用時的個性化需求。

結語

數控技術作為衡量一個國家科技制造能力強弱的重要指標，高超的數控技術是制造出高端精密產品的前提，數控技術的好壞代表著一個國家制造能力的強弱，同時也是一個國家綜合國力強弱的重要體現，關系到國內制造業產品的國際競爭力。我國數控技術雖取得了一定的發展，但與發達國家相比還存在很大的差距，需要繼續加大研發投入來提升我國的數控技術，縮小與發達國家之間的技術水平差距。可以預見到，借助5G技術及互聯網的高速發展，3D打印技術和新材料的不斷突破，實現數控機床綠色化、物聯網、云計算、云診斷以及高度的定制化開發就真正離我們不遠了。

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