淺析數(shù)控機(jī)床的發(fā)展進(jìn)程及趨勢

摘要：闡述了數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷程，對我國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢進(jìn)行了介紹，最后提出了我國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展方向。

Abstract: The development of CNC machine tools, the development status and development trend of China's CNC machine tool are introduced, finally the development direction of NC machine tools in China put forward.

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；進(jìn)給伺服系統(tǒng)；機(jī)床加工程序；

Key words: CNC machine; servo system; machine tool machining program;

自20世紀(jì)末開始，我國制造業(yè)就開始了逐漸由制造大國向制造強(qiáng)國邁進(jìn)了腳步，機(jī)床制造業(yè)也跟著取得數(shù)控機(jī)床快速增長的業(yè)績。機(jī)床是先進(jìn)制造技術(shù)和制造信息集成的重要元素，既是生產(chǎn)力要素，又是重要商品。機(jī)床的發(fā)展和創(chuàng)新在一定程度上能映射出加工技術(shù)的主要趨勢。

1．?dāng)?shù)控機(jī)床的發(fā)展進(jìn)程

自上世紀(jì)50年代以來，世界數(shù)控機(jī)床主要經(jīng)歷了數(shù)控NC（Numerical Control）和計算機(jī)數(shù)控CNC（Computer Numerical Control）2個階段[2]。

始于90年代初，受通用微機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展的影響，數(shù)控系統(tǒng)正朝著以個人計算機(jī)(PC)為基礎(chǔ)，向著開放化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等方面進(jìn)一步發(fā)展。數(shù)控機(jī)床通常由控制系統(tǒng)、進(jìn)給伺服系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、機(jī)械傳動系統(tǒng)及其他輔助系統(tǒng)組成。其中進(jìn)給伺服系統(tǒng)作為數(shù)控機(jī)床的重要功能部件，其性能是決定數(shù)控機(jī)床加工性能的極其重要的技術(shù)指標(biāo)。

2．?dāng)?shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢

進(jìn)入21世紀(jì)，我國經(jīng)濟(jì)與國際全面接軌，進(jìn)入了一個蓬勃發(fā)展的新時期。機(jī)床制造業(yè)既面臨著機(jī)械制造業(yè)需求水平提升而引發(fā)的制造裝備發(fā)展的良機(jī)，也遭遇到加入世界貿(mào)易組織后激烈的國際市場競爭的壓力，加速推進(jìn)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展是解決機(jī)床制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個關(guān)鍵。數(shù)控機(jī)床正向以下幾個方面發(fā)展。

(1）高速化：新一代數(shù)控機(jī)床為提高生產(chǎn)效率，向超高速方向發(fā)展，采用新型功能部件主軸轉(zhuǎn)速達(dá)15,000r/min以上。而高速切削是指刀具切削刃相對與零件表面的切削運(yùn)動速度超過普通切削5～10 倍，體現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床上的主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給率、運(yùn)算速度等。

(2）高精度化：當(dāng)前，在機(jī)械加工高精度的要求下，世界各工業(yè)強(qiáng)國已經(jīng)不能滿足于精密加工了，而是把超精密加工作為數(shù)控機(jī)床的未來發(fā)展方向。其精度已經(jīng)從微米級發(fā)展到亞微米級，甚至納米級。

(3）功能復(fù)合化：工件一次裝夾，能進(jìn)行多種工序復(fù)合加工，可大大地提高生產(chǎn)效率和加工精度，是機(jī)床一貫追求的。機(jī)床已逐漸發(fā)展成為系統(tǒng)化產(chǎn)品，用一臺電腦控制一條生產(chǎn)線的作業(yè)。

(4）控制智能化：隨著人工智能在計算機(jī)領(lǐng)域的滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)引入了自適應(yīng)控制、模糊系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制機(jī)理，不但具有自動編程、前饋控制、模糊控制、學(xué)習(xí)控制、自適應(yīng)控制、工藝參數(shù)自動生成、三維刀具補(bǔ)償、運(yùn)動參數(shù)動態(tài)補(bǔ)償?shù)裙δ埽胰藱C(jī)界面極為友好，并具有故障診斷專家系統(tǒng)，使自診斷和故障監(jiān)控功能更趨完善。

(5）體系開放化：計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，推動數(shù)控技術(shù)更快地更新?lián)Q代。許多數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家利用Pc機(jī)豐富的軟硬件資源開發(fā)開放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng)。開放式體系結(jié)構(gòu)使數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應(yīng)性、可擴(kuò)展性。

(6）驅(qū)動并聯(lián)化：并聯(lián)運(yùn)動機(jī)床克服了傳統(tǒng)機(jī)床串聯(lián)機(jī)構(gòu)移動部件質(zhì)量大、系統(tǒng)剛度低、刀具只能沿固定導(dǎo)軌進(jìn)給、作業(yè)自由度偏低、設(shè)備加工靈活性和機(jī)動性不夠等固有缺陷，可實(shí)現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動數(shù)控加工、裝配和測量多種功能，更能滿足復(fù)雜特種零件的加工，具有現(xiàn)代機(jī)器人的模塊化程度高、重量輕和速度快等優(yōu)點(diǎn)。

(7）極端化：國防、航空、航天事業(yè)的發(fā)展和能源等基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)裝備的大型化需要大型且性能良好的數(shù)控機(jī)床的支撐。而超精密加工技術(shù)和微納米技術(shù)是21世紀(jì)的戰(zhàn)略技術(shù)，需發(fā)展能適應(yīng)微小型尺寸和微納米加工精度的新型制造工藝和裝備，所以微型機(jī)床的需求量正在逐漸增大。

(8）信息交互網(wǎng)絡(luò)化：對于面臨激烈競爭的企業(yè)來說，使數(shù)控機(jī)床具有雙向、高速的聯(lián)網(wǎng)通訊功能，以保證信息流在車間各個部門間暢通無阻是非常重要的。既可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享，又能實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的遠(yuǎn)程監(jiān)視、控制、培訓(xùn)、教學(xué)、管理，還可實(shí)現(xiàn)數(shù)控裝備的數(shù)字化服務(wù)。

(9）新型功能部件：為了提高數(shù)控機(jī)床各方面的性能，具有高精度和高可靠性的新型功能部件的應(yīng)用成為必然。高頻電主軸是高頻電動機(jī)與主軸部件的集成，具有體積小、轉(zhuǎn)速高、可無級調(diào)速等一系列優(yōu)點(diǎn)，在各種新型數(shù)控機(jī)床中已經(jīng)獲得廣泛的應(yīng)用。

(10）高可靠性：數(shù)控機(jī)床與傳統(tǒng)機(jī)床相比，增加了數(shù)控系統(tǒng)和相應(yīng)的監(jiān)控裝置等，應(yīng)用了大量的電氣、液壓和機(jī)電裝置，易于導(dǎo)致出現(xiàn)失效的概率增大，而數(shù)控機(jī)床加工的零件型面較為復(fù)雜，加工周期長，要求平均無故障時間在2萬小時以上。

(11）加工過程綠色化：隨著日趨嚴(yán)格的環(huán)境與資源約束，制造加工的綠色化越來越重要，而中國的資源、環(huán)境問題尤為突出。因此，近年來不用或少用冷卻液、實(shí)現(xiàn)干切削、半干切削節(jié)能環(huán)保的機(jī)床不斷出現(xiàn)，并在不斷發(fā)展當(dāng)中。

(12）多媒體技術(shù)的應(yīng)用：多媒體技術(shù)集計算機(jī)、聲像和通信技術(shù)于一體，使計算機(jī)具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力，因此也對用戶界面提出了圖形化的要求。

3．結(jié)語

從上世紀(jì)80年代起, 我國機(jī)床制造業(yè)對數(shù)控技術(shù)和數(shù)控機(jī)床一直給予較大的關(guān)注。但是由于我們的數(shù)控技術(shù)與其他工業(yè)發(fā)達(dá)國家差距較大，與國外一些先進(jìn)產(chǎn)品相比，仍存在著很大劣勢, 使得我們總是處于技術(shù)跟蹤階段。面對這種情況，為了加速振興我國的機(jī)床制造業(yè)，提高我國的數(shù)控機(jī)床技術(shù)，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)以下幾個方面的研究工作：1、以高速化為先導(dǎo)，提高數(shù)控機(jī)床的綜合性能。2、推進(jìn)μm 工程，研制高效精密數(shù)控機(jī)床。3、發(fā)展復(fù)合加工數(shù)控機(jī)床、縮短制造過程鏈。4、發(fā)展網(wǎng)絡(luò)化制造單元，推進(jìn)企業(yè)制造能力的高效柔性化。5、開展可靠性設(shè)計，加強(qiáng)全面質(zhì)量管理，保證數(shù)控機(jī)床的可靠性增長。6、提高技術(shù)人員的綜合素質(zhì)。

4.參考文獻(xiàn)

[1] 梁訓(xùn).王宣.周延佑.機(jī)床技術(shù)發(fā)展的新動向.世界制造技術(shù)與裝備市場，2001(3)：21-28.

[2] 中國機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會行業(yè)發(fā)展部.世界制造技術(shù)與裝備市場，2001(3)：18-20.

[3] 張亞力. 簡述數(shù)控發(fā)展的新趨勢. 國土資源高等職業(yè)教育研究. 2005.

[4] 馬國華.監(jiān)控組態(tài)軟件及其應(yīng)用. 北京：清華大學(xué)出版社，2001.3

5.作者簡介

鄭志，男，1975年出生，遼寧丹東人，本科學(xué)歷，工程師，現(xiàn)主要從事技術(shù)管理工作。