毕业论文（设计）数控机床的发展与趋势

1、xxxxxxx 大学2011届本科毕业论文（设计）论文题目：数控机床的发展与趋势学生姓名：xxxx所在院系：xxxxxx所学专业：xxxxxx导师姓名：xxxxx 完成时间：2010年x月xx h数控机床集计算机技术，电子技术，自动控制技术,传感测量，机 械制造，是典型的机电一体化产品。它的发展和应用开创了制造业的 新吋代，改变了制造业的生产方式，产业结构，管理方式，使世界制 造业的格局发生了巨大的变化。本文主要讲述了数控机床国内外的发展概况，现代数控技术的发展 趋势。介绍了数控机床的特点，组成与分类，并介绍了可编程控制器(plc)在数控机床中的应用。重点介绍了磨床的概况，以及现代数 控磨床的

2、特点，并用plc进行了对自动磨床电气系统的改造。本文在编写过程中，参阅了同行的教材，资料和文献，得到了许多 帮助，在此谨致谢意。关键词：发展趋势组成分类概述结构功能plc改造abstractthe numerical control engine bed collection computer technology, the electronic technology, the automatic control technology, the sensing survey, the machine manufacture, is the typical integration of mach

3、inery product. it's development and the application founded the manufacturing industry new times, changed the manufacturing industry production method, the industrial structure, manages the way, caused the world manufacturing industry the pattern to have changed.this article mainly narrated the

4、numerical control engine bed domestic and foreign development survey, the modern numerical control technology trend of development. introduced the numerical control engine bed characteristic, the composition and the classification, and introduced programmable controller (plc) in the numerical contro

5、l engine bed application. introduced with emphasis the grinder survey, as well as the modern numerical control grinder characteristic, and has carried on with plc to the automatic grinder electrical system transformatio n.this article in the compilation process, has referred colleague's teaching

6、 material, the material and the literature, obtained many help, respectfully offers thanks in this.key word: trend of development textural classification outlinestructure function plc transformation.1 前言12数控机床概要22.1数控机床的产生22.2数控机床的发展32.3数控机床的组成及工作原理52.3数控技术的复合化72.4数控技术的开放性92.4数控技术的先进性9 3 国产数控机床的发展现状

7、123.1国产数控机床与国际先进水平差距逐渐缩小12 3.2国产数控机床存在的问题13 3.3核心技术严重缺乏133.4民族品牌与国际品牌差距明显14 3.5技术创新和成果转化与市场脱节143.6缺乏先进的管理机制 154.内数控机床的发展趋势154.1智能、高速、高精度化15 4.2设计、制造绿色化164.3复合化与系统化164.4数控系统发展趋势16441数控系统向开放式体系结构发展16442数控系统向软数控方向发展174.4.3数控系统控制性能向智能化方向发展18444数控系统向网络化方向发展184.4.5数控系统向高可靠性方向发展19446数控系统向复合化方向发展194.7.7数控系统

8、向多轴联动化方向发展195. cnc装置的工作原理195.1输入20 5.2译码20 5.3插补205.4进给速度处理205.5刀具补偿215.6位置控制215.7显示21 5.8 io 处理 21 5.9诊断21 6.cnc装置的硬件结构226.1单微处理器结构的cnc系统226.2位置控制部分包括位置控制单元和速度控制单元227新型功能部件23&结束语23致谢24 参考文献251刖吕从20世纪屮叶数控技术出现以来，数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。数 控加工具有如下特点：加工柔性好，加工精度高，生产率高，减轻操作者劳动强度、 改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的

9、提高。数控机床是一种高 度机电一体化的产品，适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度耍求较高 的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的关键零件、要求精密复制的 零件、需要缩短生产周期的急需零件以及要求100%检验的零件。数控机床的特点及 其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。进入21世纪，我国经济与国际全面接轨，进入了一个蓬勃发展的新时期。机床制造 业既面临着机械制造业需求水平提升而引发的制造装备发展的良机，也遭遇到加入 世界贸易组织后激烈的国际市场竞争的压力，加速推进数控机床的发展是解决机床 制造业持续发展的一个关键。随着制造业对数控机床的大量需求以及计算机技术和

10、现代设计技术的飞速进步,数控机床的应用范围还在不断扩大,并且不断发展以更 适应生产加工的需要。本文简要分析了数控机床高速化、高精度化、复合化、智能 化、开放化、网络化、多轴化、绿色化等发展趋势，并提出了我国数控机床发展中 存在的一些问题。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、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

11、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。随着社会的进步和科技的发展，现代机械制造工程领域方面越来越多地采用智能化、 自动化，新设备、新技术的应用越来越普遍。我们对市场进行了调研，发现现在机 械工业大量采用数控机床甚至加工中心取代传统的普通机床的机械加工，采用计算 机集成系统cims取代原有的生产制造管理过程，使企业生产智能化、集成化、网 络化。这将对生产笫一线的工作人员提出越来越高的职业技术要求。调查的结果表明：在数控技术专业方面人才缺口较大。市原来就属于重工业城市, 有许多大中小型企业，而石油化工、机械、钢

12、铁等企业都具备数控技术设备。为适应 生产技术的迅猛发展提高企业在市场经济中的竞争能力，不被淘汰，各企业正积极采 取有效措施，添置现代新设备。在数控加工技术人才方面提出更高的耍求，耍求所需 人员即要懂得较深的理论知识，以便使大量的新技术得到利用与开发，同吋在实践 技能上更能胜任，由此可见，企业对数控加工技术与应用专业高级技术型人才和技 能型人才的需求日益迫切。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

13、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。2.数控机床概要2.1数控机床的产生制造业是牛产物质财富的产业，机床是制造业的主要牛产设备，制造业中的绝大多 数零件都直接或间接地经过机床加工，固此机床（也称工作母机）是制造业的基础。 在传统制造业中，对于大批量生产的产品，往往采用组合机床等专用机床组成的自 动或半自动生产线；对于单件或小批量生产的产品，一般采用通用机床加工。随着 科学技术的不断发展和社会生产力的不断提高，市场对机械产品的要求越来越高， 不仅要求提高产品的质量水平，而且要求加快产品更撕换代的速度.这样就导致了 现代制造业中多品种、中小批量生产的

14、比重不断增加。在这样的情况下，再采用传 统的加丁-机床就显得不合理了.这主要体现在两个方面：应用专用机床牛产线牛 产准备周期长、费用高、产品不易更新(有时甚至不可能实现产品更新)； 应用通用机床则无法大幅度地提高生产效率或精确地控制产品质量，同时通用机 床也无法加工一些复杂度和精度要求很高的小批量生产的产品。相比之下，数控机 床的出现恰恰满足了这些要求。1948年美国帕森斯(pns)公司在研制加丁盲升机叶片轮廓检验样板的机床时，首先 提出利用电子计算机控制机床加工复杂曲线样板的新概念。1952年帕森斯公司和麻 省理工学院(mit)伺服机构研究所合作研制成功世界e第一台三坐标数控铳床，其 数控系

15、统采用脉冲乘法器原理，全部由电子管元件组成，虽然体积庞大，功能简单, 但却意义重大，标志着机械制造业进入一个新的发展阶段。1958年我国北京机床 研究所和清华大学开始研制数控机床，1965年北京第一机床厂开始生产三坐标数控 铳床。数控机床的出现极大地促进了机床行业的技术进步和行业发展。对于整个制造业来 说.由于数控机床的大量使用，使得产品质量大幅度提高，新产品开发周期明显缩 短。目前数控机床已经遍布军工、航空航天、汽车、造船、机车车辆、机床建筑、 通用机械、纺织、轻t、电子等儿乎所有制造行业。2.2数控机床的发展（1）数控机床的发展简史1946年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类自g造了

16、可增强和部分代替脑 力劳动的工具。它与人类在农业，工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具 和比，起了质的飞跃，为人类进八信息社会奠定了基础。6年后，即在1 952年，计 算机技术应用于机床上，从而一种新型的用数字程序控制的机床应运而生。这种机 床是一种综合运用了计算机技术、自动控制、精密测景和机械设计等新技术的机电 体化典型产品。数控机床是一种装有程序控制系统（数控系统）的自动化机床。计算 机数控阶段也经历了三个时代，gp 1970年的第四代小型计算机，1974年的第 五代微处理器和1990年的第六代 基于pc（国外称为pc_based）从1952年美国麻省理工学院研制出第一台试验性数控系

17、统，到现在已走过了 50多 年的历程。数控系统由当初的电了管式起步.经历了以下儿个发展阶段：分立式晶 体管式汕规模集成电路式、大规模集成电路式、超大规模集成电路山型计算机式、 微机式的数控系统。前三代数控装置属于采用专用控制计算机的硕件数控装置，一般称为nc数控系统。 到20世纪80年代，总体发展趋势是：数控装置由nc向cnc发展；广泛采用32位 cpu组成多微处理器系统；提高系统的集成度，缩小体积，采用模块化结构，便于 裁剪、扩展和功能升级，满足不同类型数控机床的需要；驱动装置向交流、数字化 方向发展；cnc装置向人t智能化方向发展；采用新型的口动编程系统；增强通信 功能；数控系统的可靠性不

18、断提高。总之，数控机床技术不断发展，功能越來越完 善，使用越来越方便，可靠性越来越高，性能价格比也越来越高，到1990年，全世 界数控系统专业生产厂家年产数控系统约13万台（套）。我国敷控机床发展概况 我国于1958年研制第一台数控机床.发展过程大致可分为三大阶段:1958-1979 年为第一阶段，】979-1989年为第二阶段t从1989年至今为第三阶段。第一阶段由 于我国基础理论研究滞后，相关工业基础薄弱，特别是电子技术落后.数控系统没 有突破，虽然我国起步不晚，但发展不快，20世纪6070年代，由于文革等因索, 我国与发达国家差距开始拉大。20世纪70年代国家组织数控机床攻关，取得一定

19、成效，相继推出一些数控机床品种，但从整体来看.我国数控机床产业尚处于起步 阶段。第二阶段从日、德、美、西先后引进数控系统技术，从日、美、德、意、英、 法、瑞、匈、奥、韩等国及台湾地区引进数控机床先进技术和合作、合资生产，解 头了可靠性、稳定性问题，数控机床开始正式生产和使用，并逐步向前发展。第三 阶段国家从科技攻关和技术改造两方面对数控机床产韭进行了重点扶持，并加快了 国产数控系统的开发。普及型数控系统开发成功.为数控机床商品化和规模化生产 奠定了基础。一些数控机床主机厂组建床身、箱体、主轴、轴套等成组单元，厂内 组织专业化生产，生产水平进一步提高。cad/(lapp/cam开始应用，开发能力

20、、 工艺水平和产品质量进一步提高，奠定了产业化基础。数控机床进八了快速发展期。 2.3数控机床的组成及工作原理数控机床一般由数控系统、伺服系统(包含伺服电机和检测反馈装置)、强电控制柜、 机床本体和各类辅助装置组成。(1)控制介质控制介质叉称信息载体，是联系人与数控机床z间的中间媒介物质。反映了数控加 工中的全部信息。数控机床的加工程序可以存储在控制 质上。常用的控制介质有穿 孔纸带、磁带和磁盘等。(2) 输入装置输入装置的作用是将程序载体(信息载体)上的数控代码传递并存人数控系统内。(3) 数控装置数控装置是数控机床的核心，其作用是：从内部存储器中取出或接受输入装置送來 的一段或几段数控加工

21、程序，经过数控装置的逻辑电路或 统软件进行编译，运算处 理后，输出儿种控制信息和指令，控制机床各部分的工作，使其进行规定的有序运 动和动作。(4) 伺服单元和驱动装置伺服单元是cnc和机床本体的联系环节，它把來自cnc装置的微弱指令信号放大成 控制驱动装置的大功率信号。根据接收指令的不同，伺服单元有脉冲式和模拟式之 分，而模拟式伺服单元按电源种类叉可分为直流伺服单元和交流伺服单元。伺服单 元还包括位置检测装置。位置检测装置将数控机床各坐标轴的实际位移检测出来， 经反馈系统反馈到机床的数控系统中°驱动装置把经放大的指令信号变为机械运动，通过简单的机械连接部件驱动机床， 使工作台精确定位

22、或接规定的轨迹作严格的相对运动，最后加工出图纸所要求的零 件。和伺服单元相对应，驱动装置有步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机等。伺服单元和驱动装置可台称为伺服驱动系统，它是机床工作的动力装置。cnc装置 的指令要靠伺服驱动系统付诸实施，所以，伺服驱动系统是数控机床的重要组成部 分。从某种意义上说，数控机床功能的强弱主要取决于cnc装置，而数控机床性能 的好坏主要取决于伺服驱动系统。(5) 辅助控制装置辅助控制装置的主耍作用是接收数控装置输出的开关量指令信号，经过翻译、逻 辑判断和运算，再经功率放大后驱动相应的电器，带动机床的机械、液压、气动等 辅助装置完成指令规定的开关量动作。这些控制包括主

23、轴运动部件的变速、换向和 启停指令.刀具的选择和交换指令.冷却、润骨装置的启停，工件和机床部件的松 开和夹紧，分度工作台的转位分度等开关辅助动作。当今数控机床已广泛采用可编 程控制器作为辅助控制装置。(6) 机廉木体数控机床的本体指其机械结构宴体。它与传统的普通机床相似，但数控机床在整 体布局、外观造型、传动机构、工具系统及操作机构等方面都发生了很大的变化。 归纳起來主要有以下几个方面： 釆用高性能主轴及主传动部件。 进给传动采用高效传动件。般采用滚珠丝杠副、直线滚动导轨副等。 具有完善的刀具自动交换和管理系统。 机床木身具有很高的动、静刚度。 采用全封闭罩壳。由于数控机床是自动完成加工的，为

24、了操作安全等因素，一般 采用移动门结构的全封闭罩壳.对机床的加工部件进行全2.3数控技术的复合化复合化包括t序复合化和功能复合化。数控机床的发展已模糊了粗精加工全部工序 的概念。加工中心(包括车削中心、磨削中心、电加工中心等)的出现，又把车、铳、 镇、钻等类的工序集中到一台机床来完成，打破了传统的工序界限和分开加工的工 艺规程。一台具有自动换刀装置、自动交换工作台、自动转换立卧主轴头的镇铳加 1二中心，不仅一次装卡可以完成锂、铳、钻较、攻丝和检验等工序，而且还可以完 成箱体五个血粗精加工的工序。近年来.乂相继岀现了许多跨度更大的功能集中的复合化数控机床。日本池贝铁工 所的tw4lii立式加工屮

25、心.由于采用了 u轴，亦可进行车加t。东芝机械的gmc 95 立式加工中心，在一根主轴上既可进行切削叉可进行磨削。美国sincnnaillmli, acr()n公司的车、铳、镇、钻偏心孔多用途制造中心，在一台车削中心上不仅可以 完成回转体的外圆和端面的车削加工，还可完成铳平面、钻斜孔，开曲线槽等，使 刀具回转的加工中心或膳削中心与工件伺转的车削中心复合。如意大利safop的 车、镇、铳、磨复合机床；德国voeslaijlnt_盯einnel公司m30型铳削一车削 复合中心；eta公e6clio demi跻。er复合车一铳机床。还有成型机床与切削机 床的复台，如瑞1 raskn的冲孔、成型与激光

26、切割复合；whitne公司等离子加工与 冲压复合等。在多轴和多轴联动控制方面，日本的fanucl6系统为215轴；西门 t 880系统控制轴数达24轴。例如：釆用轴联动对二三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅 粗糙度值降低，而且效率也大幅度提高。一般认为，1台j轴联动机床的效率可以等 于2白3轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硕材料铳刀进行高速铳削淬硕钢 零件时，5轴联动加工可比3轴联动发挥更高的效益。但过去圉5轴联动数控机床 的数控系统、主机结构复杂等原因，其价格要比3轴联动数控机床高岀数倍，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

27、 现5轴联动加工的复合主轴头结构大为简化，其制造难度和成本太幅度降低，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eno 20o 1展会上，新h本工机的j面加1二机床采用复合主轴头，可宴现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宴 现，还可实现倾斜面和倒锥孔的加t。徳国dmc公司 展出dmuvoutlon系列加t. 屮心，可在一次装夹完成5面加工和5轴联动加工，由cnc系统控制或ca州cam 直接或间接控制。2.4数控技术的开放性为适应数控进线、联网、普艘型个性化、多品种、小批量、柔性化及数控迅速

28、发展 的要求，最重要的发展趋势是体系结构的开放性、设计生产开放式的数控系统。例 如美国、欧共体及日本发展开放式数控的计划等。 为适应制造白动化的发展，向fmc fms和cims提供基础设备，要求数字控 制制造系统不仅能完成通常的加工功能，而且还要具备自动测量、自动上下料、自 动换刀、自动更换主轴头（有时带坐标变换）、自动误差补偿、自动诊断、进线和联 网等功能，广泛地应用机器人、物流系统。 fmcc, fmss web bad即d制造及无图纸制造技术。 围绕数控技术、制造过程技术在快速成型，并联机构机床、机器人化机床、多功 能机床等整机方面和高速电主轴、直线电机、软件补偿精度等单元技术方面先后有

29、 所突破。并联杆系结构的新型数控机床实用化。这种虚拟轴数控机床.用较件的复 杂性代替传统机床机构的复杂性，开拓了数控机床发展的新领域。 以计算机辅助管理和工程数据库、因特同等为主体的制造信息支持技术的智能化 决策系统，对机械加工中大量信息进行存储和实时处理，应用数字化网络技术，使 机械加工整体系统趋于资源合理支配并高效地应用。 由于采用了神经网络控制技术、模糊控制技术擞字化阿络技术，机械加工向虚拟 制造的方向发展。2.4数控技术的先进性21世纪的数控装备将是具有一定智能化的装备。智能化的内容包括 在数控系统中 的各个方面。 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、工艺参数口

30、 动生成。 提高驱动哇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、智能化的人机界而等。 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。数控系统在控制性能上向智能化发展。随着人工智能在计算机领域的渗透和发展， 数控系统引入了白适应控制，模糊系统和神经网络的控制机理，不但具有自动编程、 前馈控制、模糊控制'学习控制、自适应控制、工艺参数自动生成、三维刀具补偿、 运动参数动态补偿等功能，而且人机界而极为友好，并具有故障诊断专家系统使自 诊断和故障监控功能更趋完善。伺服系统

31、智能化的主轴交流驱动和智能化伺服装置, 能自动识别负载井自动调整参数。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n(z(the ne xl generation workstation / mache(butyl)> 欧共体 osaca") 口 easiest 锄 architectures 如 r(kntro 1 wth_nautornatlon systems)> 日本的 osec(open system ent kern collar)> 中国的 onc(open n.malcontrol

32、system锄)等。数控系统开放化已经成为数控系统的未來z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，血向机床厂家和晟终用户， 通过政变、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，形成具有鲜明的名牌产品。冃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。数控装备的阿络化将 极人地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制

33、造模 式如敏捷制造成1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。在emo 20o i展屮，口本 山崎马扎克(mask)公司展出的cpc(cylerproducflonc),智能生产控制中心)，日本隈 (oksma)机床公司展出的it广场(信息技术广场)德国西门于(sns)公司展出的 ome(0衅n manufactumg envl.t开放制造环境)等，反映了数控机床加工向网络化 方向发展的趋势。开放式生产对于一些资本密集型的从事大型制造，尤其是生产大批量复杂零件的厂 家而言，实现网络制造更有其特别的意义。阿络制造在广义上表现为使

34、用网络的企 业与企业间可进行跨地域的协同设计、协同制造、信息共享、远程监控及远程服务, 以及企业内部的管理部门(产、供、销、人、财、物等)坡计部门(cad capp / cae /cam等)、生产部门(生产监测，生产管理，刀夹、量具，材料管理.设备管理等) 在网络、数据库技术支持下进行系统集成，通过t(, /ip通信协议进行网络通信， 为制造商提供整套且数据信息一致的生产方案，使不同的cw控制程序、编程加工 位置以及刀具定位点等数据信息得到统一。通过这样的网络通信，数据传递的速度 得到极大提高。过去耍几个小时才能完成传输的大程序，现在只需几秒钟即可完成。 然而，更为高效的cnc网络通信功能远远

35、不止于快速传递数据及信包，通过连接调 制解调器与通信软件，可以实现(inc机床的远程诊断。这样，一个技术人员即使在 机床生产厂家的办公室，也可以通过远程诊断对远程的cnc机床进行实吋问题诊断, 及时做出央定，并直接发出指令进行调整。这一切操作都无需亲临工作现场。采用 tcp /ip通信协泌进行网络通信还有一个基本条件就是机床数控系统的操作平台最 好是wmdo平台，传统的专用计算机数控系统要做到这一点是很困难的，而第六 代数控系统可咀满足网络制造的诸多要求。数控机床向柔性自动化系统发展的趟势：一方面从点（数控单机、力口巾心和数控复 合加工机床）、线（fmc, fms、fil、fml）向面（t段车

36、间独立制造岛、fa）、体（cims、 分布式网络集成制造系统）的方向发展；另一方面向注重应用性和经济性方向发展。 黍性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段，是各国制 造业发展的主流趋势，是先进制造领域的基础技术。其重点是以提髙系统的可靠性、 实用化为前提，以易于联网和集成为目标；注重加强单元技术的开拓、完善；cnc 单机向高精度、高速度和高柔畦方向发展：数控机床及其构成的柔性制造系统能方 便地与cad、（nm、capp、mts）联结，向信息集成方向发展；网络系统向开放、集 成和智能化方向发展。3国产数控机床的发展现状3.1国产数控机床与国际先进水平差距逐渐缩小数控机床是当

37、代机械制造业的主流装备，国产数控机床的发 展经历了 30年跌宕起伏，已经由成长期进入了成熟期，可提供市 场1,500种数控机床，覆盖超重型机床、高精度机床、特种加工 机床、锻压设备、前沿高技术机床等领域，产品种类可与日、德、 意、美等国并驾齐驱。特别是在五轴联动数控机床、数控超重型 机床、立式卧衣加工中心、数控车床、数控齿轮加工机床领域部 分技术已经达到世界先进水平。其中，五轴（坐标）联动数控机床 是数控机床技术的制高点标志之一。它集计算机控制、高性能伺 服驱动和精密加工技术于一体，应用于复杂曲面的高效、精密、 自动化加工，是发电、船舶、航天航空、模具、高精密仪器等民 用工业和军工部门迫切需要

38、的关键加工设备。五轴联动数控机床 的应用，其加工效率相当于2台三轴机床，甚至可以完全省去某 些大型自动化生产线的投资，大大节约了占地空间和工作在不同 制造单元之间的周转运输时间及费用。国产五轴联动数控机床品 种日趋增多，国际强手对中国限制的五轴联动加工中心、五轴数 控铳床、五轴龙门铳床、五轴落地铳牢堂床等均在国内研制成功， 改变了国际强手对数控机床产业的垄断局面。3.2国产数控机床存在的问题由于中国技术水平和工业基础还比较落后，数控机床的性能、 水平和可靠性与工业发达国家相比，差距还是很大，尤其是数控 系统的控制可靠性还较差，数控产业尚未真正形成。因此加速进 行数控系统的工程化、商品化攻关，尽

39、快建成与完善数控机床和 数控产业成为当前的主要任务。目前主要问题有：3.3核心技术严重缺乏统计数据表明，数控机床的核心技术一数控系统，由显示器、 控制器伺服、伺服电机和各种开关、传感器构成，中国90%需要 国外进口。如在上海设厂的德国吉特迈集团和意大利利雅路机床 集团，在烟台建厂的韩国大宇综合机械株式会社，所有的核心技 术都被外方掌握。国内能做的中、高端数控机床，更多处于组装 和制造环节，普遍未掌握核心技术。国产数控机床的关键零部件 和关键技术主要依赖进口，国内真正大而强的企业并不多。目前 世界最大的3家厂商是：日本发那客、德国西门子、日本三菱； 其余还有法国扭姆、西班牙凡高等。国内有华中数控

40、、航天数控 等。国内的数控系统刚刚开始产业化、水平质量一般。高档次的 系统全都是进口。华中数控近几年发展迅速，软件水平相当不错, 但在电器硬件方面还需进一步提高。目前国内一些大厂还没有采 用华中数控的。数控功能舖件是另外一个薄弱环节。某种意义上说，功能部 件将构筑21世纪现代数控机床。功能部件的性能和价格决定了数 控机床的性能和价格。功能部件不是机床附件，它是数控机床的核心代表。国产数控机床的主要故障大多出在功能部件上，它是 影响国产数控机床使用的主要根源。从国产数控机床的开发和使 用来看，功能部件急需技术攻关。特别在数控刀具滞后现象反映 相当强烈。国产数控刀具在寿命、可靠性等方面差距明显，无

41、论 在品种、性能和质量上都远远不能满足用户要求。由于国产刀具 品种少、寿命低，严重影响数控机床效率的发挥。调研企业进口 的数控机床，配用大量进口数控刀具，由于价格昂贵，用户不堪 负担。数控立、卧回转工作台，数控分度盘和数控电动刀架等数 控功能部件市场中海外商家也稍胜一筹。3.4民族品牌与国际品牌差距明显缸体生产线是一条全自动加工线，其粗加工选用韩国大宇重工的2004年6月一份广东机床用户的抽查情况透露，在数控机床 的各个品牌之中，用户对欧洲、日本、美国、韩国和中国台湾等 数控机床品牌的关注度已占全部市场的60%以上。品牌知名度上 的差距，导致用户在选择加工设备时把更多的机会给了海外数控 机床行

42、业的一些“实力派”。如哈尔滨某发动机（集团）有限公司的等组成。专机自动线，精加工则选用了英国crosshulle公司的专机自 动线，缸盖加工线是由德国cross. huller公司制造的高速加工中 心和专机自动线、德国产的全自动在线测量机、日本产的全自动 密封检测机和清洗机组成的。曲轴生产线为全自动柔性流水生产 线，精加工线由日本的数控高速cbn磨床、动平衡机、抛光机3.5技术创新和成果转化与市场脱节适销对路的产品是企业在市场竞争中取胜的根本。技术创新 是产品满定市扬需要的关键。參薮企业在谕定数控技术初新项目 上没有突出重点，市场定位不明确，不能集中力量，突破重点， 带动整体，项目安排带有盲目

43、性。首先，盲目跟随国际技术潮流 增加生产能力。藪控机床产业本身的水平关键要看创詬能另、人 员素质和企业素质的提高。近年耒的改制、改组已有一些初步成 效，来之不易。在面对市场需求增加的同时，还是要清醒看市场， 稳妥求发展，还是要抓前、抓后（即抓开发、抓销售.抓质量、抓 服务），慎重抓能分。中国要成为制造市场，而不是加工市场，机 床行业也应正确看待这个问题。否则就造成科技攻关的新产品差 距仍然很大，浪费了有限的人力物力；其次技术创新取得成果后, 缺乏市场化的全面安排，质量保证体系的不健全，尚未制定相应 的规范和标准，制造工艺研究严重滞后。造成数控机床市场占有 率逐年下降；再次，不重视质量和服务。机

44、床行业是第1个提出 质量承诺声明的行业，在市场好转的时候，企业对质量和服务更 要重视，对用户更加周到和热情，一个企业的品牌往往是在市场 好的时候新立的，也往往是在市场好岛时期丢鼻禹。3.6缺乏先进的管理机制多数企业都受到生产经营缺乏动力、自我约束机制不健全、劳动生产率低下等问题的严重困扰。适应市场经济需求的以企业 为主体、产学研相结合的技术创新体系尚未形成，缺乏吸引高层 次、高素质人才创新创业的环境，无法有效整合相关技术、产业 和资源优势，形成合力开展联合攻关，共同打造技术创新平台。 所以必须按照经济发展的客观要求，建立以公司法人为主要内容 的现代企业制度。真正确立以用户为中心的市场经济观念，

45、认真 调整产品结构和组织结构。真正让市场在资源配置中起基础作用。4国内数控机床的发展趋势根据2004年10月，完成的数控机床产业发展专项规划。国内数控机床大致发展趋势表现在以下几方面:41智能.高速.高精度化新一代数控机床为提高生产效率，向超高速方向发展，采用 新型功能部件（如电主轴、直线电机、lm直线滚动系统尊）主轴转 速达15,000r/min以上。计算机技术及其软件控制技术在机床产品 技术中占的比重越来越大，计算机系统及其应用软件的复杂化， 带来了机床系统及其硬件结构的简化，数控机床的智能化程度日 趋提高。一台机床的重复定位精度如果能达到0.005 mm（iso标 准、统计法），就是一台

46、高精度机床，在0.005mm（iso标准、统 计法）以下，就是超高精度机床。高精度的机床，要有最好的轴承、 丝杠。随着电脑辅助制造（cam）系统的发展，精密度已达到微米级。4.2设计、制造绿色化绿色设计是一种综合考虑了产品设计、制造、使用和回收等 整个生命周期的环境特性和资源效率的先进设计理论和方法。它 在不牺牲产品功能、质量和成本的前提下，系统考虑产品开发、 制造及其活动对环境的影响，从而使得产品在整个生命周期中对 环境的负面影响最小，资源利用率最高。数控机床在设计时要考 虑：绿电材料设弈；可拆卸性设并；节能性设在；可回皈性设计; 模块化设计；绿色包装设计等。绿色制造是一个综合考虑环境影 响

47、和资源消耗的现代制造模式，通过绿色生产过程生产出绿色产 品。数控机床在制造时要考虑：节约资源的工艺设计；节约能源 的工艺设计；环保型工艺设计等。随着世界经济的迅速发展，尤 其是国内改革开放以来工业化程度的加快，所带来的环境污染问 题越来越严重，环境保护的呼声越来越高，环保问题已经成为各 国经济可持续发展的制约因素之一。数控机床作为装备制造业的 核心，能否顺应环保趋势，加大绿色设计与制造的研制，将是影 响经济发展的重要要素之一4.3复合化与系统化工件一次装夹，能进行多种工序复合加工，可大大地提高生 产效率和加工精度，是机床一贯追求的。由于产品开发周期愈来 愈短，对制造速度的要求也相应提高，机床也

48、朝高效能发展。机 床已逐渐发展成为系统化产品，用一台电脑控制一条生产线的作 业。产品对外观曲线要求的提高，机床五轴加工、六轴加工已日 益普及，机床加工的复合化已是不可避免的发展趋势。4.4数控系统发展趋势4.4.1数控系统向开放式体系结构发展计算机技术的飞速发展，推动数控技术更快地更新换代。许 多数控系统生产厂家利用pc机丰富的软硬件资源开发开放式体 系结构的新一代数控系统。开放式体系结构使数控系统有更好的 通用性、柔性、适应性、可扩展性，并可以较容易地实现智能化、 网络化。，开放式体系结构可以大量采用通用微机技术，使编程、 操祜以及技术升级和更新变得更加简单快捷。开放式体系结新的 新一代数控

49、系统，其硬件、软件和总线规范都是对外开放的.数 控系统制造商和用户可以根据这些开放的资源进行系统集成，同 时它也为用户根据实际需要灵活配置数控系统带来极大方便，促 进了数控系统多档次、多品种的开发和广泛应用，开发生产周期 大大缩短。同时，这种数控系统可随cpu升级而升级，而结构可 以保持不变。4.4.2数控系统向软数控方向发展 传统数控系统，女口 fanuco系统、mitstjbishi m50系 统、sin.merlk810m,7/c系统等，是一种专用的封闭体系结扁 的数控系统。目前，这类系统还是占领了制造业的大部分市场。 但由于开放式体系结构数控系统的发展，传统数控系统的市场正 在受到挑战

50、，已逐渐减小。 “pc嵌人nc"结构的开放式数控系统，女口 fanuco和 16l sinumerz840d. nutr-1060. ab 9 / : 360 等,是数控软 件技术和当今计算机丰富的软件资源相结合开发的产品.具有一 定的开放性。但它的nc部分仍然是传统的数控系统，用户无法 介人数控系统的核心。这类系统结构复杂，功能强大，价格昂贵。“nc嵌人pc”结扁的开放盘薮控系统。它由开放式体系 结构运动控制卡和pc机共同构成。这种运动控制卡通常选用高速 dsf作为cpu，具有很强的运动控制和plc控制能力。它本身 就是一个数控系统，可以单独使用。它开放的函数库供用户在 windo

51、ws台下旨行开爰构造所需药控制系统，因而，这篩开放式 体系结构运动控制卡被广泛应用于制造业自动化控制的各个领o八 soft型开放式数控系统。这是一种最新开放式体系结构 的数控系统。它提供给用户最大的选择和灵活性，它的cnc软件 全部装在计算机中，而硬件部分仅是计算机与伺服驱动和外部i /o之间的标准化通用接口。就像计算机中可以安装各种品牌的 声卡和相应的驱动程序一样。用户可以在windows nt平台上， 利用开放的cnc内核开发所需由各种功能，构成各种类型的高性能数控系统，与前几种数控系统相比，so订型开放式数控系统具 有最高的性能价格比，因而最有生命力。通过软件智能替代复杂的硬件，正在成为

52、当代数控系统发展的重要趋势。其典型产品有美国mdsi公司的open cnc、礁powerautomatlon 公司的 p 8000 nt 等 o4.4.3数控系统控制性能向智能化方向发展随着人工智能在计算机领域的渗透和发展，数控系统引入了 自适应控制、模糊系统和神经网络的控制机理，不但具有自动编 程、前馈控制、横糊控制、学习控制、自适应控制、工艺参数自 动生成、三维刀具补偿、运动参数动态补偿等功能，而且人机界 面极为友好，并具有故障诊断专家系统，使自诊断和故障监控功 能更趋完善。为日本mazak公司最新推出幽ezizith型卧式加工 中心，将信息技术与制造技术融为一体。在制造过程中，加工、 检

53、测一体化是实现快速制造、快速检测和快速响应的有效途径， 已形成将测量（mnt）、瀑（modelling）.加_i=（m m u%otlldng）. 机器操彳乍（m删j pulator）四者（即4m）融合在一不系统中，实现信息 共享.促进测量、建模、加工、操作一体化的4m智能系统。4.4.4数控系统向网络化方向发展=!数控系统的网络化，主要指数控系统与外部的其他控制系统 或上位计算机进行网络连接和网络控制。数控系统一般首先面向 生产现场和企业内部的局域网，然后再经由因特网通向企业外 部.这就是所谓的i（i）ierl ii intranet技术。随着网络技术的成熟 和发展，最近业界又提出了数字制造

54、的概念。数字制造，又称“e 一制造j是机械制造企业现代化的标志之一，也是国际先进机床 制造商当今标准配置的供货方式。随着信息化技术的大量采用， 越来越多的国内用户在进口数控机床时要求具有远程通讯服务等 功能。为療具车i'可利角inkmet技来进行的网络化控制数控加 工.数控系统的网络化进一步促进了柔性自动化制造技术的发展, 现代柔性制造系统从点（数控单机、加工中心和数控复合加工机 床）、线（fmcc、fms、itl、fml）向面（工段车间独立制造岛、fa）、 体（cms、分布式网络集成制造系统）的方向发展。柔性自动化技 术以易于联网和集成为目标，同时注重加强单元技术的开拓、完 善，能方

55、便地与cad、cam、capf。、mix3联结，向信息集成 方向发展，网绪系统向开放、集成和智能化方向发展。4.4.5数控系统向高可靠性方向发展随着数控机床网络化应用的日趋广泛，数控系统的高可靠性 已经成为数控系统制造商追求的目标。对于每天工作两班的无人 工厂而言，如果要求在16h内连续正常工作，无故障率在99%以 匕则数控机床的平均无故障运行时间(mtbf)就必须大于3000h。 如主机与数控系统的失效率之比为10: 1(数控的可靠比主机高一 个数量级)，数控系统的mtbf就要大于33333 3h,而其中的数控 装置、主轴及驱动等的mtbf就必须大于105h。对整条生产线而 言，可靠性要求还

56、要更高。4.4.6数控系统向复合化方向发展在零件加工过程中，有大量的无用时间消耗在工件搬运、上 下料、安装调整、换刀和主轴的升速、降速上，为了尽可能降低 这些无用时间，人们希望将不同的加工功能整合在同一台机床上, 因此，具有复合功能的机床成为近年来发展很快的机种。柔性制 造范畴的机床复合加工概念是指将工件一次装夹后，机床便能按 照数控加工程序自动进行同一类工艺方法或不同类工艺方法的多 工序加工，以完成一个复杂形状零件的主要乃至全部加工工序。4.7.7数控系统向多轴联动化方向发展在加工自由曲面时，三轴联动控制的机床无法避免切速接近于零的球头铳刀端部参予切削，进而对工件的加工质量造成破坏 性影响，

57、而五轴联动控制对球头铳刀的数控编程比较简单，并且 能使球头铳刀在铳削三维曲面的过程中始终保持合理的切速，从 而显著改善加工表面的粗糙度，大幅度提高加工效率.因此.多 轴联动控制的加工中心和数控铳床已经成为当前的一个开发热占 八八o5cnc装置的工作原理cnc装置在其硬件环境支持下，按照系统监控软件的控制逻 辑.对输人、译码、刀具补偿、速度规划、插补运算、位置控制、 l/0接口处理、显示和诊断等方面进行控制。cnc装置的主要工 作包括以下内容。5.1输入输人cnc装置的有零件程序、控制参数和补偿量等数据。输 人的形式有光电阅读机输人、键盘输入、磁盘输入、连接上级计 算机的dnc接口输人、网络输人

58、。从cnc装置的工作方式看，人）工作方式。cnc装置在输入过程中通常还要完成无效码删除、有存储器输人工作方式和mdi（m皿ud directlnput,手工直接输代码校验和代码转换等工作。5.2译码不论系统工作在mdi方式还是存储器输入方式下，都是将零 件程序以一个程序段为单位进行处理的，把其中的各种零件轮廓 信息（如起点、终点、直线或圆弧磐）、加工速度信息（f代码）和其 他辅助信息（m、s、t代码等）按照一定的语法规则解释成计算机 能够识别的数据形式，并以一定的数据格式存放在指定的内存专 用单元。在译码的过程中.还完成对程序段的语法检查，发现语 法错误便立即报警。5.3插补插补的任务是在一条给定起点和终点的曲线上进行“数据点 的密化”（拟合）。插补程序在每个插补周期运行一次，在每个插 补周期内，根据指令进给速度计算出一个微小的直线数据段。通 常，经过若干次插补周期后，插补加工完一个程序段轨迹，即完 成从程序段起点到终点的“数据点密化”工作。5.4进给速度处理编程所给的刀具移动速度'是在各坐标的