论我国数控机床的发展现状及市场前景

1、甘肃畜牧工程职业技术学院甘肃畜牧工程职业技术学院 毕毕 业业 论论 文文 论我国数控机床的发展现状及市场前景论我国数控机床的发展现状及市场前景 系 别：机械工程系 专 业：数控技术 指导老师： 班 级：08.1 姓 名： 完成时间：2010.10.14 目目 录录 毕业论文任务书-3 开题报告-4 摘 要-6 绪论-7 第一章-8 1.1 数控机床特点 -8 1.2 数控机床的应用 -9 第二章 国内数控机床发展现状解析-10 2.1 我国数控机床进入快速发展阶段 -10 2.2 我国数控机床技术的现状与不足-11 2.3 我国数控机床发展的措施-14 第三章 我国数控机床技术的发展及市场前景

2、-16 3.1本世纪数控机床和数控技术的发展 -16 3.2数控机床技术发展的趋势及市场前景 -17 结束语-21 参考文献-22 致谢词-23 毕业论文任务书 学生姓名 专业班级数控技术 08.1 班指导教师 论文题目 论我国数控机床的发展现状及应用前景 研 究 的 目 标、 内 容 及 方 法 研究的目标： 我国数控机床近几年的发展现状。数控机床的种类、技术水 平、质量、产量和数控机床在不同的行业的应用上进行分析；通过对我国数控 机床现状的分析对我国数控机床在以后的市场前景进行预测。 研究的内容：我国的数控机床无论从产品种类、技术水平、质量和产量上 都取得了很大的发展，在一些关键技术方面也

3、取得了重大突破。这标志着国内 数控机床已进入快速发展的时期。 近年来我国机床行业不断承担为国家重点工 程和国防军工建设提供高水平数控设备的任务。 研究的方法：主要通过理论与实际调查来完成本课题的研究。 分 阶 段 完 成 的 工 作 1、2010.7.2 确定毕业设计（论文）的选题，收集资料，整理资料，完成设计 （论文）的任务书和开题报告； 2、2010.7.189.1 日撰写设计（论文） ，完成第一稿，并交指导教师； 3、2010.9.29.9 日指导教师阅改设计（论文）第一稿； 4、2010.9.109.20 日修改设计（论文） ，完成第二稿，并交指导教师； 5、2010.9.209.25

4、 日指导教师阅改设计（论文）第二稿； 6、2010.9.259.30 日修改设计（论文） ，完成第三稿，并交指导教师修改； 7、2010.10.110.7 日指导教师阅改设计（论文）第三稿，并交学生修改； 8、2010.10.810.15 日指导老师评阅并打分，准备毕业论文答辩； 9、2010.10.20 日前毕业论文答辩，评定学生最终设计（论文）成绩，评出系内 优秀设计（论文） 。 系（部） 主 任 意 见 开题报告 论文题目： 论我国数控机床的发展现状及应用前景 指导教师： 学生姓名： 完成时间： 二零一零年十月十四号 1.本课题研究的背景 我国数控机床行业加速发展，年产量平均递增约 30

5、。五轴联动数控机床、复合机床 等高档机床已经逐步实现国产化。我国每年推出高端数控机床新品种数百个。中小型数控机 床用激光器产量居全球第一位，大型工业激光器产量居亚洲第一位。国产数控软件已经占国 内总销量的 70左右。到 2010 年，国产数控机床将占据一大半的国内市场。 2.本课题研究的意义 我国的数控机床无论从产品种类、技术水平、质量和产量上都取得了很大的发展，在一 些关键技术方面也取得了重大突破。这标志着国内数控机床已进入快速发展的时期。 近年 来我国机床行业不断承担为国家重点工程和国防军工建设提供高水平数控设备的任务。 3.本课题的难点和重点 我国数控机床近几年的发展现状。数控机床的种类

6、、技术水平、质量、产量和数控机床 在不同的行业的应用上进行分析；通过对我国数控机床现状的分析对我国数控机床在以后的 市场前景进行预测。 4.论文提纲 1）对数控机床的种类、应用进行简单的概述 2）分析我国数控机床近年来发展的现状 3）从我国数控机床发展的不足中找出原因并提出解决方案 4）预测我国数控机床的市场前景 5.参考文献 1）于春生、韩渂主编：数控机床编程及应用 北京：高等教育出版 2）宋小春主编： 数控车床编程与操作 广州：广东经济出版社出版 3）孙竹主编： 数控机床编程与操作 北京：机械工业出版社 4）罗良玲、刘旭波主编：数控技术及应用 北京：清华大学出版社 5）李郝林主编：机床数控

7、技术 机械工业出版社出版 6）王爱玲主编：机床数控技术 高等教育出版社 7）李正峰主编：数控加工工艺 上海：上海交通大学出版社 6.指导教师意见： （签字）： 日期： 7.系部意见： （签字）： 日期： 摘 要 我国的数控机床无论从产品种类、技术水平、质量和产量上都取得了很大的发展，在一 些关键技术方面也取得了重大突破。据统计，目前我国可供市场的数控机床有 1500 种，几 乎覆盖了整个金属切削机床的品种类别和主要的锻压机械。领域之广，可与日本、德国、美 国并驾齐驱。这标志着国内数控机床已进入快速发展的时期。 数控机床及由数控机床组成的制造系统以其卓越的柔性自动化的性能、高效而可靠的生 产效率

8、、优异而稳定的精度、灵捷而多样化的功能，充分显示出它是改造传统产业、构建先 进的数字化企业的重要基础制造装备。 【关键词】：加工中心 润滑冷动系统 绪 论 数控机床是数字控制机床的简称，是一种装有的自动化机床。该控制系统能够逻辑 地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作并加工 零件。 不同类型的数控机床有着不同的用途，在选用数控机床之前应对其类型、规格、性能、 特点、用途和应用范围有所了解，才能选择最适合加工零件的数控机床。 从数控机床的类型方面考虑，数控车床适用于加工具有回转特征的轴类和盘类零件。数 控镗铣床、立式加工中心适用于加工箱体类零件、板类零件、具有平面

9、复杂轮廓的零件。卧 式加工中心较立式加工中心用途要广一些，适宜复杂箱体、泵体、阀体类零件的加工。多轴 联动的数控机床、加工中心可以用来加工复杂的曲型面、叶轮螺旋桨以及模具。 数控机床及由数控机床组成的制造系统以其卓越的柔性自动化的性能、高效而可靠的生 产效率、优异而稳定的精度、灵捷而多样化的功能，充分显示出它是改造传统产业、构建先 进的数字化企业的重要基础制造装备。因此，数控技术已成为先进制造技术中的一项核心技 术，随着用户需求的多样化和市场竞争激剧化，促进数控技术的加速发展。 第一章 数控机床的特点及应用 1.1 数控机床特点 1.1.1、数控机床与普通车床的对比 特点有以下几点： 1）加工

10、精度高，具有稳定的加工质量； 2）可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件； 3）加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间； 4）机床本身的精度高、刚性大 ,可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机 床的 35 倍）； 5）机床自动化程度高，可以减轻劳动强度； 6）对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高； 1.1.2、数控机床一般由下列几个部分组成： 1）主机：他是数控机床的主题，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。 他是用于完成各种切削加工的机械部件。 2）数控装置：是数控机床的核心，包括硬件以及相应的软件，用于输入数字化的零 件程序，并完成输入信息

11、的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。 3）驱动装置：他是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给单元、主轴 电机及进给电机等。他在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱 动。当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。 4）辅助装置：指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，如冷 却、排屑、润滑、照明、监测等。它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数 控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。 5）编程及其他附属设备，可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。 自从 1952 年美国麻省理工学院研制出世界上第一

12、台数控机床以来，数控机床在制造工 业，特别是在汽车、航空航天、以及军事工业中被广泛地应用，数控技术无论在硬件和软件 方面，都有飞速发展。 1.2 数控机床的应用 不同类型的数控机床有着不同的用途，在选用数控机床之前应对其类型、规格、性能、 特点、用途和应用范围有所了解，才能选择最适合加工零件的数控机床。根据数控加工的特 点和国内外大量应用实践，数控机床通常最适合加工具有以下特点的零件。 一、多品种、小批量生产的零件或新产品试制中的零件。 二、形状复杂，加工精度要求高，通用机床无法加工或很难保证加工质量的零件。 三、在普通机床加工时，需要昂贵的工装设备（工具、夹具和模具）的零件。 四、具有难测量

13、、难控制进给、难控制尺寸型腔的壳体或盒型零件。 五、必须在一次装夹中完成铣、镗、锪、铰或攻丝等多工序的零件。 六、价格昂贵，加工中不允许报废的关键零件。 七、需要最短生产周期的急需零件。 从数控机床的类型方面考虑，数控车床适用于加工具有回转特征的轴类和盘类零件。数 控镗铣床、立式加工中心适用于加工箱体类零件、板类零件、具有平面复杂轮廓的零件。卧 式加工中心较立式加工中心用途要广一些，适宜复杂箱体、泵体、阀体类零件的加工。多轴 联动的数控机床、加工中心可以用来加工复杂的曲型面、叶轮螺旋桨以及模具。 第二章 国内数控机床发展现状解析 2.1 我国数控机床进入快速发展阶段 我国的数控机床无论从产品种

14、类、技术水平、质量和产量上都取得了很大的发展，在一 些关键技术方面也取得了重大突破。据统计，目前我国可供市场的数控机床有 1500 种，几 乎覆盖了整个金属切削机床的品种类别和主要的锻压机械。领域之广，可与日本、德国、美 国并驾齐驱。这标志着国内数控机床已进入快速发展的时期。 近年来我国机床行业不断承担为国家重点工程和国防军工建设提供高水平数控设备的任 务。如国产 xnzd2415 型数控龙门混联机床充分吸取并联机床的配置灵活与多样性和传统机 床加工范围大的优点，通过两自由度平行四边形并联机构形成基础龙门，在并联平台上附加 两自由度串联结构的 a、c 轴摆角铣头，配以工作台的纵向移动，可完成五

15、自由度的运动。 该构型为国际首创。基于 rtlinux 开发的数控系统具有的实时性和可靠性，能在同一网络 中与多台 plc 相连接，可控制机床的五轴联动，实现人机对话。 超精密球面车床为陀螺仪的加工提供了基础设备，这类车床也可用于透镜模具、照相机 塑料镜片、条型码阅读设备、激光加工机光路系统用聚焦反射镜等产品的加工。 高速五轴龙门铣床采用铣头内油雾润滑冷却、横梁预应力反变形控制等技术。这类铣床 可用于航空、航天、造船、水泵叶片、高档模具等的加工。 ssckz805 型五轴车铣复合加工中心可满足航天、航空、船舶及铁路运输业对高精度、 高刚度、形状复杂的大型回转体零件加工的要求，如飞机发动机主轴、

16、起落架的加工，船舶 发动机活塞、增压器蜗杆差速换向器及螺旋叶片的加工等。 tw250 型高速、高效车削中心采取双主轴对置结构，两个刀架分别位于主轴轴线上下方， 控制轴数 8 个，可实现 4 轴联动。装有 12 位伺服驱动双向动力刀台的上下刀架可对任一主 轴进行 2 轴或 4 轴加工。该机床采用模块化设计技术，可根据用户的不同要求派生为双刀架 双主轴、单刀架双主轴、双刀架单主轴、等车削中心或数控车床。 tk68125a 型落地式数控镗铣床可广泛适用于大中型柴油机、工程机械、汽车、船舶、 航天航空工业的大中型复杂结构件加工，特别适用于对具有空间曲面的复杂零件高速、高效 加工。 tk6913b 型落

17、地式数控镗铣床在高刚度方滑枕、数控可移动主轴组件、数控回转工作台、 数控平旋盘、大型链式刀库、模块化开发等方面形成了自己的核心技术。 2.2 我国数控机床技术的现状与不足 2.2.1、我国网络化、集成化、柔性化的数控机床 我国已进入世界高速数控机床和高精度精密数控机床生产国的行列。目前我国已经研制 成功一批主轴转速在 800010000r/min 以上的数控机床。我国数控机床行业近年来大力推 广应用 cad 等技术。 2.2.2、我国数控机床在各行业中的应用 目前我国正处于工业化中期，即从解决短缺为主的开放逐步向建设经济强国转变，从脱 贫向致富转变。煤炭、汽车、钢铁、房地产、建材、机械、电子、

18、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。据毕马威会 计事务所分析，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。我国未来数控机床市场巨大，预计 2010 年数控机床消费仍将超过 60 亿美元，台数将 超过 10 万台。专家指出，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。 国家计委投资研究所预测:“十五”期间，我国固定资产总投资额将达到 22 万亿元，年 平均增长幅度为 37%。按以往固定资产投资与机械市场消费之间的互动关系推断， “十五” 期间，

19、我国机械市场所孕育的商机高达 320400 亿元。交通方面， “十五”期间仅西部铁路 开发就将投入 1000 亿元，未来 10 年西部交通则将投资 70008000 亿元，车轮车床、大型 锯床、螺旋焊管扩径机械等专用设备大有用武之地;水利工程未来 5 年将投资 5300 亿元，环 保一期投资 1888 亿元，二期投资 2600 亿元，相应机械设备需求巨大；300 家机械厂商将进 行技改，求购数控机床数量十分可观。2004 年，国内有模具厂约 1.7 万家，年产值约 530 亿元，所需的机械偏向于高精度、高效率、高速化铣削设备、虚拟轴机床、复合加工机及慢 走丝线切割机等。 据报道，国家对装备制造

20、业的投资将主要集中在航天、航空、船舶、汽车、兵器、机械 和电子信息等行业。 航空工业的民用航空客机的转包和生产进一步扩大。与美国波音和欧洲空中客车公司转 包生产客机零件量将大幅度增加；与国外合作生产和自行开发的军用飞机和军用直升机将进 入批量生产。飞机机翼、机身、尾翼等和发动机零件的制造需要大批高速五轴加工中心、龙 门移动式高速加工中心、精密数控车床、精密卧式加工中心、多坐标镗铣中心、精密齿轮和 螺纹加工数控机床等。 汽车制造业是机床的需求大户，约占机床总消费的 40%左右。我国汽车年产量的增加同 时带动汽车零配件产量的大幅度增加。汽车制造业需要大批高效、高性能、专用数控机床和 柔性生产线，如

21、用于发动机加工的以高速卧式加工中心为主的柔性生产线、曲轴加工专用数 控机床等。汽车零配件生产需求大批数控车床、立卧式加工中心、数控高效磨床和数控齿轮 加工机床等。 兵器制造业需求数控机床更是量大面广，要求数控机床可靠、稳定。国产数控机床有很 大的市场空间兵器制造业需求大批数控车床、立卧加工中心、五轴加工中心、龙门镗铣床、 镗铣加工中心、齿轮加工机床等。 发电设备制造行业需要重型数控龙门镗铣床、大型落地镗铣床、大型数控车床、叶根槽 专用铣床和叶片数控加工机床等，输变电设备制造行业需要数控车床、加工中心、数控镗床 等。 冶金设备制造业重点解决连铸连轧成套设备的制造，需求大型龙门铣床、大型数控车床

22、等设备。 我国铁路、公路、能源、水利、机场、城镇建设需求大量工程机械。工程机械制造业需 求大批中小型数控机床如数控车床、中型加工中心、数控铣床和齿轮加工机床等。 近年，全国模具产值也有大幅增长。我国目前大型、精密、复杂、长寿命模具依然大量 进口，模具市场主要集中在华东、华南，大约占全国销售额的 75%。最近，江苏苏州地区已 在规划筹建亚洲最大的模具制造基地。模具制造业需求高速数控铣床、三坐标测量机、精密 电加工机床、高精度加工中心、精密磨床等。 电子信息设备制造行业的装备 99.5%依赖进口。该行业需求大批小型精密数控机床:高 速铣削中心、高速加工中心、小型精密车床、小型精密冲床、精密和超精密

23、加工专用数控机 床及精密电加工机床等。 2.2.3、国内数控机床仍然较为落后 数控机床的重要组成部分有数控系统、刀库和机械手、数控刀架和转台、主轴单元、滚 珠丝杠副和滚动导轨副、防护罩和数控刀具等功能部件，这些功能部件的性能已成为整机性 能的决定因素。数控系统由显示器、伺服控制器、伺服电机和各种开关、传感器构成。当然， 普通机床发展到数控机床不只是加装系统这么简单，例如:从铣床发展到加工中心，机床结 构发生变化，最主要的是加了刀库，还大幅度提高了精度。加工中心最主要的功能是铣、镗、 钻的功能。目前世界最大的三家厂商是：日本 fanuc、德国西门子、日本三菱，其产品量大 面广，但技术并不一定是最

24、高的，其余还有法国 num、西班牙凡高等。 数控机床是利用二进制数学方式输入，加工过程可任意编程，主轴及进给速度可按加工 工艺需要变化，且能实现多坐标联动，易加工复杂曲面。对于加工对象具有“易变、多变、 善变”的特点，换批调整方便，可实现复杂件多品种中小批柔性生产，适应社会对产品多样 化的需求。但价格较昂贵，需要正确分析其使用的经济合理性;数控机床利用硬件和软件相 结合，能实现信息反馈、补偿、自动加减速等功能，可进一步提高机床的加工精度、效率、 自动化程度；数控机床是以电子控制为主的机电一体化机床，充分发挥了微电子、计算机技 术特有的优点，易于实现信息化、智能化、网络化，可较易地组成各种先进制

25、造系统。 数控机床是机、电、液、气、光多学科各种高科技的综合性组合，特别是以电子、计算 机等现代先进技术为基石，必须具有巩固的技术基础，互相配套，缺一不可。如不齐备，则 数控机床难以顺利发展。数控机床是由主机、各种元部件和数控系统三大部分组成，还需先 进的自动化刀具配合，才能实现加工，各个环节在技术上、质量上必须切实过关，确保工作 可靠、稳定，才能保证数控机床加工的精度、效率和自动化，否则，难以在实际生产中使用。 与国外产品相比，我国的差距主要是机床的高速高效化和精密化上。对高速加工技术， 国外已进行了多年的研究，对高速加工的机理、机床结构、机床刚度和精度的影响等都有了 系统的研究，并开发生产

26、了各种高速铣削中心、高速加工中心，广泛应用于航空器铝合金零 件和模具加工上。 国外滚珠丝杠副驱动的高速加工中心快速进给速度大多在 40m/min 以上，最高已达到 90m/min，直线电机驱动的加工中心最高达到 120m/min;而国内加工中心快速进给大多在 30m/min 左右，个别达到 60m/min，直线电机驱动的加工中心也仅试制出样品。国外高速加 工中心主轴转速一般都在 1200025000r/min，最高已达到 70000r/min,在结构上都采用适 应于高速加工要求的独特箱中箱结构或龙门式结构。 据统计，我国大型高性能超精机床每年生产不足千台，仅占国产机床总量和总价值的 1.5%2

27、.5%,不到德国或日本的 1/20。国外卧式加工中心都装有机床精度及温度补偿系统， 加工精度比较稳定，而国内尚在研发中，国外加工中心定位精度基本上按德国标准 vdi3441 验收，行程 1000mm 以下，定位精度可控制在 0.0060.0lmm 以内，而国内定位精度相对较 低。 2.2.4、大力促进我国数控机床的发展 为了进一步促进我国数控机床的发展，必须把企业作为发展的主体。高校、科研单位作 为依托，政府在宏观政策上予以指导和扶持，社会中介力量提供高质量的服务，才能把机床 产业逐步做优做强。 2.3 我国数控机床发展的措施 2.3.1、加大政府扶持力度 按照国家数控机床产业发展专项规划 ，

28、未来 5 年机床工具行业将营造 20 个数控机床 产业化基地和为之配套的 10 个基础功能零部件产业基地，基地企业将享受国家政策和资金 上的支持。数控机床产业化基地企业所开发生产的新产品和高档数控机床产品实行增值税返 还政策。 规划还将对进入产业化基地的企业给予国债项目资金的支持。对企业技术开发 中心和技术工程研究中心的初期建设，以及首台、首套新产品，也将给予一定的风险补贴。 机床企业如欲进入产业化基地，其技术开发投入不得低于产品销售收入的 5%。如果达到了 这个指标，每年将可享受国家给予的一定程度的补贴。如果规划的目标能够实现，到 “十一五”末期，国产数控机床以销售额计的国内市场占有率将提高

29、到 50%以上。同时，国 产全部机床产品的国内市场占有率也将提高到 60%以上。 2.3.2、提高综合应用效率 数控设备要提高设备综合应用效率，应能长期稳定可靠地运行使用，高效率进行产品加 工，快速生产出质量合格的产品零件。国内一些专家分析了影响 oaee 的主要因素，提出从 em 整体解决技术高度上设计、实施和实现基于人、信息、技术、资源、组织机构和管理 体制融合应用集成的数字化综合自动化技术和全企业应用集成，从根本上提升数控设备工业 应用水平。 2.3.3、提高开发能力 提高开发能力并不是一件容易的事情。现在西方的大公司在数控机床方面对我国采取封 锁加倾销的市场战略。首先是封锁，封锁不成就

30、倾销。其数控系统在中国市场以十分昂贵的 价格出售，获取了高额利润。一旦中国企业开发出同样产品，他们就立即大幅降价，甚至降 到中国企业的成本价以下。在这种情况下，国家就更要给国内企业以扶持，就像当初美、德、 日等扶持本国企业那样。 2.3.4、发展功能零部件 有专家预言，今后 510 年机床行业将更多瞄准购买零部件来组装机床，投入市场。机 床行业要优质快速生产数控机床，以满足市场的需求，为数控机床配套的功能部件必须优先 快速发展。当今，高级数控系统、高速精密主轴单元、高速滚动部件和数控动力刀架等功能 部件已成为衡量数控机床水平的重要标志。它们的价格也是构成数控机床整机价格的主要成 分，粗略计算数

31、控机床功能部件价格已占整机成本构成的 70%左右。 目前，我国的功能部件生产发展缓慢，品种少，产业化程度低，不能满足市场要求，不 得不依赖进口。由于功能部件进口价格昂贵，造成数控机床整机价格不断上升，我国生产的 数控机床几乎失去了竞争优势。市场显示，同等水平的数控机床，韩国的价格几乎与我国的 价格持平，出现这一现象与我们主机生产厂大量从国外采购数控机床所需的功能部件有很大 关系。 我国机床行业的专家、学者、企业家都已看到了功能部件产业的巨大发展前景。许多企 业也已瞄准了这个市场，通过引进技术、合作生产或自主开发，初步形成了一批功能部件专 业生产厂商。但我国的功能部件生产企业一般规模较小，布局分

32、散；有些至今还依附在主机 厂或研究所，还没有推向市场，因此形不成龙头企业。有些品种还没有商品供应；有些功能 部件性能上与国际著名厂商的产品还有差距。能够生产功能部件的企业，如果不把体制理顺， 不把市场做大，不把目前的产品水平提高并尽快追上国际先进水平，将很难长久生存。一种 产品从研制成功到少量生产，如果不尽快形成规模，就降不下成本，就占领不了市场，就创 不出品牌。 2.3.5、加快引进吸收 据有关方面介绍，韩国用 1 美元引进先进技术，用 5 美元进行消化吸收，而中国用 1 美 元引进先进技术，用 0.2 美元进行消化吸收。 近 20 年来，国际产业实现了阶段性的变革及转移。我国抓住了这一机遇

33、，依靠加工贸 易和大量劳动力密集型产品的出口而发展起来，并且随着中国制造业参与国际分工而增强了 国力。欧美不少企业由于经营不善而倒闭或者被兼并，如马豪、斯滨纳等。日本经济不景气， 有不少在 20 世纪 80 年代很出名的机床制造商倒闭，大连机床公司也从德国引进了不少先进 技术。上海明精公司也曾在 2003 年和 2004 年先后收购德国沃伦贝格和日本池贝公司，并分 别占据其中 53.6%和 65%的股份。 第三章 我国数控机床技术的发展及市场前景 数控机床及由数控机床组成的制造系统以其卓越的柔性自动化的性能、高效而可靠的生 产效率、优异而稳定的精度、灵捷而多样化的功能，充分显示出它是改造传统产

34、业、构建先 进的数字化企业的重要基础制造装备。因此，数控技术已成为先进制造技术中的一项核心技 术，随着用户需求的多样化和市场竞争激剧化，促进数控技术的加速发展。 3.1本世纪数控机床和数控技术的发展 3.1.1、我国数控机床技术的发展 1)高精度:从 1950 年到 2000 年的 50 年，机床的加工精度提高了两个数量级，即平均 8 年精度提高约 1 倍。其中经济机械加工精度将从现在的等级(0.01mm)提升到微米级(0.001mm)； 超精密工作母机的微细切削和磨削加工精度可稳定达 0.05m 左右，形状精度可达 0.01m 左右；采用光、电、化学等能源的特种加工可达到纳米级(0.001m

35、)的加工精度；成形技术 和设备也将从制造接近零件形状的工件毛坯向直接制成工件，即精密成形或称净成形方向发 展。21 世纪，塑性成形与磨削相结合，将取代大部分中小零件的切削加工。 2)高效率:特别是汽车制造业和电子通讯设备制造业的发展，对生产效率提出了更高的 要求。由于当今对机器设备的需求个性化和多样化的趋势越来越明显，因此要求在多品种、 变批量的环境下保持高效生产，这就要求高效与柔性的统一。提高效率的一条重要对策是提 高工作母机的运转速度，即实现高速化。金切机床的高速主轴转速已达 10r/min，进给快速 运动速度已达 80m/min、精度 0.5m。 3)数字化和智能化:信息技术的发展及其与

36、传统工作母机的相融合，使工作母机正朝着 数字化和智能化的方向发展。数字化工作母机、数字化生产线、数字化工厂的应用空间将越 来越大;而采用智能技术来实现多信息融合下的重构优化的智能决策、过程适应控制、误差 补偿智能控制、故障自诊断和智能维护等功能，将大大提高成形和加工精度、提高制造效率。 4)复合化和集成化:机床的复合化是提高效率、减少加工周期的一个重要发展方向。随 着制造过程自动化程度的提高，要求机床不仅能完成通常的加工功能，而且还具备自动测量、 自动上下料、自动换刀、自动误差补偿、自动诊断、进线和联网等功能，形成包括工业机器 人、物流系统组成的数字化、智能化制造系统。 3.1.2、我国数控机

37、床技术存在的不足 我国数控机床行业总体的技术开发能力和技术基础薄弱，信息化技术应用程度不高。行 业现有的信息化技术来源主要依靠引进国外技术，且外方在许多高新产品的核心技术上具有 掌控地位，我们对国外技术的依存度较高，对引进技术的消化仍停留在掌握已有技术和提高 国产化率上，没有上升到形成产品自主开发能力和技术创新能力的高度。具有高精度、高速、 高效、复合功能、多轴联动等特点的高性能实用数控机床基本上还得依赖进口 3.2数控机床技术发展的趋势及市场前景 3.2.1、持续地提高机床加工精度 数控机床的结构优化、制造与装配精化、误差补偿技术的发展和加工工艺的改善，使机 床加工精度不断地提升。从 195

38、0 年至 2000 年的 50 年内，普通精度加工由 0.3mm 提升至 0.003mm，精密加工由 3m 提升至 0.03m，超精密加工则由 0.3m 提升至 0.003m。也 即加工精度平均每 8 年提高 1 倍。 3.2.2、全面高速化实现高效制造 与精度的持续提升一样，切削速度也在不断地提高，例如实际生产中车、铣 45 号钢由 1950 年的 80100m/min，至 2000 年达 500600m/min，50 年内切削速度提高了 5 倍，另一 个特点是高速化加工已从单一的高速切削发展至全面高速化，不仅缩短切削时间，也降低辅 助时间和技术准备时间，即除了提高主轴转速和进给速度外，还提

39、高快速移动速度与加(减) 速度，缩短主轴起动、制动时间，减少刀具自动交换时间与工件托盘自动交换时间等，来减 少辅助时间并通过生产信息集成管理和规划以及 cam 技术等来进一步缩短技术准备时间。 对现有数控机床使用情况统计得出：其机床利用率(有效切削时间与全部工时之比)仅为 25%35%，其余的 65%75%均消耗在机床调整、程序运行检查、空行程、起制动空运转、 工件上下料和装夹等辅助时间以及待工时间(由于技术准备和调度不及时引起的非工作时间) 与故障停机时间上。因此需通过提高各轴快速移动和加(减)速度、主轴变速的角加(减)速度、 刀具(工件)自动交换速度，改善数控系统的操作方便性和监控功能以及

40、加强信息管理才有可 能全面压缩辅助时间和减少待工时间，使数控机床的切削时间利用率达到 60%80%。 在推进加工过程全面高速化发展中，电主轴技术、直接驱动技术、高速高精数字化伺服 控制技术发挥了重要的作用。 3.2.3、复合加工机床促进新一代高效机床的形成 多功能复合加工机床简称复合机床，或称多功能加工或完全加工机床。 复合机床的含义是在一台机床上实现或尽可能完成从毛坯至成品的全部加工。复合机床 根据其结构特点，可以分为如下两类： 1）功能复合型:为跨加工类别的复合机床包括不同加工方法和工艺的复合，如车铣中心、 铣车中心、激光铣削加工机床、冲压与激光切割复合、金属烧结与镜面切削复合等。 2）工

41、序复合型:应用切具自动交换装置、主轴立卧式转换头、双摆铣头、多主轴头和多 回转刀架等配置增加工件在一次安装下的加工工序数，如多面多轴联动加工的复合机床和主 副双主轴车削中心等。 增加数控机床的复合加工功能将进一步提高其工序集中度，不仅可减少多工序加工零件 的上下料时间，而且更主要的可避免零件在不同机床上进行工序转换而增加的工序间输送和 等待的时间，尤其在未组成有效的生产线的条件下，这种工序间的等待时间将远远地超过零 件在机床上的工作时间，从而延长了零件的生产周期。 复合数控机床则具有良好的工艺适应性，避免了在制品的储存和传输等环节，有力地支 持了准时制造，因此对它的研发已被给予了极大的关注。尽

42、管就功能来讲各种复合数控机床 的界限会渐渐淡化，但各机床厂仍保留了各自的特点和侧重点，使复合数控机床呈现出多样 性的创新结构。 3.2.4、工艺适用性的专门化数控机床正不断涌现 通过对机床布局和结构的创新，使对不同类型的零件有最佳的加工适用性。因为随着机 械产品的性能优化和轻量化，其零件和构件的形状、尺寸和精度呈现多样性，很难用少数几 种标准的、通用的机床结构来最佳地满足多方面的工艺要求。 这种“个性化”结构趋向虽有为了产品竞争的需要，但更主要的是体现了如何能更好地 适应用户的需求。尤其对一些批量生产的零件，更希望有最佳工艺应用性的专门化数控机床。 如飞机大型构件垂直放置的五轴联动铣床、双主轴

43、头加工中心等。 要解决品种多样化与经济性的矛盾，这就要对机床的模块化设计提出了更高的要求，近 年来对并联机构机床和混联机构机床的研究以及对可重构机床技术的探索，反映了对制造装 备能更方便地实现个性化、多样化发展的一个追求。 3.2.5、智能化和集成化成为数字化制造的重要支撑技术 信息技术的发展及其与传统机床的融合，使机床朝着数字化、集成化和智能化的方向发 展。数字化制造装备、数字化生产线、数字化工厂的应用空间将越来越大；而采用智能技术 来实现多信息融合下的重构优化的智能决策、过程适应控制、误差补偿智能控制、复杂曲面 加工运动轨迹优化控制、故障自诊断和智能维护以及信息集成等功能，将大大提升成形加

44、工 精度、提高制造效率。 3.2.6、发展适应敏捷制造和网络化分布式的制造系统 柔性制造系统和柔性制造单元作为一种高生产率的多品种自动化生产系统，于上世纪 70 年代初开始研制，于 80 年代得到很大的发展。到 90 年代初由于大批量生产的制造业如 汽车工业产品更新加快，出现了多品种生产的需求，要求自动线柔性化，发展了用数控机床 构建的柔性生产线，由此也推动了结构简约的高速化数控机床的发展。 回顾近 10 年来制造系统的发展历程，基本上遵循以下两个方向： 1）增强制造系统的智能化和自治管理功能，以提高 fmc/fms 的快速响应能力。 2）发展兼顾柔性、高效、低成本和高质量且便于重构的新型制造

45、系统以适应不确定性 的市场环境。 这类制造系统统称为快速重组制造系统(rrms)或可重构制造系统(rms)。其原理为通过 对制造系统中的设备配置的调整或更换设备上的功能模块来迅速构成适应新产品生产的制造 系统。这就要求设备和系统不仅软件具有开放性，而且硬件也要有开放性成为功能可重构的 机床，即如前面提到的可重构机床。 上述两方面的发展都将使作为生产底层的制造系统的自治性和敏捷性提高，不仅能提升 加工系统的自动化水平，形成与工业机器人、物流系统等组成的数字化、智能化制造系统， 而且也为实施网络化制造提供良好的基础。 3.2.7、向大型化和微小化两极发展 能源装备的大型化及航空航天事业的发展，要求

46、提供 300 吨以上的巨型、高精度、高质 量的锻件，需要建造 68 万吨的模锻压机及重型加工中心。 微米纳米技术是 21 世纪的战略高技术，微系统技术是微米纳米技术的一部分，是集微 型机构、微型传感器、微型执行器及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源于一体的 微型器件系统，正在形成一个产业。需发展能适应微小型尺寸结构和微纳米加工精度的新型 制造工艺和装备。 3.2.8、配套装置和功能部件的品种日臻完善 除了数控系统和伺服驱动装置有专业化生产厂外，举凡关键的通用性功能部件如电主轴、 刀具自动交换系统、滚动导轨副、滚珠丝杠驱动副、双摆主轴头、双摆回转台和自动转位刀 塔等在国外均有一些著名的专业

47、化生产厂，这对保证产品质量，增长整机的可靠性和降低成 本起着重要的作用。 新型的数控系统具有适应数字化制造的信息管理功能以及适应高速化加工的功能。它不 仅有高的数据处理速度，还具有位置环前馈控制、进给速度前瞻控制和加速度平稳控制以及 伺服单元的高响应矢量控制、抑制颤振等先进控制技术。数控系统的可靠性仍在增长，如 fanuc 公司的数控系统在 90 年代达到月故障率 0.008%，相当平均无故障时间 125 个月，对 保证整机可靠性起着重要的作用。 我国机床行业的专家、学者、企业家都已看到了功能部件产业的巨大发展前景。许多企 业也已瞄准了这个市场，通过引进技术、合作生产或自主开发，初步形成了一批功能部件专 业生产厂商。但我国的功能部件生产企业一般规模较小，布局分散；有些至今还依附在主机 厂或研究所，还没有推向市场，因此形不成龙头企业。有些品种还没有商品供应；有些功