数控机床发展及研究

王超

摘要：装备制造业是国家工业的基石，它为新技术、新产品的开发和现代工业生产提供重要的手段，是不可或缺的战略性产业。随着电子技术与控制技术的兴起和不断成熟，数控技术对国计民生的一些重要行业的发展起着越来越重要的作用。当今数控技术领域正在朝着高速化、高精度化、多功能化、智能化、系统化、网络化、多轴化、高可靠性等方向发展。

关键词：数控装备；发展趋势

前言

数控技术是指用数字、文字、符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。它是自动化、柔性化、敏捷化和数字化制造加工等现代制造业的重要基础与关键技术，是发展军事工业的重要战略技术，也是衡量一个国家工业化水平的重要标志。数控机床作为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、精度要求较高的零件、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。

1 .发展历史及现状

1952年，在美国诞生第一台数控机床。由于早期计算机的运算速度低，不能适应机床实时控制的要求，因此人们通过采用数字逻辑电路组成一台机床专用计算机作为数控系统，称为硬件连接数控，简称为数控（NC）。至1970年，由于通用小型计算机业已出现并成批生产，于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（CNC）阶段。至1974年，微处理器被应用于数控系统，虽然早期的微处理器速度和功能虽还不够高，但可以通过多处理器结构来解决。至1990年，PC机的性能高度发展，可以满足作为数控系统核心部件的要求。数控系统从此进入了基于PC的阶段。

我国数控技术起步于20 世纪50 年代。自1958年研制出第一台数控机床，发展过程大致可分为两大阶段。现已基本掌握了现代数控技术，初步形成了自主数控产业。产品的性能经不断改进有了较大的提高。但由于数控系统相关技术自主创新能力不足尚且无法与国外先进技术相比，因此仍然与国外先进水平存在一定的差距。

2. 数控机床结构及工作原理

数控机床一般由数控系统、伺服系统、强电控制柜、机床本体和各类辅助装置组成。与传统机床相比，数控机床在整体布局、外观造型、传动系統、刀具系统的结构以及操作机构等方面都已发生了很大的变化，这种变化的目的是为了满足数控机床的要求和充分发挥数控机床的特点。其中，数控装置是数控机床的核心，它能够从内部存储器中取出或接受输入装置送来的一段或几段数控加工程序，经过数控装置的逻辑电路或统软件进行编译，运算处理后，输出几种控制信息和指令，控制机床各部分的工作，使其进行规定的有序运动和动作。

在使用数控机床时，首先要将被加工零件图纸的几何信息和工艺信息用规定的代码和格式编写成加工程序； 然后将加工程序输入到数控装置，按照程序的要求，经过数控系统信息处理、 分配，使各坐标移动若干个最小位移量，实现刀具与工件的相对运动，完成零件的加工。

3 .发展趋势

3.1 高速化、高精度化

随着计算机技术的不断进步，微处理器的迅速发展为数控系统向高速、高精度方向发展提供了保障。促进了数控技术水平的提高，数控装置、进给伺服驱动装置和主轴伺服驱动装置的性能也随之提高，使得现代数控设备随着工业的高速发展以及新材料的应用，对加工的高速化要求越来越高。其主要方面体现在：主轴转速、进给率、运算速度、换刀速度等方面。同时，由于先进理论的研发以及高分辨率位置检测装置采用的应用，数控机床精度的要求现在已经不局限于静态的几何精度，机床的运动精度、热变形以及对振动的监测和补偿越来越获得重视。并通过提高CNC系统控制精度、采用误差补偿技术等技术提高精度。

3.2 功能复合化

复合机床根据结构特点可分为工艺复合型和工序复合型两类。通过采用复合机床进行加工，减少了工件装卸、更换和调整刀具的辅助时间以及中间过程中产生的误差，提高了零件加工精度，缩短了产品制造周期，提高了生产效率和制造商的市场反应能力，相对于传统的工序分散的生产方法具有明显的优势。

3.3 控制智能化

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、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。

3.4 设计、制造绿色化

绿色设计是在不牺牲产品功能、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。而绿色制造是一个综合考虑环境影响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。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。

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