数控机床技术的最新发展

数控机床技术的最新发展

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摘要：本文简述了当今时代对数控机床技术的需求以及我国与世界先进国家的差距，重点阐述了数控机床技术的最新发展情况并对我国发展数控技术提出了相应的建议。

关键词：数控技术最新发展

Abstract：This article describes the needs of the technology of Nunerical Control in the model and the gap between China and the advanced counties in the world, it describes the current developing situation of the technology of Nunerical Control amply and puts propose at the development of the technology of Nunerical Control in China.

Key words：the technology of Nunerical Control, the current developing situation.

一、引言

随着科学技术的发展，机械产品的形状和结构不断改进，对零件加工质量也提出了越来越高的要求。随着社会对产品的多样化需求的增强，产品种类不断增多，更新换代的速度也越来越快，这使得数控机床在生产中的应用越来越广泛，同时对数控机床的数控系统、伺服驱动系统及主机结构提出了更高的要求。特别是柔性制造系统的迅猛发展和计算机集成技术的不断成熟，对数控机床的可靠性、通信功能、人工智能和自适应控制技术的应用提出了更高的要求，高速、精密、复合、智能和绿色是数控机床技术发展的总趋势。

二、我国数控机床技术发展现状

当今世界工业国家数控机床的拥有量反映了这个国家的经济能力和国防实力。目前我国是全世界机床拥有量最多的国家（近３００万台），但我们的机床数控化率仅达到１．９％左右，这与西方工业国家一般能达到２０％的差距太大。日本不到８０万台的机床却有近１０倍于我国的制造能力。数控化率低，已有数控机床利用率、开动率低，这是发展我国２１世纪制造业必须首先解决的最主要问题。每年我们国产全功能数控机床３０００～４０００台，日本１年产５万多台数控机床，每年我们花十几亿美元进口７０００～９０００台数控机床，即使这样我国制造业也很难把行业中数控化率大幅度提上去。

我国数控机床制造业在８０年代曾有过高速发展的阶段，许多机床厂从传统产品实现向数控化产品的转型。但总的来说，技术水平不高，质量不佳。从１９９５年“九五”以后国家从扩大内需启动机床市场，加强限制进口数控设备的审批，投资重点支持关键数控系统、设备、技术攻关，对数控设备生产起到了很大的促进作用，尤其是在１９９９年以后，国家向国防工业及关键民用工业部门投入大量技改资金，使数控设备制造市场一派繁荣。但也反映了下列问题：

（１）低技术水平的产品竞争激烈；

（２）高技术水平、全功能产品主要靠进口；

（３）配套的高质量功能部件、数控系统附件主要靠进口；

（４）应用技术水平较低，联网技术没有完全推广使用；

（５）自行开发能力较差，相对有较高技术水平的产品主要靠引进图纸、合资生产或进口件组装。

三、数控机床技术的最新发展成果

近几年来，数控机床技术在实用化和产业化等方面取得可喜的成绩，主要表现在以下几个方面。

（1）复合化。复合化加工通过增加机床的功能，减少工件加工过程中的定位装夹次数及对刀等辅助工艺时间，从而提高机床生产率。复合化加工还可以减少辅助程序，减少夹具和加

工机床数量，对降低整体加工和机床维护费用也有利。复合化包含工序复合化和功能复合化。数控机床复合化发展的趋势是尽可能将零件所有的工序集中在一台机床上加工。复合加工的另一领域是与非刀具切削的复合，例如切削加工与激光加工技术的复合。

随着数控机床技术进步，复合加工技术日趋成熟，包括铣——车复合加工、车——镗——钻——齿轮加工等复合加工、车磨复合加工、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。“一台机床就是一个加工厂”、“一次装卡，完全加工”等理念正在被更多人接受，复合加工机床发展正呈现多样化的态势。

（2）智能化。智能化加工是一种基于知识处理理论和技术的加工方式，发展智能加工的目的是要解决加工过程中众多不确定性的、要求人工干预才能解决的问题。计算机软硬件技术的发展，人工智能技术的发展促进了机床数控系统智能化的进程。

数控加工智能化趋势有两个方面：一方面是采用自适应控制技术，以提高加工质量和效率。把精细的程序控制和连续的适应调节结合起来，使系统的运行达到最优。其主要的追求目标是：保护刀具和工件，适应材料的变化，改善尺寸控制，提高加工精度，保持稳定的质量，寻求最高的生产率和最低的成本消耗，简化零件程序的编制，降低对操作人员经验和熟练程度的要求等；另一方面是在现代数控机床上装备有多种监控和检测装置，对工件、刀具等进行监测，实时监视加工的全部过程，发现工件尺寸超差、刀具磨损或崩刃破损，便立即报警，并给予补偿或调换刀具。在故障诊断中，除了采用专家系统外，还将模糊数学、神经网络应用其中，取得了良好的效果。

（3）高柔性化。柔性是指机床适应加工对象变化的能力。提高数控机床柔性化正朝着两个方向努力：一是提高数控机床的单机柔性化，二是向单元柔性化和系统柔性化发展。

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使得柔性更加灵活、功能进一步扩展、加工效率更高。机器人与加工中心、车铣复合机床、磨床、齿轮加工机床、工具磨床、电加工机床、锯床、冲压机床、激光加工机床等组成多种形式的柔性生产线，并以开始应用。

（4）高精度化。精密化是为了适应高新技术发展的需要，也是为了提高普通机电产品的性能、质量和可靠性，减少其装配时的工作量从而提高装配效率的需要。目前数控机床的加工精度已从原来的丝级（0.01mm）提升到目前的微米级（0.001mm），有些品种已达到0.01um 左右。超精密数控机床的微细切削和磨削加工，精度可稳定达到0.05um左右，形状精度可达到0.01um左右。采用光、电、化学等能源的特种加工精度可达到纳米级（0.001um），主轴回转精度要求达到0.01-0.05um，加工圆度为0.1um，加工表面粗糙度Ra=0.003um等。通过机床结构设计优化、机床零部件的超精加工和精密装配、采用高精度的全闭环控制、温度和振动等动态误差补偿技术，提高机床加工的几何精度，降低形位误差、表面粗糙度等，从而进入亚微米、纳米级超精加工时代。

（5）高速化。电主轴的发展实现了主轴的高转速，直线电动机的发展实现了坐标轴的高速移动，如加工主轴转速超过了每分钟1万转，工作台快速移动速度超过了100m/min。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。目前我国立式加工中心主轴最高转速由6000-8000r/min提高到10000-15000r/min，最高可达24000r/min；快速进给从16m/min提高到24-40m/min，最高可达60m/min。采用直线电机驱动时可达到最高300m/min。加速度达到3G至10G的水平。数控车床主轴最高转速从3000r/min提高到4500r/min，车削中心最高达7000r/min；快速进给从8m/min提高到15m/min，最高可达40m/min；国际上工业发达国家生产的高速加工中心主轴最高转速高达20000-100000r/min。全数字交流伺服电动机和驱动装置，高技术含量的电主轴、力矩电机、直线电动机，高性能的直线滚动组件，高精度主轴单元等功能部件推广应用，极大地提高了数控机床的技术水平。（6）多功能化。现代数控系统由于采用了多CPU结构和分级中断控制方式，因此在一台数