数控系统的发展

数控系统的发展

——在数控机床中的应用

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摘要：机床是制造机器的机器，也称作工作母机，在世界工业发展史上曾经起到过举足轻重的作用，数控机床是指可以透过事先编辑的精确指令进行自动加工的机床，也是当今社会制造业发展的趋势，在科学技术高速发展的今天，机床领域的发展仍然十分重要，因此研究和分析机床的发展史和发展现状是非常具有现实意义的，本文以数控机床为切入点，简述数控技术的发展进程及趋势。

一、数控机床简介：

机床（machinetool）是指在装备制造业中的工作母机或工具机，简单的说就是对原材料进行制造加工成型的机器。由于机床在机械加工中的特殊地位，机床加工精度的高低直接影响产品的质量，因此，机床的发展水平在机械行业、国防行业中都具有举足轻重的地位。

数字控制机床( Computer numerical control machine tools) 即数控机床是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作数控折弯机并加工零件。20 世纪中期，随着电子技术的发展，自动信息处理、数据处理以及电子计算机的出现，给自动化技术带来了新的概念，用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制，推动了机床自动化的发展。与普通机床相比，数控机床加工精度高，具有稳定的加工质量; 可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件; 加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间; 机床本身的精度高、刚性大，可选择有利的加工用量，生产率高，一般为普通机床的3 ～5 倍; 机床自动化程度高，可以减轻劳动强度; 对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高。

数控机床一般由主机、数控装置、驱动装置、辅助装置、编程及其他附属设备组成。主机是数控机床的主体，是机床进行各种切削加工的机械部件。数控装置是数控机床的核心，主要用于输入数字化的零件程序，并存储输入信息、变换数据、插补运算和实现各种控制功能。驱动装置是数控机床执行机构的驱动部件，在数控装置的控制下，驱动装置通过电气或电液伺服系统实现主轴进给驱动。辅助装置是指数控机床必需的配套组件，包括照明、冷却、润滑、排屑、监测等。编程和其他

附属设备，主要用于零件的程序编制和存储。

二、数控机床的发展：

十五世纪，为了钟表和武器的制造，古人设计制造了结构较简单的机床雏形。十八世纪的工业革命时期，人们生产出了不同功能的机床，大大推动了机床的发展。第二次世界大战以后，世界开始进入自动化时期，数控机床和自动生产线开始出现，机床的发展开始进入自动化时期。在有了电子计算机之后，可以运用数字控制原理，将加工程序和更换刀具的操作数码和文字码作为信息进行存贮，并按其发出的指令控制机床，按设定的程序对原材料进行加工，这就是所谓的数控机床。

1950年代，第一台数值控制工作母机问世；机械厂为了美国空军的需求在数位控制系统投入大量努力，特别集中在轮廓切削铣床方面。Parsons公司与麻省理工学院合作，结合数值控制系统与辛辛那提公司的铣床，研发出第一台NC工作母机。1958年，Kearney &Trecker公司成功开发出具自动刀具交换装置的加工中心机。麻省理工学院也开发出APT（Automatic Programming tools）。1959年，日本富士通公司为数值控制做出两大突破：发明油压脉冲马达与代数演算方式脉冲补间回路。这加快了数值控制的进步。从1960年到2000年之间，数值控制系统扩展应用到其他金属加工机，数值控制工作母机也被应用到其他行业。微处理器被应用到数值控制上，大幅提升功能，此类系统即称为计算机数值控制（CNC）。这段期间也出现了快速、多轴的新式机床。日本成功打破传统机床主轴形式，以类似蜘蛛脚的装置移动机床主轴，并且以高速控制器控制，是为快速、多轴的机床。

2012年，日本以90亿欧元的成绩继续保持机床出口冠军位置，德国机床以81亿欧元，位居第二。第三、第四和第五分别为意大利，台湾和瑞士。中国位于韩国和美国之后，名列第八，出口额15亿欧元。值得注意的是，美国虽然机床产业的规模与德、日、台、瑞、意相较并不大，甚至也无具代表性的机床品牌，但此主因是美国多数机床为供应美国本土使用，且多是军火相关，故出口方面，无论是数量还是技术上，都具有严格管制。

我国CNC发展开始自1958年。1958年2月第一台数控机床在沈阳第一机床厂试制成功。这是一台2轴的车床，由程序配电器控制，由哈尔滨工业大学研制。同年9月第一台真正意义上

的数控铣床由清华大学和铣床研究所合作研发完成并在北京第一

机床厂试制成功。我国目前为世界最大机床生产国，2012年产值为147亿欧元，占全球产值的22%，然而中国的数位控制器并没有具竞争力的品牌，中国国内机床厂商及科研单位几乎全面使用

德国、日本及台湾的数位控制器。

高速、精密、复合、智能和绿色是数控机床技术发展的总趋势，近几年来，在实用化和产业化等方面取得可喜成绩。主要表

现在：

●机床复合技术进一步扩展。随着数控机床技术的进步，复

合加工技术日趋成熟，包括铣－车复合、车铣复合、车－

镗－钻－齿轮加工等复合、车磨复合、成形复合加工、特

种复合加工等，复合加工的精度和效率大大提高

●智能化技术有新突破。数控机床的智能化技术有新的突破，

在数控系统的性能上得到了较多体现。

●机器人使柔性化组合效率更高。机器人与主机的柔性化组

合得到广泛应用，使得柔性线更加灵活、功能进一步扩展、

柔性线进一步缩短、效率更高。

●精密加工技术有了新进展。数控金切机床的加工精度已从

原来的丝级( 0.01 mm) 提升到目前的微米级( 0.001

mm) ，有些品种已达到0.05μm左右。

●功能部件性能不断提高。功能部件不断向高速度、高精度、

大功率和智能化方向发展，并取得成熟的应用。

三、我国数控机床的发展：

我国随着电子信息技术的发展，世界机床业已进入了以数字化制造技术为核心的机电一体化时代，其中数控机床就是代表产品之一。数控机床是制造业的加工母机和国民经济的重要基础。它为国民经济各个部门提供装备和手段，具有无限放大的经济与社会效应。“十一五”期间，我国数控机床行业实现了超高速发展。“十一五”期间，我国数控机床产业步入快速发展期，我国数控机床行业面临千载难逢的大好发展机遇。在“十一五”期间，我国数控机床行业突破了大量技术难关，取得了许多具有自主知识产权的重大科研成果。

我国在于政策上的倾斜主要体现在一下几个方面：

●鼓励加快企业兼并重组促进产业结构优化升级；

●加大技术与研发投入力度增强企业自主创新能力；

●出口信贷支持出口风险补偿，鼓励使用国产设备，拟