数控技术的发展趋势及对策.doc

甘肃畜牧工程职业技术学院毕 业 论 文论文题目： 数控技术的发展趋势及对策 专 业： 机械制造与自动化 学生姓名： 陈磊 指导教师： 靳瑞生 日 期： 2009920 学生姓名陈磊指导教师靳瑞生职称副教授系别机械工程系专业机械制造与自动化班级0702论文题目数控技术的发展趋势及对策一、任务按时保质保量完成毕业论文写作二、论文要求1、选题要在数控技术和数控设备的范围内；2、主题要鲜明，观点要正确，文句要通顺；3、论文贵在创新，要尽可能写出特色；4、论文规格按“论文导引”课程的要求执行，论文字数一般不少于5000；5、在指导教师指导下于2009年11月1日之前完稿；6、要遵守科研道德规范，不得抄袭；三、论文教学要求：1、在初步选题时，就要完成基本资料的收集、整理工作，为形成明确合适的选题打好基础；2、在做开题报告前，就应明确主题，有个大纲，必备的文献资料要准备好；3、要利用毕业实习的良好时机，积累第一手资料，进行必要提炼，并充实到论文中去。四、论文进度安排：1、2009.07.08-2009.08.01；确定题目，收集资料。完成任务书和开题报告。2、2009.08.01-2009.09.28；撰写论文，完成第一稿，并交指导老师。3、2009.09.28-2009.10.04；指导老师阅改论文。4、2009.10.04-2009.10.20；修改论文完成第二稿并交指导老师。5、2009.10.20-2009.10.25；指导老师阅改论文。6、2009.10.25-2009.11.01；修改论文完成第三稿并交指导老师。7、2009.11.01-2009.11.15；指导老师阅改论文，确定是否可参加答辩。8、2009.11.15-2009.11.10；毕业论文答辩评定。日期2009年9月20日毕业论文任务书目录任务书.2开题报告.4绪论.6 摘要.7第一章 数控技术的发展趋势.81.1 高速高精加工技术及装备的新趋势.81.2 5轴连动加工和复合加工机车快速发展.91.3 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的新趋势.91.4 重视新技术标准、规范的建立.10第二章 对我国数控技术及其产业发展的基本估计.12第三章 对我国数控技术和产业化发展的战略思考.143.1 战略思考.143.2 发展策略.143.3我国数控技术和产业面临的机遇和挑战. 143.4 对我国数控技术和产业发展的建议.18第四章 数控装备的发展新趋势.194.1智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势.194.2高速高精技术加工发展的新趋势.194.3数控系统向开放式体系结构发展.194.4对我国数控技术和产业化发展的战略思考. 20参考文献.20毕业论文致谢词.22毕业论文（设计）开题报告论文题目：数控技术的发展趋势及对策学生姓名：陈磊专 业：机械制造及自动化指导教师：靳瑞生2009年09 月17 日一、本课题的研究意义本课题主要研究数控技术和数控机床在国内外的发展历史，以及将来的发展趋势，通过对数控技术的发展历史的回顾，深刻认识数控技术的重要性，并且认识我国国内的数控技术与国际之间的差距，认识到大力发展数控技术势在必行。展望数控技术的发展前景，了解数控技术将会向智能化|、自动化、高效化和环保化发展。二、本课题的重点和难点1.数控技术的发展新趋势2.我国数控技术和产业面临的机遇和挑战3. 数控系统向开放式体系结构发展三、论文提纲1. 数控技术的发展策略及思考2对我国数控技术和产业发展的建议3. 数控技术发展的新趋势四、参考文献1 周德俭，使用PC的开放式计算机数控系统-CNC的发展方向，机电一体化，1997 2 黄金秋，基于开放式结构的高性能数控系统的研制，制造技术与机床，1998 3 梁训、王宣 、周延佑，机床技术发展的新动向J，世界制造技术与装备市场，2001 4 中国机床工具工业协会，数控系统分会，CIMT2001巡礼J，世界制造技术与装备市场，2001指教教师（签名）：年 月 日系部审查意见： 系部负责人（签名）：年 月 日绪论装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业（如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备。 马克思曾经说过“各种经济时代的区别，不在于生产什么，而在于怎样生产，用什么劳动资料生产”。制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备，其技术范围覆盖很多领域：(1)机械制造技术；(2)信息处理、加工、传输技术；(3)自动控制技术；(4)伺服驱动技术；(5)传感器技术；(6)软件技术等。摘要：简要介绍了当今世界数控技术发展的趋势及我国数控装备技术发展和产业化的现状，并从战略和策略两个层面提出了发展我国数控技术的不同看法 。Abstract briefly introduced CNC technology and equipment in todays world development trend and Chinas CNC equipment, technology development and industrialization of the status quo, on the basis discussed in Chinas accession to WTO and opening up to further deepen the new environment, the development of Chinas CNC technology and equipment to raise the level of information on Chinas manufacturing industry and the international competitiveness of the importance of strategy and tactics from the two dimensions of the development of NC technology and equipment of the different views.&1.1关键词：数控技术；发展趋势；战略思考；发展策略第一章 数控技术的发展趋势:数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面14。在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，CAD/CAM与数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。长期以来，我国的数控系统为传统的封闭式体系结构，CNC只能作为非智能的机床运动控制器。加工过程变量根据经验以固定参数形式事先设定，加工程序在实际加工前用手工方式或通过CAD/CAM及自动编程系统进行编制。CAD/CAM和CNC之间没有反馈控制环节，整个制造过程中CNC只是一个封闭式的开环执行机构。在复杂环境以及多变条件下，加工过程中的刀具组合、工件材料、主轴转速、进给速率、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加工参数，无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整，更无法通过反馈控制环节随机修正CAD/CAM中的设定量，因而影响CNC的工作效率和产品加工质量。由此可见，传统CNC系统的这种固定程序控制模式和封闭式体系结构，限制了CNC向多变量智能化控制发展，已不适应日益复杂的制造过程，因此，对数控技术实行变革势在必行1.1.高速、高精加工技术及装备的新趋势效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一，国际生产工程学会（CIRP）将其确定为21世纪的中心研究方向之一。在轿车工业领域，年产30万辆的生产节拍是40秒/辆，而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一；在航空和宇航工业领域，其加工的零部件多为薄壁和薄筋，刚度很差，材料为铝或铝合金，只有在高切削速度和切削力很小的情况下，才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装，使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。从EMO2001展会情况来看，高速加工中心进给速度可达80m/min，甚至更高，空运行速度可达100m/min左右。目前世界上许多汽车厂，包括我国的上海通用汽车公司，已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国CINCINNATI公司的HyperMach机床进给速度最大达60m/min，快速为100m/min，加速度达2g，主轴转速已达60000r/min。加工一薄壁飞机零件，只用30min，而同样的零件在一般高速铣床加工需3h，在普通铣床加工需8h；德国DMG公司的双主轴车床的主轴速度及加速度分别达12*!000r/mm和1g。 在加工精度方面，近10年来，普通级数控机床的加工精度已由10m提高到5m，精密级加工中心则从35m，提高到11.5m，并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01m)。 在可靠性方面，国外数控装置的MTBF值已达6000h以上，伺服系统的MTBF值达到30000h以上，表现出非常高的可靠性。为了实现高速、高精加工，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，应用领域进一步扩大。1.2. 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2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。 在EMO2001展会上，新日本工机的5面加工机床采用复合主轴头，可实现4个垂直平面的加工和任意角度的加工，使得5面加工和5轴加工可在同一台机床上实现，还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国DMG公司展出DMUVoution系列加工中心，可在一次装夹下5面加工和5轴联动加工，可由CNC系统控制或CAD/CAM直接或间接控制。1.3智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势 21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，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；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；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。 为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。目前许多国家对开放式数控系统进行研究，如美国的NGC(TheNextGenerationWork-Station/MachineControl)、欧共体的OSACA(OpenSystemArchitectureforControlwithinAutomationSystems)、日本的OSEC(OpenSystemEnvironmentforController)，中国的ONC(OpenNumericalControlSystem)等。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。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，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化，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，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。 网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。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，如在EMO2001展中，日本山崎马扎克（Mazak)公司展出的“CyberProductionCenter”（智能生产控制中心，简称CPC)；日本大隈（Okuma）机床公司展出“ITplaza”（信息技术广场，简称IT广场)；德国西门子(Siemens)公司展出的OpenManufacturingEnvironment（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。1.4重视新技术标准、规范的建立:1.4.1关于数控系统设计开发规范 如前所述，开放式数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，美国、欧共体和日本等国纷纷实施战略发展计划，并进行开放式体系结构数控系统规范(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定，世界3个最大的经济体在短期内进行了几乎相同的科学计划和规范的制定，预示了数控技术的一个新的变革时期的来临。我国在2000年也开始进行中国的ONC数控系统的规范框架的研究和制定。1.4.2关于数控标准 数控标准是制造业信息化发展的一种趋势。数控技术诞生后的50年间的信息交换都是基于ISO6983标准，即采用G，M代码描述如何（how）加工，其本质特征是面向加工过程，显然，他已越来越不能满足现代数控技术高速发展的需要。为此，国际上正在研究和制定一种新的CNC系统标准ISO14649（STEPNC)，其目的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制，能够描述产品整个生命周期内的统一数据模型，从而实现整个制造过程，乃至各个工业领域产品信息的标准化。 STEP-NC的出现可能是数控技术领域的一次革命，对于数控技术的发展乃至整个制造业，将产生深远的影响。首先，STEP-NC提出一种崭新的制造理念，传统的制造理念中，NC加工程序都集中在单个计算机上。而在新标准下，NC程序可以分散在互联网上，这正是数控技术开放式、网络化发展的方向。其次，STEP-NC数控系统还可大大减少加工图纸（约75）、加工程序编制时间(35）和加工时间（约50）。 目前，欧美国家非常重视STEP-NC的研究，欧洲发起了STEP-NC的IMS计划(1999.1.12001.12.31)。参加这项计划的有来自欧洲和日本的20个CAD/CAM/CAPP/CNC用户、厂商和学术机构。美国的STEPTools公司是全球范围内制造业数据交换软件的开发者，他已经开发了用作数控机床加工信息交换的超级模型(SuperModel)，其目标是用统一的规范描述所有加工过程。目前这种新的数据交换格式已经在配备了SIEMENS、FIDIA以及欧洲OSACA-NC数控系统的原型样机上进行了验证。第二章 对我国数控技术及其产业发展的基本估计 我国数控技术起步于1958年，近50年的发展历程大致可分为3个阶段：第一阶段从1958年到1979年，即封闭式发展阶段。在此阶段，由于国外的技术封锁和我国的基础条件的限制，数控技术的发展较为缓慢。第二阶段是在国家的“六五”、“七五”期间以及“八五”的前期，即引进技术，消化吸收，初步建立起国产化体系阶段。在此阶段，由于改革开放和国家的重视，以及研究开发环境和国际环境的改善，我国数控技术的研究、开发以及在产品的国产化方面都取得了长足的进步。第三阶段是在国家的“八五”的后期和“九五”期间，即实施产业化的研究，进入市场竞争阶段。在此阶段，我国国产数控装备的产业化取得了实质性进步。在“九五”末期，国产数控机床的国内市场占有率达50，配国产数控系统（普及型）也达到了10。 纵观我国数控技术近50年的发展历程，特别是经过4个5年计划的攻关，总体来看取得了以下成绩。 a.奠定了数控技术发展的基础，基本掌握了现代数控技术。我国现在已基本掌握了从数控系统、伺服驱动、数控主机、专机及其配套件的基础技术，其中大部分技术已具备进行商品化开发的基础，部分技术已商品化、产业化。 b.初步形成了数控产业基地。在攻关成果和部分技术商品化的基础上，建立了诸如华中数控、航天数控等具有批量生产能力的数控系统生产厂。兰州电机厂、华中数控等一批伺服系统和伺服电机生产厂以及北京第一机床厂、济南第一机床厂等若干数控主机生产厂。这些生产厂基本形成了我国的数控产业基地。 c.建立了一支数控研究、开发、管理人才的基本队伍。虽然在数控技术的研究开发以及产业化方面取得了长足的进步，但我们也要清醒地认识到，我国高端数控技术的研究开发，尤其是在产业化方面的技术水平现状与我国的现实需求还有较大的差距。虽然从纵向看我国的发展速度很快，但横向比（与国外对比）不仅技术水平有差距，在某些方面发展速度也有差距，即一些高精尖的数控装备的技术水平差距有扩大趋势。从国际上来看，对我国数控技术水平和产业化水平估计大致如下。 a.技术水平上，与国外先进水平大约落后1015年，在高精尖技术方面则更大。 b.产业化水平上，市场占有率低，品种覆盖率小，还没有形成规模生产；功能部件专业化生产水平及成套能力较低；外观质量相对差；可靠性不高，商品化程度不足；国产数控系统尚未建立自己的品牌效应，用户信心不足。 c.可持续发展的能力上，对竞争前数控技术的研究开发、工程化能力较弱；数控技术应用领域拓展力度不强；相关标准规范的研究、制定滞后。分析存在上述差距的主要原因有以下几个方面。 a.认识方面。对国产数控产业进程艰巨性、复杂性和长期性的特点认识不足；对市场的不规范、国外的封锁加扼杀、体制等困难估计不足；对我国数控技术应用水平及能力分析不够。 b.体系方面。从技术的角度关注数控产业化问题的时候多，从系统的、产业链的角度综合考虑数控产业化问题的时候少；没有建立完整的高质量的配套体系、完善的培训、服务网络等支撑体系。 c.机制方面。不良机制造成人才流失，又制约了技术及技术路线创新、产品创新，且制约了规划的有效实施，往往规划理想，实施困难。 d.技术方面。企业在技术方面自主创新能力不强，核心技术的工程化能力不强。机床标准落后，水平较低，数控系统新标准研究不够。第三章 对我国数控技术和产业化发展的战略思考:3.1战略考虑 我国是制造大国，在世界产业转移中要尽量接受前端而不是后端的转移，即要掌握先进制造核心技术，否则在新一轮国际产业结构调整中，我国制造业将进一步“空芯”。我们以资源、环境、市场为代价，交换得到的可能仅仅是世界新经济格局中的国际“加工中心”和“组装中心”，而非掌握核心技术的制造中心的地位，这样将会严重影响我国现代制造业的发展进程。 我们应站在国家安全战略的高度来重视数控技术和产业问题，首先从社会安全看，因为制造业是我国就业人口最多的行业，制造业发展不仅可提高人民的生活水平，而且还可缓解我国就业的压力，保障社会的稳定；其次从国防安全看，西方发达国家把高精尖数控产品都列为国家的战略物质，对我国实现禁运和限制，“东芝事件”和“考克斯报告”就是最好的例证。3.2发展策略 从我国基本国情的角度出发，以国家的战略需求和国民经济的市场需求为导向，以提高我国制造装备业综合竞争能力和产业化水平为目标，用系统的方法，选择能够主导21世纪初期我国制造装备业发展升级的关键技术以及支持产业化发展的支撑技术、配套技术作为研究开发的内容，实现制造装备业的跨跃式发展。 强调市场需求为导向，即以数控终端产品为主，以整机（如量大面广的数控车床、铣床、高速高精高性能数控机床、典型数字化机械、重点行业关键设备等）带动数控产业的发展。重点解决数控系统和相关功能部件（数字化伺服系统与电机、高速电主轴系统和新型装备的附件等）的可靠性和生产规模问题。没有规模就不会有高可靠性的产品；没有规模就不会有价格低廉而富有竞争力的产品；当然，没有规模中国的数控装备最终难以有出头之日。 在高精尖装备研发方面，要强调产、学、研以及最终用户的紧密结合，以“做得出、用得上、卖得掉”为目标，按国家意志实施攻关，以解决国家之急需。 在竞争前数控技术方面，强调创新，强调研究开发具有自主知识产权的技术和产品，为我国数控产业、装备制造业乃至整个制造业的可持续发展奠定基础。3.3我国数控技术和产业面临的机遇与挑战目前，由于计算机、电子等相关技术的快速发展，我国经济建设的持续发展和WTO的加入，我国数控技术和数控产业将拥有良好的发展机遇。首先，自20世纪90年代以来，国内对数控机床需求旺盛，现在年均需求在1.5万台以上，为数空产业的发展提供了市场契机。我国1999年至2000年数控机床消费为10亿11亿美元，2009年预计数控机床消费为15亿18亿美元。数控机床需求将保持强劲走势。第二，加入WTO以后，随着我国投资环境的改善，必然会吸引更多的外商来华投资和发展国际合作。这给我国数控机床和数控系统的发展，提供了更多利用国外技术和资金源的机遇。同时我国机床工业符合产业特性的新型企业模式也已经出现。第三，国际基于PC开发数控系统的技术体系出现，为我国数控技术发展提供了良好的机遇，把握这一机遇，扬长避短，有可能加速数控技术的发展。此外，国家已经并将继续采取一系列鼓励采用国产机床的措施（如全国的数控大赛），为国产的数控机床的发展创造了极有利的条件。但是，近年来我国的机床工业严重滑坡，国内市场占有率不断下降，行业面临着危困局面。非关税壁垒和保护措施将逐步取消，我国数控机床和数控系统将在公开、公平的条件下与国外著名的大公司竞争，竞争的激烈、残酷可想而知。竞争的焦点 是品种、水平、质量、服务、价格和成套。3.3.1我国数控技术和数控产业现状与发展前景1.我国数控技术与产业取得了令人瞩目的成绩:“六五”至“九五”期间我国通过对数控技术的引进、吸引、自主开发及产业化攻关等几个阶段的努力，经过各单位多年的攻关，基本掌握了现代数控技术的核心，为数控技术的发展打下了较坚实的基础，开拓了一条充分利用PC机组成开放体系结构数控系统的、适合我国国情的创新之路。在此基础上成功地开发了华中1型、中华1型、航天1型和蓝天1型四个数控系统平台。同时基本形成了数控产业基地，创办了一些数控产业实体（如武汉华中数控系统有限公司、航天数控集团有限公司等），在市场方面也开拓和占领了一定的份额，基本建立了数控研究、开发和管理人才队伍。以华中数控为例，近年来，华中数控公司除开发、生产了各类车床、铣床、加工中心的通用数控系统外，还开发生产了齿轮加工、激光加工等多种专用数控系统。目前，华中1型已成为国内数控系统主要型号之一，初步形成了产业规模。华中1型是典型的基于PC的CNC数控系统，它的主要特色为：直接利用通用工业PC，以软代硬，避“硬”重“软”，结构简单；自主版权、系统开放，可持续发展性好；模块化好、可靠性高，全部高集成度的半长小卡设计，体积比FANUC0等还小1/3；独创的SDI曲面直接插补算法，经济地实现了高效高质量的曲面加工；1微米、24米/分的高精度速控制；支持NT、Novell、Internet网络；具有CAD/CAM/CNC集成化功能，提供InterCAM自动编程软件；提供运动控制开发工具包（C+运动控制函数库）。2.我国数控技术和产业与先进国家相比仍存在很大差距:尽管我国数控技术和数控产业取得了相当大的成绩，单由于数控技术研究、开发、生产等环节的脱节，数控系统生产厂与主机生产厂的脱节，数控系统生产与应用推广、人才培训的脱节，以及相关技术的限制，我国数控技术和数控产业与发达国家相比还有相当大的差距。技术方面突出的问题是可靠性相对较差。国产系统平均无故障时间（MTBF）一般只有1万2万小时，而国外一般达7万10万小时，整机（包括机械设备）我国为300小时，而国外为500小时。国产系统和数控机床质量稳定性比国外产品差。其次我国数控系统成套性差，数控装置、驱动、电机不配套，伺服驱动、主轴驱动的性能和可靠性比国外产品低。高精、高速及重型设备数控系统性能、功能比国外产品差。另外系统的可操作性、硬件设计手段和工艺水平、应用软件的种类也还不如国外完善，软件的设计和开发缺乏软件工程的指导和约束。在产业及市场方面，现代日、美、欧发达国家的机床数控化率均达25%以上，而在我国的20多万台机床年产量中，数控机床仅占总产量的2%。这使得我国数控系统和数控机床进口量与年俱增，普及型、中高档系统几乎被国外公司垄断。2000年我国机床进口额约15.06亿美元，国产机床的占有率已从1990年的70%下降为29.9%。我国数控技术的应用推广与人才培训滞后，缺乏产业规模，缺乏发展数控产业的政策和技术配套体系，市场开拓不够，国内用户对使用国产数控设备信心不足。3.我国数控技术和产业面临的机遇与挑战:目前，由于计算机、电子等相关技术的快速发展，我国经济建设的持续发展和WTO的加入，我国数控技术和数控产业将拥有良好的发展机遇。首先，自20世纪90年代以来，国内对数控机床需求旺盛，现在年均需求在1.5万台以上，为数空产业的发展提供了市场契机。我国1999年至2000年数控机床消费为10亿11亿美元，2009年预计数控机床消费为15亿18亿美元。数控机床需求将保持强劲走势。第二，加入WTO以后，随着我国投资环境的改善，必然会吸引更多的外商来华投资和发展国际合作。这给我国数控机床和数控系统的发展，提供了更多利用国外技术和资金源的机遇。同时我国机床工业符合产业特性的新型企业模式也已经出现。第三，国际基于PC开发数控系统的技术体系出现，为我国数控技术发展提供了良好的机遇，把握这一机遇，扬长避短，有可能加速数控技术的发展。此外，国家已经并将继续采取一系列鼓励采用国产机床的措施（如全国的数控大赛），为国产的数控机床的发展创造了极有利的条件。但是，近年来我国的机床工业严重滑坡，国内市场占有率不断下降，行业面临着危困局面。非关税壁垒和保护措施将逐步取消，我国数控机床和数控系统将在公开、公平的条件下与国外著名的大公司竞争，竞争的激烈、残酷可想而知。竞争的焦点 是品种、水平、质量、服务、价格和成套。4.技术发展的方向(1)体系结构开放化。基于PC机的开放式体系结构的数控系统技术路线已成为国内外数控发展的主要方向。开放式系统能使各种应用系统有效地运行于不同的平台之上，可以与其他应用系统相互操作，提供与用户交互的统一风格。具有性能价格比高、系统维护方便、更新换代和升级快、配套能力强、共享计算机资源以及便于用户二次开发的特点。(2)控制策略的智能自适应化。智能自适应数控加工具有加工精度高、生产成本低、简化数控编程工作、容错性强和提高加工效率的优点，智能自适应数控具有非常突出的工程实用价值。(3)网络环境下的数字化。由于网络化、数字化进程的加快，使得制造业的市场、资源、技术和人员的竞争更具全球性，而产品制造的全过程（设计、生产、服务）也具有网络化与数字化的特征，制造装备在性能、功能上都被赋予了全新的内涵，制造环境正发生着根本性的变化。在这种环境下，网络数控成为各种先进制造系统的基本单元，是各种先进制造的技术基础，它使网络技术与数控系统实现无缝连接，是数控技术发展的新方向之一。(4)柔性制造。FMS是数控机床的集成，正成为网络化制造与企业集成的核心。FMS可实现制造单元结构上的快速重组、性能上的快速反映和决策上的优化。目前FMS发展的方向是小型化、高智能、多制式。5.发展我国数控技术需着重解决的关键技术问题(1)开放式体系结构数控系统的关键技术。开放式体系结构数控系统的关键技术首先是体系结构和系统规范的确立，包括软硬件设计开发规范，软硬件接口规范，软件验证规范，系统的可靠性设计规范等，此外，实时多任务操作系统的选取和开发，典型验证环境的建立也很重要。OPC（OLE for process Control）规范是由OPC基金组织倡导的工业制造和生产自动化领域中使用的软件和硬件接口标准。它是由世界自动化领域内处于领导地位的软件和硬件开发商在Micorsoft的合作下协作制定的，基于Micorsoft的OLE/COM和DCOM技术，可实现工业自动化系统中软件的互操作和无缝集成，以及现场监测、控制设备的即插即用。OPC规范实际上正在成为工业控制的软硬件接口公认的标准。可以认为基于OPC规范来进行开放式数控系统研究是一条可行的技术途径(2)智能自适应型数控系统的关键技术。主要包括加工自适应的智能化控制技术、智能数据库、智能化故障诊断技术、智能化伺服参数自整定和自调整技术等。(3)高精度、高性能驱动部件和控制技术。所采用的新技术有：高速滚珠丝杠副、高速滚动导轨、永磁式同步系列电主轴、高速直线电机、磁力轴承、高精度高频响的位置检测系统、高刚度主机结构等。其中高精度、低价位全数字伺服单元和伺服电机是高性能驱动和控制部件的基础。目前急需研究的内容包括高响应、高精度、适合于机器人的交流伺服驱动器和小体积（或特殊结构）的交流伺服电机，适合于特殊或恶劣环境下工作的交流伺服系统，大功率的交流伺服系统，小体积、大惯量适合于特殊用途的交流伺服系统等。(4)数控刀具攻关。为了提高数控机床的生产效率，需要对高速切削刀具、超硬磨高速砂轮的新材料和新工艺进行攻关，对刀具的新应用（如硬切削、干切削）所要求的刀具几何参数和新型结构以及刀具监控技术进行研究。(5)运用误差补偿的方法进行精度强化方面的研究。采用误差补偿技术一方面可使数控机床的总体精度上升到一个新的台阶，以满足某些尖端产品的高精度零件数控加工的要求。另一方面可在现有机床一般制造精度条件下，实现廉价的精度升级。误差补偿技术又包括机械方式的硬件补偿和数控系统中代码修正的软件补偿。软件补偿方法可以在不对机床机械部分作任何改进的情况下，使其总体加工精度显著提高，研究内容包括几何运动误差补偿，热变形误差在线识别与实时补偿，切削负荷所引起机床变形的误差补偿，刀具与工件形状、尺寸安装误差的补偿及数控机床在线避振技术等。(6)网络环境下数字化制造装备控制系统的共性技术研究。包括网络集成技术，远程操作、监控与远程诊断技术，设备的自律控制技术，网络安全机制与防范技术。(7)柔性制造系统的共性技术研究。具体有系统的规划设计、建模与仿真技术，开放式单元控制器开发，多制式混合生产环境中的运行优化（作业管理、优化调度和动态仿真），运行可靠性技术（故障建模与分析，加工过程监测，分布式智能化的远程监控、诊断和维护），物料传输技术（物料系统模块化设计，工作头交换技术，柔性夹具设计，高速输送与精确定位技术），质量监测、控制及加工补偿技术，企业技术信息和管理信息集成技术等。3.4对我国数控技术和产业发展的建议为实现我国数控技术和数控产业的快速发展，需要进一步确定重点发展数控产业的指导思想，坚持创建我国国产数控品牌的战略，加大体制改革的力度，积极实施技术重组工程，以系统的观念和方法来对我国数控技术和数控产业的发展统一规划，促进我国数控产业化的进程。为此笔者提出如下建议：1.国家应坚持正确的政策导向，在税收等方面积极扶持我国数控产业的发展，在关税上对我国尚不成熟的数控产业提供保护。2.在资金投入上要加大力度。数控产业是高新技术产业，具有高投入、高风险的特色，小而散的资金投入很难形成规模化经济。3.科研上要统一规划、突出重点、走联合攻关之路，避免重复研究。4.在发展重点和方针上，以普及型数控机床及数控系统作为主攻方向，在高级型数控机床及数控系统方面重点开发高精、高速及专用型产品。5.产业化方面要在规模、配套和质量上取得突破。扩大数控产业的规模，促使数控装置、驱动装置、电机等成套化，严格零部件、系统的性能测试和可靠性考核。6.加强对数控研究开发人员和数控机床编程、操作、维修人员的职业思想道德的提高与培训。当前，世界机床强国仍对我国在高档数控机床方面进行技术封锁，他们不但与我国在数控机床产品和贸易方面展开竞争，而且也加紧了对各类人才的竞争。7.在目前世界金融危机波及机床和装备制造业的现状下，机床产品和竞争将更加激烈。国家本着为行业培养专业技术人才的精神，机床协会下大力气组织专业院校师生参观了CIMT2009展会，以使学生进一步了解世界机床的发展动态，了解中国机床业的发展与现状，了解机床行业在国民经济、国防建设等领域所承担的重要任务，从而增强他们能够从学生时代就关心机床工业的发展，了解机床工业，毕业后能够选择机床工业，从而献身机床工业。8.要积极发展机床行业的自主创新，产学研相结合的途径，学校的教师及研究人员需要充分了解国内外机床行业的现状及未来的发展，只有这样，才能真正为企业提供具有针对性的技术支持和帮助，更好地为国有品牌的技术创新做贡献。第四章. 数控装备的发展新趋势4.1智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势 21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，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；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；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。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。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，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化，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，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。4.2高速、高精加工技术发展的新趋势 高速高精高效化速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。由于采用了高速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，同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高速高精高效化已大大提高。最大限度地发挥群控系统的效能。目前，我国的上海通用汽车公司，已经采用以告诉加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国CINCINNATI公司的HyperMach机床进给速度最大60 m/min，快速100 m/min，加速度为2g，主轴转速高达60000r/min，加工一薄壁飞机零件只需要30min，而同样的零件在一般高速铣床上加工需要3h，在普通铣床上加工需要8h。在加工精度方面，近10年来，普通级数控机床的加工精度已由10um提高到了5 um，精密级加工中心已从35 um提高到了11.5 um，并且超精密加工精度已开始进入纳米级（0.01 um）。 在可靠性方面，国外数控装置的MTBF值已达6000h以上，伺服系统的MTBF值已达到30000h以上，表现出了非常高的可靠性。为了实现高速、高精加工，与之配套的功能部件如：直线电机、