国内数控机床发展趋势精选(九篇)

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第1篇：国内数控机床发展趋势范文

【关键词】机械制造；数控技术；发展对策

21世纪机械制造全球化、市场竞争激烈化是机械制造企业所面临的挑战，而机械制造中广泛应用数控技术则能使企业在竞争中取得佳绩。但我国机械制造中数控技术的研究和发展方面存在较多问题，特别是在技术创新能力、商品化进程、市场占有率等方面情况尤为突出。面对市场的竞争和新技术的挑战，该如何认识机械制造中数控技术，如何看待它的发展趋势，如何采取相应的对策？

下面结合近几年来自己在这方面的研究，谈谈我国机械制造中数控技术的发展及对策。

1.机械制造数控技术发展现状及趋势

机械制造中数控技术是通过计算机控制数字程序来实现一台或多台机械设备动作控制，以达到优质、高效、低耗、灵活生产，提高对动态多变的产品市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称。

1.1数控装备与技术的基本概况

近年来，我国相继从德、美、法、日本等国引进先进的数控生产线，使我国制造业得到空前发展，主要应用特点有：刀具材料以超硬刀具材料为主，如陶瓷、超细硬质合金刀具等，大大提高了加工速度。改善刀具结构与加工工艺，零件孔加工刀具多采用多刃复合式结构：采用高速专用数控机床加工发动机；传动器关键零件，机床结构没计是以各种高速多刃专用成形刀具和加工工艺为主导。

然而，我国机械制造业还属于工艺离散型制造业，虽然已引进加工中心、数控镗铣床等，但企业内生产管理局网，网络经营管理系统及生产技艺数据技术的应用仍处于初级阶段。

1.2机械制造中数控技术发展趋势

目前，械制造业以现代高新技术的综合利用为特点，正朝着柔性化、敏捷化、智能化和信息化方向发展。从目前世界上数控技术及其装备发展来看，机械制造中数控技术发展趋势主要有以下2个方面。

1.2.1数控技术性能发展新趋势

（1）高速、高精、高效化。

由于采用高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统以及带高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺服系统，同时采取改善机床动态、静态特性等有效措施，数控技术必向高速、高精、高效化方向发展。

（2）多轴化和多系列。

以减少工序、辅助时间为主要目的的复合机械制造，要求其数控技术朝着多轴、多系列控制功能方向发展。

（3）实时智能化。

随着数控技术领域实时智能控制的研究和应用，机械制造的数控技术必然朝着实时智能化方向发展。

1.2.2数控技术体系结构的发展新趋势

机械制造中数控技术体系结构的发展趋势为：智能化、网络化、集成化，一种机械制造业远程服务系统的结构。

（1）数控装备智能化。

本世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括：为追求加工效率和加工质量方面的智能化；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化：还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。

（2）信息集成网络化。

数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。

（3）数控系统集成化。

采用高度集成化CPU、RISC芯片和大规模可编程集成电路，提高数控系统的集成度和软硬件运行速度；应用先进封装和互连技术，将半导体和表面安装技术融为一体；通过提高集成电路密度、减少互连长度和数量来改进性能，提高系统的可靠性。

2.机械制造中数控技术发展应对策略

先进数控技术是机械制造业快速发展的保证，直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。

我国机械制造中数控技术的研究和发展存在较多问题，特别是在技术创新能力方面情况尤为突出。为此，下文从总体应对策略和技术途径探讨机械制造业中数控技术的对策。

2.1数控技术发展总体应对策略

通过对数控技术和机械制造业发展趋势的分析和对我国数控领域存在问题的研究，笔者认为以科技创新为先导，以技术支持和服务为后盾将是一种符合我国国情的应对对策。

（1）以科技创新为先导。

我国必须大力加强数控领域的科技创新，逐步建立自己独立的、先进的数控技术体系。在此基础上大力发展符合国情的数控产品，从而形成从数控系统、数控功能部件到种类齐全的数控机床整机的完整的产业体系。

（2）大力加强技术支持和服务。

数控系统和数控机床作为典型的高技术产品，对用户的技术支持和服务足相当重要的。目前，我们可以利用先进的网络和多媒体技术手段，为建立新一代立体化的技术支持和服务体系开辟新的途径。

2.2技术途径应对数控技术发展

（1）发展新一代PC数控系统。

数控系统是各类数控装备的核心，因此通过科技创新首先发展新型数控系统，将是推动我国数控技术发展的有效途径。这要求在开发新型数控系统时，选用高性能CPU作为系统的运算和控制核心，并尽量用软件实现数控的所有功能。

（2）推进数控机床功能专业化。

解决数控系统问题后，需要实现数控机床的模块化，解决数控机床功能部件的专业化问题。目前我国机械制造在这方面离实际需求还有相当大的差距，因此必须人力促进数控机床功能专业化。

3.结束语

本文阐述了机械制造中数控技术的发展及对策，并对我国机械制造中数控技术的发展途径进行了探讨。另外，我国正逐步融入全球化机械制造的序列中，随着国外先进制造技术设备大量引进、国家重大科技产业工程项目等重大科技计划，先进的数控技术在国内机械制造业将日趋实用与普及。 [科]

【参考文献】

第2篇：国内数控机床发展趋势范文

关键词： 数控机床 制造强国 发展趋势

数控技术是先进制造技术中的一项核心技术，由数控机床组成的柔性化制造系统是改造传统机械加工装备产业、构建数字化企业的重要基础装备，它的发展一直备受制造业的关注，其设计、制造和应用的水平在某种程度上代表了一个国家的制造业水平和竞争力。近年来，国内机床设备和技术的发展在市场需求旺盛的情况下，设备以满足市场和用户需求为主，在高性能加工的设备和技术上并没有进行很好的研究和技术储备，在市场趋于平稳的时期，我国的机床工业势必会更加缺乏竞争力。因此，国家将数控机床作为重点支持的产业项目，在发展规划中明确了发展高速、高精度数控加工设备作为主要的支持发展方向，将提升装备水平和核心技术放在重要的位置。

“机床是装备制造业的工作母机，实现装备制造业的现代化，取决于我国的机床发展水平。振兴装备制造业，首先要振兴机床工业，要大力发展国产数控机床”。振兴装备制造业，机床工业需先行，这是一条经济发展的客观规律。在国民经济快速发展的拉动和国家产业政策的正确引导下，中国机床工业行业发展迅速，产销两旺，行业综合水平落后的面貌得到改变。进入21世纪以来，随着我国国民经济实力的快速增长，我国制造业在国际上的地位日益提高。目前，我国正处在工业化的中期阶段，制造业仍然是国民经济的主体和支柱。但从总体上看，我国制造业与先进国家的差距还比较明显。有人坦言：“无论今后科学技术怎样进步，发展先进的制造业将是人类社会永恒的主题，制造业也将永远是人类社会的‘首席产业’。”在当今世界上，高度发达的制造业和先进的制造技术已经成为衡量一个国家综合经济实力和科技水平的最重要标志。制造业最重要的基础是装备制造业。现在我国已是制造业大国，但并不是制造业强国。目前我国的装备制造业水平有限，以至于不能很好地满足现代化机械生产的需要。而现代制造业发展的主要方向体现在信息化制造方面，其中自动化、智能化制造则是装备制造业中的主导技术，这对于高速、高精度、低消耗的产品制造来说尤为重要。

数控机床是近展起来的具有广阔发展前景的新型自动化机床，是高度机电一体化的产品。随着科学技术的发展，机械产品的结构越来越合理，其性能精度和效率日趋提高，因此对加工机械产品零部件生产设备――机床也相应提出了高性能高精度与高自动化的要求。大批量的产品，如汽车拖拉机与家用电器的零件，以及航空航天、内燃机、军工、汽车、船舶等行业需要的重要加工设备，尤其是高刚性、高精度、高稳定性、高复合型的精密数控卧式铣镗床更是航天和军工企业急需的关键设备。

“十一五”期间，国家对装备制造业提出要求：变“制造大国”成为“制造强国”，调整产业结构，重点开发高档数控机床，提升行业水平。自主开发高速精密卧式机床，研究其相关的设计和制造技术并取得突破，对国家在高端装备领域拥有自主知识产权和核心竞争力，将起到至关重要的影响。随着工业技术的发展，各行各业对高速数控机床的需求也越来越多。2010年9月8日国务院召开常务会议审议并原则通过《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》，高端装备制造、节能环保、新一代信息技术、生物、新能源、新材料和新能源汽车七个产业作为重点领域将集中力量加快推进，国家将加强财税金融等政策扶持力度。国务院发展研究中心产业部部长冯飞预计，未来十年将是战略性新兴产业蓬勃发展的十年，到2020年，战略性新兴产业占工业增加值比重可望达到20%以上。机床工业由于技术含量和工艺要求极高，属于技术和资本密集型产业，行业壁垒很高，无论在国内还是全球范围，行业格局变化都比较缓慢。机床本属于机械行业，而机械行业与下游行业固定资产投资密切相关。下游行业每年固定资产投资中，约60%用于购买机械产品。设备工器具购置在固定资产投资中的比例保持在20％左右，并长期保持稳定。因此在机床行业下游产业中，固定资产投资的主要部分都是用来购买装备制造工具――机床。通过统计发现，机床下游行业固定资产投资增速远快于全社会平均增速水平。数控机床的需求来自于下游的机械行业固定资产投资，2011年汽车及零部件、航空航天设备、高速列车、军工、电子信息、电力设备、船舶、工程机械、模具等高端装备业崛起，行业产能高速扩张，继续带动数控机床消费的高速增长。罗百辉表示，2011年高端装备自主创新势头将更为强劲，继续带动机械工业15%以上的增速。目前我国正处于重化工业化时期，这是超脱于经济短期波动、在近几十年里对中国经济产生巨大影响的因素，对我国机械工业的发展也起着促进作用。它与长期向好的中国宏观经济一样，成为机械工业近30年来持续快速发展的最好注解。所谓重化工业化时期，也就是工业化的中期，即从解决短缺为主的开放逐步向建设经济强国转变，煤炭、汽车、钢铁、房地产、建材、机械、电子、化工等一批以重工业为基础的高增长行业发展势头强劲，构成了对机床市场尤其是数控机床的巨大需求。中国已经超过德国，成为世界第一大机床市场。数控机床已成为机床消费的主流。预计2015年数控机床消费将超过60亿美元，台数将超过10万台。数控系统的发展趋势是：①平台数字化。②运行高速化。③加工高精化。④功能复合化。⑤控制智能化。⑥伺服驱动高性能控制。中高档数控机床的比例会大幅增加，经济型数控机床的比例不会有太大变化，而非数控的普通机床的需求将会大幅度减少。

参考文献：

［1］张江华.TK7640数控铣镗床的运动误差分析及其补偿（硕士论文），2007.

［2］畅越星.数控落地铣镗床主轴箱动力学分析与结构设计研究（硕士论文），2007.

［3］李军华，数控机床主传动齿轮综合啮合刚度研究（硕士论文），2007.

［4］张利平主编.液压气动技术速查手册.北京，化学工业出版社，2006.

［5］姚银歌.大型数控落地铣镗床CAE与主轴箱优化设计研究及应用（硕士论文），2010.

［6］姜华.高速精密卧式加工中心开发的关键技术研究（博士论文），2007.

第3篇：国内数控机床发展趋势范文

关键词： 数控机床 发展现状 发展前景 改革措施

数控机床（Numerical Control Machine Tools）是用数字代码形式的信息（程序指令），控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床，简称数控机床。

一、数控机床的发展过程

数控机床是在机械制造技术和控制技术的基础上发展起来的，自上世纪50年代以来，世界数控机床主要经历了数控NC（Numerical Control）和计算机数控CNC（Computer Numerical Control）两个阶段六个年代。其过程大致如下：

1.数控NC阶段主要经历了三代。

第1代数控系统，始于50年代初，系统全部采用电子管元件，逻辑运算与控制采用硬件电路完成。

第2代数控系统，始于50年代末，以晶体管元件和印刷电路板广泛应用于数控系统为标志。

第3代数控系统，始于60年代中期，由于小规模集成电路的出现，其体积变小，功耗降低，可靠性提高，推动了数控系统的进一步发展。

2.计算机数控CNC阶段经历了三代。

第4代数控系统，始于70年代，当首个采用小型计算机的CNC装置在芝加哥展览会上露面时，标志着CNC技术的问世。

第5代数控系统，70年代后期，中、大规模集成电路技术取得巨大成就，促使价格低廉、体积更小、集成度更高、工作可靠的微处理器芯片产生，并逐步应用于数控系统。

第6代数控系统，始于90年代初，受通用微机技术飞速发展的影响，数控系统正朝着以个人计算机（PC）为基础，开放化、智能化、网络化等方向进一步发展。

二、数控机械的特点

数控机床是机电一体化的典型产品，数控机床控制技术是集计算机及软件技术、自动控制技术、电子技术、自动检测技术、液压与气动技术和精密机械等技术为一体的多学科交叉的综合技术。

1.对加工对象的适应性强，可加工复杂形状的零件表面。

在同一台数控机床上，通过重新编制程序，可适应不同品种及尺寸工件的自动加工，也可以加工复杂结构的单件、小批量生产及试制新产品，数控机床还能自动加工精密复杂的表面（如螺旋表面）。

2.加工精度高，加工质量稳定。

目前，数控机床控制的刀具和工作台最小移动量达0.0001mm，而且数控系统可自动补偿进给传动链的反向间隙和丝杠螺距误差，使数控机床达到很高的加工精度。此外，数控机床的制造精度高，其自动加工方式避免生产者的人为操作误差，产品合格率高，加工质量稳定。

3.生产效率高。

由于数控机床结构刚性好，允许进行大切削量的强力切削，提高了数控机床的切削效率，节省了机动时间。因为数控机床的移动部件的空行程运动速度快，所以工件的装夹时间、辅助时间比一般机床少。当在加工中心上进行加工时一台机床实现了多道工序的连续加工，生产效率提高明显。

4.自动化程度高，劳动强度低。

数控机床对零件的加工是按事先编好的程序自动完成的，数控机床自动化程度高，劳动人员不需要进行复杂的重复性手工操作，可大大减轻工人的劳动强度和紧张程度，提高加工效率。

三、数控机床控制技术的发展前景

随着科学技术的不断发展，数控机床的发展越来越快，数控机床正朝着高性能、高精度、高速度、高柔性化、模块化和智能化方向发展。

1.高性能。

随着数控系统集成度的增强，数控机床实现多台集中控制，甚至远距离遥控。

2.高精度。

数控机床本身的精度和加工件的精度越来越高，而精度的保持性要好。

3.高速度。

数控机床各轴运行速度将大大加快。

4.高柔性。

数控机床的柔性化将向自动化程度更高的方向发展，将管理、物流及各相应辅机集成柔性制造系统。

5.模块化。

数控机床要缩短周期和降低成本，就必然向模块化方向发展，这既有利于制造商又有利于客户。

四、数控机床发展中存在的问题

我国近几年数控机床虽然发展较快，但与国际先进水平还存在一定的差距，主要表现在以下方面。

1.核心零部件大量依靠进口。

经过近二十多年的技术引进、消化、吸收和创新，中国数控机床行业的发展令人瞩目，国产数控机床功能部件的生产已经具备一定的规模。但是，据中国机床工具工业协会提供的数据来看，近年来我国一直是世界机床第一消费国和第一进口国。但是，机床行业迅速发展的背后，一个不能忽视的事实是，我国关键零部件生产依然受制于人，出现利润不高、产品缺乏核心竞争力的局面。

2.产品水平不高。

首先，精度普遍不够高，对于国产加工中心刀库机械手、数控车床刀架，用户不放心，定位精度，特别是重复定位精度有待提高。只有少数产品达到欧洲标准的定位精度；其次，高精度、静刚度主机结构和整机性能开发有差距；再次，产品在主轴转速、快移速度、换刀速度、加速度等机床性能指标上与国外有较大差距。

五、下一步努力方向

为了缩小与世界先进水平的差距，相关专家建议机床企业应在以下几个方面着力研究。

1.跟踪国际水平，使数控机床向高效、高精方面发展。

2.多品种制造，满足不同层次的用户。

3.模块化设计，缩短开发周期，快速响应市场。

数控机床使用范围越来越大，国内国际市场容量越来越大，但竞争会加剧，只有紧跟先进技术进步的大方向，不断创新，才能赶超世界先进水平。

参考文献：

[1]王立平.关于国产数控机床发展的几点思考，航空制造技术，2010（04）.

[2]刘小敏，王元生.我国数控机床的现状与发展[J].机械研究与应用，2006（8）.

[3]杨冰.论我国数控技术当前存在的主要问题、发展趋势及其对策，江苏・建湖，科技经济市场，2006（11）.

第4篇：国内数控机床发展趋势范文

关键词：数控机床；改进；措施

如今，我国是世界上最大的数控机床设备消费市场，据相关数据显示，2012年1～11月，我国数控机床进口额为42.09亿美元。但是我国的机械制造业还不先进，数控机床设备在性能，可靠性，生产率和核心技术等方面与发达国家还有一段距离，特别一些数控机床的技术和零件还需要依赖于进口。国内数控机床存在功能部件性能差，核心技术缺乏，产品水平低等问题，因而我国数控机床设备亟需采取改进措施。

1.提高功能部件自主开发能力

在与发达国家多年的技术交流、引进和吸收，我国数控机床设备的发展有了明显的改进。然而，我国关键零部件的生产依然依赖于进口，这就产生了数控机床设备盈利低、缺乏竞争力的问题。针对这一现状，提高数控机床关键零部件的自主开发能力是最基本的措施。为提高我国数控机床产品的自主开发能力，《国家中长期科学和技术发展规划纲要》设立了“高档数控机床与基础制造装备”科技专项。此专项以提高数控机床可靠性和产业化水平，提高国产功能部件性能为目标，为数控机床产业发展打下坚实基础。

2.加强核心技术的开发和研究

在数控机床设备改进中，数控系统是关键部分。一直以来，我国数控机床核心技术严重缺乏，90%需要从国外引进。国内中、高端数控机床制造业，多数以组装和制做为主，如在上海设厂的“机床巨头”德国吉特迈机床集团，其核心技术都依赖于发达国家。数控机床核心技术的缺乏直接影响到我国的机床设备产业的发展，因而加强核心技术研发是发展数控机床的必要条件。首先，我国要不断进行核心技术的研发，鼓励科研机构和企业机构的自主开发。其次，学会在交流中吸收，在吸收中创造。例如，在机床零件配套和制作方面可以学习德国的先进技术，在数控系统的开发方面可以参考美国的最新理念，并在学习交流中创新并研发出属于我国自身的核心技术。

3.注重创新能力平台建设

所谓创新是竞争中取胜的根本，是行业发展的基本推动力。在数控机床设备的发展中，技术的创新性是设备满足市场需要的关键。在国内，许多企业忽略了数控机床技术创新的重要性，盲目跟随国际技术潮流，没有个性化的技术，这导致无法满足市场的需求。因而，在面临数控机床市场需求逐渐增加的情况下，企业应该重视市场动向，提高创新能力。“高档数控机床与基础制造装备”科技专项提出注重“创新能力平台建设”，期中包括注重核心技术与装备的创新。遵循“在创新中求发展”的理念，数控机床技术才会有显著的提高，才能在国际机床市场提供良好的竞争条件。

4.创造良好的工作环境

对于数控机床设备来说，稳定性、可靠性是两个重要的运行指标。现实中，数控机床多数在较恶劣的电磁环境中使用。为了保证机床的正常运行，抗干扰度是非常必要的。解决电磁干扰的改进措施有：

4.1.利用电源滤波器抑制电磁干扰。电源滤波器可以过滤进入设备中的噪音，以防止机床被噪声污染，从而抑制电磁干扰。

4.2.利用隔离变压器来供电。隔离变压器实现电路与电路间的电气隔离，从而隔绝电流带来的设备与设备之间的干扰，其效果良好。

4.3.利用感性负载吸收噪声。感性负载在断电时会产生强烈的脉冲噪声，影响设备的正常运行，感性负载可以采用并联电阻、压敏电阻、稳压管等吸收噪声。

5.建立完善的管理机制

如今，许多数控机床都存在“坏的快”的问题，如何"管好、使用好、维护好"数控机床设备，是许多企业非常重视的问题之一。数控机床不能像普通机床设备工作时，可以自由的根据工作中存在的问题进行人为的调整，数控机床技术复杂，在机床维护和编程技术方面要求较高，因而建立安全的管理机制非常重要。

建立完善的管理机制，首先，要提高对操作者、维修人员、管理人员、检验人员等的管理和培训。例如，对于维修人员需要培养其专业的知识能力和分析判断能力；检验人员要求能够通过数控机床的组装，参数调整等信息预测数控机床的生产质量；操作者要求对机床的调整和在线操作熟练掌握；管理人员要具备专业的知识积累，了解数控机床设备的特点和过程控制。其次，要防止设备的超负荷运转，合理分散设备的工作量，达到设备的合理工作。 另外，科学组织生产，解决生产力不平衡问题。这主要从生产组织管理的角度入手，提高数控机床设备的工作率，合理安排设备的生产节拍，合理分配设备的生产任务。最后，及时维修设备的故障和处理问题。在数控机床工作时，设备出现故障是正常现象，那么及时处理才能避免问题越来越严重。

6.结语

数控机床是一门技术性强的应用性工程，在工业制造方面有着举足轻重的地位。随着社会生产力和科学的不断进步，数控机床在逐步改进的同时还存在许多的问题。为解决这一现象，在数控机床的改进中，要注重功能部件、核心技术、创新能力、工作环境和管理机制建设，才能真正实现数控机床进一步的改进。

参考文献：

[1]陈虎；于德海；；数控技术全面支持高速复合机床精度的提升[J]；世界制造技术与装备市场；2010

第5篇：国内数控机床发展趋势范文

一、多轴多刀数控技术的基本技术原理

多轴多刀数控技术的最直接，同时也是最有效的载体是多轴数控加工中心，这个数控加工中心主要包括数控装置、输入装置和伺服装置等。多轴多刀数控技术的基本技术原理是：把数控机床中的数控装置、伺服装置和工艺参数等，转换成数字信息，然后以编成相应的程序代码输入到机床控制系统之中，由控制系统负责处理这些程序代码，最后安装伺服系统的指令完成控制机床各个部件协调的动作，完成各种零部件的加工生产。

二、多轴多刀数控技术的设备

在数控机床产业界来说，在世界范围内，美国、德国和日本等国家在复合加工机床、数控机床与工业机器人、并联机床和数控加工刀具的结合方面的研究成果比较大。其中，德国的DS公司、意大利的COMAU等公司研发的平动机床，等都是当前世界上比较先进的并联机床。

而对于中国的数控机床的发展来说，随着改革开放经济的快速发展，也有了30多年的跌宕起伏的发展史，当前已经进入到了成熟时期。在世纪之处的几年例，中国金属切削机床的产量的粘平均增长率达到了19%左右，而同时期的数控机床的产量更是比同期提高了33个百分点，由此可以看出，数控机床的增长速度要比金属切削机床的增长速度快。

当前，中国还是新兴的数控机床市场国家，其它的国家比如韩国等，以及中国的台湾地区也是新兴的数控机床市场，在这些国家和地区，多轴多刀数控机床的生产方面具备很强的实例，而且市场相当广阔。比如中国的广州数控、北京机床厂、大连机床厂等，以及韩国的斗山数控，在数控系统、多轴多刀数控机床方面均有了技术比较先进的产品，有效满足了所在地区工业生产的需要。但是这些新兴市场国家在高端多轴多刀数控机床研究方面却无法与传统的数控机床技术研究强国相比，比如没有的辛辛那提公司、德国的西门子公司和日本的FANUC公司等。

在1990年，中国的燕山大学研制出了中国的第一台并联机器人实验样机，而七年之后，东北大学研制出中国的第一台平移自由度并联机床样机。一年之后，也就是在1998年，清华大学和天津大学共同研发出并联机床VAMTIY。这些数控机床设备主要以提高加工的精度为主要的设计目标，同时也能够应用于其他的叶片类、大型模具等复杂曲面零件的加工生产，其中，具有自主知识产权的当属大型龙门式五轴联动混联机床。

三、多轴多刀数控机床的程序编制

从形式上来分类，多轴多刀数控技术主要分为三种：第一种是手动编程，第二种是自动编程，第三种是仿真技术。

手动编程。多轴多刀数据编程的缺点是显而易见的，比如编程的速度比较慢、不能用于复杂结构零件的编程、编程的耗时比较长等。不过，应当注意的是，手动编程也具有程序短小、可修改性非常强和可用标准参考方程曲线等优势，比如抛物线、摆线等。该文原载于中国社会科学院文献信息中心主办的《环球市场信息导报》杂志http：//总第539期2014年第07期-----转载须注名来源现阶段，很多多轴多刀的加工手法都是应手动编程来完成的，比如圆周上钻等。下面笔者将通过一个实例来介绍手动编程程序：

#1=60

#2=7

#3=2

#4=2.3398823/180

#5=21

#6=23

While#4LE#3

#7=360/#6*[#4-7]*#2

#8 = #2* COS（ #4）#11 = #2* SIN（ #4）

G88G89G90X[#18]Y[#8]Z[#6]R[#7]F300

#5= #5+ 1

ENDW

G120

G91G28Z1

M15

M30

自动编程。通过上文中的分析，我们知道手动编程具有容易出错、不适用于复杂零件编程的缺点，而且编程的工作量也比较大，但是应用了计算机技术的自动编程，由于具有编程速度快等优势，受到业界的广泛欢迎。当前，越来越多的企业认识到，自动编程技术具有高精度、该效率等特点，不仅可以应用于复杂零件的编程，而且性能也比较高。但是，当前由于技术条件的限制，这种编程技术要想真正发挥其性能，还需要性能优良的CAD/CAM软件。

现阶段，中国国内应用比较广泛的CAD/CAM软件主要包括：Pro/ENGINeer、UG和CATIA软件等。这些软件普遍应用于工作站或者微机平台上。但是这些软件的价格通常比较昂贵，因此在一定程度上限制了该技术的应用和推广。

随着我国经济技术的快速发展，我国的CAD/CAM技术取得了比较大的进步，比如高华CAD等，相比国外的技术软件，这些软件的价格相对来说比较便宜，因此符合我国的基本国情，从而占领了大年的大部分市场份额。由此我们也可以看出，我国在这方面的发展，无论从技术研究水平，还是从市场推广方面来说，都与西方发达国家有着不小的差距。

国外的CAD/CAM技术软件出现的时间比较早，而且研发和利用的时间相对来说比较长，比如UG等公司都是CAM行业的领军企业，生产的都是世界范围内的顶级差异，可高效仿真刀具和机床的运动。当前，这些公司的产品在我国已经占领了一部分的市场份额。因此，无论从技术研发角度，还是从市场开发层面看，我国的CAD/CAM软件的前景都不是特别的乐观，特别是在五轴数控机床研究方面，中国的企业做的还不是很好，存在不少的问题和缺陷等。

自动仿真技术。数控加工生产中的仿真技术是利用计算机软件来模拟数控加工生产的过程，然后把加工过程和结构通过数字、图形和图表等方式展示出来，通过计算机展示出来，从而为人们的判断、验证和控制加工过程提供合理的方法。现阶段，数控加工仿真技术主要包括两个方面，一是几何仿真技术，二是力学仿真技术。

当前，虽然主流的三维软件均有三维仿真功能，但是由于多轴加工生产具有复杂性的特征，所以无法彻底消除零件与刀具、刀具与工作台等之间的碰撞，其控制方法和技术还有待完善。

多轴多刀数控技术的发展趋势。 多轴多刀数控技术的发展趋势主要表现在以下几个方面：首先，高精度与高速度；其次，高柔性化与复合化；再次，多功能化；第四，智能化；第五，自动仿真技术。通盘考虑干涉、避让检查等约束条件，结合几何仿真与力学仿真技术的自动仿真技术。

第6篇：国内数控机床发展趋势范文

关键词：数控技术　现状　发展趋势

数控技术具有可以解决高精度复杂零件加工问题；可以为产品增强市场竞争力；改进产品质量、提高生产效率；可以降低成本、提高生产安全；可以自动编程、减轻工人负担等特点而广泛应用于装备制造业。

1　我国数控技术的现状

1.1　数控产业基地初步形成　如华中数控、航天数控等具有批量生产能力的数控系统生产厂，在攻关成果和技术商品化的基础上，建立了一批数控厂家。这些生产厂基本形成了我国的数控产业基地，包括若干数控主机生产厂等，如州电机厂、华中数控等一批伺服系统和伺服电机生产等。

1.2　基本掌握了现代数控技术　我国大部分技术已具备进行商品化开发的基础，掌握了数控系统、伺服驱动、专机及其配套件的基础技术，部分技术已商品化、产业化。

2　存在的问题

2.1　数控系统和功能部件发展滞后　数控系统和功能部件发展滞后已成为制约行业发展的瓶颈。国产中档数控系统国内市场占有率只有35%，而高档数控系统95%以上依靠进口。功能部件国内市场总体占有率约为30%，其中高档功能部件市场占有率更低。台湾地区品牌功能部件约占国内市场的50%，其余20%为欧盟、日本等品牌产品。据国家海关统计数据，2010年我国进口数控系统金额达18.1亿美元，机床附件（含功能部件和夹具）类产品达16.2亿美元。

2.2　高档数控机床关键技术仍有较大差距　以高速、高精、复合、智能等为特征的高档数控机床关键技术虽然已经取得明显进步，一批共性、基础技术和新产品研发也有了新的进展，但与国际先进水平相比，还存在较大差距。有些关键技术，如：高速高精运动控制技术、动态综合补偿技术、多轴联动和复合加工技术、智能化技术、高精度直驱技术、可靠性技术等尚需进一步突破，有些重大技术离产业化还有一段路程。以企业为主体、以市场为导向、产学研用相结合的研发体系尚未真正建立，行业的自主创新发展缺乏高新技术支撑。

2.3　自主开发能力薄弱，自主品牌缺乏综合竞争力　当前国内数控机床企业自主开发能力建设存在着研发基础薄弱、研发资金使用效率低、持续投入能力不足、缺乏关键性技术储备和重大技术突破、人才结构不均衡、零部件支撑能力弱、缺乏完整产业研究开发体系等问题。

3　我国数控技术的发展趋势

3.1　高速、高精加工技术及装备的新趋势　为缩短生产周期和提高市场竞争能力，提高产品的质量和档次，高速、高精加工技术可极大地提高效率，效率、质量是先进制造技术的主体。为此，国际生产工程学会将其确定为21世纪的中心研究方向之一，日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一。

在轿车工业领域，多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一，年产30万辆的生产节拍是40秒/辆，在航空和宇航工业领域，加工的零部件多为薄壁和薄筋，要对这些筋、壁进行加工，必须保证高切削速度和切削力很小的情况下，这样这样才能使这些刚度很差，材料为铝或铝合金达到很好的切割效果。近来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼，使构件的强度、刚度和可靠性得到提高，机身等大型零件来替代多个零件联结方式拼装，这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。在加工精度方面，近10年来，超精密加工精度已开始进入纳米级（0.01μm），精密级加工中心则从3～5μm，提高到1～1.5μm，普通级数控机床的加工精度已由10μm提高到5μm。在可靠性方面，伺服系统的MTBF值达到30000h以上，国外数控装置的MTBF值已达6000h以上，表现出非常高的可靠性。应用领域进一步扩大，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，主要是为了实现高速、高精加工。

3.2　智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势　智能化的内容包括在数控系统中的各个方面，21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统。包括：智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修；如智能化的自动编程、智能化的人机界面等，为简化编程、简化操作方面的智能化；如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载、自动选定模型、自整定等，主要是为提高驱动性能及使用连接方便的智能化；如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成，这样做主要是为追求加工效率和加工质量方面的智能化。

所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，形成具有鲜明个性的名牌产品。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），面向机床厂家和最终用户，形成系列化，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，目前数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心，除此之外，还有结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库等。

数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机，如日本山崎马扎克（Mazak）公司的“CyberProduction　Center”（智能生产控制中心，简称CPC）；日本大隈（Okuma）机床公司的“IT　plaza”（信息技术广场，简称IT广场）；德国西门子（Siemens）公司的Open　Manufacturing　Environment（开放制造环境，简称OME）等，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。

3.3　5轴联动加工和复合加工机床快速发展　采用5轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。一般认为，1台5轴联动机床的效率可以等于两台3轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时，5轴联动加工可比3轴联动加工发挥更高的效益。但过去因5轴联动数控系统、主机结构复杂等原因，其价格要比3轴联动数控机床高出数倍，加之编程技术难度较大，制约了5轴联动机床的发展。当前由于电主轴的出现，使得实现5轴联动加工的复合主轴头结构大为简化，其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型5轴联动机床和复合加工机床（含5面加工机床）的发展。

3.4　自动编程技术的应用　数控自动编程技术受到广泛关注，各国的专家学者都在潜心研究自动编程系统。数控加工是指在数控机床上按事先编制好的程序，对零件进行自动加工的一种加工工艺方法，零件加工的最终效果直接取决于数控程序编制的效率和准确率。数控编程是目前提高加工精度、表面加工质量、加工效率以及实现生产自动化最重要的一环，在制造业中应用广泛。数控编程分为手工编程和自动编程，对于那些程序量大、轨迹计算复杂的零件，根本不可能采用手工编程，即使能编制出加工程序，其低下的效率亦根本不能满足市场的需求。受飞速发展的技术革命的巨大冲击，传统的机械设计和制造方式发生了根本性的变化，产品的设计生产周期越来越短，逐渐向小批量、多品种、高精高效加工的方向发展。特别是随着计算机辅助设计和制造（CAD/CAM）技术的推广和计算机数控加工技术的广泛应用，计算机辅助自动编程势在必行。自动编程是用计算机代替编程人员完成编程工作，自动生成加工指令，解决一些人工编程难以解决的难题，充分利用计算机计算速度快而准的特点，可极大地提高编程的效率和准确率。

4　结束语

在今后的发展中，应重点攻克数控系统、功能部件的核心关键技术，增强我国高档数控机床和基础制造装备的自主创新能力，实现主机与数控系统、功能部件协同发展，重型、超重型装备与精细装备统筹部署，打造完整产业链。提高国产高档数控系统国内市场占有率，提高数控机床主机的可靠性，满足我国航天、船舶、汽车、发电设备制造等重点领域所需的高端装备。

参考文献：

[1]琚素英.我国数控技术的发展和产业战略思考[J].山西焦煤科技，2007，6.

第7篇：国内数控机床发展趋势范文

[关键词]直接驱动技术；电主轴；转台；双摆头；数控机床

中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）14-0371-01

0 引言

目前，随着汽车模具、消费电子、医疗器械等行业的不断发展，对数控机床提出了更高的要求，高速化、高精度化、高效率已经成为了数控机床发展的必然趋势。直接驱动技术以其响应快、无传动间隙、速度高等特点在数控机床中得到了广泛的应用，大大提高了零件加工效率、表面质量，延长了刀具使用寿命，最重要的是提高了数控机床的平均无故障时间。

1 直接驱动技术

直接驱动技术是电动机直接与运动部件结合，取消了机械传动的滚珠丝杠副、齿轮传动、皮带传动等传动方式，响应快，大大减少了机械传动中的传动链误差、零件磨损、反向间隙。直接驱动技术的典型应用包括直线电动机和力矩电动机。

1.1 直线电动机

直线电动机可认为是将旋转电动机轴向剖开，然后将转子与定子展开，形成如图1所示的由定子与转子组成的直线电动机。

1.2 力矩电动机

力矩电动机由定子与转子组成，主要驱动回转运动元件，外部连接有冷却套，如图2所示。力矩电动机具有低转速、大转矩；控制精度高；结构紧凑、体积小、质量轻；高效率、低能耗的优点。

2 直接驱动技术在机床中的应用

2.1 直线轴的应用

在数控机床中，直线电动机主要用来驱动直线运动部件，如数控机床的直线轴X、Y、Z轴。

1）高速度。目前，由直线电动机驱动的直线轴快进速度可达200m/min

以上，而伺服电动机加滚珠丝杠的传动方式快进速度小于60m/min，大多为20～30m/min。

2）高加速度。直线电动机最大加速度可达30g，加工中心的加速度已达3.24g，而传统机床进给加速度在1g以下，一般为0.3g。

3）定位精度高。减少机械传动链，采用光栅闭环控制，精度可以是丝杆的10倍甚至100倍，定位精度可达0.1～0.01μm。由于运动部件的动态特性好，响应灵敏，加上插补控制的精细化，可实现纳米级控制。

4）长行程。采用丝杠传动的数控机床，当长度大于6m时，丝杠由于自重的问题就会出现大挠度，再加上传动热会使丝杠变形更加严重。而采用直线电动机驱动，由于电动机与基础件紧密结合，无悬垂现象，定子可无限加长，目前已有应用长达40m以上。目前，国外的直线电动机厂家主要由德国西门子、美国的BALDOR、荷兰TECNOTION公司等，国内的主要厂家有深圳大族精密机电有限公司、郑州微纳科技有限公司等。

2.2 回转轴的应用

1）电主轴。电主轴主要由定子、转子、主轴支撑单元、主轴等组成。具有结构紧凑、重量轻、惯性小、噪声低、响应快，且转速高、功率大等优点。数控机床采用电主轴可实现对工件的高效、高精加工，尤其在医疗、模具、消费电子等领域的应用。目前，电主轴的转速达到40000r/min以上，典型的如沈阳机床的i5M1.1智能高速钻攻中心，电主轴转速为40000r/min，可实现对手机中框、按键、外壳等的高光加工。

目前，国外的电主轴厂家主要有瑞士ibag、意大利PS、德国GMN等，国内厂家主要有广州昊志、北京精雕、北京超同步等，其中昊志与精雕的电主轴主要应用于消费电子行业的加工，产量较大。

2）转台。力矩转台主要由定子及转子、支撑轴承、转台、转台夹紧装置、角度检测系统组成，如图3所示。

具有结构紧凑、无磨损、精度高、动态特性好、承载能力大等优势，被广泛应用于车铣复合加工中心上。目前，国外的力矩电动机转台厂家主要有德国的CyTec、意大利LCM、德国的peiseler等。国内厂家主要有大连光洋、凯奇电气、华中数控，其中大连光洋与高校联合开发出了一系列产品，完成了系列化直驱功能部件的样机制造，部分已经量产。典型的机床厂家有国外哈默的C62A/C轴直驱摇篮转台加工中心、德国德玛吉NMV3000DCGB/C轴直驱立式五轴加工中心。国内典型的厂家有沈阳机床i5M8的A/CS双摆智能立式五轴加工中心，用来加工叶轮、医疗关节等曲面零件。

3）双摆头。双摆头采用力矩电动机直接驱动，具有高速、高精和更好的动态性能。结构简单、传动链短、传动精度高，传动平稳、噪声低，因此具有良好的精度保持性。双摆头为五轴联动龙门加工中心的关键功能部件。特别适合复杂空间曲面的加工。如加工客机庞大的机身、大直径叶轮、叶片等要求效率和精度的零件。典型的机床应用有意大利Breton的五轴联动龙门加工中心TITAN系列（车铣复合），德国handtmann海德曼五轴龙门加工中心HSCPBZ、UBZ、GANTRY系列产品覆盖钛、钢、铝等复合材料，确保精度、生产率和成本效益方面的峰值性能。德国兹默曼Zimmermann公司的FZ100和3轴铣头M3ABC成功地实现了6轴加工。适合于铝合金、复合材料、模型材料钢件和铸铁的高速加工。除上述外，力矩电动机还应用在旋转刀架、动态刀库、动力头上等。

3 结论

综上所述，直接驱动技术在数控机床上的应用，大大提高了零件的加工精度和加工效率，符合当前数控机床向高精度、高效率、复合化、智能化、绿色化发展的趋势，在数控机床领域的应用范围将不断拓展。所以，直接驱动技术将是高速、高精、高效数控机床未来发展的方向。

参考文献

[1] 王红旭，魏巍.直接驱动技术的发展及其应用前景[J].制造技术与机床，2008（6）：150-154.

第8篇：国内数控机床发展趋势范文

在我国，数控技术与装备的发展亦得到了高度重视，近年来取得了相当大的进步。特别是在通用微机数控领域，以PC平台为基础的国产数控系统，已经走在了世界前列。但是，我国在数控技术研究和产业发展方面亦存在不少问题，特别是在技术创新能力、商品化进程、市场占有率等方面情况尤为突出。在新世纪到来时，如何有效解决这些问题，使我国数控领域沿着可持续发展的道路，从整体上全面迈入世界先进行列，使我们在国际竞争中有举足轻重的地位，将是数控研究开发部门和生产厂家所面临的重要任务。

为完成此任务，首先必须确立符合中国国情的发展道路。为此，本文从总体战略和技术路线两个层次及数控系统、功能部件、数控整机等几个具体方面探讨了新世纪的发展途径。

1总体战略

制定符合中国国情的总体发展战略，对21世纪我国数控技术与产业的发展至关重要。通过对数控技术和产业发展趋势的分析和对我国数控领域存在问题的研究，我们认为以科技创新为先导，以商品化为主干，以管理和营销为重点，以技术支持和服务为后盾，坚持可持续发展道路将是一种符合我国国情的发展数控技术和产业的总体战略。

1.1以科技创新为先导

中国数控技术和产业经过40多年的发展，从无到有，从引进消化到拥有自己独立的自主版权，取得了相当大的进步。但回顾这几十年的发展，可以看到我们在数控领域的进步主要还是按国外一些模式，按部就班地发展，真正创新的成分不多。这种局面在发展初期的起步阶段，是无可非议的。但到了世界数控强手如林的今天和知识经济即将登上舞台的新世纪，这一常规途径就很难行通了。例如，在国外模拟伺服快过时时，我们开始搞模拟伺服，还没等我们占稳市场，技术上就已经落后了；在国外将脉冲驱动的数字式伺服打入我国市场时，我们就跟着搞这类所谓的数字伺服，但至今没形成大的市场规模；近来国外将数字式伺服发展到用网络（通过光缆等）与数控装置连接时，我们又跟着发展此类系统，前途仍不乐观。这种老是跟在别人后面走，按国外已有控制和驱动模式来开发国产数控系统，在技术上难免要滞后，再加上国外公司在我国境内设立研究所和生产厂，实行就地开发、就地生产和就地销售，使我们的产品在性能价格比上已越来越无多大优势，因此要进一步扩大市场占有率，难度自然就很大了。

为改变这种现状，我们必须深刻理解和认真落实“科学技术是第一生产力”的伟大论断，大力加强数控领域的科技创新，努力研究具有中国特色的实用的先进数控技术，逐步建立自己独立的、先进的技术体系。在此基础上大力发展符合中国国情的数控产品，从而形成从数控系统、数控功能部件到种类齐全的数控机床整机的完整的产业体系。这样，才不会被国外牵着鼻子，永远受别人的制约，才有可能用先进、实用的数控产品去收复国内市场，打开国际市场，使中国的数控技术和数控产业在21世纪走在世界的前列。

1.2在商品化上狠下工夫

近几年我国数控产品虽然发展很快，但真正在市场上站住脚的却不多。就数控系统而言，国产货仍未真正被广大机床厂所接受，因此出现国产数控系统用于旧机床改造的例子较多，而装备新机床的却很少，机床厂出产的国产数控机床大多数用的都是国外的系统。这当然不是说旧机床的数控化改造不重要，而是说明从商品的角度看，我们的数控系统与国外相比还存在相当大的差距。

影响数控系统和数控机床商品化的主要因素除技术性能和功能外，更重要的就是可靠性、稳定性和实用性。以往，一些数控技术和产品的研究、开发部门，所追求的往往是一些体现技术水平的指标（如多少通道、多少轴联动、每分钟多少米的进给速度等等），而对影响实用性的一些指标和一些小问题却不太重视，在产品的稳定性、鲁棒性、可靠性、实用性方面花的精力相对较少。从而出现某些产品鉴定时的水平都很高，甚至也获各种大奖。但这些高指标、高性能的产品到用户哪儿却由于一些小问题而表现不尽人意，最后丧失了信誉，打不开市场。这说明，高指标、高性能的样机型的产品离用户真正需要的实用、可靠的商品是有相当大的距离的，将一个高指标、高性能的产品变为一个有市场的商品还需作出大量艰苦的努力。

另一方面，数控系统和数控机床不像家电类产品那样易于大批量生产，应用环境也不那么简单。数控产品是在生产环境中使用，面临的是五花八门的工艺问题。如果开发部门对这些问题掌握得不透，就难以将产品设计得很完善。而且数控产品的某些问题在开发、试用，甚至鉴定时都难以发现。这就造成，同样型号的数控机床在有的用户那儿运行得很好，而在别的用户那儿却表现欠佳。或者同样型号的数控机床用于加工某些零件工作得很好，但用于加工其他零件时却不尽人意。出现这种情况，有时是用户操作人员的水平问题，但有时就是数控产品本身潜在问题的暴露。为解决这一问题，国外一些公司设立了专门机构来测试考验自己的产品，如为考验新开发的数控系统，厂家自己设计和从生产实际中收集了大量零件程序，让数控系统运行各种各样的程序，一旦发现问题，即立即反馈给开发部门予以解决。经过这样的测试考验过程后，数控系统的潜在问题就大为减少。以往，我们的产品就很少进行这样严格的全面的自我测试考验。好些问题要等到用户去给我们挑出来。这样，即使一个小问题也将严重影响国产数控产品的声誉。

因此，我们应充分重视上述问题，在商品化上切实狠下工夫，将其作为数控产业的主干来抓，贯穿于技术研究、产品开发、试制、生产等的全过程中，从而将我们已有的技术水平较高的数控产品变成真正有市场的好商品。

1.3将管理和营销作为产业发展重点

经过20来年市场风雨的冲击，国人已越来越认识到，技术固然重要，但在市场经济的环境下，要在激烈的全球竞争中获胜，管理和营销就显得更为重要。例如，我国台湾生产的数控机床不但占领了大陆市场的相当大的份额，而且还打进了美国市场。是台湾数控机床的技术和质量超过美国了吗？显然不是。那他们靠的是什么？重要的一条就是在企业管理和产品营销上下了工夫。而我们长期以来把主要精力放在开发技术和提高水平上，忽视了经营管理、市场开拓、产品营销等方面的工作，结果在新技术、新产品开发出来以后，在产品质量提高以后，企业仍然处于产品销售不畅的困境［1］。国内外的经验说明，数控产品的竞争力不仅取决于技术，更取决于经营管理能力和营销能力。

因此，从现在起我们应将管理和营销作为产业发展重点，真正摆脱计划经济时代所遗留下来的思维方式和工作习惯的束缚，建立适应市场的高效、灵敏的运行机制和有效的激励机制。通过这种机制，一方面切实加强企业管理，激发企业负责人和广大职工的负责精神、创造精神和献身精神，努力提高产品的竞争能力；另一方面充分调动企业内外、行业内外一切积极因素，大力加强市场开拓力度，奋力打通营销渠道。可以坚信，有过硬竞争力的产品，再加上北京开关厂那样的“找、挣、钻、抢”精神，我们就一定能在市场竞争中取得胜利。

1.4大力加强技术支持和服务

数控系统和数控机床作为典型的高技术产品，对用户的技术支持和服务是相当重要的。以前国产数控产品丧失信誉的原因，除可靠性问题外，另一大问题就是缺乏有力的技术支持和服务。用户花了很多钱买的数控机床或数控系统，一旦出现问题却叫天天不应，叫地地不灵，以后谁还敢买我们的产品。因此，应将对用户的技术支持和服务当成重要的日常工作来抓，使我们在市场上向纵深挺进时，有一个强大后方。因此，为了取得数控产品市场竞争的全面胜利，必须建立以技术支持和服务为核心的强大后方。当然，为赢得主动，后方也须主动出击。目前，利用先进的信息技术手段（如网络和多媒体），将为建立新一代立体化的技术支持和服务体系开辟新的途径。

1.5坚持可持续发展道路

可持续发展是下一世纪企业发展的重要战略，我国数控产业要有大的发展也必须坚持走可持续发展的道路。绿色是实现可持续发展的重要途径，其主要思想是清洁和节约。为此应大力加强绿色数控产品的开发，加速促进数控产品、数控产业以及整个制造业的绿色化，主要战略措施应考虑以下几方面：①有效减少产品制造及使用过程中的环境污染。如减少数控机床的铸件结构，消除铸造对环境的污染；将数控机床主轴的以油气、喷油等取代油雾，减少对生产环境的污染；在精密数控机床及其运行环境的温度控制中取消氟利昂制冷的恒温技术；以电传动代替机械传动，减少噪声污染。②大幅度降低资源消耗和能源消耗。如以软件代替硬件，从而减少硬件制造的资源和能源消耗及污染，并减少产品寿命结束后硬件装置的拆卸回收问题；以永磁驱动代替感应驱动，提高效率和功率因数，节约能源；以电传动代替机械传动，提高效率，减少能源消耗。③加强用数控技术改造传统机床。这既符合运用信息技术和自动化技术改造传统产业，使传统产业生产技术和装备现代化这一产业可持续发展的目标得以实现，又可取得巨大的经济效益。我国拥有普通机床数百万台，加强用数控技术改造传统机床将成为下世纪我国数控领域的重要发展方向。④大力发展绿色数控机床。绿色数控机床应是材料消耗少、能耗低、无污染，寿命长且便于拆卸回收的新型机床。例如，以并联结构代替串联结构就是开发绿色数控机床的一条途径，这是因为并联结构机床消耗的金属材料仅为常规串联结构机床的几分之一，其加工量也比常规机床大幅度减少，特别是消除了大型结构件的铸造，这将显著降低机床制造过程中的能源消耗和对环境的污染。此外，并联结构机床有利于采用电传动，效率高，可有效降低使用中的能源消耗。

国际标准化组织制定了ISO14000环境管理标准，全球环境问题“法律化”的趋势正在进一步发展，可持续发展将成为企业通向国际市场的通行证［2］。因此，我们的数控产品要在下一世纪走向国际市场，我们的企业就必须“从我做起，从现在做起”。

2技术途径

2.1发展具有中国特色的新一代PC数控系统

数控系统是各类数控装备的核心，因此通过科技创新首先发展具有中国特色的新型数控系统，将是推动数控产业化进程的有效技术途径。

实践证明，10年来我们所走的PC数控道路是完全正确的。PC机（包括工业PC）产量大、价格便宜，技术进步和性能提高很快，且可靠性高（工业PC主机的MTBF已达30年［3］）。因此，以其作为数控系统的软硬件平台不但可以大幅度提高数控系统的性能价格比，而且还可充分利用通用微机已有软硬件资源和分享计算机领域的最新成果，如大容量存储器、高分辨率彩色显示器、多媒体信息交换、联网通讯等。此外，以通用微机作为数控平台还可获得快速的技术进步，当PC机升级换代时，数控系统也可相应升级换代，从而长期保持技术上的优势，在竞争中立于不败之地。

目前，PC数控系统的体系结构有2种主要形式：（1）专用数控加PC前端的复合式结构；（2）通用PC加位控卡的递阶式结构。另外还有一种正在发展的数字化分布式结构。其方案是将由DSP等组成的数字式伺服通过以光缆等为介质的网络与数控装置连接起来，组成一完整的数控系统。这种系统虽然性能很好，但由于开发和生产成本太高，近期难以被国内广大用户所接受。我们认为，上述结构并不是符合中国国情的最好方案，适合中国国情的应是将所有数控功能全软件化的集成式结构，因为这种结构的硬件规模最小，不但有利于降低系统成本，而且更重要的是可以有效提高系统的可靠性。

几十年的经验表明，可靠性好坏是国产数控系统能否发展的关键。虽然影响数控系统可靠性的因素很多，但过大的硬件规模和较低的硬件制造工艺水平往往对可靠性造成最大的威胁。以往，国产数控系统在总体设计时由于种种原因的限制，不得不选用技术指标不太高的普通CPU，这样，为完成数控的复杂功能往往需要由多个CPU来组成系统，有时还需另加一些专用或通用硬件电路来实现数控系统的一些高实时（如细插补、位置伺服控制等），从而造成系统硬件规模庞大。对于数控系统这种批量不大的产品，在国内现有工艺条件下，很难从硬件制造的角度保证系统的可靠性，因而使得国产数控系统在生产现场的表现不佳，对国产数控系统的形象和声誉造成严重影响，使得不少用户现在还心有余悸。

因此，我们在开发新型数控系统时，应优先选用新型高性能CPU（如高主频的PentiumII、PentiumIII等）作为系统的运算和控制核心，并尽量用软件来实现数控的所有功能。这样，可大幅度减小系统硬件的规模。此外，还应在软件设计、电源设计、接插件设计与选用、接地与屏蔽设计和施工等方面采用强抗扰高可靠性设计与制造技术，从而全面提高系统的可靠性。

由于一个新型高性能CPU可以代替数十个普通CPU（如80286、80386等），因此，在基于高性能CPU的PC平台上不仅可以完成数控系统的基本功能（如信息处理、刀补计算、插补计算、加减速控制等）和开关量控制功能（内装PLC），而且还可以完成伺服控制功能。这样，以前由DSP完成的数字化伺服控制功能（如位置控制、速度控制、矢量变换控制等）均可由PC中的CPU完成，从而实现内装式伺服控制，这不仅有效缩小了数控部分的硬件规模，而且还大幅度缩小了伺服控制部分硬件规模。

这种具有内装PLC和内装伺服控制的全软件化集成式数控系统，其硬件规模将达到最小化，整个数控系统除一个PC平台外，剩下的只有驱动机床运动的功率接口和反馈接口。这既有效提高了系统可靠性，又消除了信息传递瓶颈，提高了系统性能，同时还可显著降低系统成本，使系统（包括电机）售价将可降至现有数控系统的一半左右。显然，这种高性能、高可靠性、低成本的新型数控系统将具有极强的竞争力，有望为开创中国数控的新局面作出贡献。

此外，集成化PC数控系统还有一大优点，就是容易实现开放式结构。这是因为，这种系统的硬件本身已经是完全开放的，构成开放式数控系统的工作完全在软件上，只要制定好标准和协议，从信息处理、轨迹插补、加减速控制、开关量控制到伺服控制都可以实现开放，从而可大大方便用户的使用。

2.2推进数控功能部件的专业化生产

解决数控系统问题后，如何实现数控机床的模块化设计与制造便是我国机床制造企业快速响应市场需求，在竞争中获胜的另一关键。要实现数控机床的模块化设计制造，必须解决数控机床功能部件的专业化生产问题。目前我国在这方面离实际需求还有相当大的差距。因此，在今后的若干年内，我们必须大力促进数控机床功能部件的开发和专业化生产。其要点如下：

(1)新型永磁电主轴单元电主轴已成为国际市场上最热门的数控机床功能部件。但目前这类产品几乎都为感应异步型，存在以下突出问题：①转子上存在绕组，有大电流流过，因此转子发热严重，直接影响主轴精度；②低速出力小且转矩脉动大，难以满足宽范围切削要求；③效率和功率因素低，不仅电机体积和重量大而且要求逆变器容量大、耗能多；④控制系统复杂、成本高。

因此，利用我国稀土永磁材料的优势，开发新型大功率、高效率、宽调速范围永磁同步型交流电主轴单元，将可有效解决现有电主轴存在的问题，形成具有中国特色的新一代电主轴产品。由于永磁电主轴的机械结构和控制系统都较感应异步型电主轴简单，因此易于进行专业化大规模生产。当然，这还要攻克主轴支承（陶瓷轴承、流体动静压轴承、磁悬浮轴承）技术、高精度高速动平衡技术、高速驱动、检测与控制技术、高可靠性安全保证技术等关键技术。

(2)廉价的高性能伺服系统目前，一套进给交流伺服系统（驱动器+电机）的价格一般都在万元以上，主轴伺服系统的价格高达数万元，已成为降低国产数控机床成本的一大障碍。因此，应配合新型集成化国产数控系统的发展，大力开发廉价的高性能内装式伺服系统。由于内装式伺服的硬件部分只有电机和功率接口，充分利用我国的永磁资源优势，通过专业化生产可以把电机的造价降下来，而采用智能化的IPM模块作为功率接口也很便宜，因此将内装式进给伺服的价格控制在数千元以内，将内装式主轴伺服的价格控制在2万元以内，将是完全可能的。

(3)直线交流伺服系统直线交流伺服系统是下一世纪数控机床不可缺少的功能部件，目前我国还没有成熟产品，因此应加强研究、开发和推广应用。考虑到常规机床的防磁问题较难解决，而并联机床的防磁相对容易，因此可为常规结构机床开发感应异步型直线电机，为并联结构机床开发永磁同步型直线电机，从而扬长避短，构成符合实际应用要求的新型高速高精度进给系统。在此基础上，可进一步开发将驱动与支承合二为一的磁悬浮工作台。

(4)零传动数控转台与摆头数控转台与摆头是多坐标数控机床的关键部件，传统的采用高精度蜗杆蜗轮等传动的转台与摆头不仅制造难度大、成本高，而且难以达到高速加工所需的速度和精度，因而必须另辟蹊径开发新型零传动（无机械传动链）数控转台和摆头，以促进我国高速高精度多坐标数控机床的发展。

(5)高速高精度检测装置高速高精度是下世纪数控机床发展的主题，这不但需要高性能的控制和驱动，同时还需要高品质的检测环节，因此应在现有技术基础上，进一步开发0.1μm以上精度的高速(60m/min以上)线位移传感器和100万脉冲/r的角位移传感器，此类技术国外对我国是封锁的。

2.3加速数控机床的全国产化，打好市场翻身仗

数控产业化的最终成功将体现在数控机床的全国产化和市场占有率上。在上述总体战略指导下，采取抓两头（低价位数控机床和高速高效数控机床）、带中间（普通数控机床）、促重型（重型关键装备）的方针，将是在国内市场上快速收复失地，在国际市场上稳步进军，最终打赢国产数控机床市场翻身仗的一种有效战术和策略。关于普通数控机床的发展已有许多文章作了专门论述，因此下面仅就低价位数控机床、高速高效数控机床和重型数控机床的发展问题作一讨论。

(1)大力发展低价位数控机床低价位机床是功能满足用户要求(无功能浪费)、技术指标适中、可靠性好、价格便宜的普及型数控机床。这类机床已成为国际市场上数控机床的发展趋势之一，也是国内众多用户渴求的产品，其市场前景相当广阔。然而，如果采用国外数控系统（包括伺服）按照传统思路来发展低价位机床，是很难将价格降至广大用户所能接受的水平的。因此，采用本文提出的新型集成化国产数控系统来发展高性能的低价位数控机床，将是一条最有希望成功的道路。只要有一定批量，由此构成的全国产普及型数控车床的售价完全可以控制在10万元以内，三坐标数控铣床可控制在15万元左右，加工中心可控制在20万元左右。此价位的国产数控机床将是具有较强竞争力的。

(2)加速开发高速高效数控机床高速高效是数控机床发展的另一大潮流。发展高速高效数控机床的技术途径可有以下几条：①通过提高切削速度和进给速度，从而达到成倍提高生产效率，有效提高零件的表面加工质量和加工精度并解决常规加工难以解决的某些特殊材料（如铝钛合金、模具钢、淬硬钢）和特殊形状零件（如复杂薄壁零件）的高效加工问题。②通过工艺复合，减少工件的安装次数，有效缩短搬运和装夹时间。例如，将五面五轴加工中心与立车复合构成万能加工中心，可实现一次装卡完成零件的大部分（或全部）加工。③采用高速高精度圆周铣加工孔和以螺旋轨迹插补实现不钻底孔的直接攻丝等新加工方法，大幅度减少换刀次数，提高加工效率。④为数控机床开发智能寻位加工功能，消除对精密夹具和人工找正的依赖，有效缩短单件小批加工的准备时间。

在我国现实条件下如果沿用传统思路是难以实现上述途径的，因此，必须立足国情，结合实际勇于创新，大胆探索新的道路。考虑到常规数控机床在总体结构上基本上采用工件和刀具沿各自导轨共同运动的方案，一方面由于机床传动环节刚性不足和导轨中的摩擦阻力较大，使运动部件难以获得高的进给速度；另一方面由于工件、夹具和工作台的总质量比较大，使之难以获得高的加速度。此外，传统机床结构是一种串联开链结构，组成环节多、结构复杂，并且由于存在悬臂部件和环节间的联接间隙，不容易获得高的总体刚度，因此难以适应高速高效加工的特殊要求。为此，开发国产高速高效数控机床时，可采用工件固定，以直线电机组成并联短链直接驱动主轴和刀具运动、将高速高精度传动与高刚度支撑合二为一的适合于高速高效加工中心的新型结构。采用该结构的高速高效数控机床不但速度高、刚度高，如果在传动与控制上处理得当，可以达到比常规机床更高的加工精度和加工质量，而且具有机械结构简单，零部件通用化、标准化程度高，制造成本低，易于经济化批量生产等显著优点。因此，沿此思路发展高速高效数控机床将是一条符合国情、易于取得成功的道路。

(3)突破重型数控机床的设计制造技术重型数控机床（特别是多坐标重型数控机床）是国民经济和国防生产中的重大关键设备，属于战略物资，真正先进的重型数控机床国外是不可能卖给我们的，因此，在我国下世纪数控产品的发展中必须依靠自己的力量进行解决。发展重型数控机床必须有过硬的基础，我们在数控机床国产化的进程中应不断总结经验，加强基础技术和关键技术研究，充分发挥我国产学研相结合的优势，各部门通力合作、共同努力，争取在下世纪初取得突破性进展。

目前，在发展重型数控机床中除需加强基础理论研究外，还应加强其关键技术研究。例如，重型机床的控制就是需要加以特殊解决的关键问题。因重型机床加工的工件特别昂贵不允许报废，为了确保机床工作可靠，在数控系统中可采用双（或多）CPU冗余工作方案，以确保运算和控制的绝对正确，并在出现故障时自动诊断、自动修复或自动替补，确保加工不出问题。此外，在电源上可采取双蓄电池供电的全隔离供电方案，即一组电池在给系统供电时，可对另一组电池进行充电，电网与控制系统是完全隔离的。这就彻底消除了重型车间中电网电压波动厉害、干扰严重对数控系统造成的影响，从而有效保证系统的可靠性。又如，重型数控机床的驱动也是一大关键问题。当行程长度超过5m，普通滚珠丝杆就难以胜任大负荷的传动，因此目前一般采用预加负载的双齿轮-齿条机构、静压蜗杆-蜗母条机构、四足（或双足）爬行进给机构等来实现长行程传动。但这些方案存在结构复杂、速度和加速度低、动态性能差、难以达到高精度、维护保养复杂等问题。为此可发展阵列式高效直线电机直接驱动技术和空间并联机构驱动技术，以新的途径来解决重型数控机床的高速、高精度驱动问题。除此之外，机床结构的优化设计、长行程精密检测、重力变形补偿、切削力变形补偿、热变形补偿等也是重型数控机床中必须解决的关键问题，必须予以充分重视。

3结语

制定符合中国国情的总体发展战略，确立与国际接轨的发展道路，对21世纪我国数控技术与产业的发展至关重要。本文在对数控技术和产业发展趋势的分析，对我国数控领域存在的问题进行研究的基础上，对21世纪我国数控技术和产业的发展途径进行了探讨，提出了以科技创新为先导，以商品化为主干，以管理和营销为重点，以技术支持和服务为后盾，坚持可持续发展道路的总体发展战略。在此基础上，研究了发展新型数控系统、数控功能部件、数控机床整机等的具体技术途径。

我们衷心希望，我国科技界、产业界和教育界通力合作，把握好知识经济给我们带来的难得机遇，迎接竞争全球化带来的严峻挑战，为在21世纪使我国数控技术和产业走向世界的前列，使我国经济继续保持强劲的发展势头而共同努力奋斗！

作者简介

周凯男，1954年生。清华大学（北京市100084）精密仪器与机械学系副教授、工学博士。主要从事数控技术、机电控制工程、制造科学与制造系统等方面的研究工作。取得科研成果15项。70余篇。

参考文献

1杨皖苏，严鸿和.机械科学与技术,1997，26(4):1～6

第9篇：国内数控机床发展趋势范文

【关键词】机电一体化技术；信息技术；发展趋势

机电一体化技术是面向应用的跨学科的技术，它是机械技术、微电子技术、信息技术和控制技术等有机融合、相互渗透的结果。今天机电一体化技术发展飞速，机电一体化产品更新日新月异。

一、机电一体化技术的发展历程

“机电一体化”这个词是日本安川电机公司在上世纪60年代末作商业注册时最先创用的。当时及70年代，人们一直把机电一体化看作是机械与电子的结合。国内早期将“机电一体化技术”与“机械电子学”并用，近年来“机电一体化”更流行使用。

80年代，信息技术崭露头角。微处理机的性能提高，为更高级的机电一体化产品所采用，典型的机电一体化产品如数控机床、工业机器人和汽车的电子控制系统等。微机作为关键技术引入了飞行器系统后，使机械—电子系统在高度控制、排气控制、振动控制和保险气袋等方面获得广泛应用。

信息技术驱使机械系统在不同程度上利用数据库，连洗衣机和其他消费品也用上了数据库驱动系统。这样，对机电一体化的系统设计方法的探索、成型和系统集成以及并行工程设计和控制的实施日显重要。此外，光学也进入了机电一体化，产生了“光机电一体化”的新领域。

进入90年代，通信技术进入了机电一体化，机器可像机器人系统那样遥控和虚拟现实多媒体等技术紧密联系的计算机控制的网络化机电一体化日益普及。有些机电一体化机械可两用，有的在性能上更是多用途的，尤其是微传感器和执行器技术的发展，和半导体技术以光刻为基础的方法以及和传统机电一体化微型化方法的结合，开创了以精密工程和系统集成为特点的机电一体化新分支“微机电一体化”。虽然微加工方法尚未成熟，但将逐渐成为集成控制系统的一个组成部分。之后，机电一体化随着自动化技术的发展而日益发展，稳步进入了21世纪。

二、典型机电一体化产品的发展趋势

（一）数控机床

目前我国是全世界机床拥有量最多的国家（近320万台），但数控机床只占约5％且大多数是普通数控（发达国家数控机床占10％）。近些年来数控机床为适应加工技术的发展，在以下几个技术领域都有巨大进步。

1．高速化。由于高速加工技术普及，机床普遍提高了各方面的速度。车床主轴转速有3000～4000r/min提高到8000～10000r/min；铣床和加工中心主轴转速由4000～8000r/min提高到12000～40000r/min以上；快速移动速度由过去的10～20m/min提高到48m/min，60m/mni，80m/min，120m/min；在提高速度的同时要求提高运动部件起动的加速度，由过去一般机床的0.5G（重力加速度）提高到1.5G～2G，最高可达15G；直线电机在机床上开始使用，主轴上大量采用内装式主轴电机。

2．高精度化。数控机床的定位精度已由一般的0.01～0.02mm提高到0.008左右；亚微米级机床达到0.0005mm左右；纳米级机床达到0.005～0.01um；最小分辨率为1nm（0.000001mm）的数控系统和机床已问世。

数控中两轴以上插补技术大大提高，纳米级插补使两轴联动出的圆弧都可以达到1u的圆度，插补前多程序预读，大大提高了插补质量，并可进行自动拐角处理等。

3．复合加工，新结构机床大量出现。如5轴5面体复合加工机床，5轴5联动加工各类异形零件。同时派生出各种新颖的机床结构，包括6轴虚拟轴机床，串并联绞链机床等，采用特殊机械结构，数控的特殊运算方式，特殊编程要求。

4．使用各种高效特殊功能的刀具使数控机床“如虎添翼”。如内冷转头由于使高压冷却液直接冷却转头切削刃和排除切屑，在转深孔时大大提高效率。加工刚件切削速度能达1000m/min，加工铝件能达5000m/min。

5．数控机床的开放性和联网管理。数控机床的开放性和联网管理已是使用数控机床的基本要求，它不仅是提高数控机床开动率、生产率的必要手段，而且是企业合理化、最佳化利用这些制造手段的方法。因此，计算机集成制造、网络制造、异地诊断、虚拟制造、并行工程等等各种新技术都在数控机床基础上发展起来，这必然成为21世纪制造业发展的一个主要潮流。

（二）自动机与自动生产线

在国民经济生产和生活中广泛使用的各种自动机械、自动生产线及各种自动化设备，是当前机电一体化技术应用的又一具体体现。如：2000～80000瓶/h的啤酒自动生产线；18000～120000瓶/h的易拉罐灌装生产线；各种高速香烟生产线；各种印刷包装生产线；邮政信函自动分捡处理生产线；易拉罐自动生产线；FEBOPP型三层共挤双向拉伸聚丙烯薄膜生产线等等，这些自动机或生产线中广泛应用了现代电子技术与传感技术。如可编程序控制器，变频调速器，人机界面控制装置与光电控制系统等。我国的自动机与生产线产品的水平，比10多年前跃升了一大步，其技术水平已达到或超过发达国家上一世纪80年代后期的水平。使用这些自动机和生产线的企业越来越多，对维护和管理这些设备的相关人员的需求也越来越多。

三、机电一体化技术的发展趋势

以微电子技术、软件技术、计算机技术及通信技术为核心而引发的数字化、网络化、综合化、个性化信息技术革命，不仅深刻地影响着全球的科技、经济、社会和军事的发展，而且也深刻影响着机电一体化的发展趋势。专家预测，机电一体化技术将向以下几个方向发展：

（一）光机电一体化方向

一般机电一体化系统是由传感系统、能源（下转第80页）（上接第81页）（动力）系统、信息处理系统、机械结构等部件组成。引进光学技术，利用光学技术的先天特点，就能有效地改进机电一体化系统的传感系统、能源系统和信息处理系统。

（二）柔性化方向

未来机电一体化产品，控制和执行系统有足够的“冗余度”，有较强的“柔性”，能较好地应付突发事件，被设计成“自律分配系统”。在这系统中，各子系统是相互独立工作的，子系统为总系统服务，同时具有本身的“自律性”，可根据不同环境条件做出不同反应。其特点是子系统可产生本身的信息并附加所给信息，在总的前提下，具有“行动”是可以改变的。这样，既明显地增加了系统的能力（柔性），又不因某一子系统的故障而影响整个系统。

（三）智能化方向

今后的机电一体化产品“全息”特征越来越明显，智能化水平越来越高。这主要得益于模糊技术与信息技术（尤其是软件及芯片技术）的发展。

四、仿生物系统化方向

今后的机电一体化装置对信息的依赖性很大，并且往往在结构上处于“静态”时不稳定，但在动态（工作）时却是稳定的。这有点类似于活的生物：当控制系统（大脑）停止工作时，生物便“死亡”，而当控制系统（大脑）工作时，生物就很有活力。就目前情况看，机电一体化产品虽然有仿生物系统化方向发展的趋势，但还有一段很漫长的道路要走。

五、微型化方向

目前，利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术，在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。当这一成果用于实际产品时，就没有必要再区分机械部分和控制器部分了。那时，机械和电子完全可以“融合”机体，执行结构、传感器、CPU等可集成在一起，体积很小，并组成一种自律元件。这种微型化是机电一体化的重要发展方向。

参考文献