数控机床应用发展前景

数控机床的应用及发展前景
摘要:探讨了数控机床的应用现状,并对其发展前景作出了一些研究.
关键词:数控机床发展前景产业
中图分类号:tp3 文献标识码:a 文章编
号:1674-098x(2012)08(b)-0033-02
1 概述
1.1 数控机床的历史发展
数字控制机床是指采用了数字控制技术的机床,简称数控机床。

数控系统能逻辑地处理具有数字号码或者其他符号编码指令规定的程序,通过自动完成信息的输入、译码、运算,从而控制机床的运动和加工过程。

1949年美国北密歇根的一个小型飞机工业承包商帕森斯公司在制造飞机框架及直升机叶片轮廓用样板时,为了提高精度和效率,首先提出了利用全数字电子计算机对叶片轮廓的加工路径进行控制的方案,并与美国麻省理工学院的伺服机构研究所开始共同研究。

到1952年研究出一套实验性数字控制系统,并把它装在一台立式铣床上,成功地实现了同时控制三轴的运动。

后来经过改进,第一台工业用数控机床于1954年生产出来。

1.2 数控机床在我国的发展历程
数控机床在我国的发展也分为三个阶段。

1958年,清华大学和北京一机床厂合作研制出我国第一台数控机床,直至70年代,相继推
出了一些数控机床品种,但从整体来看,我国数控机床产业尚处于起步阶段。

1990—2005年,国家从科技攻关和技术改造两方面对数控机床产业进行了重点扶植,并加快了国产数控系统的开发。

一些数控机床主机厂组建床身、箱体、主轴、轴套等成组单元,厂内组织专业化生产,生产水平进一步提高,最终使数控机床进入了快速发展期。

1.3 现代数控机床的主要应用和显著成效
数控机床与普通机床相比具有很多优点,其应用范围正在不断扩大,但目前它并不能完全替代普通机床,也不能以最经济的方式解决机械加工中的所有问题。

数控机床主要应用在:(1)多品种、小批量生产的零件或新产品试制中的零件;(2)轮廓形状复杂,对加工精度要求较高的零件;(3)用普通机床加工时,需要有昂贵的工艺装备的零件;(4)需要多次改型的零件;(5)价值昂贵,加工中不允许报废的关键零件;(6)需要最短生产周期的急需零件。

机床行业是装备,制造业的母机,尽管机床行业产值不到gdp的1%,但它对国民经济的贡献则远高出这一数量概念,是经济发展战略中重要的支柱性产业。

汽车行业、机械行业、军工行业这些都是需要大量数控机床的生产而支撑的。

它是我们工业发展的砥柱。

2 数控机床的应用
2.1 数控机床的组成、结构特点
数控机床一般由控制介质、数控装置、伺服系统、测量反馈装置和机床本体组成。

控制装置又称信息载体,是人与数控机床之间联系的中间媒介物质,它上面记载着数控加工中的全部信息。

数控装置是数控机床的核心,现代数控机床都采用计算机数控装置,即cnc装置。

它能完成信息的输入、存储、变换、插补运算以及实现各种控制功能。

为了完成各种形状的零件加工,它具备:(1)多坐标控制;(2)实现多种函数的插补;(3)多种程序输入功能以及编辑和修改功能;(4)信息转
换功能;(5)补偿功能,即刀具半径补偿、刀具长度补偿、传动间隙补偿、螺距误差补偿等;(6)多种加工方式选择,可以实现各种加工循环、重复加工、凹凸模加工和镜像加工等;(7)故障自诊断功能;(8)显示功能,用crt可以显示字符、轨迹、平面图形和动态三维图形;(9)通信和联网功能。

伺服装置及测量反馈装置是数控机床的关键部分,它影响数控机床的动态特性和轮廓加工精度。

机床本体是数控机床的主体,由基础件和运动件组成。

它不仅要实现由数控装置控制的各种运动,而且还要承受包括切削力在内的各种力。

以数控车床为例,一般由以下几部分组成:主机,数控装置,伺服
驱动系统,辅助装置等。

数控车床与普通车床相比较,其机构基本相同。

由于采用计算机数控系统,因此其进给系统与普通车床有着本质的差别。

卧式车床由主轴运动经过交换齿轮架、进给箱、溜板箱传到刀架,实现纵向和横向进给运动。

而数控机床采用伺服电动机经滚珠丝杠传到滑板和刀架,实现纵向和横向进给运动。

可见,数控机床传动结构大为简化,精度和自动化程度大大提高。

2.2 数控机床在机械行业所起的作用
衡量一个国家综合实力的重要标志,是数控机床的拥有量及其性能水平的高低。

加快发展数控机床产业也是我国装备制造业发展的现实要求。

根据中国机床工具工业协会组织用户调查表明,航天航空、国防军工制造业需要大型、高速、精密、多轴、高效数控机床;汽车、摩托车、家电制造业需求高可靠性、高效、高自动化的数控机床和成套柔性生产线;电站设备、造船、冶金石化设备、轨道交通设备制造业需求高精度、重型为特征的数控机床;it业、生物工程等高技术产业需求纳米级亚微米级超精密加工数控机床;工程机械、农业机械等传统制造行业的产业升级,特别是民营企业的蓬勃发展,需要大量数控机床进行装备。

所以,数控机床的发展对我国经济发展起到至关重要的作用。

3 数控机床在国内的发展前景
3.1 数控机床的优点与缺点
优点:
(1)适应性强,适应性就是柔性,是指数控机床随生产对象变化而变化的适应能力。

在数控机床上进行产品加工,当产品改变时,仅仅需要改变数控设备的输入程序就能适应新产品的生产需要,而不需改变机械部分和控制部分的硬件,而且生产过程是自动完成的。

这一点不仅满足了当前产品更新、更快的市场竞争需要,而且较好地解决了单件、小批量、多变产品的自动化生产问题。

适应性强势数控机床最突出的优点,也是数控机床得以产生和迅速发展的主要原因。

(2)能实现复杂的运动,普通机床难以实现或根本无法实现轨迹为三次以上的曲线或曲面运动,如螺旋桨、汽轮机叶片之类的空间曲面,而数控机床可以实现几乎是任何形式的空间曲面和任意轨迹运动,适用于复杂异性零件的加工。

(3)加工精度高、产品质量稳定,数控机床是按照预定程序自动工作的,一般情况下的工作过程不需要人工干预,这就消除了误差。

在设计制造设备主机时,通产采取了许多措施,使数控设备的机械部分达到较高的精度。

数控装置的脉冲当量目前可达0.00002～
0.01mm,同时可以通过实时检测反馈修正误差或补偿来获得更高的精度。

因此,数控机床可以获得比机床本身精度更高的加工精度,尤其提高了同批零件生产的一致性,是产品质量得到控制。

(4)生产效率高,数控机床比普通机床的生产效率能高出许多倍,尤其对某些复杂零件的加工,生产效率可提高十几倍甚至几十倍。

原因是:①数控机床具有较高的刚性,可采用较大的切削用量,有效地减少了加工中的切削时间。

②数控机床具有自动变速、自动换刀和其他辅助操作自动化等功能,不需要工序间的检测与测量,从而使辅助时间大为缩短。

③工序集中、一机多用的数控加工中心,在一次装夹工件后几乎可以完成零件的全部加工,这样不仅可减少装夹误差,还可减少半成品的周转时间,生产效率明显提高。

(5)减轻劳动强度、改善劳动条件。

数控机床的工作是按预先编制好的加工程序自动连续完成的,操作者除输入加工程序及相关的操作之外,劳动条件和劳动强度大为改善无须进行繁重的重复手工
操作。

(6)有利于科学的生产管理,采用数控机床能准确地计算产品的工时,并有效地简化检验、工夹具和半成品的管理工作。

数控机床采用标准的信息代码输入,有利于与计算机连接,构成由计算机控制和管理的生产系统,实现制造和生产管理的自动化。

缺点:
(1)数控机床的价格较高,一般国产价格为十几万,国外一些更为先进的、高精度设备甚至需要上百万,如果要想形成规模的生产,首次投资要很大,所以对资金的要求很高。

(2)对操作、维修人员的技术要求较高。

数控操作人员大部分来自普通机加工,在对数控设备的应用中套用普通设备加工的思路,对数控机床高速切削的特性、数控刀具的选择、切削参数的选择缺乏科学性,加工程序的优劣及加工效率的高低完全取决于操作工人素质的高低,也就不能最大限度的发挥数控设备的加工效率。

(3)加工复杂形状的零件时,手工编程的工作量大。

可以加工高难度的工件是数控机床相比普通机床的一大优点,但是,一个形状和内部复杂的工件的前期编程工作是至关重要的,这需要工作人员对工件进行图纸分析,然后通过数学处理,才能得出程序。

往往机床加工一个零件时间很短,而前期的准备工作需要消耗大量工时。

3.2 数控机床在国内的发展水平
数控机床是当代机械制造业的主流装备,是市场热门商品。

“十一五”期间,随着一系列关键技术的突破和自主生产能力的形成,我国
开始突出“外国制造”的“重围”,进入世界高速数控机床和高精度数控机床生产国的行列。

在需求的拉动下,我国数控机床产量保持高速增长,年均复合增长率达到7.4%。

2010年我国数控机床产量达到23.6万台,同比增长62.2%;2010年我国数控机床消费超过60亿美元,台数超过10万台,数控机床已成为机床消费的主流。

“十二五”期间我国持续投入,每年重大专项将带动资金投入100亿以上。

未来3-5年,我国数控机床行业市场增长率将达到12%左右。

这必将带动我国国产数控机床及其数控系统和相关功能部件的市场发展,也无疑为国内数控系统生产厂商不断发展自己的技术,扩大市场提供了极好的机遇。

3.3 数控机床的操作人员水平现状
成都一家机械制造企业负责人张余认为,现在毕业的数控专业学生,有的上岗连基本操作都不熟悉,有的做出来的产品残次品多,有的眼高手低,干不了多久就会跳槽。

“这实际上反映了学校的人才培养问题。

”成都长征数控机电学校副校长文先生说,目前大多数学校数控专业培养的现状是,重普通重基本知识训练,轻高精专业发展;重校内课堂学习、机床实训,轻企业合作现场教学;重知识传授轻职业道德培训。

随着数控专业学生大量增加,行业低端岗位就业热的慢慢降温,这些隐忧还会进一步暴露出来。

而从事数控加工的相关工作人员基本来自普通加工的岗位,文化和素质参差不齐,加工程
序的优劣及加工效率也就不能最大限度的发挥数控设备的加工效率。

所以,国内急需高技术、高素质的相关专家和人才。

3.4 国内急需的数控机床的种类与相关专业人才
“十五”期间仅西部铁路开发就将投入1000亿元,未来10年西部交通则将投资7000亿～8000亿元,车轮车床、勾舌铣床、2m大型锯床、螺旋焊管扩径机械等专用设备大有用武之地;水利工程未来5年将投资5300亿元,环保一期投资1888亿元,二期投资2600
亿元,相应的机械设备需求非常大;300家机械厂商将进行技改,求
购数控机床数量十分可观。

目前,国内有模具厂1.7万家,年产值约220亿元,预计到2005年产值将达到460亿元,所需的机械偏向于高精度、高效率、高速化铣削设备、虚拟轴机床、复合加工机及慢走丝切割机等。

国产数控机床市场占有率下滑即将有转机。

而我国存在着数控人才匾乏的现象,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。

目前,数控人才的需求主要集中在以下的企业和地区:(1)国企中,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,杭州发电设备厂用6000元月薪招不到数控操作工。

(2)民营经济如今飞速发展,数控人才供不应求,主要集中在模具制造企业和汽车
零部件制造企业。

所以,数控机床的相关工作人员的发展前景还是相当可观的。

4 数控机床在国内发展之建议
任何事物都有它的发展条件和特点,当人们掌握后才可以发展。

数控机床的发展条件主要包括:它是机、电、液、气、光多学科各种高科技的综合性组合,特别是以电子、计算机等现代先进技术为
基石,必须具有巩固的技术基础,互相配套,缺一不可。

我国要加速发展数控机床产业,既要深入总结过往的经验教训,
切实改善存在的问题,又要认真学习国外的丰富的先进经验。

建议切实做好以下几点:中国厂多人众,极需正确的方针、政策对数控机床的发展进行有力的指引。

应学习美、德、日经验,政府高度重视、正确决策、大力扶植。

在方针政策上,应讲究科学精神、经济实效,以切实提高生产率、劳动生产率为原则。

在方法上,深入用户,精通工艺,低中高档并举,学习日本,首先解决量大而广的中档数控机床,批量生产,占领市场,减少进口,扩大出口。

在步骤措施上,必须使国产数控系统先进、可靠,狠抓产品质量与配套件过关,打好技术基础。

近期重在打基础,建信誉,扩大国产数控机床的市场份额,远期谋求赶超世界先进水平,大步走向世界市场;必须狠抓根本,坚持“以人为本”,加速提高人员素质、培养各种专家人才,从根本上改变目前低效、落后的状态。

人是一切事业成败的根本,层层都要重视“培才、选才、用才”,建立学习型企业,树立企业文化,加速培育新人,培训在职人员,建立师徒相传制度。

传统行业人才紧缺的尴尬频繁出现,技术人才流失,应届毕业生忽略传统行业的尴尬,让数控机床技术人才的匮乏日益凸显。

一方面是企业急需高技术人才,一方面却是高技术人才匮乏。

如今,高技术人才的培养已经成为企业战略中的一个重要组成部分。

优秀高技术人才所在的企业,无一不具有良好的人才培养战略和机制。

在某种程度上,企业间的竞争已成为人才的竞争。

建设一支满足企业需求的高技术人才队伍已经
成为行业一项迫切的任务。

随着“十二五”发展规划的推行,企业转型升级的需求使得对高技术、复合化人才的需求更加庞大。

中国机械工业联合会专家也曾表示,高技术人才匮乏问题直接影响企业的科研创新及机械装备的质量和水平。

由此可见,现实情况下,要让数控机床人才的“贫血症”得以缓解,首先要彻底改变培养方式,加强企业与学校的合作,以市场为导向,培养企业所需要的人才,使技能人才做到学有所用。

同时,完善高技能人才的考核和激励机制,为技能人才提供施展才华的空间。

我们不仅要营造出能工巧匠与科技精英一样光荣、同等重要的社会环境,更要扩大技能人才培养范围,建立促进技能人才辈出的政策和制度环境,逐步形成培养快、待遇高的培养机制和激励机制。