我国数控机床的现状与发展趋势

数控机床与编程的结课论文

专业：弹药工程与爆炸技术

班级：弹药一班

姓名：高万鹏

学号：1460090128

指导教师：吴伟涛

浅谈我国数控机床的现状与发展趋势

摘要：数控机床是制造业发展的基础，可极大地提高制造业生产率。介绍了数

控机床的组成，还就我国数控机床的发展和现状进行了详细说明；对我国数控机床的发展趋势进行了介绍，并对我国数控机床的发展提出了建议。

关键词：数控机床；现状；发展趋势

0 引言

数控（NC）是数字控制（Numerical Control）的简称，是20世纪中叶发展起来的一种用数字化信息进行自动控制的一种方法。装备了数控技术的机床，称为数控机床，也简称为NC机床。

世界上第一台数控机床是由美国麻省理工学院于1952年首先研制出来的；日本于1958年研制出首台数控机床。我国数控机床的研制是从1958年起步的，由清华大学研制出了最早的样机。但是经过50多年的发展，2010年我国已经跃居世界第一大机床生产国。在2012年5月27日，在湖北省数控一代机械产品创新应用示范工程启动大会上，中国工程院院长周济强调：“全世界的机械工业正处于产品数字化发展时期，我们必须抓住这一契机，在10年内实现机械产品总体升级为‘数控一代’，使我国机械工业实现由‘大’到‘强’的转变。” 1 数控机床的组成数控机床是机电一体化的典型产品，是集机床、计算机、电动机及拖动、动控制、检测等技术为一体的自动化设备。数控机床的基本组成包括控制介质、数控装置、伺服系统、反馈装置及机床本体，如图1所示。

.图2

图2为我国第一台数控机床设计团队的照片

1 控制介质

控制介质是储存数控加工所需要的全部动作和刀具相对于工件位置信息的媒介物，它记载着零件的加工程序，因此，控制介质就是指将零件加工信息传送到数控装置去的信息载体。控制介质有多种形式，它随着数控装置类型的不同而不同，常用的有穿孔带、穿孔卡、磁带、磁盘等。随着数控技术的发展，穿孔带、穿孔卡趋于淘汰，而利用CAD/CAM软件在计算机编程，然后通过计算机与数控系统通信，将程序和数据直接传送给数控装置的方法应用越来越广泛。

1.2 数控装置

数控装置是数控机床的核心，人们喻为“中枢系统”。现代数控机床都采用计算机数控装置，即CNC（Computer Numerical Control）。数控装置包括输入装置及中央处理器(CPU)和输出装置等构成数控装置能完成信息的输入、存储、变换、插补运算以及实现各种控制功能。

1.3 伺服系统

伺服系统是接收数控装置的指令、驱动机床执行机构运动的驱动部件。包括主轴驱动单元、进给驱动单元、主轴电机和进给电机等。工作时，伺服系统接受数控系统的指令信息，并按照指令信息的要求与位置、速度反馈信号相比较后，带动机床的移动部件或执行部件动作，加工出符合图纸要求的零件。

1.4 反馈装置

反馈装置是由测量元件和相应的电路组成，其作用是检测速度和位移，并将信息反馈回来，构成闭环控制。一些精度要求不高的数控机床，没有反馈装置，则称为开环系统。

1.5 机床本体

机床本体是数控机床的实体，是完成实际切削加工的机械部分，它包括床身、底座、工作台、床鞍、主轴等。

2 我国数控机床的现状

我国数控机床的研制工作起步比较晚，于1958年由清华大学和北京第一机床厂合作研制了我国第一台数控铣床，并于1958年开始试制成功第一台电子管数控机床。1965年开始研制晶体管数控系统，直到20世纪60年代末至70年代初成功研制。从1980年起，我国加大改革开放的力度，先后从日、德、美、西班牙等西方国家引进CNC系统，对各种机、电、液、气等基础原件进行合作生产，极大地提高了产品的质量。

总体来说，从1958年研制出第一台数控机床到现在，我国数控机床的发展大体可以分为三个阶段：1958至1979年为第一阶段，在这一阶段内我国受到西方国家的封锁和国内环境的影响，数控机床的发展采用的是封闭式摸索前进，数控机床的一些关键技术，如电、气、液等核心技术达不到可靠性要求，故障常出；1980年至1995年为第二阶段，我国提出了改革开放的政策，积极引进国外的先进数控技术，利用国外的先进产品配置和技术，期间我国的数控机床取得了长足

的发展，逐渐缩小与国外先进国家的差距，但总体来说，这个阶段属于我国的仿制时期，自主研发的产品占少数；1996年至今为第三阶段，我国实施产业化的战略，数控机床进入自主研发的时期，数控机床的产值比重也逐渐增大，数控机床无论从数量上还是在质量上都取得了较大的进步，某些核心的关键技术已经接近或者领先于世界水平。例如，2010年，世界28个主要机床生产国家和地区产值达663亿美元，较2009年增长了21％，其中，中国机床占全球机床产值的31％。中国为世界机床第一大生产国，日本居第二位，德国位列第三位，但是排名世界前7位的数控机床生产企业我国没有一家。

3 我国数控机床的发展趋势

20世纪90年代开始，我国数控机床系统完成了16位机向32位机转变，伺服驱动从直流向交流全数字式转化，系统体系结构从封闭向开放转变，控制系统由专用计算机向通用计算机转变，加快了数控机床技术前进的步伐，具体来说数控机床会朝着以下几个方向发展。表2为20世纪30年代到90年代的发展

3.1 高速化

随着新型刀具和其他关键部件的采用，数控机床进入高速切削的时代。高速加工采用远高于常规加工切削速度进给速度，不仅可提高加工效率，缩短加工工时，同时还可获得很高加工精度。高速切削机床是实现高速切削加工的前提和关键，具有高精度的高转速主轴，具有控制精度高的高轴向进给速度和进给加速度的轴向进给系统，是实现高速切削的关键。例如，现在数控机床的主轴转速由原来的几千转提高到现在的上万转，甚至几十万转；进给速度由原来的每分钟几米提高到现在100～200m/min；换刀的时间也越来越短，从原来的十几秒降到现在的1ms，这些都极大地提高了生产率。

3.2 精密与超精密化

精密与超精密加工是今后金属切削加工的发展方向。近几年，随着数控机床关键技术的发展，通过机床结构优化、制造和装配的精化，数控系统和伺服控制的精密化，高精度功能部件的采用和温度、振动误差补偿技术的应用等，从而提高数控机床加工的几何精度、运动精度，减少形位误差、表面粗糙度。据资料分