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甘肃畜牧工程职业技术学院毕业设计（论文）我国数控机床的发展趋势数控机床是新型自动化机床，具有广泛的通用性和很高文化程序的全新型机床，它将加工过程所需要的各种操作（如主轴变速、工件的夹紧或松开、进刀与退刀、开车与停车、刀具选择和交换、供给冷却液等）与步骤以及刀具与工件之间的相对位移量都用数字化的代码表示，通过程序载体（如穿孔纸带、磁存储器等）或手工直接输入（MDI）方式将数字信息送入数控系统的计算机中进行寄存、运算和处理，最后通过驱动电路由伺服装置控制机床实现自动加工。采用数字控制技术进行机械加工的思想最早来源于20世纪40年代，数控机床最早产生于美国。1947年，为了精确制作直升飞机叶片的样板，美国John.T.Parson公司设想并利用全数字计算机对叶片轮廓的加工路径进行了数据处理，提出在坐标床上用脉冲信号控制的加工方法，这就是数控机床诞生的出发点。随后1952年，麻省理工学院研制成功了1台三坐标连续控制的样机铣床，这就是世界上第1台数控机床样机。20世纪70年代以后，伴随微电子技术的高速发展，数控机床在经过几代更新变化中得到突飞猛进的发展，应用范围也越来越广，并对原有机械制造业形成巨大冲击。机床的发展和创新在一定程度上映射出加工技术的主要趋向，随着微电子技术、传感器技术、精密机械技术、自动控制技术及微型计算机技术、人工智能技术等新技术的发展，促使数控机床不断升级而逐渐成为评价现代工业发展的重要指标。摘要:文章介绍了我国数控机床发展现状，并分析了其存在的问题；对数控机床的发展趋势进行了探讨，最后提出未来五年我国数控机床发展的任务。关键词:数控机床；现状；发展趋势IntroductiveNcmachinetools,newautomationiswidelycommonalityandhighautomationprocedureofthenewtypeofmachinetool,itwillbeneededtoprocessallkindsofoperation,suchasthespindlespeed,theclampingworkpiecefeedingandrefundorloosen,parking,knife,drivingandchoiceandexchange,cutting,etc)andsupplycoolanttoolandworkpiecestepsandtherelativedisplacementbetweenwithdigital23 甘肃畜牧工程职业技术学院毕业设计（论文）codesays,throughtheprogram(suchasthecarrier,magneticmemoryperforatedtape,etc.)ordirectinput(MDI)waytodigitalinformationintothecomputernumericalcontrolsystemofchecks,operationandtreatment,throughthedrivercircuitservocontrolrealizationofautomaticmachineprocessingequipment.Usingdigitalcontroltechnologyformachiningofthethoughtfromthe1940s,ncmachinetoolsintheus.In1947,inordertomakethehelicopterbladepreciselythetemplate,AmericanJohn.Parson'sideaandthecompanyusingdigitalcomputerstoleafprofileprocessingroute,thedataprocessinginthecoordinatebedwiththepulsesignalprocessingmethodsofcontrol,whichisthestartingpointofCNCmachinewasborn.Thenin1952,MIThasdevelopedthreecoordinatesonecontinuouscontroloftheprototypemachine,itistheworld'sfirst1digit-controlledlatheprototype.Since1970s,alongwiththerapiddevelopmentofmicroelectronicstechnology,CNCmachineafterseveralgenerationsofnewerchangebyleapsandboundsdevelopment,applicationscopeandwider,andtocreatehugeimpactmechanicalmanufacturingindustry.Thedevelopmentandinnovationofmachineincertaindegreereleaseinjectionprocessingtechnology,withthemaintrendmicroelectronicstechnology,sensortechnology,precisionmachine,automaticcontroltechnologyandcomputertechnology,artificialintelligencetechnology,thedevelopmentofnewtechnology,ncmachinetoolsandgraduallyescalatedasevaluationindexofthedevelopmentofmodernindustry.Abstract:thearticleintroducesthedevelopmentstatusofncmachinetoolsinChina,andanalyzesitsexistingproblems,Thedevelopmenttrendofncmachinetoolsarediscussed,andfinallyputsforwardfiveyearsinthedevelopmentofncmachinetools.Keywords:ncmachinetools,Current,Developmenttrend23 甘肃畜牧工程职业技术学院毕业设计（论文）第一章、我国数控机床的发展现状我国数控机床及技术也起步于1958年,当时是从电子管着手的，20世纪60年代中期，由于国外的技术封锁和我国的基础条件,我国机床车体设计实力差、各种机、电、液、气配套基础元部件、数控系统不过关,工作不可靠,故障频繁,且由于发展数控机床整个方针、政策、方法、步骤、措施错误以致我国的数控机床还处于研制开发阶段。直到70年代开始，数控技术在车、铣、齿轮加工、电加工等领域全面发展，数控加工中心在上海北京研制成功，在这一时期，数控车削、点位加工和加工中心及三坐标数控加工的自动编程系统和语言，有的还在生产中得到了较好的应用。20世纪80年代，我国从日本引进了数控系统和直流伺服电动机等制造技术。与此同时，还自行研发了3、4、5轴联动的数控系统以及双电动机驱动的同步数控系统和新品种的伺服电动机，使得我国数控机床在性能和质量上产生了一个质的飞跃。现在我国已经建立了以中、低档数控机床为主的产业体系。一些较高档次的数控系统，如5轴联动数控系统、6轴数控高速滚齿机等高精度数控机床、加工中心也相继研制成功并投入商用。进入20世纪90年代以来，国内企业不断推出自行开发的新产品。国内许多商家还制造出5轴联动加工中心，如北京机电研究院新研制出型号为5C-VMC1250的5轴联动加工中心。此外，在并联机床方面，我国也已经进入了实用阶段，开发了自主版权的虚拟轴机床数控系统和软件，这是我国机床创新方面的又一重大成果。此外，我国机床制造业在网络制造技术方面也取得了长足的发展，如华中数控系统股份公司与桂林机床股份公司联合研制出一套由4台机床组成的相同功能的网络制造系统，为实现生产制造过程的智能化奠定了较坚实的基础。在国家政策的大力扶持下，近几年国内数控机床发展迅猛。2007年，我国数控机床产量达到12.3万台，提前三年超额完成‘十一五’规划年产10万台的目标，数控机床年产量已居世界首位。行业规模不断壮大，国产高档数控机床明显进步，国产中高档数控系统取得重大突破，这些都充分说明，我国数控机床整体水平全面提升。23 甘肃畜牧工程职业技术学院毕业设计（论文）第一章、我国数控机床近年来取得的成绩我国的数控机床无论从产品种类、技术水平、质量和产量上都取得了很大的发展，在一些关键技术方面也取得了重大突破。据统计，目前我国可供市场的数控机床有1500种，几乎覆盖了整个金属切削机床的品种类别和主要的锻压机械。领域之广，可与日本、德国、美国并驾齐驱。这标志着国内数控机床已进入快速发展的时期。 近年来我国机床行业不断承担为国家重点工程和国防军工建设提供高水平数控设备的任务。如国产XNZD2415型数控龙门混联机床充分吸取并联机床的配置灵活与多样性和传统机床加工范围大的优点，通过两自由度平行四边形并联机构形成基础龙门，在并联平台上附加两自由度串联结构的A、C轴摆角铣头，配以工作台的纵向移动，可完成五自由度的运动。该构型为国际首创。基于RT一Linux开发的数控系统具有的实时性和可靠性，能在同一网络中与多台PLC相连接，可控制机床的五轴联动，实现人机对话。该机床的作业空间4.5mx1.6mx1.2m，A轴转角±1050,C轴连续转角0一4000，主轴转速(无级)最高10000r/min，重复定位精度±0.01mm，可实现三维立体曲面如水轮机叶片，导叶的五轴联动高速切削加工。 超精密球面车床为陀螺仪的加工提供了基础设备，这类车床也可用于透镜模具、照相机塑料镜片、条型码阅读设备、激光加工机光路系统用聚焦反射镜等产品的加工。 高速五轴龙门铣床采用铣头内油雾润滑冷却、横梁预应力反变形控制等技术。这类铣床可用于航空、航天、造船、水泵叶片、高档模具等的加工。 SSCKZ80一5型五轴车铣复合加工中心可满足航天、航空、船舶及铁路运输业对高精度、高刚度、形状复杂的大型回转体零件加工的要求，如飞机发动机主轴、起落架的加工，船舶发动机活塞、增压器蜗杆差速换向器及螺旋叶片的加工等。23 甘肃畜牧工程职业技术学院毕业设计（论文） TW250型高速、高效车削中心采取双主轴对置结构，两个刀架分别位于主轴轴线上下方，控制轴数8个，可实现4轴联动。装有12位伺服驱动双向动力刀台的上下刀架可对任一主轴进行2轴或4轴加工。该机床采用模块化设计技术，可根据用户的不同要求派生为双刀架双主轴、单刀架双主轴、双刀架单主轴、等车削中心或数控车床。 XKAE2720型桥式定梁龙门加工中心可满足航空、航天、军工、机车车辆、模具、印刷机械等行业的需求。 MJ一860DT型双刀架四轴对置式数控车床是一种大规格、重载荷、高刚度、多轴控制的数控车床，适合兵器、航天航空制造业对大型工件(如高强度耐热钛镍合金钢类零件)进行中低转速下的强力切削，也适宜冶金、机车、造纸机械等行业对大型工件特别是长轴类零件进行高效、强力车削时采用。 TK68125A型落地式数控镗铣床可广泛适用于大中型柴油机、工程机械、汽车、船舶、航天航空工业的大中型复杂结构件加工，特别适用于对具有空间曲面的复杂零件高速、高效加工。 TK6913B型落地式数控镗铣床在高刚度方滑枕、数控可移动主轴组件、数控回转工作台、数控平旋盘、大型链式刀库、模块化开发等方面形成了自己的核心技术。 目前我国已经可以供应网络化、集成化、柔性化的数控机床。同时，我国也已进入世界高速数控机床和高精度精密数控机床生产国的行列。目前我国已经研制成功一批主轴转速在8000—10000r/min以上的数控机床。我国数控机床行业近年来大力推广应用CAD等技术，很多企业已开始和计划实施应用ERP、MRPII和电子商务。K81126TV INA推力球轴承W3-3/4 2317-M-C3 KWVE20-N-G2-V3 H2310 FAG紧定套H31/1000-HG SL182930 INA止推轴承座单元PSHE50-N FAG推力球轴承23 甘肃畜牧工程职业技术学院毕业设计（论文）51268-MP FAG止推轴承座SNV250-L+22228-E1-K+H3128X500+DHV528X500 轮胎磨损车轮帘布柴油叉车轮胎的不正常磨损及预防措施重工中国起重机抚挖抚挖重工：开创履带式起重机的新纪元液压挖掘机流量比值挖掘机与液压锤的合理配置代理商千里马产品成本工程机械代理商：再制造的新主体杭州市浙江公司临安临安经济开发区获劳动关系和谐工业园区称号气缸百分表千分尺表针工程机械发动机的检修和技巧叉车JB搬运车基本叉车类工程机械产品最新标准目录企业发动机玉柴企业家玉柴晏平获得“全国优秀企业家”殊荣.23 甘肃畜牧工程职业技术学院毕业设计（论文）第一章、我国数控机床发展存在的问题3.1数控化水平低 与发达国家相比，我国机床数控化率不高，目前生产产值数控化率还不到30%；消费值数控化率还不到50%，而发达国家大多在70%左右。高档次数控机床及配套部件还只能依靠进口。国产数控车床到2000年可供品种700多种。接近数控机床品种的50%，其中占产量50%的是经济型数控车床。最高转速一般在2000r/min，个别转速达8000r/min，坐标定位精度一般为0.01mm，重复定位精度在0.005mm，工作精度圆度在0.01～0.005mm之间，表面粗糙在Ra0.8～1.6μm。长城机床厂CK7815C主轴最高转速3500r/min，快速行程X轴9m/min，Z轴12m/min，定位精度X轴0.025mm，工作精度圆度0.007mm，表面粗糙度Ra<1.6μm。SPINNERTC46德国数控车床最高转速4500r/min，快速移动X轴10m/min,Z轴20m/min。该公司超精密SB/PD/UP系列数控车床,重复定位精度0.1μm，工件圆度0.3μm，可实现镜面车削，可选配第二主轴/C轴/动力刀架。 3.2产品水平不高 首先是精度普遍不够高，对国产加工中心刀库机械手、数控车床刀架，用户不放心，定位精度，特别是重复定位精度也有待提高。只有少数产品达到欧洲标准定位精度；其次，高精度、静刚度主机结构和整机性能开发有差距，国际普遍采用龙门式、框式、O型整体结构，箱中箱式结构，L型床身,三轴移动移出机身,侧挂箱式卧式加工中心等我国则大多还未开发；再次，产品在主轴转速，快移速度、换刀速度、加速度等机床性能指标上与国外有较大差距。最后，可靠性有待提高。国产数控系统最常平均无故障时间（MTBF）大都可超过1万h，但国际上先进企业数控系统MTBF已达8万h。国产数控车床、加工中心MTBF虽有少数厂达500h，但国际上先进水平已达800h。至于外观、漏油等老问题仍与工业发达国家产品有差距。23 甘肃畜牧工程职业技术学院毕业设计（论文） 3.3功能部件发展的问题数控功能部件是指数控系统、主轴单元、数控刀架和转台、滚珠丝杠副和滚动直线导轨副、刀库和机械手、高速防护装置等。功能部件技术水平的高低、性能的优劣及整体的社会配套水平，直接决定和影响数控机床整机的技术水平和性能，也制约着主机的发展速度。相对数控机床主机来说，我国功能部件生产企业的发展更显滞后。但功能部件不仅决定着机床的整机性能，还占到整机成本的60%左右，其发展状况直接关系到机床的竞争力水平。国产功能部件产品档次不高，且形不成规模，造价相对并不低，采用进口功能部件价格昂贵，从而使整机价格攀升，国产数控机床的价格优势丧失殆尽，同等水平的数控机床，其价格与一些国家和地区的产品趋于持平。目前，国产数控机床大量选购境外功能部件，一面是由于国内还没有形成社会配套的能力，产品质量和水平上存在着一定差距；另一方面是主机厂应用户要求,而选用指定外国公司的功能部件。3.4应用技术方面的差距国外已经普及的远程服务技术,我国尚待开发，如交钥匙工程—从机床选择、工艺装备（刀、夹、附、检具）配置与提供到切削用量的确定。国内的高速机床，普遍不能做硬切削、干切削表演，高速切削机理及切削数据库的研究我国近乎空白，我国尚不能提供高速切削软件包等。产品的可操作性、外观、内在质量方面也与工业发达国家相比的有很大差距。23 甘肃畜牧工程职业技术学院毕业设计（论文）第一章、数控技术的发展趋势数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面［1～4］。 4．1高速、高精加工技术及装备的新趋势 效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一，国际生产工程学会（CIRP）将其确定为21世纪的中心研究方向之一。 在轿车工业领域，年产30万辆的生产节拍是40秒/辆，而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一；在航空和宇航工业领域，其加工的零部件多为薄壁和薄筋，刚度很差，材料为铝或铝合金，只有在高切削速度和切削力很小的情况下，才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装，使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。 从EMO2001展会情况来看，高速加工中心进给速度可达80m/min，甚至更高，空运行速度可达100m/min左右。目前世界上许多汽车厂，包括我国的上海通用汽车公司，已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国CINCINNATI公司的HyperMach机床进给速度最大达60m/min，快速为100m/min，加速度达2g，主轴转速已达60000r/min。加工一薄壁飞机零件，只用30min，而同样的零件在一般高速铣床加工需3h，在普通铣床加工需8h；德国DMG公司的双主轴车床的主轴速度及加速度分别达12*!000r/mm和1g。 23 甘肃畜牧工程职业技术学院毕业设计（论文）在加工精度方面，近10年来，普通级数控机床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密级加工中心则从3～5μm，提高到1～1.5μm，并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01μm)。 在可靠性方面，国外数控装置的MTBF值已达6000h以上，伺服系统的MTBF值达到30000h以上，表现出非常高的可靠性。为了实现高速、高精加工，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进一步扩大。 4.25轴联动加工和复合加工机床快速发展 采用5轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。一般认为，1台5轴联动机床的效率可以等于2台3轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时，5轴联动加工可比3轴联动加工发挥更高的效益。但过去因5轴联动数控系统、主机结构复杂等原因，其价格要比3轴联动数控机床高出数倍，加之编程技术难度较大，制约了5轴联动机床的发展。 当前由于电主轴的出现，使得实现5轴联动加工的复合主轴头结构大为简化，其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型5轴联动机床和复合加工机床（含5面加工机床）的发展。 在EMO2001展会上，新日本工机的5面加工机床采用复合主轴头，可实现4个垂直平面的加工和任意角度的加工，使得5面加工和5轴加工可在同一台机床上实现，还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国DMG公司展出DMUVoution系列加工中心，可在一次装夹下5面加工和5轴联动加工，可由CNC系统控制或CAD/CAM直接或间接控制。 4.3智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势 23 甘肃畜牧工程职业技术学院毕业设计（论文）21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。 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，如美国的NGC(TheNextGenerationWork-Station/MachineControl)、欧共体的OSACA(OpenSystemArchitectureforControlwithinAutomationSystems)、日本的OSEC(OpenSystemEnvironmentforController)，中国的ONC(OpenNumericalControlSystem)等。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。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，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，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。 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，如在EMO2001展中，日本山崎马扎克（Mazak)公司展出的“CyberProductionCenter”（智能生产控制中心，简称CPC)；日本大隈（Okuma）机床公司展出“ITplaza”（信息技术广场，简称IT广场)；德国西门子(Siemens)公司展出的OpenManufacturingEnvironment（开放制造环境，简称OME）等，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。 4.4重视新技术标准、规范的建立 4.4.1关于数控系统设计开发规范 23 甘肃畜牧工程职业技术学院毕业设计（论文）如前所述，开放式数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，美国、欧共体和日本等国纷纷实施战略发展计划，并进行开放式体系结构数控系统规范(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定，世界3个最大的经济体在短期内进行了几乎相同的科学计划和规范的制定，预示了数控技术的一个新的变革时期的来临。我国在2000年也开始进行中国的ONC数控系统的规范框架的研究和制定。 4.4.2关于数控标准 数控标准是制造业信息化发展的一种趋势。数控技术诞生后的50年间的信息交换都是基于ISO6983标准，即采用G，M代码描述如何（how）加工，其本质特征是面向加工过程，显然，他已越来越不能满足现代数控技术高速发展的需要。为此，国际上正在研究和制定一种新的CNC系统标准ISO14649（STEP－NC)，其目的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制，能够描述产品整个生命周期内的统一数据模型，从而实现整个制造过程，乃至各个工业领域产品信息的标准化。 STEP-NC的出现可能是数控技术领域的一次革命，对于数控技术的发展乃至整个制造业，将产生深远的影响。首先，STEP-NC提出一种崭新的制造理念，传统的制造理念中，NC加工程序都集中在单个计算机上。而在新标准下，NC程序可以分散在互联网上，这正是数控技术开放式、网络化发展的方向。其次，STEP-NC数控系统还可大大减少加工图纸（约75％）、加工程序编制时间（约35％）和加工时间（约50％）。 目前，欧美国家非常重视STEP-NC的研究，欧洲发起了STEP-NC的IMS计划(1999.1.1～2001.12.31)。参加这项计划的有来自欧洲和日本的20个CAD/CAM/CAPP/CNC用户、厂商和学术机构。美国的STEPTools公司是全球范围内制造业数据交换软件的开发者，他已经开发了用作数控机床加工信息交换的超级模型(SuperModel)，其目标是用统一的规范描述所有加工过程。目前这种新的数据交换格式已经在配备了SIEMENS、FIDIA以及欧洲OSACA-NC数控系统的原型样机上进行了验证。23 甘肃畜牧工程职业技术学院毕业设计（论文） 4.5对我国数控技术及其产业发展的基本估计 我国数控技术起步于1958年，近50年的发展历程大致可分为3个阶段：第一阶段从1958年到1979年，即封闭式发展阶段。在此阶段，由于国外的技术封锁和我国的基础条件的限制，数控技术的发展较为缓慢。第二阶段是在国家的“六五”、“七五”期间以及“八五”的前期，即引进技术，消化吸收，初步建立起国产化体系阶段。在此阶段，由于改革开放和国家的重视，以及研究开发环境和国际环境的改善，我国数控技术的研究、开发以及在产品的国产化方面都取得了长足的进步。第三阶段是在国家的“八五”的后期和“九五”期间，即实施产业化的研究，进入市场竞争阶段。在此阶段，我国国产数控装备的产业化取得了实质性进步。在“九五”末期，国产数控机床的国内市场占有率达50％，配国产数控系统（普及型）也达到了10％。 纵观我国数控技术近50年的发展历程，特别是经过4个5年计划的攻关，总体来看取得了以下成绩。 a.奠定了数控技术发展的基础，基本掌握了现代数控技术。我国现在已基本掌握了从数控系统、伺服驱动、数控主机、专机及其配套件的基础技术，其中大部分技术已具备进行商品化开发的基础，部分技术已商品化、产业化。 b.初步形成了数控产业基地。在攻关成果和部分技术商品化的基础上，建立了诸如华中数控、航天数控等具有批量生产能力的数控系统生产厂。兰州电机厂、华中数控等一批伺服系统和伺服电机生产厂以及北京第一机床厂、济南第一机床厂等若干数控主机生产厂。这些生产厂基本形成了我国的数控产业基地。 23 甘肃畜牧工程职业技术学院毕业设计（论文）c.建立了一支数控研究、开发、管理人才的基本队伍。虽然在数控技术的研究开发以及产业化方面取得了长足的进步，但我们也要清醒地认识到，我国高端数控技术的研究开发，尤其是在产业化方面的技术水平现状与我国的现实需求还有较大的差距。虽然从纵向看我国的发展速度很快，但横向比（与国外对比）不仅技术水平有差距，在某些方面发展速度也有差距，即一些高精尖的数控装备的技术水平差距有扩大趋势。从国际上来看，对我国数控技术水平和产业化水平估计大致如下。 a.技术水平上，与国外先进水平大约落后10～15年，在高精尖技术方面则更大。 b.产业化水平上，市场占有率低，品种覆盖率小，还没有形成规模生产；功能部件专业化生产水平及成套能力较低；外观质量相对差；可靠性不高，商品化程度不足；国产数控系统尚未建立自己的品牌效应，用户信心不足。 c.可持续发展的能力上，对竞争前数控技术的研究开发、工程化能力较弱；数控技术应用领域拓展力度不强；相关标准规范的研究、制定滞后。 分析存在上述差距的主要原因有以下几个方面。 a.认识方面。对国产数控产业进程艰巨性、复杂性和长期性的特点认识不足；对市场的不规范、国外的封锁加扼杀、体制等困难估计不足；对我国数控技术应用水平及能力分析不够。 b.体系方面。从技术的角度关注数控产业化问题的时候多，从系统的、产业链的角度综合考虑数控产业化问题的时候少；没有建立完整的高质量的配套体系、完善的培训、服务网络等支撑体系。 c.机制方面。不良机制造成人才流失，又制约了技术及技术路线创新、产品创新，且制约了规划的有效实施，往往规划理想，实施困难。 d.技术方面。企业在技术方面自主创新能力不强，核心技术的工程化能力不强。机床标准落后，水平较低，数控系统新标准研究不够。 4.6对我国数控技术和产业化发展的战略思考4.6.1战略考虑 我国是制造大国，在世界产业转移中要尽量接受前端而不是后端的转移，即要掌握先进制造核心技术，否则在新一轮国际产业结构调整中，我国制造业将进一步“空芯”23 甘肃畜牧工程职业技术学院毕业设计（论文）。我们以资源、环境、市场为代价，交换得到的可能仅仅是世界新经济格局中的国际“加工中心”和“组装中心”，而非掌握核心技术的制造中心的地位，这样将会严重影响我国现代制造业的发展进程。 我们应站在国家安全战略的高度来重视数控技术和产业问题，首先从社会安全看，因为制造业是我国就业人口最多的行业，制造业发展不仅可提高人民的生活水平，而且还可缓解我国就业的压力，保障社会的稳定；其次从国防安全看，西方发达国家把高精尖数控产品都列为国家的战略物质，对我国实现禁运和限制，“东芝事件”和“考克斯报告”就是最好的例证。 4.6.2发展策略 从我国基本国情的角度出发，以国家的战略需求和国民经济的市场需求为导向，以提高我国制造装备业综合竞争能力和产业化水平为目标，用系统的方法，选择能够主导21世纪初期我国制造装备业发展升级的关键技术以及支持产业化发展的支撑技术、配套技术作为研究开发的内容，实现制造装备业的跨跃式发展。 强调市场需求为导向，即以数控终端产品为主，以整机（如量大面广的数控车床、铣床、高速高精高性能数控机床、典型数字化机械、重点行业关键设备等）带动数控产业的发展。重点解决数控系统和相关功能部件（数字化伺服系统与电机、高速电主轴系统和新型装备的附件等）的可靠性和生产规模问题。没有规模就不会有高可靠性的产品；没有规模就不会有价格低廉而富有竞争力的产品；当然，没有规模中国的数控装备最终难以有出头之日。 在高精尖装备研发方面，要强调产、学、研以及最终用户的紧密结合，以“做得出、用得上、卖得掉”为目标，按国家意志实施攻关，以解决国家之急需。 在竞争前数控技术方面，强调创新，强调研究开发具有自主知识产权的技术和产品，为我国数控产业、装备制造业乃至整个制造业的可持续发展奠定基础23 甘肃畜牧工程职业技术学院毕业设计（论文）第一章、我国数控机床的发展前景5.1不断加强技术创新是提高国产数控机床水平的关键国产数控机床缺乏核心技术，从高性能数控系统到关键功能部件基本都依赖进口，即使近几年有些国内制造商艰难地创出了自己的品牌，但其产品的功能、性能的可靠性仍然与国外产品有一定差距。近几年国产数控机床制造商通过技术引进、海内外并购重组以及国外采购等获得了一些先进数控技术，但缺乏对机床结构与精度、可靠性、人性化设计等基础性技术的研究，忽视了自主开发能力的培育，国产数控机床的技术水平、性能和质量与国外还有较大差距，同样难以得到大多数用户的认可。5.2制造水平与管理手段依然落后一些国产数控机床制造商不够重视整体工艺与制造水平的提高，加工手段基本以普通机床与低效刀具为主，装配调试完全靠手工，加工质量在生产进度的紧逼下不能得到稳定与提高。另外很多国产数控机床制造商的生产管理依然沿用原始的手工台账管理方式，工艺水平和管理效率低下使得企业无法形成足够生产规模。如国外机床制造商能做到每周装调出产品，而国内的生产周期过长且很难控制。因此我们在引进技术的同时应注意加强自身工艺技术改造和管理水平的提升。5.3服务水平与能力欠缺也是影响国产数控机床占有率的一个重要因素23 甘肃畜牧工程职业技术学院毕业设计（论文）由于数控机床产业发展迅速，一部分企业不顾长远利益，对提高自身的综合服务水平不够重视，甚至对服务缺乏真正的理解，只注重推销而不注重售前与售后服务。有些企业派出的人员对生产的数控机床缺乏足够了解，不会使用或使用不好数控机床，更不能指导用户使用好机床；有的对先进高效刀具缺乏基本了解，不能提供较好的工艺解决方案，用户自然对制造商缺乏信心。制造商的服务应从研究用户的加工产品、工艺、生产类型、质量要求入手，帮助用户进行设备选型，推荐先进工艺与工辅具，配备专业的培训人员和良好的培训环境，帮助用户发挥机床的最大效益、加工出高质量的最终产品，这样才能逐步得到用户的认同，提高国产数控机床的市场占有率。5.4加大数控专业人才的培养力度从我国数控机床的发展形式来看需要三种层次的数控技术人才：第一种是熟悉数控机床的操作及加工工艺、懂得简单的机床维护、能够进行手工或自动编程的车间技术操作人员；第二种是熟悉数控机床机械结构及数控系统软硬件知识的中级人才，要掌握复杂模具的设计和制造知识，能够熟练应用UG、PRO/E等CAD/CAM软件，同时有扎实的专业理论知识、较高的英语水平并积累了大量的实践经验；第三种是精通数控机床结构设计以及数控系统电气设计、能够进行数控机床产品开发及技术创新的数控技术高级人才。我国应根据需要有目标的加大人才培养力度，为我国的数控机床产业提供强大的技术人才支撑。5.5高速度、高精度化 速度和精度是数控机床的两个重要指标，它直接关系到加工效率和产品质量。目前，数控系统采用位数、频率更高的处理器，以提高系统的基本运算速度。同时，采用超大规模的集成电路和多微处理器结构，以提高系统的数据处理能力，即提高插补运算的速度和精度。并采用直线电动机直接驱动机床工作台的直线伺服进给方式，其高速度和动态响应特性相当优越。采用前馈控制技术，使追踪滞后误差大大减小，从而改善拐角切削的加工精度。23 甘肃畜牧工程职业技术学院毕业设计（论文） 为适应超高速加工的要求，数控机床采用主轴电动机与机床主轴合二为一的结构形式，实现了变频电动机与机床主轴一体化，主轴电机的轴承采用磁浮轴承、液体动静压轴承或陶瓷滚动轴承等形式。目前，陶瓷刀具和金刚石涂层刀具已开始得到应用。5.6多功能化 配有自动换刀机构(刀库容量可达100把以上)的各类加工中心，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，现代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;。为了适应柔性制造系统和计算机集成系统的要求，数控系统具有远距离串行接口，甚至可以联网，实现数控机床之间的数据通信，也可以直接对多台数控机床进行控制。 5.7智能化 现代数控机床将引进自适应控制技术，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，从而得到较高的加工精度和较小的表面粗糙度，同时也能提高刀具的使用寿命和设备的生产效率。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。还可以自动使故障模块脱机，而接通备用模块，以确保无人化工作环境的要求。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。 5.8数控编程自动化23 甘肃畜牧工程职业技术学院毕业设计（论文） 随着计算机应用技术的发展，目前CAD／CAM图形交互式自动编程已得到较多的应用，是数控技术发展的新趋势。它是利用CAD绘制的零件加工图样，再经计算机内的刀具轨迹数据进行计算和后置处理，从而自动生成NC零件加工程序，以实现CAD与CAM的集成。随着CIMS技术的发展，当前又出现了CAD／CAPP／CAM集成的全自动编程方式，它与CAD／CAM系统编程的最大区别是其编程所需的加工工艺参数不必由人工参与，直接从系统内的CAPP数据库获得。 5.9可靠性最大化数控机床的可靠性一直是用户最关心的主要指标。数控系统将采用更高集成度的电路芯片，利用大规模或超大规模的专用及混合式集成电路，以减少元器件的数量，来提高可靠性。通过硬件功能软件化，以适应各种控制功能的要求，同时采用硬件结构机床本体的模块化、标准化和通用化及系列化，使得既提高硬件生产批量，又便于组织生产和质量把关。还通过自动运行启动诊断、在线诊断、离线诊断等多种诊断程序，实现对系统内硬件、软件和各种外部设备进行故障诊断和报警。利用报警提示，及时排除故障；利用容错技术，对重要部件采用;冗余;设计，以实现故障自恢复；利用各种测试、监控技术，当生产超程、刀损、干扰、断电等各种意外时，自动进行相应的保护。5.10控制系统小型化数控系统小型化便于将机、电装置结合为一体。目前主要采用超大规模集成元件、多层印刷电路板，采用三维安装方法，使电子元器件得以高密度安装，较大规模缩小系统的占有空间。而利用新型的彩色液晶薄型显示器替代传统的阴极射线管，将使数控操作系统进一步小型化。这样可以方便地将它安装在机床设备上，更便于对数控机床的操作使用。23 甘肃畜牧工程职业技术学院毕业设计（论文）第六章、未来五年我国数控机床产业的发展任务6.1加快高档数控机床品种开发为了缩短与世界先进水平的差距，提升我国机床工具行业整体水平，;十一五;期间对市场急需的高档数控机床品种，要集中力量，重点突破。未来五年要加大科技投入，加强基础研究和开发研究，提高原始创新和集成创新能力。要促进重点企业技术开发能力建设，加快高档数控机床品种开发。掌握一批高档数控关键产品开发的核心技术，推出一批高档数控机床品种，满足重点用户急需，精心培育高档数控机床市场。6.2积极促进功能部件产业化十一五;期间，要培育一批功能部件的龙头企业。加大政策支持力度，重点发展高档数控系统、高速主轴单元、精密滚动功能部件、动力刀架、精密转台、高速导轨防护装置等高水平的功能部件，加快产业化进程，培育国产品牌，实现功能部件与数控机床同步发展。6.3进一步发展普及型数控机床国产普及型数控机床产品技术已经成熟，产业化迫在眉睫。急需进一步提高可靠性和质量，及时供应市场，提高产业集中度，实现稳定、可靠、快速地满足市场。以提高制造能力和生产集中度为重点，支持骨干企业快速发展。6.4努力提高国产数控机床市场占有率提高国产数控机床市场占有率是;十一五;期间行业发展的重中之重。要从质量、可靠性、服务等方面入手，创品牌、扩市场、挡进口、争出口。争取在五年内国产数控机床国内市场占有率有较大提高。23 甘肃畜牧工程职业技术学院毕业设计（论文）结束语当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合力。23 甘肃畜牧工程职业技术学院毕业设计（论文）致谢词在本文完成之际，我由衷地感谢关怀、教诲、帮助、支持和鼓励我完成学业的老师、朋友和亲人。特别感谢我的导师XXX，他在学习、科研上一直对我悉心指导，严格要求、热情鼓励，为我创造了很多锻炼提高的机会。X老师洞察全局、高屋建瓴，为我的论文的顺利完成指出了很好的方向，X老师渊博的知识、宽广无私的胸怀、夜以继日的工作态度、对事业的执著追求、诲人不倦的教师风范和对问题的敏锐观察力，都将使我毕生受益。在此我谨向我的导师以及在毕业设计过程中给予我很大帮助的老师、同学们致以最诚挚的谢意！23 甘肃畜牧工程职业技术学院毕业设计（论文）参考文献【1】吴祖育,秦鹏飞．数控机床（第三版）[M]．上海：上海科技出版社，2003．【2】刘小敏,王元生．我国数控机床的现状与发展[J]．机械研究与应用，2004（8）.【3】胡亚波，吴玉文．我国数控机床的状况与发展[J]．机床与液压，2004，（1）.23
