數(shù)控機(jī)床的發(fā)展及發(fā)展趨勢淺析

李招鳳

摘 要：數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制機(jī)床的簡稱，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機(jī)床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規(guī)定的程序，并將其譯碼，用代碼化的數(shù)字表示，通過信息載體輸入數(shù)控裝置，經(jīng)運算處理由數(shù)控裝置發(fā)出各種控制信號，控制機(jī)床的動作，按圖紙要求的形狀和尺寸，自動地將零件加工出來。那么，數(shù)控機(jī)床是如何發(fā)展的？以后又會向什么方向發(fā)展？主要針對這一問題進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；發(fā)展；發(fā)展方向

一、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷程

1.數(shù)控機(jī)床的起源

20世紀(jì)40年代初，美國派爾遜斯公司在制造飛機(jī)的框架及直升飛機(jī)的轉(zhuǎn)動機(jī)翼時，利用全數(shù)字電子計算機(jī)對機(jī)翼加工路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。1949年，美國麻省理工學(xué)院開始數(shù)控機(jī)床研究，標(biāo)志著制造領(lǐng)域中數(shù)控加工時代的開始。

2.數(shù)控機(jī)床的發(fā)展

1952年，麻省理工學(xué)院在一臺立式銑床上裝上了一套試驗性的數(shù)控系統(tǒng)，成功地實現(xiàn)了同時控制三軸的運動。這臺數(shù)控機(jī)床被大家稱為世界上第一臺數(shù)控機(jī)床。20世紀(jì)60年代初，其他一些工業(yè)國家，如德國、日本都陸續(xù)開發(fā)、生產(chǎn)及使用了數(shù)控機(jī)床。

1974年以后，隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器直接用于數(shù)控機(jī)床，使數(shù)控的軟件功能加強(qiáng)，發(fā)展成計算機(jī)數(shù)字控制機(jī)床，進(jìn)一步推動了數(shù)控機(jī)床的普及應(yīng)用和大力發(fā)展。

20世紀(jì)80年代，國際上出現(xiàn)了1～4臺加工中心或車削中心為主體，再配上工件自動裝卸和監(jiān)控檢驗裝置的柔性制造單元（FMC）。這種單元投資少，見效快，既可單獨長時間少人看管運行，也可集成到FMS或更高級的集成制造系統(tǒng)中使用。數(shù)控機(jī)床品種迅速擴(kuò)展，發(fā)達(dá)國家數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了發(fā)展應(yīng)用階段。

20世紀(jì)90年代，數(shù)控機(jī)床得到了普遍應(yīng)用，數(shù)控機(jī)床技術(shù)有了進(jìn)一步發(fā)展，柔性單元、柔性系統(tǒng)、自動化工廠開始應(yīng)用，標(biāo)志著數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化進(jìn)入成熟階段。

從日、德、美、西班牙先后引進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)和合作、合資生產(chǎn)，解決了可靠性、穩(wěn)定性問題，數(shù)控機(jī)床開始正式生產(chǎn)和使用，并逐步向前發(fā)展。

雖然美國研制出了世界第一臺數(shù)控機(jī)床，但數(shù)控機(jī)床的發(fā)展還是要數(shù)德國。德國本來在機(jī)械方面就是世界第一，數(shù)控機(jī)床無非就是搞機(jī)電一體化，機(jī)械方面德國已沒問題，剩下的就是電子系統(tǒng)方面，德國的電子系統(tǒng)工業(yè)本來就強(qiáng)大，所以在上世紀(jì)六、七十年代，德國就可稱為機(jī)床界的老大了。但日本人的強(qiáng)項就是仿造，從20世紀(jì)70年代起，日本大量從德國引進(jìn)技術(shù)，消化后大量仿造，經(jīng)過努力，日本在20世紀(jì)90年代起，就超越了德國，成為世界第一大數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)國，直到現(xiàn)在還是。數(shù)控機(jī)床的核心就在數(shù)控系統(tǒng)方面，日本目前在系統(tǒng)方面也排世界第一，主要是它的發(fā)拿科公司。

3.數(shù)控機(jī)床的高潮

進(jìn)入21世紀(jì)，軍事技術(shù)和民用工業(yè)的發(fā)展對數(shù)控機(jī)床的要求越來越高，應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)、測量技術(shù)、工序集約化、新一代功能部件以及軟件技術(shù)，使數(shù)控機(jī)床的加工范圍、動態(tài)性能、加工精度和可靠性有了極大的提高。科學(xué)技術(shù)特別是信息技術(shù)的發(fā)展迅速，高速高精控制技術(shù)、多通道開放式體系結(jié)構(gòu)、多軸控制技術(shù)、智能控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)、CAD/CAM與CNC的綜合集成，使數(shù)控機(jī)床技術(shù)進(jìn)入了智能化、網(wǎng)絡(luò)化、敏捷制造、虛擬制造的更高階段。

二、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢

數(shù)控機(jī)床較好地解決了復(fù)雜、精密、小批量、多品種的零件加工問題，是一種柔性的、高效能的自動化機(jī)床，代表了現(xiàn)代機(jī)床控制技術(shù)的發(fā)展方向，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。數(shù)控機(jī)床的發(fā)展日新月異，高速化、高精度化、復(fù)合化、智能化、開放化、并聯(lián)驅(qū)動化、網(wǎng)絡(luò)化、極端化、綠色化已成為數(shù)控機(jī)床發(fā)展的趨勢和方向。

1.高速度和高精度化

速度和精度是數(shù)控系統(tǒng)的兩個重要技術(shù)指標(biāo)，它直接關(guān)系到加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。機(jī)床向高速化方向發(fā)展，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且還可提高零件的表面加工質(zhì)量和精度。

2.智能化和多功能化

智能化是21世紀(jì)制造技術(shù)發(fā)展的一個大方向。智能加工是一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制、數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和理論的加工，它是在加工過程中模擬人類專家的智能活動，以解決加工過程中許多不確定性的、要由人工干預(yù)才能解決的問題。

3.提高可靠性

數(shù)控系統(tǒng)的可靠性一直是數(shù)控設(shè)備最重要的指標(biāo)。在提高元器件的質(zhì)量方面，目前主要是采用更高集成度的電路芯片，對元器件進(jìn)行嚴(yán)格篩選和老化、振動實驗，實行三維高密度安裝工藝，以及采用模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化及系列化的生產(chǎn)方式等。

4.小型化

蓬勃發(fā)展的機(jī)電一體化設(shè)備對CNC系統(tǒng)提出了小型化的要求，體積小便于將機(jī)電裝置合為一體。日本新開發(fā)的FS16和FS18都采用了三維安裝方法，使電子元器件得以高密度地集合，大大縮小了系統(tǒng)的占用空間。

5.具有開放性

為適應(yīng)數(shù)控進(jìn)線、聯(lián)網(wǎng)、普及型、個性化、多品種、小批量、柔性化及數(shù)控迅速發(fā)展的要求，最重要的發(fā)展趨勢是體系結(jié)構(gòu)的開放性，設(shè)計生產(chǎn)開放式的數(shù)控系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李善術(shù).數(shù)控機(jī)床及應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

[2]王明紅.數(shù)控技術(shù).清華大學(xué)出版社，2009.

[3]倪祥明.數(shù)控機(jī)床及數(shù)控加工技術(shù).人民郵電出版社，2011.

（作者單位 江蘇南京下關(guān)中等專業(yè)學(xué)校）