數(shù)控機(jī)床是新型自動化機(jī)床，具有廣泛的通用性和很高自動化程序的全新型機(jī)床，它將加工或手工直接輸入（MDI）方式將數(shù)字信息送入數(shù)控系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)中進(jìn)行寄存、運(yùn)算和處理，*后通過驅(qū)動電路由伺服裝置控制機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動加工。采用數(shù)字控制技術(shù)進(jìn)行機(jī)械加工的思想*早來源于20世紀(jì)40年代，數(shù)控機(jī)床*早產(chǎn)生于美國。1947年，為了精確制作直升飛機(jī)葉片的樣板，美國John.T.Parson公司設(shè)想并利用全數(shù)字計(jì)算機(jī)對葉片輪廓的加工路徑進(jìn)行了數(shù)據(jù)處理，提出在坐標(biāo)床上用脈沖信號控制的加工方法，這就是數(shù)控機(jī)床誕生的出發(fā)點(diǎn)。隨后1952年，麻省理工學(xué)院研制成功了1臺三坐標(biāo)連續(xù)控制的樣機(jī)銑床，這就是世界上第1臺數(shù)控機(jī)床樣機(jī)。20世紀(jì)70年代以后，伴隨微電子技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床在經(jīng)過幾代更新變化中得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展，應(yīng)用范圍也越來越廣，并對原有機(jī)械制造業(yè)形成巨大沖擊。機(jī)床的發(fā)展和創(chuàng)新在一定程度上映射出加工技術(shù)的主要趨向，隨著微電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、精密機(jī)械技術(shù)、自動控制技術(shù)及微型計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)等新技術(shù)的發(fā)展，促使數(shù)控機(jī)床不斷升級而逐漸成為評價(jià)現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的重要指標(biāo)。
一、我國數(shù)控機(jī)床發(fā)展現(xiàn)狀
我國數(shù)控機(jī)床及技術(shù)也起步于1958年， 當(dāng)時(shí)是從電子管著手的，20世紀(jì)60年代中期，由于國外的技術(shù)封鎖和我國的基礎(chǔ)條件，我國機(jī)床車體設(shè)計(jì)實(shí)力差、各種機(jī)、電、液、氣配套基礎(chǔ)元部件、數(shù)控系統(tǒng)不過關(guān)， 工作不可靠， 故障頻繁，且由于發(fā)展數(shù)控機(jī)床整個(gè)方針、政策、方法、步驟、措施錯誤以致我國的數(shù)控機(jī)床還處于研制開發(fā)階段。直到70年代開始，數(shù)控技術(shù)在車、銑、齒輪加工、電加工等領(lǐng)域全面發(fā)展，數(shù)控加工中心在上海北京研制成功，在這一時(shí)期，數(shù)控車削、點(diǎn)位加工和加工中心及三坐標(biāo)數(shù)控加工的自動編程系統(tǒng)和語言，有的還在生產(chǎn)中得到了較好的應(yīng)用。20世紀(jì)80年代，我國從日本引進(jìn)了數(shù)控系統(tǒng)和直流伺服電動機(jī)等制造技術(shù)。與此同時(shí)，還自行研發(fā)了3、4、5軸聯(lián)動的數(shù)控系統(tǒng)以及雙電動機(jī)驅(qū)動的同步數(shù)控系統(tǒng)和新品種的伺服電動機(jī)，使得我國數(shù)控機(jī)床在性能和質(zhì)量上產(chǎn)生了一個(gè)質(zhì)的飛躍?，F(xiàn)在我國已經(jīng)建立了以中、低檔數(shù)控機(jī)床為主的產(chǎn)業(yè)體系。一些較高檔次的數(shù)控系統(tǒng)，如5軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)、6軸數(shù)控高速滾齒機(jī)等高精度數(shù)控機(jī)床、加工中心也相繼研制成功并投入商用。進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來，國內(nèi)企業(yè)不斷推出自行開發(fā)的新產(chǎn)品。國內(nèi)許多商家還制造出5軸聯(lián)動加工中心，如北京機(jī)電研究院新研制出型號為5C-VMC1250的5軸聯(lián)動加工中心。此外，在并聯(lián)機(jī)床方面，我國也已經(jīng)進(jìn)入了實(shí)用階段，開發(fā)了自主版權(quán)的虛擬軸機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)和軟件，這是我國機(jī)床創(chuàng)新方面的又一重大成果。此外，我國機(jī)床制造業(yè)在網(wǎng)絡(luò)制造技術(shù)方面也取得了長足的發(fā)展，如華中數(shù)控系統(tǒng)股份公司與桂林機(jī)床股份公司聯(lián)合研制出一套由4臺機(jī)床組成的相同功能的網(wǎng)絡(luò)制造系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)制造過程的智能化奠定了較堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在國家政策的大力扶持下，近幾年國內(nèi)數(shù)控機(jī)床發(fā)展迅猛。2007年，我國數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量達(dá)到12.3萬臺，提前三年超額完成“十一五”規(guī)劃年產(chǎn)10萬臺的目標(biāo)，數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量已居世界首位。行業(yè)規(guī)模不斷壯大，國產(chǎn)高檔數(shù)控機(jī)床明顯進(jìn)步，國產(chǎn)中高檔數(shù)控系統(tǒng)取得重大突破，這些都充分說明，我國數(shù)控機(jī)床整體水平得到了全面提升。
二、我國數(shù)控機(jī)床發(fā)展存在的問題
?。ㄒ唬?shù)控化水平低
與發(fā)達(dá)國家相比，我國機(jī)床數(shù)控化率不高，目前生產(chǎn)產(chǎn)值數(shù)控化率不到30%；消費(fèi)值數(shù)控化率不到50%，而發(fā)達(dá)國家大多在70%左右。高檔次數(shù)控機(jī)床及配套部件還只能依靠進(jìn)口。國產(chǎn)數(shù)控車床到2000年可供品種700多種。接近數(shù)控機(jī)床品種的50%，其中占產(chǎn)量50%的是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床。*高轉(zhuǎn)速一般在2000r/min，個(gè)別轉(zhuǎn)速達(dá)8000r/min，坐標(biāo)定位精度一般為0.01mm，重復(fù)定位精度在0.005mm，工作精度圓度在0.01～0.005mm之間，表面粗糙在Ra0.8～1.6μm.長城機(jī)床廠CK7815C主軸*高轉(zhuǎn)速3500r/min，快速行程X軸9m/min，Z軸12m/min，定位精度X軸0.025mm，工作精度圓度0.007mm，表面粗糙度Ra<1.6μm.SPINNERTC46德國數(shù)控車床*高轉(zhuǎn)速4500r/min，快速移動X軸10m /min，Z軸20m/min.該公司超精密SB/PD/UP系列數(shù)控車床，重復(fù)定位精度0.1μm，工件圓度0.3μm，可實(shí)現(xiàn)鏡面車削，可選配第二主軸/C軸/動力刀架。
?。ǘ┊a(chǎn)品水平不高
首先是精度普遍不夠高，對國產(chǎn)加工中心刀庫機(jī)械手、數(shù)控車床刀架，用戶不放心，定位精度，特別是重復(fù)定位精度也有待提高。只有少數(shù)產(chǎn)品達(dá)到歐洲標(biāo)準(zhǔn)定位精度；其次，高精度、靜剛度主機(jī)結(jié)構(gòu)和整機(jī)性能開發(fā)有差距，國際普遍采用龍門式、框式、O型整體結(jié)構(gòu)，箱中箱式結(jié)構(gòu)，L型床身，三軸移動移出機(jī)身，側(cè)掛箱式臥式加工中心等我國則大多還未開發(fā)；再次，產(chǎn)品在主軸轉(zhuǎn)速，快移速度、換刀速度、加速度等機(jī)床性能指標(biāo)上與國外有較大差距。*后，可靠性有待提高。國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)*常平均無故障時(shí)間（MTBF）大都可超過1萬h，但國際上先進(jìn)企業(yè)數(shù)控系統(tǒng)MTBF已達(dá)8萬h.國產(chǎn)數(shù)控車床、加工中心MTBF雖有少數(shù)廠達(dá)500h，但國際上先進(jìn)水平已達(dá)800h.至于外觀、漏油等老問題仍與工業(yè)發(fā)達(dá)國家產(chǎn)品有差距。
?。ㄈ┕δ懿考l(fā)展的問題
數(shù)控功能部件是指數(shù)控系統(tǒng)、主軸單元、數(shù)控刀架和轉(zhuǎn)臺、滾珠絲杠副和滾動直線導(dǎo)軌副、刀庫和機(jī)械手、高速防護(hù)裝置等。功能部件技術(shù)水平的高低、性能的優(yōu)劣及整體的社會配套水平，直接決定和影響數(shù)控機(jī)床整機(jī)的技術(shù)水平和性能，也制約著主機(jī)的發(fā)展速度。相對數(shù)控機(jī)床主機(jī)來說，我國功能部件生產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展更顯滯后。但功能部件不僅決定著機(jī)床的整機(jī)性能，還占到整機(jī)成本的60%左右，其發(fā)展?fàn)顩r直接關(guān)系到機(jī)床的競爭力水平。國產(chǎn)功能部件產(chǎn)品檔次不高，且形不成規(guī)模，造價(jià)相對并不低，采用進(jìn)口功能部件價(jià)格昂貴，從而使整機(jī)價(jià)格攀升，國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的價(jià)格優(yōu)勢喪失殆盡，同等水平的數(shù)控機(jī)床，其價(jià)格與一些國家和地區(qū)的產(chǎn)品趨于持平。目前，國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床大量選購境外功能部件，一面是由于國內(nèi)還沒有形成社會配套的能力，產(chǎn)品質(zhì)量和水平上存在著一定差距；另一方面是主機(jī)廠應(yīng)用戶要求，而選用指定外國公司的功能部件。
?。ㄋ模?yīng)用技術(shù)方面的差距
國外已經(jīng)普及的遠(yuǎn)程服務(wù)技術(shù)，我國尚待開發(fā)，如交鑰匙工程——從機(jī)床選擇、工藝裝備（刀、夾、附、檢具）配置與提供到切削用量的確定。國內(nèi)的高速機(jī)床，普遍不能做硬切削、干切削表演，高速切削機(jī)理及切削數(shù)據(jù)庫的研究我國近乎空白，我國尚不能提供高速切削軟件包等。產(chǎn)品的可操作性、外觀、內(nèi)在質(zhì)量方面也與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比的有很大差距。
三、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢
目前，先進(jìn)制造技術(shù)不斷興起，超高速切削、超精密加工等技術(shù)的應(yīng)用，柔性制造系統(tǒng)的迅速發(fā)展和計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)的不斷成熟，對數(shù)控加工技術(shù)提出了更高的要求。當(dāng)今數(shù)控機(jī)床正在朝著以下幾個(gè)方向發(fā)展：
（一）高速度、高精度化
速度和精度是數(shù)控機(jī)床的兩個(gè)重要指標(biāo)，它直接關(guān)系到加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。目前，數(shù)控系統(tǒng)采用位數(shù)、頻率更高的處理器，以提高系統(tǒng)的基本運(yùn)算速度。同時(shí)，采用超大規(guī)模的集成電路和多微處理器結(jié)構(gòu)，以提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力，即提高插補(bǔ)運(yùn)算的速度和精度。并采用直線電動機(jī)直接驅(qū)動機(jī)床工作臺的直線伺服進(jìn)給方式，其高速度和動態(tài)響應(yīng)特性相當(dāng)優(yōu)越。采用前饋控制技術(shù)，使追蹤滯后誤差大大減小，從而改善拐角切削的加工精度。
為適應(yīng)超高速加工的要求，數(shù)控機(jī)床采用主軸電動機(jī)與機(jī)床主軸合二為一的結(jié)構(gòu)形式，實(shí)現(xiàn)了變頻電動機(jī)與機(jī)床主軸一體化，主軸電機(jī)的軸承采用磁浮軸承、液體動靜壓軸承或陶瓷滾動軸承等形式。目前，陶瓷刀具和金剛石涂層刀具已開始得到應(yīng)用。
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配有自動換刀機(jī)構(gòu)（刀庫容量可達(dá)100把以上）的各類加工中心，能在同一臺機(jī)床上同時(shí)實(shí)現(xiàn)銑削、鏜削、鉆削、車削、鉸孔、擴(kuò)孔、攻螺紋等多種工序加工，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床還采用了多主軸、多面體切削，即同時(shí)對一個(gè)零件的不同部位進(jìn)行不同方式的切削加工。數(shù)控系統(tǒng)由于采用了多CPU結(jié)構(gòu)和分級中斷控制方式，即可在一臺機(jī)床上同時(shí)進(jìn)行零件加工和程序編制，實(shí)現(xiàn)所謂的“前臺加工，后臺編輯”。為了適應(yīng)柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)的要求，數(shù)控系統(tǒng)具有遠(yuǎn)距離串行接口，甚至可以聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床之間的數(shù)據(jù)通信，也可以直接對多臺數(shù)控機(jī)床進(jìn)行控制。
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現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床將引進(jìn)自適應(yīng)控制技術(shù)，根據(jù)切削條件的變化，自動調(diào)節(jié)工作參數(shù)，使加工過程中能保持*佳工作狀態(tài)，從而得到較高的加工精度和較小的表面粗糙度，同時(shí)也能提高刀具的使用壽命和設(shè)備的生產(chǎn)效率。具有自診斷、自修復(fù)功能，在整個(gè)工作狀態(tài)中，系統(tǒng)隨時(shí)對CNC系統(tǒng)本身以及與其相連的各種設(shè)備進(jìn)行自診斷、檢查。一旦出現(xiàn)故障時(shí)，立即采用停機(jī)等措施，并進(jìn)行故障報(bào)警，提示發(fā)生故障的部位、原因等。還可以自動使故障模塊脫機(jī)，而接通備用模塊，以確保無人化工作環(huán)境的要求。為實(shí)現(xiàn)更高的故障診斷要求，其發(fā)展趨勢是采用人工智能專家診斷系統(tǒng)。
（四）數(shù)控編程自動化
隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，目前CAD／CAM圖形交互式自動編程已得到較多的應(yīng)用，是數(shù)控技術(shù)發(fā)展的新趨勢。它是利用CAD繪制的零件加工圖樣，再經(jīng)計(jì)算機(jī)內(nèi)的刀具軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和后置處理，從而自動生成NC零件加工程序，以實(shí)現(xiàn)CAD與CAM的集成。隨著CIMS技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前又出現(xiàn)了CAD／CAPP／CAM集成的全自動編程方式，它與CAD／CAM系統(tǒng)編程的*大區(qū)別是其編程所需的加工工藝參數(shù)不必由人工參與，直接從系統(tǒng)內(nèi)的CAPP數(shù)據(jù)庫獲得。
?。ㄎ澹┛煽啃?大化
數(shù)控機(jī)床的可靠性一直是用戶*關(guān)心的主要指標(biāo)。數(shù)控系統(tǒng)將采用更高集成度的電路芯片，利用大規(guī)?；虺笠?guī)模的專用及混合式集成電路，以減少元器件的數(shù)量，來提高可靠性。通過硬件功能軟件化，以適應(yīng)各種控制功能的要求，同時(shí)采用硬件結(jié)構(gòu)機(jī)床本體的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化及系列化，使得既提高硬件生產(chǎn)批量，又便于組織生產(chǎn)和質(zhì)量把關(guān)。還通過自動運(yùn)行啟動診斷、在線診斷、離線診斷等多種診斷程序，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)內(nèi)硬件、軟件和各種外部設(shè)備進(jìn)行故障診斷和報(bào)警。利用報(bào)警提示，及時(shí)排除故障；利用容錯技術(shù)，對重要部件采用“冗余”設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)故障自恢復(fù)；利用各種測試、監(jiān)控技術(shù)，當(dāng)生產(chǎn)超程、刀損、干擾、斷電等各種意外時(shí)，自動進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)。
?。┛刂葡到y(tǒng)小型化
數(shù)控系統(tǒng)小型化便于將機(jī)、電裝置結(jié)合為一體。目前主要采用超大規(guī)模集成元件、多層印刷電路板，采用三維安裝方法，使電子元器件得以高密度安裝，較大規(guī)模縮小系統(tǒng)的占有空間。而利用新型的彩色液晶薄型顯示器替代傳統(tǒng)的陰極射線管，將使數(shù)控操作系統(tǒng)進(jìn)一步小型化。這樣可以方便地將它安裝在機(jī)床設(shè)備上，更便于對數(shù)控機(jī)床的操作使用。
四、未來五年我國數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展的任務(wù)
?。ㄒ唬┘涌旄邫n數(shù)控機(jī)床品種開發(fā)
為了縮短與世界先進(jìn)水平的差距，提升我國機(jī)床工具行業(yè)整體水平，“十一五”期間對市場急需的高檔數(shù)控機(jī)床品種，要集中力量，重點(diǎn)突破。未來五年要加大科技投入，加強(qiáng)基礎(chǔ)研究和開發(fā)研究，提高原始創(chuàng)新和集成創(chuàng)新能力。要促進(jìn)重點(diǎn)企業(yè)技術(shù)開發(fā)能力建設(shè)，加快高檔數(shù)控機(jī)床品種開發(fā)。掌握一批高檔數(shù)控關(guān)鍵產(chǎn)品開發(fā)的核心技術(shù)，推出一批高檔數(shù)控機(jī)床品種，滿足重點(diǎn)用戶急需，精心培育高檔數(shù)控機(jī)床市場。
（二）積極促進(jìn)功能部件產(chǎn)業(yè)化
“十一五”期間，要培育一批功能部件的龍頭企業(yè)。加大政策支持力度，重點(diǎn)發(fā)展高檔數(shù)控系統(tǒng)、高速主軸單元、精密滾動功能部件、動力刀架、精密轉(zhuǎn)臺、高速導(dǎo)軌防護(hù)裝置等高水平的功能部件，加快產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，培育國產(chǎn)品牌，實(shí)現(xiàn)功能部件與數(shù)控機(jī)床同步發(fā)展。
?。ㄈ┻M(jìn)一步發(fā)展普及型數(shù)控機(jī)床
國產(chǎn)普及型數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品技術(shù)已經(jīng)成熟，產(chǎn)業(yè)化迫在眉睫。急需進(jìn)一步提高可靠性和質(zhì)量，及時(shí)供應(yīng)市場，提高產(chǎn)業(yè)集中度，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、可靠、快速地滿足市場。以提高制造能力和生產(chǎn)集中度為重點(diǎn)，支持骨干企業(yè)快速發(fā)展。
?。ㄋ模┡μ岣邍a(chǎn)數(shù)控機(jī)床市場占有率
提高國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床市場占有率是“十一五”期間行業(yè)發(fā)展的重中之重。要從質(zhì)量、可靠性、服務(wù)等方面入手，創(chuàng)品牌、擴(kuò)市場、擋進(jìn)口、爭出口。爭取在五年內(nèi)國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床國內(nèi)市場占有率有較大提高。
五、結(jié)語
20世紀(jì)50年代初出現(xiàn)的數(shù)控機(jī)床，在經(jīng)歷半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，現(xiàn)已成為當(dāng)今制造業(yè)的主流設(shè)備。尤其是20世紀(jì)90年代高速加工中心的誕生，使數(shù)控機(jī)床得到了更為廣泛的應(yīng)用。隨著FMC和FMS迅速發(fā)展及CIMS的成熟，又將對我國數(shù)控機(jī)床的可靠性、通信功能、人工智能等技術(shù)提出更高的要求，使國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床逐步縮小與工業(yè)發(fā)達(dá)國家的差距。
