数控机床与普通机床结构比较及国内外发展需求分析

数控机床与普通机床结构比较及国内外发展需求分析
2010级机制8班 201030510807 黄建威一、数控车床简介
数控车床由一下部分组成，包括数控系统、床身、主轴、进给系统、回转刀架、操作面板和辅助系统等。

数控车床分为立式数控车床和卧式数控车床两种类型，立式数控车床用于回转直径较大的盘类零件车削加工，卧式数控车床用于轴向尺寸较长或小型盘类零件的车削加工。

卧式数控车床按功能可进一步分为经济型数控车床、普通数控车床和车削加工中心。

二、数控机床与普通机床结构图比较
在传统的普通机床中，主运动一般采用多轴乘积式分级变速机构，系统构造复杂，传动链长，从而导致传动精度低且动态性能差。

现代数控机床多采用直流或交流调速电机驱动主轴的转动，由电机加无级调速或者很少几级分级变速实现传动，分级变速采用3、4对变速齿轮或塔轮，这种传动方式的传动链短，不仅传动精度高而且实现自动控制比较容易。

数控机床的进给运动都采用伺服系统，因而步进电机，滚珠丝杆、滚动导轨或滚动支承等功能元件的应用愈来愈普遍，使得进给箱与滑板箱的构造也得以简化。

下图为普通车床结构图：
普通车床内部传动图：
从上图可以看出普通车床传动结构复杂，多用齿轮组实现变速，传动链长。

由于车床各零件加工时存在一定误差，加上车床加工轴类零件时不可避免地产生振动和热变形，使得普通机床加工精度较低。

再加上使用普通车床加工时，操作者的技术娴熟与否对加工精度和加工效率有很大影响，从而提高了零件的加工成本。

因此，普通车床仅适用于单件小批零件的生产，很少用于大批量生产。

以下为数控车床的结构图：
从数控车床的内部结构图可以得出，数控车床与普通车床相比结构大为简化，传动链短，可以轻易地提高加工零件时的精度和效率。

举例来说，数控车床进给系统为Z轴伺服电机，并且采用滚珠丝杠实现进给，零件加工精度得到了大幅提升。

而普通车床进给系统采用
的是进给箱、溜板箱和普通丝杠，功率在零部件摩擦过程中损耗较大，而且普通丝杠进给过程中易出现“爬行”现象，零件加工精度得不到保证；再者，数控车床加工零件过程中任何动作由各轴伺服单元、编码器及伺服电机共同控制，并有反馈系统回馈刀具运动情况，完全实现过程无人工监控，加工成本较低的同时保证高精度，这不是普通机床可以比拟的。

鉴于数控车床以上种种优点，使用包括数控车床在内的数控机床可以实现大批量生产的目标。

三、数控机床国内外发展趋势
目前，数控机床的发展日新月异，高速、高精度、复合化、智能控制、并联驱动、极端化、绿色加工已成为数控机床发展的趋势和方向；
1、高速
随着汽车、国防、航空、航天等工业的高速发展以及铝合金等新材料的应用，对数控机床加工的高速化要求越来越高。

其中主要是主轴转速、进给率、运算速度、换刀速度提高；
2、高精度
数控机床精度的要求现在已经不局限于静态的几何精度，机床的运动精度、热变形以及对振动的监测和补偿越来越获得重视；
3、功能复合化
复合机床的含义是指在一台机床上实现或尽可能完成从毛坯至成品的多种要素加工。

根据其结构特点可分为工艺复合型和工序复合型两类。

工艺复合型机床如镗铣钻复合加工中心、车铣复合车削中心、铣镗钻车复合加工中心等；工序复合型机床如多面多轴联动加工的复合机床和双主轴车削中心等。

采用复合机床进行加工，能够减少工件装卸、更换和调整刀具的辅助时间以及中间过程中产生的误差，提高了球体零件加工精度，缩短了产品制造周期，提高了生产效率和制造商的市场反应能力，相对于传统的工序分散的生产方法具有明显的优势；
4、智能控制
随着人工智能技术的发展，为了满足制造业生产柔性化、制造自动化的发展需求，数控机床的智能化程度在不断提高。

主要包括加工过程自适应控制技术、加工参数的智能优化与选择、智能故障自诊断与自修复技术、智能故障回放和故障仿真技术、智能化交流伺服驱动装置、智能4M数控系统等；
5.并联驱动
并联运动机床克服了传统机床串联机构移动部件质量大、系统刚度低、刀具只能沿固定导轨进给、作业自由度偏低、设备加工灵活性和机动性不够等固有缺陷，在机床主轴(一般为动平台)与机座(一般为静平台)之间采用多杆并联联接机构驱动，可实现多坐标联动数控加工、装配和测量多种功能，更能满足复杂特种零件的加工，具有现代机器人的模块化程度高、重量轻和速度快等优点；
6．极端化(大型化和微型化)
国防、航空、航天事业的发展和能源等基础产业装备的大型化需要大型且性能良好的数控机床的支撑。

而超精密加工技术和微纳米技术是21世纪的战略技术，需发展能适应微小型尺寸和微纳米加工精度的新型制造工艺和装备，所以微型机床包括微切削加工(车、铣、磨)机床、微电加工机床、微激光加工机床和微型压力机等的需求量正在逐渐增大；
7．高可靠性
数控机床与传统机床球体磨床相比，增加了数控系统和相应的监控装置等，应用了大量的电气、液压和机电装置，易于导致出现失效的概率增大；工业电网电压的波动和干扰对数控机床的可靠性极为不利，而数控机床加工的零件型面较为复杂，加工周期长，要求平均无故障时间在2万小时以上；
8．绿色加工过程
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、环境问题尤为突出。

因此，近年来不用或少用冷却液、实现干切削、半干切削节能环保的机床不断出现，并在不断发展当中。

在21世纪，绿色制造的大趋势将使各种节能环保机床加速发展，占领更多的世界市场。

四、与数控机床相关人员就业分析
在发达国家中，数控机床已经大量普遍使用。

我国制造业与国际先进工业国家相比存在着很大的差距，机床数控化率还不到2％对于目前我国现有的有限数量的数控机床(大部分为进口产品)也未能充分利用。

原因是多方面的，数控人才的匾乏无疑是主要原因之一。

由于数控技术是最典型的、应用最广泛的机电光一体化综合技术，我国迫切需要大量的从研究开发到使用维修的各个层次的技术人才。

数控人才的需求主要集中在以下的企业和地区：
1、国有大中型企业，特别是目前经济效益较好的军工企业和国家重大装备制造企业．军工制造业是我国数控技术的主要应用对象；
2、随着民营经济的飞速发展，我国沿海经济发达地区(如广东，浙江、江苏、山东)，数控人才更是供不应求，主要集中在模具制造企业和汽车零部件制造企业。

现在处于生产一线的各种数控人才主要有两个来源：一是大学、高职和中职的机电一体化或数控技术应用等专业的毕业生。

他们都很年经，具有不同程度的英语、计算机应用、机械和电气基础理论知识和一定的动手能力，容易接受新工作岗位的挑战。

他们最大的缺陷就是学校难以提供的工艺经验，同时，忧郁学校教育的专业课程分工过窄，仍然难以满足某些企业对加工和维修一体化的复合型人才的要求。

对于数控人才，有以下三个需求层次，所需掌握的知识结构也各不同：
1、蓝领层
数控操作技工：精通机械加工和数控加工工艺知识，熟练掌握数控机床的操作和手工编程，了解自动编程和数控机床的简单维护维修。

适合中职学校组织培养。

此类人员市场需求量大，适合作为车间的数控机床操作技工。

但由于其知识较单一，其工资待遇不会大高。

2、灰领层
灰领层主要包括数控编程员和数控机床维护人员两种：
1)数控编程员：掌握数控加工工艺知识和数控机床的操作，掌握复杂模具的设计和制造专业知识，熟练掌握三维CAD/CAE/CAM软件，如UG、Pro/E等；熟练掌握数控手工和自动编程技术；适合高职、本科学校组织培养。

适合作为工厂设计处和工艺处的数控编程员。

此类人员需求量大，尤其在模具行业非常受欢迎；待遇也较高。

2)数控机床维护人员：掌握数控机床的机械结构和机电联调，掌握数控机床的操作与编程，熟悉各种数控系统的特点、软硬件结构、PLC和参数设置。

精通数控机床的机械和电气的调试和维修。

适合作为工厂设备处工程技术人员。

此类人员需求量相对少一些，但培养此类人员非常不易，知识结构要求很广，适应与数控相关的工作能力强，需要大量实际经验的积累，目前非常缺乏，其待遇也较高。

3、金领层
数控通才：具备并精通数控操作技工、数控编程员和数控维护、维修人员所需掌握的综合知识，并在实际工作中积累了大量实际经验，知识面很广。

精通数控机床的机械结构设计和数控系统的电气设计，掌握数控机床的机电联调。

能自行完成数控系统的选型、数控机床电气系统的设计、安装、调试和维修。

能独立完成机床的数控化改造．是企业(特别是民营企业)的抢手人才，其待遇很高。

适合本科、高职学校组织培养。

但必须在提供特殊的实训措施和名师指导等手段，促其成才。

适合于担任企业的技术负责人或机床厂数控机床产品开发的机电设计主管。

由此看来，与数控机床相关的人才在社会上是很吃香的。