機床商務網
公司動態
鑫菱機床淺談我國數控機床發展現狀
閱讀：1930 發布時間：2013-11-20
一、我國數控機床發展現狀
我國數控機床及技術也起步于1958年，當時是從電子管著手的，20世紀60年代中期，由于國外的技術封鎖和我國的基礎條件，我國機床車體設計實力差、各種機、電、液、氣配套基礎元部件、數控系統不過關，工作不可靠，故障頻繁，且由于發展數控機床整個方針、政策、方法、步驟、措施錯誤以致我國的數控機床還處于研制開發階段。直到70年代開始，數控技術在車、銑、齒輪加工、電加工等領域全面發展，數控加工中心在上海北京研制成功，在這一時期，數控車削、點位加工和加工中心及三坐標數控加工的自動編程系統和語言，有的還在生產中得到了較好的應用。20世紀80年代，我國從日本引進了數控系統和直流伺服電動機等制造技術。與此同時，還自行研發了3、4、5軸聯動的數控系統以及雙電動機驅動的同步數控系統和新品種的伺服電動機，使得我國數控機床在性能和質量上產生了一個質的飛躍。現在我國已經建立了以中、低檔數控機床為主的產業體系。一些較次的數控系統，如5軸聯動數控系統、6軸數控高速滾齒機等高精度數控機床、加工中心也相繼研制成功并投入商用。進入20世紀90年代以來，國內企業不斷推出自行開發的新產品。在國家政策的大力扶持下，近幾年國內數控機床發展迅猛。2007年，我國數控機床產量達到12.3萬臺，提前三年超額完成“十一五”規劃年產10萬臺的目標，數控機床年產量已居世界*。行業規模不斷壯大，國產數控機床明顯進步，國產中數控系統取得重大突破，這些都充分說明，我國數控機床整體水平得到了全面提升。
二、我國數控機床發展存在的問題
?。ㄒ唬悼鼗降?br />
與發達國家相比，我國機床數控化率不高，目前生產產值數控化率不到30%；消費值數控化率不到50%，而發達國家大多在70%左右。次數控機床及配套部件還只能依靠進口。國產數控車床到2000年可供品種700多種。接近數控機床品種的50%，其中占產量50%的是經濟型數控車床。zui高轉速一般在2000r/min，個別轉速達8000r/min，坐標定位精度一般為0.01mm，重復定位精度在0.005mm，工作精度圓度在0.01～0.005mm之間，表面粗糙在Ra0.8～1.6μm。長城機床廠CK7815C主軸zui高轉速3500r/min，快速行程X軸9m/min，Z軸12m/min，定位精度X軸0.025mm，工作精度圓度0.007mm，表面粗糙度Ra<1.6μm。
?。ǘ┊a品水平不高
首先是精度普遍不夠高，對國產加工中心刀庫機械手、數控車床刀架，用戶不放心，定位精度，特別是重復定位精度也有待提高。只有少數產品達到歐洲標準定位精度；其次，高精度、靜剛度主機結構和整機性能開發有差距，普遍采用龍門式、框式、O型整體結構，箱中箱式結構，L型床身，三軸移動移出機身，側掛箱式臥式加工中心等我國則大多還未開發；再次，產品在主軸轉速，快移速度、換刀速度、加速度等機床性能指標上與國外有較大差距。zui后，可靠性有待提高。國產數控系統zui常平均*時間（MTBF）大都可超過1萬h，但上*企業數控系統MTBF已達8萬h。國產數控車床、加工中心MTBF雖有少數廠達500h，但上*水平已達800h。至于外觀、漏油等老問題仍與工業發達*有差距。
（三）功能部件發展的問題
數控功能部件是指數控系統、主軸單元、數控刀架和轉臺、滾珠絲杠副和滾動直線導軌副、刀庫和機械手、高速防護裝置等。功能部件技術水平的高低、性能的優劣及整體的社會配套水平，直接決定和影響數控機床整機的技術水平和性能，也制約著主機的發展速度。相對數控機床主機來說，我國功能部件生產企業的發展更顯滯后。但功能部件不僅決定著機床的整機性能，還占到整機成本的60%左右，其發展狀況直接關系到機床的競爭力水平。國產功能部件產品檔次不高，且形不成規模，造價相對并不低，采用進口功能部件價格昂貴，從而使整機價格攀升，國產數控機床的價格優勢喪失殆盡，同等水平的數控機床，其價格與一些國家和地區的產品趨于持平。目前，國產數控機床大量選購境外功能部件，一面是由于國內還沒有形成社會配套的能力，產品質量和水平上存在著一定差距；另一方面是主機廠應用戶要求，而選用外國公司的功能部件。
?。ㄋ模眉夹g方面的差距
國外已經普及的遠程服務技術，我國尚待開發，如交鑰匙工程——從機床選擇、工藝裝備（刀、夾、附、檢具）配置與提供到切削用量的確定。國內的高速機床，普遍不能做硬切削、干切削表演，高速切削機理及切削數據庫的研究我國近乎空白，我國尚不能提供高速切削軟件包等。產品的可操作性、外觀、內在質量方面也與工業發達國家相比的有很大差距。
三、數控機床的發展趨勢
目前，*制造技術不斷興起，超高速切削、超精密加工等技術的應用，柔性制造系統的迅速發展和計算機集成系統的不斷成熟，對數控加工技術提出了更高的要求。當今數控機床正在朝著以下幾個方向發展：
（一）高速度、高精度化
速度和精度是數控機床的兩個重要指標，高速數控車床和高精數控車床直接關系到加工效率和產品質量。目前，數控系統采用位數、頻率更高的處理器，以提高系統的基本運算速度。同時，采用超大規模的集成電路和多微處理器結構，以提高系統的數據處理能力，即提高插補運算的速度和精度。并采用直線電動機直接驅動機床工作臺的直線伺服進給方式，其高速度和動態響應特性相當*。采用前饋控制技術，使追蹤滯后誤差大大減小，從而改善拐角切削的加工精度。
為適應超高速加工的要求，數控機床采用主軸電動機與機床主軸合二為一的結構形式，實現了變頻電動機與機床主軸一體化，主軸電機的軸承采用磁浮軸承、液體動靜承或陶瓷滾動軸承等形式。目前，陶瓷刀具和金剛石涂層刀具已開始得到應用。
（二）多功能化
配有自動換刀機構（刀庫容量可達100把以上）的各類加工中心，能在同一臺機床上同時實現銑削、鏜削、鉆削、車削、鉸孔、擴孔、攻螺紋等多種工序加工，現代數控機床還采用了多主軸、多面體切削，即同時對一個零件的不同部位進行不同方式的切削加工。數控系統由于采用了多CPU結構和分級中斷控制方式，即可在一臺機床上同時進行零件加工和程序編制，實現所謂的“前臺加工，后臺編輯”。為了適應柔性制造系統和計算機集成系統的要求，數控系統具有遠距離串行接口，甚至可以聯網，實現數控機床之間的數據通信，也可以直接對多臺數控機床進行控制。
（三）智能化
現代數控機床將引進自適應控制技術，根據切削條件的變化，自動調節工作參數，使加工過程中能保持*工作狀態，從而得到較高的加工精度和較小的表面粗糙度，同時也能提高刀具的使用壽命和設備的生產效率。具有自診斷、自修復功能，在整個工作狀態中，系統隨時對CNC系統本身以及與其相連的各種設備進行自診斷、檢查。一旦出現故障時，立即采用停機等措施，并進行故障報警，提示發生故障的部位、原因等。還可以自動使故障模塊脫機，而接通備用模塊，以確保無人化工作環境的要求。為實現更高的故障診斷要求，其發展趨勢是采用人工智能專家診斷系統。
（四）數控編程自動化
隨著計算機應用技術的發展，目前CAD／CAM圖形交互式自動編程已得到較多的應用，是數控技術發展的新趨勢。它是利用CAD繪制的零件加工圖樣，再經計算機內的刀具軌跡數據進行計算和后置處理，從而自動生成NC零件加工程序，以實現CAD與CAM的集成。隨著CIMS技術的發展，當前又出現了CAD／CAPP／CAM集成的全自動編程方式，它與CAD／CAM系統編程的zui大區別是其編程所需的加工工藝參數不必由人工參與，直接從系統內的CAPP數據庫獲得。
?。ㄎ澹┛煽啃詚ui大化
數控機床的可靠性一直是用戶zui關心的主要指標。數控系統將采用更高集成度的電路芯片，利用大規?；虺笠幠５募盎旌鲜郊呻娐?，以減少元器件的數量，來提高可靠性。通過硬件功能軟件化，以適應各種控制功能的要求，同時采用硬件結構機床本體的模塊化、標準化和通用化及系列化，使得既提高硬件生產批量，又便于組織生產和質量把關。還通過自動運行啟動診斷、在線診斷、離線診斷等多種診斷程序，實現對系統內硬件、軟件和各種外部設備進行故障診斷和報警。利用報警提示，及時排除故障；利用容錯技術，對重要部件采用“冗余”設計，以實現故障自恢復；利用各種測試、監控技術，當生產超程、刀損、干擾、斷電等各種意外時，自動進行相應的保護。
?。┛刂葡到y小型化
數控系統小型化便于將機、電裝置結合為一體。目前主要采用超大規模集成元件、多層印刷電路板，采用三維安裝方法，使電子元器件得以高密度安裝，較大規?？s小系統的占有空間。而利用新型的彩色液晶薄型顯示器替代傳統的陰極射線管，將使數控操作系統進一步小型化。這樣可以方便地將它安裝在機床設備上，更便于對數控機床的操作使用。
四、未來五年我國數控機床產業發展的任務
?。ㄒ唬┘涌鞌悼貦C床品種開發
為了縮短與*水平的差距，提升我國機床工具行業整體水平，“十一五”期間對市場急需的數控機床品種，要集中力量，重點突破。未來五年要加大科技投入，加強基礎研究和開發研究，提高原始創新和集成創新能力。要促進重點企業技術開發能力建設，加快數控機床品種開發。掌握一批數控關鍵產品開發的核心技術，推出一批數控機床品種，滿足重點用戶急需，精心培育數控機床市場。
?。ǘ┓e極促進功能部件產業化
“十一五”期間，要培育一批功能部件的。加大政策支持力度，重點發展數控系統、高速主軸單元、精密滾動功能部件、動力刀架、精密轉臺、高速導軌防護裝置等高水平的功能部件，加快產業化進程，培育國產品牌，實現功能部件與數控機床同步發展。
（三）進一步發展普及型數控機床
國產普及型數控機床產品技術已經成熟，產業化迫在眉睫。急需進一步提高可靠性和質量，及時供應市場，提高產業集中度，實現穩定、可靠、快速地滿足市場。以提高制造能力和生產集中度為重點，支持骨干企業快速發展。
?。ㄋ模┡μ岣邍a數控機床*
提高國產數控機床*是“十一五”期間行業發展的重中之重。要從質量、可靠性、服務等方面入手，創品牌、擴市場、擋進口、爭出口。爭取在五年內國產數控機床國內*有較大提高。
我國數控機床及技術也起步于1958年，當時是從電子管著手的，20世紀60年代中期，由于國外的技術封鎖和我國的基礎條件，我國機床車體設計實力差、各種機、電、液、氣配套基礎元部件、數控系統不過關，工作不可靠，故障頻繁，且由于發展數控機床整個方針、政策、方法、步驟、措施錯誤以致我國的數控機床還處于研制開發階段。直到70年代開始，數控技術在車、銑、齒輪加工、電加工等領域全面發展，數控加工中心在上海北京研制成功，在這一時期，數控車削、點位加工和加工中心及三坐標數控加工的自動編程系統和語言，有的還在生產中得到了較好的應用。20世紀80年代，我國從日本引進了數控系統和直流伺服電動機等制造技術。與此同時，還自行研發了3、4、5軸聯動的數控系統以及雙電動機驅動的同步數控系統和新品種的伺服電動機，使得我國數控機床在性能和質量上產生了一個質的飛躍。現在我國已經建立了以中、低檔數控機床為主的產業體系。一些較次的數控系統，如5軸聯動數控系統、6軸數控高速滾齒機等高精度數控機床、加工中心也相繼研制成功并投入商用。進入20世紀90年代以來，國內企業不斷推出自行開發的新產品。在國家政策的大力扶持下，近幾年國內數控機床發展迅猛。2007年，我國數控機床產量達到12.3萬臺，提前三年超額完成“十一五”規劃年產10萬臺的目標，數控機床年產量已居世界*。行業規模不斷壯大，國產數控機床明顯進步，國產中數控系統取得重大突破，這些都充分說明，我國數控機床整體水平得到了全面提升。
二、我國數控機床發展存在的問題
?。ㄒ唬悼鼗降?br />
與發達國家相比，我國機床數控化率不高，目前生產產值數控化率不到30%；消費值數控化率不到50%，而發達國家大多在70%左右。次數控機床及配套部件還只能依靠進口。國產數控車床到2000年可供品種700多種。接近數控機床品種的50%，其中占產量50%的是經濟型數控車床。zui高轉速一般在2000r/min，個別轉速達8000r/min，坐標定位精度一般為0.01mm，重復定位精度在0.005mm，工作精度圓度在0.01～0.005mm之間，表面粗糙在Ra0.8～1.6μm。長城機床廠CK7815C主軸zui高轉速3500r/min，快速行程X軸9m/min，Z軸12m/min，定位精度X軸0.025mm，工作精度圓度0.007mm，表面粗糙度Ra<1.6μm。
?。ǘ┊a品水平不高
首先是精度普遍不夠高，對國產加工中心刀庫機械手、數控車床刀架，用戶不放心，定位精度，特別是重復定位精度也有待提高。只有少數產品達到歐洲標準定位精度；其次，高精度、靜剛度主機結構和整機性能開發有差距，普遍采用龍門式、框式、O型整體結構，箱中箱式結構，L型床身，三軸移動移出機身，側掛箱式臥式加工中心等我國則大多還未開發；再次，產品在主軸轉速，快移速度、換刀速度、加速度等機床性能指標上與國外有較大差距。zui后，可靠性有待提高。國產數控系統zui常平均*時間（MTBF）大都可超過1萬h，但上*企業數控系統MTBF已達8萬h。國產數控車床、加工中心MTBF雖有少數廠達500h，但上*水平已達800h。至于外觀、漏油等老問題仍與工業發達*有差距。
（三）功能部件發展的問題
數控功能部件是指數控系統、主軸單元、數控刀架和轉臺、滾珠絲杠副和滾動直線導軌副、刀庫和機械手、高速防護裝置等。功能部件技術水平的高低、性能的優劣及整體的社會配套水平，直接決定和影響數控機床整機的技術水平和性能，也制約著主機的發展速度。相對數控機床主機來說，我國功能部件生產企業的發展更顯滯后。但功能部件不僅決定著機床的整機性能，還占到整機成本的60%左右，其發展狀況直接關系到機床的競爭力水平。國產功能部件產品檔次不高，且形不成規模，造價相對并不低，采用進口功能部件價格昂貴，從而使整機價格攀升，國產數控機床的價格優勢喪失殆盡，同等水平的數控機床，其價格與一些國家和地區的產品趨于持平。目前，國產數控機床大量選購境外功能部件，一面是由于國內還沒有形成社會配套的能力，產品質量和水平上存在著一定差距；另一方面是主機廠應用戶要求，而選用外國公司的功能部件。
?。ㄋ模眉夹g方面的差距
國外已經普及的遠程服務技術，我國尚待開發，如交鑰匙工程——從機床選擇、工藝裝備（刀、夾、附、檢具）配置與提供到切削用量的確定。國內的高速機床，普遍不能做硬切削、干切削表演，高速切削機理及切削數據庫的研究我國近乎空白，我國尚不能提供高速切削軟件包等。產品的可操作性、外觀、內在質量方面也與工業發達國家相比的有很大差距。
三、數控機床的發展趨勢
目前，*制造技術不斷興起，超高速切削、超精密加工等技術的應用，柔性制造系統的迅速發展和計算機集成系統的不斷成熟，對數控加工技術提出了更高的要求。當今數控機床正在朝著以下幾個方向發展：
（一）高速度、高精度化
速度和精度是數控機床的兩個重要指標，高速數控車床和高精數控車床直接關系到加工效率和產品質量。目前，數控系統采用位數、頻率更高的處理器，以提高系統的基本運算速度。同時，采用超大規模的集成電路和多微處理器結構，以提高系統的數據處理能力，即提高插補運算的速度和精度。并采用直線電動機直接驅動機床工作臺的直線伺服進給方式，其高速度和動態響應特性相當*。采用前饋控制技術，使追蹤滯后誤差大大減小，從而改善拐角切削的加工精度。
為適應超高速加工的要求，數控機床采用主軸電動機與機床主軸合二為一的結構形式，實現了變頻電動機與機床主軸一體化，主軸電機的軸承采用磁浮軸承、液體動靜承或陶瓷滾動軸承等形式。目前，陶瓷刀具和金剛石涂層刀具已開始得到應用。
（二）多功能化
配有自動換刀機構（刀庫容量可達100把以上）的各類加工中心，能在同一臺機床上同時實現銑削、鏜削、鉆削、車削、鉸孔、擴孔、攻螺紋等多種工序加工，現代數控機床還采用了多主軸、多面體切削，即同時對一個零件的不同部位進行不同方式的切削加工。數控系統由于采用了多CPU結構和分級中斷控制方式，即可在一臺機床上同時進行零件加工和程序編制，實現所謂的“前臺加工，后臺編輯”。為了適應柔性制造系統和計算機集成系統的要求，數控系統具有遠距離串行接口，甚至可以聯網，實現數控機床之間的數據通信，也可以直接對多臺數控機床進行控制。
（三）智能化
現代數控機床將引進自適應控制技術，根據切削條件的變化，自動調節工作參數，使加工過程中能保持*工作狀態，從而得到較高的加工精度和較小的表面粗糙度，同時也能提高刀具的使用壽命和設備的生產效率。具有自診斷、自修復功能，在整個工作狀態中，系統隨時對CNC系統本身以及與其相連的各種設備進行自診斷、檢查。一旦出現故障時，立即采用停機等措施，并進行故障報警，提示發生故障的部位、原因等。還可以自動使故障模塊脫機，而接通備用模塊，以確保無人化工作環境的要求。為實現更高的故障診斷要求，其發展趨勢是采用人工智能專家診斷系統。
（四）數控編程自動化
隨著計算機應用技術的發展，目前CAD／CAM圖形交互式自動編程已得到較多的應用，是數控技術發展的新趨勢。它是利用CAD繪制的零件加工圖樣，再經計算機內的刀具軌跡數據進行計算和后置處理，從而自動生成NC零件加工程序，以實現CAD與CAM的集成。隨著CIMS技術的發展，當前又出現了CAD／CAPP／CAM集成的全自動編程方式，它與CAD／CAM系統編程的zui大區別是其編程所需的加工工藝參數不必由人工參與，直接從系統內的CAPP數據庫獲得。
?。ㄎ澹┛煽啃詚ui大化
數控機床的可靠性一直是用戶zui關心的主要指標。數控系統將采用更高集成度的電路芯片，利用大規?；虺笠幠５募盎旌鲜郊呻娐?，以減少元器件的數量，來提高可靠性。通過硬件功能軟件化，以適應各種控制功能的要求，同時采用硬件結構機床本體的模塊化、標準化和通用化及系列化，使得既提高硬件生產批量，又便于組織生產和質量把關。還通過自動運行啟動診斷、在線診斷、離線診斷等多種診斷程序，實現對系統內硬件、軟件和各種外部設備進行故障診斷和報警。利用報警提示，及時排除故障；利用容錯技術，對重要部件采用“冗余”設計，以實現故障自恢復；利用各種測試、監控技術，當生產超程、刀損、干擾、斷電等各種意外時，自動進行相應的保護。
?。┛刂葡到y小型化
數控系統小型化便于將機、電裝置結合為一體。目前主要采用超大規模集成元件、多層印刷電路板，采用三維安裝方法，使電子元器件得以高密度安裝，較大規?？s小系統的占有空間。而利用新型的彩色液晶薄型顯示器替代傳統的陰極射線管，將使數控操作系統進一步小型化。這樣可以方便地將它安裝在機床設備上，更便于對數控機床的操作使用。
四、未來五年我國數控機床產業發展的任務
?。ㄒ唬┘涌鞌悼貦C床品種開發
為了縮短與*水平的差距，提升我國機床工具行業整體水平，“十一五”期間對市場急需的數控機床品種，要集中力量，重點突破。未來五年要加大科技投入，加強基礎研究和開發研究，提高原始創新和集成創新能力。要促進重點企業技術開發能力建設，加快數控機床品種開發。掌握一批數控關鍵產品開發的核心技術，推出一批數控機床品種，滿足重點用戶急需，精心培育數控機床市場。
?。ǘ┓e極促進功能部件產業化
“十一五”期間，要培育一批功能部件的。加大政策支持力度，重點發展數控系統、高速主軸單元、精密滾動功能部件、動力刀架、精密轉臺、高速導軌防護裝置等高水平的功能部件，加快產業化進程，培育國產品牌，實現功能部件與數控機床同步發展。
（三）進一步發展普及型數控機床
國產普及型數控機床產品技術已經成熟，產業化迫在眉睫。急需進一步提高可靠性和質量，及時供應市場，提高產業集中度，實現穩定、可靠、快速地滿足市場。以提高制造能力和生產集中度為重點，支持骨干企業快速發展。
?。ㄋ模┡μ岣邍a數控機床*
提高國產數控機床*是“十一五”期間行業發展的重中之重。要從質量、可靠性、服務等方面入手，創品牌、擴市場、擋進口、爭出口。爭取在五年內國產數控機床國內*有較大提高。