1、XXXXXXX大學2011屆本科畢業論文（設計）論文題目：數控機床的發展與趨勢學生姓名：XXXX所在院系： XXXXXX所學專業： XXXXXX導師姓名：XXXXX完成時間：2010年X月XX日數控機床的發展與趨勢摘 要（中外文） 數控機床集計算機技術，電子技術，自動控制技術，傳感測量，機械制造，是典型的機電一體化產品。它的發展和應用開創了制造業的新時代，改變了制造業的生產方式，產業結構，管理方式，使世界制造業的格局發生了巨大的變化。 本文主要講述了數控機床國內外的發展概況，現代數控技術的發展趨勢。介紹了數控機床的特點，組成與分類，并介紹了可編程控制器（PLC）在數控機床中

2、的應用。重點介紹了磨床的概況，以及現代數控磨床的特點，并用PLC進行了對自動磨床電氣系統的改造。 本文在編寫過程中，參閱了同行的教材，資料和文獻，得到了許多幫助，在此謹致謝意。關鍵詞：發展 趨勢 組成 分類 概述 結構 功能 PLC 改造Abstract The numerical control engine bed collection computer technology, the electronic technology, the automatic control technology, the sensing survey, the machine manu

3、facture, is the typical integration of machinery product. Its development and the application founded the manufacturing industry new times, changed the manufacturing industry production method, the industrial structure, manages the way, caused the world manufacturing industry the pattern to have cha

4、nged. This article mainly narrated the numerical control engine bed domestic and foreign development survey, the modern numerical control technology trend of development. Introduced the numerical control engine bed characteristic, the composition and the classification, and introduced programma

5、ble controller (PLC) in the numerical control engine bed application. Introduced with emphasis the grinder survey, as well as the modern numerical control grinder characteristic, and has carried on with PLC to the automatic grinder electrical system transformation. This article in the compilati

6、on process, has referred colleague's teaching material, the material and the literature, obtained many help, respectfully offers thanks in this. Key word: Trend of development Textural Classification Outline Structure Function PLC Transformation.目 錄1.前言12.數控機床概要22.1數控機床的產生22.2數控機床的發展32.3數控機

7、床的組成及工作原理42.3數控技術的復合化52.4數控技術的開放性62.4數控技術的先進性73.國產數控機床的發展現狀93.1國產數控機床與國際先進水平差距逐漸縮小93.2國產數控機床存在的問題93.3核心技術嚴重缺乏103.4民族品牌與國際品牌差距明顯103.5技術創新和成果轉化與市場脫節113.6缺乏先進的管理機制114.國內數控機床的發展趨勢114.1智能、高速、高精度化114.2設計、制造綠色化124.3復合化與系統化124.4數控系統發展趨勢124.4.1數控系統向開放式體系結構發展124.4.2數控系統向軟數控方向發展134.4.3數控系統控制性能向智能化方向發展134.4.4數控

8、系統向網絡化方向發展144.4.5數控系統向高可靠性方向發展144.4.6數控系統向復合化方向發展144.7.7數控系統向多軸聯動化方向發展155. CNC裝置的工作原理155.1輸入155.2譯碼155.3插補155.4進給速度處理155.5刀具補償165.6位置控制165.7顯示165.8 IO處理165.9診斷166.CNC裝置的硬件結構166.1單微處理器結構的CNC系統176.2位置控制部分包括位置控制單元和速度控制單元177.新型功能部件188.結束語18致謝19參考文獻20 1 前言從20世紀中葉數控技術出現以來，數控機床給機械制造業帶來了革命性的變化。數控加工具有如下特點：加工

9、柔性好，加工精度高，生產率高，減輕操作者勞動強度、改善勞動條件，有利于生產管理的現代化以及經濟效益的提高。數控機床是一種高度機電一體化的產品，適用于加工多品種小批量零件、結構較復雜、精度要求較高的零件、需要頻繁改型的零件、價格昂貴不允許報廢的關鍵零件、要求精密復制的零件、需要縮短生產周期的急需零件以及要求100%檢驗的零件。數控機床的特點及其應用范圍使其成為國民經濟和國防建設發展的重要裝備。進入21世紀，我國經濟與國際全面接軌，進入了一個蓬勃發展的新時期。機床制造業既面臨著機械制造業需求水平提升而引發的制造裝備發展的良機，也遭遇到加入世界貿易組織后激烈的國際市場競爭的壓力，加速推進數控機床的發

10、展是解決機床制造業持續發展的一個關鍵。隨著制造業對數控機床的大量需求以及計算機技術和現代設計技術的飛速進步，數控機床的應用范圍還在不斷擴大，并且不斷發展以更適應生產加工的需要。本文簡要分析了數控機床高速化、高精度化、復合化、智能化、開放化、網絡化、多軸化、綠色化等發展趨勢，并提出了我國數控機床發展中存在的一些問題。裝備工業的技術水平和現代化程度決定著整個國民經濟的水平和現代化程度，數控技術及裝備是發展新興高新技術產業和尖端工業（如信息技術及其產業、航空、航天等國防工業產業）的使能技術和最基本的裝備。馬克思曾經說過“各種經濟時代的區別，不在于生產什么，而在于怎樣生產，用什么勞動資料生產”。制造技

11、術和裝備就是人類生產活動的最基本的生產資料，而數控技術又是當今先進制造技術和裝備最核心的技術。當今世界各國制造業廣泛采用數控技術，以提高制造能力和水平，提高對動態多變市場的適應能力和競爭能力。 隨著社會的進步和科技的發展,現代機械制造工程領域方面越來越多地采用智能化、自動化,新設備、新技術的應用越來越普遍。 我們對市場進行了調研，發現現在機械工業大量采用數控機床甚至加工中心取代傳統的普通機床的機械加工，采用計算機集成系統CIMS取代原有的生產制造管理過程，使企業生產智能化、集成化、網絡化。這將對生產第一線的工作人員提出越來越高的職業技術要求。 調查的結果表明：在數控技術專業

12、方面人才缺口較大。 市原來就屬于重工業城市,有許多大中小型企業,而石油化工、機械、鋼鐵等企業都具備數控技術設備。為適應生產技術的迅猛發展.提高企業在市場經濟中的競爭能力,不被淘汰,各企業正積極采取有效措施,添置現代新設備。在數控加工技術人才方面提出更高的要求，要求所需人員即要懂得較深的理論知識，以便使大量的新技術得到利用與開發，同時在實踐技能上更能勝任，由此可見，企業對數控加工技術與應用專業高級技術型人才和技能型人才的需求日益迫切。數控技術是用數字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術，數控裝備是以數控技術為代表的新技術對傳統制造產業和新興制造業的滲透形成的機電一體化產品，即所謂的數

13、字化裝備，其技術范圍覆蓋很多領域：(1)機械制造技術；(2)信息處理、加工、傳輸技術；(3)自動控制技術；(4)伺服驅動技術；(5)傳感器技術；(6)軟件技術等。2數控機床概要2.1數控機床的產生制造業是生產物質財富的產業，機床是制造業的主要生產設備，制造 業中的絕大多數零件都直接或間接地經過機床加工，固此機床(也稱工作母機)是制造業的基礎。在傳統制造業中，對于大批量生產的產品，往往采用組合機床等專用機床組成的自動或半自動生產線；對于單件或小批量生產的產品，一般采用通用機床加工。隨著科學技術的不斷發展和社會生產力的不斷提高，市場對機械產品的要求越來越高，不僅要求提高產品的質量水平，而且要求加快

14、產品更撕換代的速度這樣就導致了現代制造業中多品種、中小批量生產的比重不斷增加。在這樣的情況下，再采用傳統的加工機床就顯得不合理了這主要體現在兩個方面：應用專用機床生產線生產準備周期長、費用高、產品不易更新(有時甚至不可能實現產品更新)；應用通用機床則無法大幅度地提高生產效率或精確地控制產品質量，同時通用機床也無法加工一些復雜度和精度要求很高的小批量生產的產品。相比之下，數控機床的出現恰恰滿足了這些要求。1948年美國帕森斯(Pns)公司在研制加工直升機葉片輪廓檢驗樣板的機床時，首先提出利用電子計算機控制機床加工復雜曲線樣板的新概念。1952年帕森斯公司和麻省理工學院(MIT)伺服機構研究所合作

15、研制成功世界E第一臺三坐標數控銑床，其數控系統采用脈沖乘法器原理，全部由電子管元件組成，雖然體積龐大，功能簡單，但卻意義重大，標志著機械制造業進入r一個新的發展階段。1958年我國北京機床研究所和清華大學開始研制數控機床，1965年北京第一機床廠開始生產三坐標數控銑床。數控機床的出現極大地促進了機床行業的技術進步和行業發展。對于整個制造業來說由于數控機床的大量使用，使得產品質量大幅度提高，新產品開發周期明顯縮短。目前數控機床已經遍布軍工、航空航天、汽車、造船、機車車輛、機床建筑、通用機械、紡織、輕工、電子等幾乎所有制造行業。2.2數控機床的發展(1)數控機床的發展簡史1946年誕生了世界上第一

16、臺電子計算機，這表明人類自g造了可增強和部分代替腦力勞動的工具。它與人類在農業，工業社會中創造的那些只是增強體力勞動的工具相比，起了質的飛躍，為人類進信息社會奠定了基礎。6年后，即在1 952年，計算機技術應用于機床上，從而一種新型的用數字程序控制的機床應運而生。這種機床是一種綜合運用了計算機技術、自動控制、精密測景和機械設計等新技術的機電體化典型產品。數控機床是一種裝有程序控制系統(數控系統)的自動化機床。計算機數控階段也經歷了三個時代，即1970年的第四代小型計算機，1974年的第五代微處理器和1990年的第六代基于Pc(國外稱為Pc_based)。從1952年美國麻省理工學院研制出第一臺

17、試驗性數控系統，到現在已走過了50多年的歷程。數控系統由當初的電子管式起步經歷了以下幾個發展階段：分立式晶體管式汕規模集成電路式、大規模集成電路式、超大規模集成電路巾型計算機式、微機式的數控系統。前三代數控裝置屬于采用專用控制計算機的硬件數控裝置，一般稱為Nc數控系統。到20世紀80年代，總體發展趨勢是：數控裝置由Nc向cNc發展；廣泛采用32位CPU組成多微處理器系統；提高系統的集成度，縮小體積，采用模塊化結構，便于裁剪、擴展和功能升級，滿足不同類型數控機床的需要；驅動裝置向交流、數字化方向發展；cNc裝置向人T智能化方向發展；采用新型的自動編程系統；增強通信功能；數控系統的可靠性不斷提高。

18、總之，數控機床技術不斷發展，功能越來越完善，使用越來越方便，可靠性越來越高，性能價格比也越來越高，到1990年，全世界數控系統專業生產廠家年產數控系統約13萬臺(套)。    (2)我國敷控機床發展概況我國于1958年研制第一臺數控機床發展過程大致可分為三大階段：19581979年為第一階段，】9791989年為第二階段t從1989年至今為第三階段。第一階段由于我國基礎理論研究滯后，相關工業基礎薄弱，特別是電子技術落后數控系統沒有突破，雖然我國起步不晚，但發展不快，20世紀6070年代，由于文革等因索，我國與發達國家差距開始拉大。20世紀70年代國家組織數控機床攻

19、關，取得一定成效，相繼推出一些數控機床品種，但從整體來看我國數控機床產業尚處于起步階段。第二階段從日、德、美、西先后引進數控系統技術，從日、美、德、意、英、法、瑞、匈、奧、韓等國及臺灣地區引進數控機床先進技術和合作、合資生產，解頭了可靠性、穩定性問題，數控機床開始正式生產和使用，并逐步向前發展。第三階段國家從科技攻關和技術改造兩方面對數控機床產韭進行了重點扶持，并加快了國產數控系統的開發。普及型數控系統開發成功為數控機床商品化和規模化生產奠定了基礎。一些數控機床主機廠組建床身、箱體、主軸、軸套等成組單元，廠內組織專業化生產，生產水平進一步提高。cAD(1APPCAM開始應用，開發能力、工藝水平

20、和產品質量進一步提高，奠定了產業化基礎。數控機床進了快速發展期。2.3數控機床的組成及工作原理數控機床一般由數控系統、伺服系統(包含伺服電機和檢測反饋裝置)、強電控制柜、機床本體和各類輔助裝置組成。(1)控制介質控制介質叉稱信息載體，是聯系人與數控機床之間的中間媒介物質。反映了數控加工中的全部信息。數控機床的加工程序可以存儲在控制 質上。常用的控制介質有穿孔紙帶、磁帶和磁盤等。 (2)輸入裝置    輸入裝置的作用是將程序載體(信息載體)上的數控代碼傳遞并存人 數控系統內。 (3)數控裝置數控裝置是數控機床的核心，其作用是：從內部存儲器中取出或接受輸入裝置送來的一

21、段或幾段數控加工程序，經過數控裝置的邏輯電路或 統軟件進行編譯，運算處理后，輸出幾種控制信息和指令，控制機床各部分的工作，使其進行規定的有序運動和動作。(4)伺服單元和驅動裝置伺服單元是cNc和機床本體的聯系環節，它把來自cNc裝置的微弱指令信號放大成控制驅動裝置的大功率信號。根據接收指令的不同，伺服單元有脈沖式和模擬式之分，而模擬式伺服單元按電源種類叉可分為直流伺服單元和交流伺服單元。伺服單元還包括位置檢測裝置。位置檢測裝置將數控機床各坐標軸的實際位移檢測出來，經反饋系統反饋到機床的數控系統中。驅動裝置把經放大的指令信號變為機械運動，通過簡單的機械連接部件驅動機床，使工作臺精確定位或接規定的

22、軌跡作嚴格的相對運動，最后加工出圖紙所要求的零件。和伺服單元相對應，驅動裝置有步進電機、直流伺服電機和交流伺服電機等。伺服單元和驅動裝置可臺稱為伺服驅動系統，它是機床工作的動力裝置。cNc裝置的指令要靠伺服驅動系統付諸實施，所以，伺服驅動系統是數控機床的重要組成部分。從某種意義上說，數控機床功能的強弱主要取決于cNc裝置，而數控機床性能的好壞主要取決于伺服驅動系統。 (5)輔助控制裝置    輔助控制裝置的主要作用是接收數控裝置輸出的開關量指令信號，經過翻譯、邏輯判斷和運算，再經功率放大后驅動相應的電器，帶動機床的機械、液壓、氣動等輔助裝置完成指令規定的開關量動作

23、。這些控制包括主軸運動部件的變速、換向和啟停指令刀具的選擇和交換指令冷卻、潤骨裝置的啟停，工件和機床部件的松開和夾緊，分度工作臺的轉位分度等開關輔助動作。當今數控機床已廣泛采用可編程控制器作為輔助控制裝置。 (6)機廉本體    數控機床的本體指其機械結構宴體。它與傳統的普通機床相似，但數控機床在整體布局、外觀造型、傳動機構、工具系統及操作機構等方面都發生了很大的變化。歸納起來主要有以下幾個方面：采用高性能主軸及主傳動部件。進給傳動采用高效傳動件。一般采用滾珠絲杠副、直線滾動導軌副等。具有完善的刀具自動交換和管理系統。機床本身具有很高的動、靜剛度。采用全封閉罩殼。

24、由于數控機床是自動完成加工的，為了操作安全等因素，一般采用移動門結構的全封閉罩殼對機床的加工部件進行全2.3數控技術的復合化復合化包括T序復合化和功能復合化。數控機床的發展已模糊了粗精加工全部工序的概念。加工中心(包括車削中心、磨削中心、電加工中心等)的出現，又把車、銑、鏜、鉆等類的工序集中到一臺機床來完成，打破了傳統的工序界限和分開加工的工藝規程。一臺具有自動換刀裝置、自動交換工作臺、自動轉換立臥主軸頭的鏜銑加1=中心，不僅一次裝卡可以完成鏜、銑、鉆鉸、攻絲和檢驗等工序，而且還可以完成箱體五個面粗精加工的工序。近年來又相繼出現了許多跨度更大的功能集中的復合化數控機床。日本池貝鐵工所的TW4L

25、立式加工中心由于采用了u軸，亦可進行車加T。東芝機械的GMc 95立式加工中心，在一根主軸上既可進行切削叉可進行磨削。美國sINcNNAIllMlI，AcR()N公司的車、銑、鏜、鉆偏心孔多用途制造中心，在一臺車削中心上不僅可以完成回轉體的外圓和端面的車削加工，還可完成銑平面、鉆斜孔，開曲線槽等，使刀具回轉的加工中心或膳削中心與工件伺轉的車削中心復合。如意大利sAFOP的車、鏜、銑、磨復合機床；德國VOEsl AIjlNT_盯EINNEL公司M30型銑削一車削復合中心；ETA公t“('1I。DEMl趼。ER復合車一銑機床。還有成型機床與切削機床的復臺，如瑞l Raskn的沖孔、成型與激

26、光切割復合；wHITNE公司等離子加工與沖壓復合等。在多軸和多軸聯動控制方面，日本的FANucl6系統為21 5軸；西門子880系統控制軸數達24軸。例如：采用軸聯動對=三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進行切削，不僅粗糙度值降低，而且效率也大幅度提高。一般認為，1臺j軸聯動機床的效率可以等于2白3軸聯動機床，特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進行高速銑削淬硬鋼零件時，5軸聯動加工可比3軸聯動發揮更高的效益。但過去圉5軸聯動數控機床的數控系統、主機結構復雜等原因，其價格要比3軸聯動數控機床高出數倍，加之編程技術難度較大，制約了5軸聯動機床的發展。當前由于電主軸的出現使得實現5軸聯動加工的

27、復合主軸頭結構大為簡化，其制造難度和成本太幅度降低，數控系統的價格差距縮小，因此促進了復合主軸頭類型5軸聯動機床和復合加工機床(含5面加工機床)的發展。在ENo 20。l展會上，新日本工機的j面加1二機床采用復合主軸頭，可宴現4個垂直平面的加工和任意角度的加工，使得5面加工和5軸加工可在同一臺機床上宴現，還可實現傾斜面和倒錐孔的加工。德國DMc公司 展出DMuvoutlon系列加工中心，可在一次裝夾完成5面加工和5軸聯動 加工，由cNc系統控制或CA州CAM直接或間接控制。2.4數控技術的開放性為適應數控進線、聯網、普艘型個性化、多品種、小批量、柔性化及數控迅速發展的要求，最重要的發展趨勢是體

28、系結構的開放性、設計生產開放式的數控系統。例如美國、歐共體及日本發展開放式數控的計劃等。為適應制造自動化的發展，向FMC、FMS和CIMS提供基礎設備，要求數字控制制造系統不僅能完成通常的加工功能，而且還要具備自動測量、自動上下料、自動換刀、自動更換主軸頭(有時帶坐標變換)、自動誤差補償、自動診斷、進線和聯網等功能，廣泛地應用機器人、物流系統。FMCC，FMSS web bad即d制造及無圖紙制造技術。圍繞數控技術、制造過程技術在快速成型，并聯機構機床、機器人化機床、多功能機床等整機方面和高速電主軸、直線電機、軟件補償精度等單元技術方面先后有所突破。并聯桿系結構的新型數控機床實用化。這種虛擬軸

29、數控機床用較件的復雜性代替傳統機床機構的復雜性，開拓了數控機床發展的新領域。以計算機輔助管理和工程數據庫、因特同等為主體的制造信息支持技術的智能化決策系統，對機械加工中大量信息進行存儲和實時處理，應用數字化網絡技術，使機械加工整體系統趨于資源合理支配并高效地應用。由于采用了神經網絡控制技術、模糊控制技術擻字化阿絡技術，機械加工向虛擬制造的方向發展。2.4數控技術的先進性21世紀的數控裝備將是具有一定智能化的裝備。智能化的內容包括 在數控系統中的各個方面。追求加工效率和加工質量方面的智能化。如加工過程的自適應控制、工藝參數自動生成。提高驅動眭能及使用連接方便的智能化。如前饋控制、電機參數的 自適

30、應運算、自動識別負載、自動選定模型、自整定等。簡化編程、簡化操作方面的智能化。如智能化的自動編程、智能化的人機界面等。還有智能診斷、智能監控方面的內容，方便系統的診斷及維修等。數控系統在控制性能上向智能化發展。隨著人工智能在計算機領域的滲透和發展，數控系統引入了白適應控制，模糊系統和神經網絡的控制機理，不但具有自動編程、前饋控制、模糊控制學習控制、自適應控制、工藝參數自動生成、三維刀具補償、運動參數動態補償等功能，而且人機界面極為友好，并具有故障診斷專家系統使自診斷和故障監控功能更趨完善。伺服系統智能化的主軸交流驅動和智能化伺服裝置，能自動識別負載井自動調整參數。為解決傳統的數控系統封閉性和數

31、控應用軟件的產業化生產存在的問題，目前許多國家對開放式數控系統進行研究。如美國的N(z(The Ne xl Generation workstationMache(butyl)、歐共體OSACA“)口easiest鋤Architectures如r(kntr01 wth_nAutornatlon systems)、日本的OSEC(0pen system Ent kern collar)、中國的ONC(Open Nmal control system鋤)等。數控系統開放化已經成為數控系統的未來之路。所謂開放式數控系統就是數控系統的開發可以在統一的運行平臺上，面向機床廠家和晟終用戶，通過政變、增加或

32、剪裁結構對象(數控功能)，形成系列化，并可方便地將用戶的特殊應用和技術訣竅集成到控制系統中快速實現不同品種、不同檔次的開放式數控系統，形成具有鮮明的名牌產品。目前開放式數控系統的體系結構規范、通信規范、配置規范、運行平臺、數控系統功能庫以及數控系統功能軟件開發工具等是當前研究的核心。網絡化數控裝備是近兩年國際著名機床博覽會的一個新亮點。數控裝備的阿絡化將極大地滿足生產線、制造系統、制造企業對信息集成的需求，也是實現新的制造模式如敏捷制造成l虛擬企業、全球制造的基礎單元。國內外一些著名數控機床和數控系統制造公司都在近兩年推出了相關的新概念和樣機。在EMO 20。I展中，日本山崎馬扎克(Mask)

33、公司展出的CPC(cylerProducflonc)，智能生產控制中心)，日本隈(OKSMA)機床公司展出的IT廣場(信息技術廣場)德國西門于(sns)公司展出的OME(0釁n Manufactumg Ent開放制造環境)等，反映了數控機床加工向網絡化方向發展的趨勢。開放式生產對于一些資本密集型的從事大型制造，尤其是生產大批量復雜零件的廠家而言，實現網絡制造更有其特別的意義。阿絡制造在廣義上表現為使用網絡的企業與企業間可進行跨地域的協同設計、協同制造、信息共享、遠程監控及遠程服務，以及企業內部的管理部門(產、供、銷、人、財、物等)坡計部門(CAD CAPPCAECAM等)、生產部門(生產監測，

34、生產管理，刀夾、量具，材料管理設備管理等)在網絡、數據庫技術支持下進行系統集成，通過T(，IP通信協議進行網絡通信，為制造商提供整套且數據信息一致的生產方案，使不同的CW控制程序、編程加工位置以及刀具定位點等數據信息得到統一。通過這樣的網絡通信，數據傳遞的速度得到極大提高。過去要幾個小時才能完成傳輸的大程序，現在只需幾秒鐘即可完成。然而，更為高效的cNc網絡通信功能遠遠不止于快速傳遞數據及信包，通過連接調制解調器與通信軟件，可以實現(1Nc機床的遠程診斷。這樣，一個技術人員即使在機床生產廠家的辦公室，也可以通過遠程診斷對遠程的cNc機床進行實時問題診斷，及時做出央定，并直接發出指令進行調整。這

35、一切操作都無需親臨工作現場。采用TCPIP通信協泌進行網絡通信還有一個基本條件就是機床數控系統的操作平臺最好是WMDO平臺，傳統的專用計算機數控系統要做到這一點是很困難的，而第六代數控系統可咀滿足網絡制造的諸多要求。數控機床向柔性自動化系統發展的趟勢：一方面從點(數控單機、加_巾心和數控復合加工機床)、線(FMC，FMS、FIL、FML)向面(T段車間獨立制造島、FA)、體(CIMS、分布式網絡集成制造系統)的方向發展；另一方面向注重應用性和經濟性方向發展。黍性自動化技術是制造業適應動態市場需求及產品迅速更新的主要手段，是各國制造業發展的主流趨勢，是先進制造領域的基礎技術。其重點是以提高系統的

36、可靠性、實用化為前提，以易于聯網和集成為目標；注重加強單元技術的開拓、完善；cNc單機向高精度、高速度和高柔眭方向發展：數控機床及其構成的柔性制造系統能方便地與cAD、(nM、cAPP、MTs)聯結，向信息集成方向發展；網絡系統向開放、集成和智能化方向發展。3國產數控機床的發展現狀3.1國產數控機床與國際先進水平差距逐漸縮小數控機床是當代機械制造業的主流裝備，國產數控機床的發展經歷了30年跌宕起伏，已經由成長期進入了成熟期，可提供市場1,500種數控機床，覆蓋超重型機床、高精度機床、特種加工機床、鍛壓設備、前沿高技術機床等領域，產品種類可與日、德、意、美等國并駕齊驅。特別是在五軸聯動數控機床、

37、數控超重型機床、立式臥式加工中心、數控車床、數控齒輪加工機床領域部分技術已經達到世界先進水平。其中，五軸(坐標)聯動數控機床是數控機床技術的制高點標志之一。它集計算機控制、高性能伺服驅動和精密加工技術于一體，應用于復雜曲面的高效、精密、自動化加工，是發電、船舶、航天航空、模具、高精密儀器等民用工業和軍工部門迫切需要的關鍵加工設備。五軸聯動數控機床的應用，其加工效率相當于2 臺三軸機床，甚至可以完全省去某些大型自動化生產線的投資，大大節約了占地空間和工作在不同制造單元之間的周轉運輸時間及費用。國產五軸聯動數控機床品種日趨增多，國際強手對中國限制的五軸聯動加工中心、五軸數控銑床、五軸龍門銑床、五軸

38、落地銑鏜床等均在國內研制成功，改變了國際強手對數控機床產業的壟斷局面。3.2國產數控機床存在的問題由于中國技術水平和工業基礎還比較落后，數控機床的性能、水平和可靠性與工業發達國家相比，差距還是很大，尤其是數控系統的控制可靠性還較差，數控產業尚未真正形成。因此加速進行數控系統的工程化、商品化攻關，盡快建成與完善數控機床和數控產業成為當前的主要任務。目前主要問題有：3.3核心技術嚴重缺乏統計數據表明，數控機床的核心技術數控系統，由顯示器、控制器伺服、伺服電機和各種開關、傳感器構成，中國90%需要國外進口。如在上海設廠的德國吉特邁集團和意大利利雅路機床集團，在煙臺建廠的韓國大宇綜合機械株式會社，所有

39、的核心技術都被外方掌握。國內能做的中、高端數控機床，更多處于組裝和制造環節，普遍未掌握核心技術。國產數控機床的關鍵零部件和關鍵技術主要依賴進口，國內真正大而強的企業并不多。目前世界最大的3 家廠商是：日本發那客、德國西門子、日本三菱；其余還有法國扭姆、西班牙凡高等。國內有華中數控、航天數控等。國內的數控系統剛剛開始產業化、水平質量一般。高檔次的系統全都是進口。華中數控近幾年發展迅速，軟件水平相當不錯，但在電器硬件方面還需進一步提高。目前國內一些大廠還沒有采用華中數控的。數控功能部件是另外一個薄弱環節。某種意義上說，功能部件將構筑21世紀現代數控機床。功能部件的性能和價格決定了數控機床的性能和價

40、格。功能部件不是機床附件，它是數控機床的核心代表。國產數控機床的主要故障大多出在功能部件上，它是影響國產數控機床使用的主要根源。從國產數控機床的開發和使用來看，功能部件急需技術攻關。特別在數控刀具滯后現象反映相當強烈。國產數控刀具在壽命、可靠性等方面差距明顯，無論在品種、性能和質量上都遠遠不能滿足用戶要求。由于國產刀具品種少、壽命低，嚴重影響數控機床效率的發揮。調研企業進口的數控機床，配用大量進口數控刀具，由于價格昂貴，用戶不堪負擔。數控立、臥回轉工作臺，數控分度盤和數控電動刀架等數控功能部件市場中海外商家也稍勝一籌。3.4民族品牌與國際品牌差距明顯2004年6月一份廣東機床用戶的抽查情況透露

41、，在數控機床的各個品牌之中，用戶對歐洲、日本、美國、韓國和中國臺灣等數控機床品牌的關注度已占全部市場的60%以上。品牌知名度上的差距，導致用戶在選擇加工設備時把更多的機會給了海外數控機床行業的一些“實力派”。如哈爾濱某發動機(集團)有限公司的缸體生產線是一條全自動加工線，其粗加工選用韓國大宇重工的專機自動線，精加工則選用了英國CROSS HULLE公司的專機自動線，缸蓋加工線是由德國Cross. Huller公司制造的高速加工中心和專機自動線、德國產的全自動在線測量機、日本產的全自動密封檢測機和清洗機組成的。曲軸生產線為全自動柔性流水生產線，精加工線由日本的數控高速CBN 磨床、動平衡機、拋光

42、機等組成。3.5技術創新和成果轉化與市場脫節適銷對路的產品是企業在市場競爭中取勝的根本。技術創新是產品滿足市場需要的關鍵。多數企業在確定數控技術創新項目上沒有突出重點，市場定位不明確，不能集中力量，突破重點，帶動整體，項目安排帶有盲目性。首先，盲目跟隨國際技術潮流增加生產能力。數控機床產業本身的水平關鍵要看創新能力、人員素質和企業素質的提高。近年來的改制、改組已有一些初步成效，來之不易。在面對市場需求增加的同時，還是要清醒看市場，穩妥求發展，還是要抓前、抓后(即抓開發、抓銷售、抓質量、抓服務)，慎重抓能力。中國要成為制造市場，而不是加工市場，機床行業也應正確看待這個問題。否則就造成科技攻關的新

43、產品差距仍然很大，浪費了有限的人力物力；其次技術創新取得成果后，缺乏市場化的全面安排，質量保證體系的不健全，尚未制定相應的規范和標準，制造工藝研究嚴重滯后。造成數控機床市場占有率逐年下降；再次，不重視質量和服務。機床行業是第1 個提出質量承諾聲明的行業，在市場好轉的時候，企業對質量和服務更要重視，對用戶更加周到和熱情，一個企業的品牌往往是在市場好的時候樹立的，也往往是在市場好的時期丟掉的。3.6缺乏先進的管理機制多數企業都受到生產經營缺乏動力、自我約束機制不健全、勞動生產率低下等問題的嚴重困擾。適應市場經濟需求的以企業為主體、產學研相結合的技術創新體系尚未形成，缺乏吸引高層次、高素質人才創新創

44、業的環境，無法有效整合相關技術、產業和資源優勢，形成合力開展聯合攻關，共同打造技術創新平臺。所以必須按照經濟發展的客觀要求，建立以公司法人為主要內容的現代企業制度。真正確立以用戶為中心的市場經濟觀念，認真調整產品結構和組織結構。真正讓市場在資源配置中起基礎作用。4國內數控機床的發展趨勢根據2004年10月，完成的數控機床產業發展專項規劃。國內數控機床大致發展趨勢表現在以下幾方面：4.1智能、高速、高精度化新一代數控機床為提高生產效率，向超高速方向發展，采用新型功能部件(如電主軸、直線電機、LM直線滾動系統等)主軸轉速達15,000r/min以上。計算機技術及其軟件控制技術在機床產品技術中占的比

45、重越來越大，計算機系統及其應用軟件的復雜化，帶來了機床系統及其硬件結構的簡化，數控機床的智能化程度日趨提高。一臺機床的重復定位精度如果能達到0.005 mm(ISO 標準、統計法)，就是一臺高精度機床，在0.005mm(ISO 標準、統計法)以下，就是超高精度機床。高精度的機床，要有最好的軸承、絲杠。隨著電腦輔助制造(CAM)系統的發展，精密度已達到微米級。4.2設計、制造綠色化綠色設計是一種綜合考慮了產品設計、制造、使用和回收等整個生命周期的環境特性和資源效率的先進設計理論和方法。它在不犧牲產品功能、質量和成本的前提下，系統考慮產品開發、制造及其活動對環境的影響，從而使得產品在整個生命周期中

46、對環境的負面影響最小，資源利用率最高。數控機床在設計時要考慮：綠色材料設計；可拆卸性設計；節能性設計；可回收性設計；模塊化設計；綠色包裝設計等。綠色制造是一個綜合考慮環境影響和資源消耗的現代制造模式，通過綠色生產過程生產出綠色產品。數控機床在制造時要考慮：節約資源的工藝設計；節約能源的工藝設計；環保型工藝設計等。隨著世界經濟的迅速發展，尤其是國內改革開放以來工業化程度的加快，所帶來的環境污染問題越來越嚴重，環境保護的呼聲越來越高，環保問題已經成為各國經濟可持續發展的制約因素之一。數控機床作為裝備制造業的核心，能否順應環保趨勢，加大綠色設計與制造的研制，將是影響經濟發展的重要要素之一。4.3復合

47、化與系統化工件一次裝夾，能進行多種工序復合加工，可大大地提高生產效率和加工精度，是機床一貫追求的。由于產品開發周期愈來愈短，對制造速度的要求也相應提高，機床也朝高效能發展。機床已逐漸發展成為系統化產品，用一臺電腦控制一條生產線的作業。產品對外觀曲線要求的提高，機床五軸加工、六軸加工已日益普及，機床加工的復合化已是不可避免的發展趨勢。4.4數控系統發展趨勢4.4.1數控系統向開放式體系結構發展計算機技術的飛速發展，推動數控技術更快地更新換代。許多數控系統生產廠家利用Pc機豐富的軟硬件資源開發開放式體系結構的新一代數控系統。開放式體系結構使數控系統有更好的通用性、柔性、適應性、可擴展性，并可以較容

48、易地實現智能化、網絡化。，開放式體系結構可以大量采用通用微機技術，使編程、操作以及技術升級和更新變得更加簡單快捷。開放式體系結構的新一代數控系統，其硬件、軟件和總線規范都是對外開放的數控系統制造商和用戶可以根據這些開放的資源進行系統集成，同時它也為用戶根據實際需要靈活配置數控系統帶來極大方便，促進了數控系統多檔次、多品種的開發和廣泛應用，開發生產周期大大縮短。同時，這種數控系統可隨CPU升級而升級，而結構可以保持不變。4.4.2數控系統向軟數控方向發展傳統數控系統，如FANUCO系統、MITSTJBISHI M50系統、SIN.MERlK 810M,7c系統等，是一種專用的封閉體系結構的數控系

49、統。目前，這類系統還是占領了制造業的大部分市場。但由于開放式體系結構數控系統的發展，傳統數控系統的市場正在受到挑戰，已逐漸減小。“Pc嵌人NC”結構的開放式數控系統，如FANUCO和16l、SINUMERZ840D、Nutr-1060、AB 9：360等，是數控軟件技術和當今計算機豐富的軟件資源相結合開發的產品具有一定的開放性。但它的Nc部分仍然是傳統的數控系統，用戶無法介人數控系統的核心。這類系統結構復雜，功能強大，價格昂貴。“NC嵌人PC”結構的開放式數控系統。它由開放式體系結構運動控制卡和Pc機共同構成。這種運動控制卡通常選用高速DSF作為CPU，具有很強的運動控制和PLC控制能力。它本

50、身就是一個數控系統，可以單獨使用。它開放的函數庫供用戶在Windows臺下自行開發構造所需的控制系統，因而，這種開放式體系結構運動控制卡被廣泛應用于制造業自動化控制的各個領域。SOFT型開放式數控系統。這是一種最新開放式體系結構的數控系統。它提供給用戶最大的選擇和靈活性，它的cNc軟件全部裝在計算機中，而硬件部分僅是計算機與伺服驅動和外部IO之間的標準化通用接口。就像計算機中可以安裝各種品牌的聲卡和相應的驅動程序一樣。用戶可以在Windows NT平臺上，利用開放的cNc內核開發所需的各種功能，構成各種類型的高性能數控系統，與前幾種數控系統相比，SO訂型開放式數控系統具有最高的性能價格比，因而

51、最有生命力。通過軟件智能替代復雜的硬件，正在成為當代數控系統發展的重要趨勢。其典型產品有美國MDSI公司的Open cNc、德國P0werAutomatlon公司的P8000 NT等。4.4.3數控系統控制性能向智能化方向發展隨著人工智能在計算機領域的滲透和發展，數控系統引入了自適應控制、模糊系統和神經網絡的控制機理，不但具有自動編程、前饋控制、模糊控制、學習控制、自適應控制、工藝參數自動生成、三維刀具補償、運動參數動態補償等功能，而且人機界面極為友好，并具有故障診斷專家系統，使自診斷和故障監控功能更趨完善。為日本Mazak公司最新推出的Ezizith型臥式加工中心，將信息技術與制造技術融為一

52、體。在制造過程中，加工、檢測一體化是實現快速制造、快速檢測和快速響應的有效途徑，已形成將測量(Mnt)、建模(Modelling)、加_I=(M衄utIldng)、機器操作(M刪pulator)四者(即4M)融合在一個系統中，實現信息共享促進測量、建模、加工、操作一體化的4M智能系統。4.4.4數控系統向網絡化方向發展數控系統的網絡化，主要指數控系統與外部的其他控制系統或上位計算機進行網絡連接和網絡控制。數控系統一般首先面向生產現場和企業內部的局域網，然后再經由因特網通向企業外部這就是所謂的IierlIntranet技術。隨著網絡技術的成熟和發展，最近業界又提出了數字制造的概念。數字制造，又稱

53、“e一制造”，是機械制造企業現代化的標志之一，也是國際先進機床制造商當今標準配置的供貨方式。隨著信息化技術的大量采用，越來越多的國內用戶在進口數控機床時要求具有遠程通訊服務等功能。為模具車間利用Inkmet技術進行的網絡化控制數控加工數控系統的網絡化進一步促進了柔性自動化制造技術的發展，現代柔性制造系統從點(數控單機、加工中心和數控復合加工機床)、線(FMCC、FMS、rrL、FML)向面(工段車間獨立制造島、FA)、體(cMS、分布式網絡集成制造系統)的方向發展。柔性自動化技術以易于聯網和集成為目標，同時注重加強單元技術的開拓、完善，能方便地與cAD、CAM、cAPF。、MiX3聯結，向信息

54、集成方向發展，網絡系統向開放、集成和智能化方向發展。4.4.5數控系統向高可靠性方向發展隨著數控機床網絡化應用的日趨廣泛，數控系統的高可靠性已經成為數控系統制造商追求的目標。對于每天工作兩班的無人工廠而言，如果要求在16h內連續正常工作，無故障率在99以上，則數控機床的平均無故障運行時間(MTBF)就必須大于3000h。如主機與數控系統的失效率之比為10：l(數控的可靠比主機高一個數量級)，數控系統的MTBF就要大于33333 3h，而其中的數控裝置、主軸及驅動等的MTBF就必須大于105h。對整條生產線而言，可靠性要求還要更高。4.4.6數控系統向復合化方向發展在零件加工過程中，有大量的無用

55、時間消耗在工件搬運、上下料、安裝調整、換刀和主軸的升速、降速上，為了盡可能降低這些無用時間，人們希望將不同的加工功能整合在同一臺機床上，因此，具有復合功能的機床成為近年來發展很快的機種。柔性制造范疇的機床復合加工概念是指將工件一次裝夾后，機床便能按照數控加工程序自動進行同一類工藝方法或不同類工藝方法的多工序加工，以完成一個復雜形狀零件的主要乃至全部加工工序。4.7.7數控系統向多軸聯動化方向發展在加工自由曲面時，三軸聯動控制的機床無法避免切速接近于零的球頭銑刀端部參予切削，進而對工件的加工質量造成破壞性影響，而五軸聯動控制對球頭銑刀的數控編程比較簡單，并且能使球頭銑刀在銑削三維曲面的過程中始終

56、保持合理的切速，從而顯著改善加工表面的粗糙度，大幅度提高加工效率因此多軸聯動控制的加工中心和數控銑床已經成為當前的一個開發熱點。5 CNC裝置的工作原理CNC裝置在其硬件環境支持下，按照系統監控軟件的控制邏輯對輸人、譯碼、刀具補償、速度規劃、插補運算、位置控制、LO接口處理、顯示和診斷等方面進行控制。cNc裝置的主要工作包括以下內容。5.1輸入輸人cNc裝置的有零件程序、控制參數和補償量等數據。輸人的形式有光電閱讀機輸人、鍵盤輸入、磁盤輸入、連接上級計算機的DNC接口輸人、網絡輸人。從CNC裝置的工作方式看，有存儲器輸人工作方式和MDI(M皿ud DirectInput，手工直接輸人)工作方式

57、。cNc裝置在輸入過程中通常還要完成無效碼刪除、代碼校驗和代碼轉換等工作。 5.2譯碼不論系統工作在MDI方式還是存儲器輸入方式下，都是將零件程序以一個程序段為單位進行處理的，把其中的各種零件輪廓信息(如起點、終點、直線或圓弧等)、加工速度信息(F代碼)和其他輔助信息(M、S、T代碼等)按照一定的語法規則解釋成計算機能夠識別的數據形式，并以一定的數據格式存放在指定的內存專用單元。在譯碼的過程中還完成對程序段的語法檢查，發現語法錯誤便立即報警。5.3插補插補的任務是在一條給定起點和終點的曲線上進行“數據點的密化”(擬合)。插補程序在每個插補周期運行一次，在每個插補周期內，根據指令進給速度計算出一

58、個微小的直線數據段。通常，經過若干次插補周期后，插補加工完一個程序段軌跡，即完成從程序段起點到終點的“數據點密化”工作。5.4進給速度處理編程所給的刀具移動速度，是在各坐標的合成方向上的速度。速度處理首先要做的工作是根據合成速度來計算各運動坐標的分速度。在有些CNC裝置中，對于機床允許的最低速度和最高速度的限制、軟件的自動加減速等也在這里處理。5.5刀具補償刀具補償包括刀具長度補償和刀具半徑補償。通常，CNC裝置的零件程序以零件輪廓軌跡編程，刀具補償作用是把零件輪廓軌跡轉換成刀具中心軌跡。目前，在比較好的CNC裝置中，刀具補償還包括程序段之間的自動轉接和過切削判別，就是所謂的c刀具補償。 5.6位置控制位置控制處在伺服回路的位置環上，這部分工作可以由軟件實現，也可以由硬件完成。它的主要任務是在每個采樣周期內，將理論位置與實際反饋位置相比較，用其差值去控制伺服電機。在位置控制中，通常還要完成位置回路的增益調整、各坐標方向的螺距誤差補償和反