郭静

（江西中船航海仪器有限公司,江西九江332005）

我国数控机床的发展趋势与对策

郭静

（江西中船航海仪器有限公司,江西九江332005）

文章以数控机床为研究对象，阐述了数控机床的发展历程，并对我国数控机床的发展现状与发展趋势进行了介绍，分析了其目前存在的主要问题，最后提出了针对我国数控机床的发展对策。

数控机床；发展趋势；发展对策

数控机床是一种装有计算机数字控制系统的机床，加工精度和生产率都比较高，现实需求增长迅速，应用前景广阔。近年来,我国在数控机床和机床工具行业对外合作进一步加强,无论在精度、速度、性能,还是智能化方面都取得了很好的成绩。在国际贸易中,很多发达国家把数控机床视为具有高技术附加值、高利润的主要机电出口产品。因此，对数控机床技术的发展历程、趋势及其发展中存在的问题进行总结和分析，将有助于推进我国数控机床技术实现跨越式发展的目标。

1 数控机床的发展进程

自20世纪50年代以来，世界数控机床主要经历了数控NC（Numerical Control）和计算机数控CNC（Computer Numerical Control）2个阶段。

数控NC阶段主要经历了以下3代：

第1代数控系统，始于20世纪50年代初年，系统全部采用电子管元件，逻辑运算与控制采用硬件电路完成。

第2代数控系统，始于20世纪50年代末，以晶体管元件和印刷电路板广泛应用于数控系统为标志。

第3代数控系统，始于20世纪60年代中期，由于小规模集成电路的出现，使其体积变小、功耗降低，可靠性提高，推动了数控系统的进一步发展。

计算机数控CNC阶段也经历了3代：

第4代数控系统，始于20世纪70年代，当首个采用小型计算机的CNC装置在芝加哥展览会上露面时，标志着CNC技术的问世。

第5代数控系统，20世纪70年代后期，中、大规模集成电路技术所取得成就，促使价格低廉、体积更小、集成度更高、工作可靠的微处理器芯片的产生，并逐步应用于数控系统。

第6代数控系统，始于20世纪90年代初，受通用微机技术飞速发展的影响，数控系统正朝着以个人计算机(PC)为基础，向着开放化、智能化、网络化等方面进一步发展。

2 数控机床的发展趋势

（1）高速化。随着装备制造业的快速发展和国际市场竞争的日趋激烈，为了进一步提高劳动生产效率，行业及社会对数控机床的高速化发展提出了更高的要求。20世纪90年代以来,西方发达国家争相发展新一代高速数控机床,高速主轴单元(电主轴,转速15000～100000r/min)、高速且高加P减速度的进给运动部件(快移速度60～120m/min,切削进给速度高达60m/min)、高性能数控和伺服系统以及数控工具系统都出现了新的突破,达到了新的技术水平。

（2）高精度化。从精密加工发展到超精密加工，是世界各工业强国致力发展的方向。超精密加工主要包括超精密切削（车、铣）、超精密磨削、超精密研磨抛光以及超精密特种加工。随着现代科学技术的发展，对超精密加工技术不断提出了新的要求。超精密数控机床的微细切削和磨削加工，精度可稳定达到0.05μm左右，形状精度可达0.01μm左右。采用光、电、化学等能源的特种加工精度可达到纳米级（0.001μm）。

（3）功能复合化。在零件加工中，人们希望将不同的加工功能整合在同一台机床上以实现工序的集约化。主要表现在数控机床配有自动换刀机构，能在同一台机床上同时实现铣削、镗削、钻削、车削、铰孔、扩孔、攻螺纹等多种工序加工；数控机床还采用了多主轴、多面体切削，即同时对一个零件的不同部位进行不同方式的切削加工；数控系统由于采用了多CPU结构和分级中断控制方式，即可在一台机床上同时进行零件加工和程序编制，实现所谓的“前台加工，后台编辑”，故多功能机床成为近年来发展很快的机种。

（4）控制智能化。现代数控机床引进了自适应控制技术，根据切削条件的变化自动调节工作参数，使加工过程中能保持最佳工作状态。具有自诊断、自修复功能，在整个工作状态中，系统随时对CNC系统本身以及与其相连的各种设备进行自诊断、检查，一旦出现故障时，立即采用停机等措施，并进行故障报警，提示发生故障的部位、原因等。为实现更高的故障诊断要求，其发展趋势是采用人工智能专家诊断系统。

（5）体系开放化。为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题，目前许多国家对开放式数控系统进行研究,数控系统开放化已经成为数控系统的发展趋势。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上,面向机床厂家和最终用户,通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能）,形成系列化,并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中,形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。

（6）驱动并联化。在20世纪90年代以前，金属切削机床都是串联机床。随着数控技术的发展，研究人员实现了机床结构设计的突破性创新，通过改变桁架杆的长度及移动支点位置来实现刀具与工件的相对位置变动，在床身——刀具——工件这一运动链中包含多条独立的主运动支链，从而打破了传统机床以直角坐标系为基础的串联运动学原理，其结构的基本特征就是“并联”。并联机床的出现突破了传统机床结构的局限，为数控机床技术的发展注入了新的活力。

（7）信息交互网络化。网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求,也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机,反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。

寓言的标题本来就要求短而精，如果照着原语的标题直接翻译，译语的标题就变得繁琐，不仅违背寓言标题的本身要求还会不符合译语的表达习惯。读过《伊索寓言》英文版，都知道当中的寓言标题大都是简洁的名词或者名词性短语。所以，译者将原语的信息大多删去，只留译代表核心内容和思想的“疑”。

（8）加工过程绿色化。随着日趋严格的环境与资源约束，制造加工的绿色化越来越重要，而中国的资源和环境问题尤为重要。要实现数控机床切削加工环保化和节能化，就必须对加工工艺进行绿色化改进。目前这一绿色加工工艺主要集中在不使用切削液上，因为切削液既污染环境又危害操作者健康。于是近年来不用或少用切削液，实现干切削、半干切削节能环保的数控机床不断出现，并在不断发展中。今后，绿色制造的大趋势将使各种节能环保机床加速发展，占领更多的市场份额。

3 我国数控机床发展中存在的主要问题

（1）行业基础比较差，突出表现在缺乏系统深入的科研工作，设计方法陈旧，仅靠类比模仿进行产品设计，既缺乏机床创新的基本理论，又缺乏丰富的生产实际经验，对高效自动化机床、数控机床的刚度、振动、热变形、噪声、精度补偿等基础技术缺乏深入研究，对各类机床加工工艺、布局、结构、导轨、卡轴、卡具等应用技术又缺乏认真试验，难以创新设计出优质适销的先进产品。

（2）没有合理地运用资源，主要表现在2点：①对于所涉及到的研究所、厂房等没有综合应用、取长补短，往往见到的是他们孤军作战，而且各单位忙于生存，普遍缺乏深入系统的科研工作，更没有做到生产一代、研制一代、预研一代等可持续的发展；②机床行业人员专业素质不高，缺乏行业领军人才，总体科研能力不强。

（3）我国制造业大环境的制约。由于没有在全国范围内发展大量大批生产自动化，对高效自动化机床的主机设计的基本功较差，而机床的品种结构发展，全靠主机设计本领加以变化，因此，依靠引进和合作生产来发展各类主机，至今国许多高性能、新结构的数控机床大都为合作产品，基本处于仿制阶段。

（4）缺乏吸引高层次、高素质人才创新创业的环境，高速、柔性、精密机床配套技术的自主研发能力低。

（5）对国外技术重引进、轻消化吸收的问题仍很突出。“消化”在整个资金投入中所占的比例相对其他工业发达国家来仍太低。

4 我国数控机床的发展对策

（1）推进μm工程，研制高效精密数控机床。目前国内生产的数控机床尚缺少高效、高可靠性且加工精度达微米级的产品。为此，需研发一些能兼顾高效化和高精化的数控制造装备以适应汽车制造业加工关键零件的需求。由于这些数控制造装备的加工精度主要在微米级（μm）范围内，因此可称为μm级制造装备及技术研究，简称“μm工程”。

（2）发展复合加工数控机床、缩短制造过程链。加快复合数控机床的发展步伐，提高工序的集中度，使加工过程链集约化，可以提高多品种单件和中小批量加工的工效，也有利于加工精度的稳定性。复合数控机床可以减少在不同数控机床间进行工序的转换而引起的待工以及多次上下料等时间。通常这些时间占零件整个生产周期的40%～60%，即使在信息管理良好的情况下，仍将占20%左右。因此，复合数控机床具有明显的技术效果。为了避免复合机床因功能的扩展而过多地引起结构的复杂化和成本的增加，还需要探求两个问题：通过创新技术扩大功能部件的适用面来简化结构；发展模块化和可重构化的复合机床。

（3）推进高效柔性化的新一代制造系统。1995年开始研究的在可重构制造技术支持下，构建具有适应大批量高效柔性化生产的可重组制造系统(RMS)是一个值得注意的发展动向。其核心为制造系统能物理组态，即根据加工对象的变化方便地进行布局和设备配置的调整，发展了能对多变的市场需求做出合理的配置规划和易于调整的布局方式、适应重构的控制软件、开放式控制系统和规范化接口以及能快速提升系统重组后制造质量的诊断系统等技术，使其兼具专用生产线的高效性能和适用的柔性以取得更佳的经济性，已在生产中取得了初步成功的应用。

（4）发展网络化制造单元，推进企业制造能力的高效柔性化。当前，国内外一些机床和数控系统制造企业在从分布式网络化联盟制造的角度出发研究相适应的制造单元，强化其自治管理能力，能与企业的资源计划（ERP），产品数据管理（PDM）和计算机辅助设计/计算机辅助制造/计算机辅助工程（CAD/CAPP/CAM）的信息集成，进而通过与客户关系管理(CRM)和供应链管理(SCM)的联系做出智能决策，实施并行工程、可视化监控等以提高机床利用率，实现高效的柔性生产。

（5）开展可靠性设计，加强全面质量管理，保证数控机床的可靠性增长。为了保证数控机床有较高的可靠性，设计时不仅要考虑其功能和力学特性，还要进行可靠性设计，根据可靠性要求合理分配各组成件的可靠性指标，在配套件采购和制造过程中重视质量要求，加强全面质量管理以求可靠性的不断增长。

（6）提高技术人员的综合素质。中国机床工业的振兴，数控机床的加速发展，归根到底，取决于人员素质的提高。因此国家要高度重视数控机床领域高技术专业人才的培养，优化人才成长与使用环境，着力营造重视数控机床领域高技能人才的文化氛围，对于有突出贡献的人员要敢于重奖，以更好地激发他们的创造力和贡献度，进而推动我国数控机床领域的质量和效能。

［1］曹伟.我国数控机床的发展现状与对策［J］.现代经济信息,2008，（4）：150-151.

［2］许龙.浅析数控机床的发展趋势［J］.企业导报，2011，（22）：189.

［3］吴波，周云龙.数控机床现状及发展趋势简析［J］.科技信息，2010，（25）：461.

郭静（1972-），女，河北定州人，大学本科，工程师，主要研究方向：机械设计与微电子。