数控技术和装备发展趋势及对策
数控技术和装备的发展趋势
技术 ； ） （ 信息处理 、 工 、 ２ 加 传输技术 ； ） （ 自动控 制 ３
技术 ； ） （ 伺服驱 动技术 ；５传 感器技 术 ； ） ４ （） （ 软件 ６
技术等。
１数控技术的发晨趋势 数控技 术的应用不但 给传统制造 业带来 了 革命性的变化 ， 制造业成为工业化 的象征 ， 使 而 且随 着数 控技 术 的不控技木和装备的发展趋势
摘 要： 简要 介 绍 了 ＂今 世 界 数 控 技 术 及 装 备 发 展 的 趋 势 及 我 国数 控 装 备 技 术 发 展 和 产 业 化 的现 ３ －
状， 在此基础上讨论 了在世界各 国生产技 术快速发展的今天 ， 发展我 国数控技 术及 装备、 高我 国制造 提 业信息化水平和 国际竞争 能力 的重要性 ， 并从 竞增方面提 出了发展我 国数控技 术及 装备的几点看法。
而且效率 也大幅度提高。一般认为 ， ｌ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 （ ５面加工机床 ） 含 的发展 。 １３智能化 、 放式 、 ． 开 网络 化成 为 当代数控 系统发展 的主要 趋势 ２ 世纪的数控装备将是具有 一定智能化 的 １ 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
数控技术和装备发展趋势及对策
1.1.3:数控技术和装备开展趋势与对策开展趋势表现为一下几点:1 高速化〔1〕主轴转速：机床采用电主轴〔内装式主轴电机〕，主轴最高转速达200000r/min；〔2〕进给率：在分辨率为0.01μm时，最大进给率达到240m/min且可获得复杂型面的准确加工；〔3〕运算速度：微处理器的迅速开展为数控系统向高速、高精度方向开展提供了保障，开发出CPU已开展到32位以与64位的数控系统，频率提高到几百兆赫、上千兆赫。
由于运算速度的极大提高，使得当分辨率为0.1μm、0.01μm时仍能获得高达24～240m/min的进给速度；〔4〕换刀速度：目前国外先进加工中心的刀具交换时间普遍已在1s左右，高的已达0.5s。
德国Chiron公司将刀库设计成篮子样式，以主轴为轴心，刀具在圆周布置，其刀到刀的换刀时间仅0.9s。
2 高精度化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、热变形以与对振动的监测和补偿越来越获得重视。
〔1〕提高C系统控制精度：采用高速插补技术，以微小程序段实现连续进给，使C控制单位精细化，并采用高分辨率位置检测装置，提高位置检测精度〔日本已开发装有106脉冲/转的内藏位置检测器的交流伺服电机，其位置检测精度可达到0.01μm/脉冲〕，位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制等方法；〔2〕采用误差补偿技术：采用反向间隙补偿、丝杆螺距误差补偿和刀具误差补偿等技术，对设备的热变形误差和空间误差进展综合补偿。
研究结果说明，综合误差补偿技术的应用可将加工误差减少60%～80%；〔3〕采用网格解码器检查和提高加工中心的运动轨迹精度，并通过仿真预测机床的加工精度，以保证机床的定位精度和重复定位精度，使其性能长期稳定，能够在不同运行条件下完成多种加工任务，并保证零件的加工质量。
3 功能复合化复合机床的含义是指在一台机床上实现或尽可能完成从毛坯至成品的多种要素加工。
根据其结构特点可分为工艺复合型和工序复合型两类。
数控技术和装备发展趋势及对策
数控技术和装备发展趋势及对策数控技术是指以数字控制系统为核心，通过自动化技术和机电一体化技术，对加工过程中的各种工艺参数和运动轨迹进行控制的一种现代化制造技术。
它已经在各个领域得到广泛应用，包括航天航空、汽车制造、船舶制造、机床制造等。
随着科技的不断进步和经济的快速发展，数控技术和装备也在不断地发展壮大。
本文将从数控技术和装备的发展趋势以及对策两方面进行分析。
首先，数控技术和装备的发展趋势是数字化、智能化、网络化和柔性化。
随着信息技术的快速发展，数控技术和装备在制造过程中的数字化程度不断提高。
通过采用CAD/CAM技术，可以实现产品的数字化设计和制造。
智能化是指数控技术和装备具备智能化的功能，能够根据工艺要求自动调整参数和运动轨迹。
网络化是指数控技术和装备可以通过网络进行远程监控和控制，实现集中管理和远程操作。
柔性化是指数控技术和装备具备较强的适应性，可以灵活地实现不同产品的加工和生产。
其次，针对数控技术和装备的发展趋势，我们可以采取一系列的对策。
首先，要加大对数控技术研发的投入，提高核心技术的创新能力。
目前国内的数控技术和装备与国际先进水平相比仍存在一定差距，需要加强基础理论研究和关键技术攻关，提升自主创新能力。
其次，要加强产学研用一体化的合作，实现技术和市场的有机结合。
通过与企业合作开展技术研发，可以更好地解决实际生产中的问题，并加快技术转化和推广应用的速度。
同时，要加强人才培养，培养一支高素质的数控技术和装备的研发人员队伍。
还要完善相关政策，提供必要的政策支持和资金支持，鼓励企业加大对数控技术的投资，推动数控技术和装备的普及和应用。
总之，数控技术和装备的发展趋势是数字化、智能化、网络化和柔性化。
为了适应这一发展趋势，我们需要采取一系列的对策，包括加大对数控技术的研发投入、加强产学研用一体化的合作、加强人才培养和完善相关政策等。
通过这些对策的实施，可以推动数控技术和装备的更快发展，促进制造业的转型升级。
数控技术和装备发展趋势及对策
第一章数控技术及应用领域1.1数控技术基本概念1.1.1 数控技术产生及发展机械工业是我国国民经济的重要支柱产业，必须改变早期生产过程操作与控制实施主要由人来完成造成的金字塔式管理结构，其中关键问题是如何构建综合自动化系统来实现扁平化管理和综合生产指标优化。
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。
1.1.2 C数控机床及组成数控机床一般由输入输出设备、CNC装置（或称CN C单元）、伺服单元、驱动装置（或称执行机构）、可编程控制器PLC 及电气控制装置、辅助装置、机床本体及测量装置组成。
1）机床本体CNC机床由于切削用量大、连续加工发热量大等因素对加工精度有一定影响，加之在加工中是自动控制，不能像在普通机床上那样由人工进行调整、补偿，所以其设计要求比普通机床更严格，制造要求更精密，采用了许多新的加强刚性、减小热变形、提高精度等方面的措施。
2）CNC装置CNC装置是CNC系统的核心，主要包括微处理器CPU、存储器、局部总线、外围逻辑电路以及与CNC系统的其他组成部分联系的接口等。
数控机床的CNC系统完全由软件处理数字信息，因而具有真正的柔性化，可处理逻辑电路难以处理的复杂信息，使数字控制系统的性能大大提高。
3）输入/输出设备键盘、磁盘机等是数控机床的典型输入设备。
除上述以外，还可以用串行通信的方式输入。
数控系统一般配有CRT显示器或点阵式液晶显示器，显示的信息较丰富，并能显示图形。
操作人员通过显示器获得必要的信息。
4）伺服单元伺服单元是CNC和机床本体的联系环节，它把来自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又可分为直流伺服单元和交流伺服单元。
浅析数控技术装备发展趋势
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 、 造 系统 、 制 制造 企 业 对 信 息 关 键 词 ： 控 技 术 数 控 装 备 发展 数 集 成 的 需 求 ， 是 实 现 新 的 制 造 模 式 如 敏 捷 制 造 、 拟 企 业 、 球 制 也 虚 全 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 造 的基 础 单 元 。 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 ２４ 重 视 新 技 术标 ； 规 范 的建 立 ． 隹、 业（ 如信息技术及其产业、 生物技术及其产业 、 空、 航 航天等 国防工业 ２４１ 关于 数 控 系 统 设 计 开 发 规 范 综 上 所 述 ， 放 式 数 控 系统 ．． 开 产业） 的使 能 技 术 和 最 基 本 的 装 备 。 造 技 术 和 装 备 就 是 人 类 生 产 活 制 有更好 的柔性、 通用性 、 适应性、 扩展性 ， 目前 ， 国、 美 欧共体和 日本等 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 国都 针 对 数 控 系 统 设 计 实 施 战 略 发 展 计 划 ，并 进行 开 放 式体 系结 构 最核 心的技术。 当今世界大力发展 以数控技术为核心 的先进制造技 数控 系统规 范（ ＯＭＡＣ ＯＳ Ａ、 Ｅ ） 研 究 和 制 定 ， 界 ３个 最 、 ＡＣ ０Ｓ Ｃ 的 世 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 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 的 重要 途 径 。 示 了数 控 技 术 的 一 个 新 的 变 革 时 期 的来 临。 我 国 在 ２ ０ ０ ０年 也 开 始 １ 数 控 技 术 与 数 控 装 备 进 行 中 国 的 ＯＮ 数控 系统 的 规范 框 架 的研 究 和 制 定 。 Ｃ 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 ２４２ 关 于 数 控 标 准 数 控 标 准 是 制 造 业 信 息 化 发 展 的 一 种 趋 ．． 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 ； 数控 技 势 。 数控 技 术诞 生 后 ， 本 质 特 征 始 终 是 面 向加 工过 程 ， 其 国际 上 正 在 术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术。 研究和 制定 一种新 的 Ｃ ＮＣ 系统 标 准 ＩＯ１ ６ ９ Ｓ Ｅ Ｓ ４ ４ （ Ｔ Ｐ—Ｎ ）其 目 Ｃ， ２ 数 控 技 术 的发 展 趋 势 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 数 控 技 术 的 应 用 对 国 计 民 生 的 ～ 些重 要 行业 （ 、 车 、 工 、 Ｉ 汽 丁 轻 医 命 周 期 内 的统 一 数据 模 型 ， 而 实 现 整 个 制 造 过 程 ， 至 各 个 工 业领 从 乃 疗等 ） 的发 展 起 着 越 来 越 重 要 的作 用 ， 为 这 些 行业 所 需 装 备 的数 字 因 域 产 品信 息 的 标准 化 。 化 已是 现 代 发 展 的 大 趋 势 。 数 控 技 术 及 其 装 备 发 展 的趋 势 来 看 ， 从 其 Ｓ Ｅ — Ｃ 提 出 一 种 崭 新 的 制 造 理 念 ，它 使 ＮＣ程 序 可 以 分 散 ＴＰＮ 主要研究热点有以下几个方面 ． 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 ， ２１ 高 精 加 工 技 术 、 速 及 装 备 的 发 展 趋 势 质 量 、 率 是 先 进 Ｓ Ｅ — Ｃ 数 控 系 统 还 可 大 大 减 少 ａ Ｔ 图 纸 （ ７ ％ ）加 工 程 序 编 ． 高 效 ＴＰＮ ｎ 约 ５ 、 制造技术的主体。高速、 高精加工技术可极大地提高效率 ， 高产 品 制 时 间 （ ３ ％ Ｊ Ｄ －￣ 间（ ５ ％ ） 提 约 ５ 和 ａｒ ， 约 ０ 。 ／ 的质量和档次 ， 短生产周期和提高市场竞争能力。 缩 为此 日本 先端 技 ３ 对 我 国数 控 技术 及 其产 业 发 展 的基 本 估 计 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 我 国数控 技术起步于 １ ５ ９ ８年 ， ６ 近 Ｏ的发展历程 ， 如今 ， 国产数 （ Ｒ 将其 确 定 为 ２ ＣＩＰ） １世纪 的 中 心研 究 方 向 之 一 。 控机床 的国内市场 占有率达 ７ ％， ０ 配国产数控 系统 （ 普及型 ） 也达到 轿车工业 ， 产 ３ 年 ０万 辆 的生 产 节 拍 为 ４ ０秒 ／ ， 须 解 决 轿 车 了 ４ ％ 。到 目前 ， 国 已经 建 立 了一 支 数 控 研 究 、 发 、 辆 还 ０ 我 开 管理 人 才 的 装 备 多 品 种 加 工 ｉ 空和 宇 航 工 业 ， 有 在 高切 削 速 度和 切 削 力 很 小 基 本 队伍 。 航 只 的情况下 ， 才能对筋、 壁进行加工 。 近来采用大型整体 铝合金坯料“ 掏 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 空 ” 方法 来 制 造 机 翼 、 身 等 大 型零 件 ， 构 件 的 强 度 、 的 机 使 刚度 和 可 靠 步 ， 我 国 高 端 数控 技 术 的研 究开 发 ， 其 是 在 产 业 化 方 面 的 技术 水 但 尤 性得到提高。这都 对加工 装备提 出了高速 、 高精和高柔性的要求。 平现状 与我 国的现 实需 求还有较大 的差距。纵 向看我国的发展速度 ２２ 快 速 发 展 的 ５轴 联 动 加 工 和 复 合 加 工 机 床 采 用 ５轴 联 动 很快 ， 向比（ ＿ 横 与国外对 比 ） 不仅技 术水 平有差距 ， 在某些方面 发展速 对三维曲面零件的加工 ， 不仅光洁度高 ， 而且效率也 大幅度提高。 由 度 也 有差 距 ， 一 些 高精 尖 的 数控 装 备 的技 术水 平 差 距 有 扩 大 趋 势 。 即 于 电 主轴 的 出 现 ， 得 实 现 ５轴 联 动 加 工 的复 合 主 轴 头 结 构 大 为 简 使 ４ 对 我 国数 控 技 术 和 产 业 化 发 展 的 战 略 思 考 化 ， 制造 难度 和成 本 大 幅度 降低 ， 控 系统 的 价 格 差 距 缩 小 。 因此 其 数 ４１战略考虑 作 为制造大 国， ． 我们 在世界产业转移 中要尽量接 促 进 了 复 合 主 轴 头 类 型 ５轴 联 动 机 床 和 复 合 加 工 机 床 （ ５面 加 工 受前 端 而 不 是 后 端 的转 移 ， 要掌 握 先进 制 造 核 心技 术 ， 含 即 否则 在 新 一 机床 ） 发 展 。 的 轮 国 际产 业 结 构 调 整 中 ， 国 制造 业 将 徒 有 其 表 。 我 我们 以 资 源 、 境 、 环 在Ｅ Ｍ０ ０ １展 会 上 ， 日本 工 机 的 ５面 加 工 机 床 采 用 复 合 主 市 场 为代 价 ， 到 的 可 能 并 非 掌 握核 心 技 术 的 制造 中 心 的地 位 ， ２０ 新 得 这样 轴头， 可实现 ４个垂直 平面 的加工和任 意角度 的加工 ， 得 ５面加 必然 严 重 影 响 我 国现 代 制 造 业 的 发 展 。 使 工和 ５轴 加 工 可 在 同一 台机 床 上 实 现 ， 可 实 现倾 斜 面 和 倒 锥 孔 的 还 我 们 要从 国 家 安 全 战 略 的 高 度 来 重 视 数 控 技 术 和 产 业 问题 ， 首 加工。德国 Ｄ ＭＧ 公 司 展 出 ＤＭＵ ｏ ｔ ｎ系 列 加 工 中 心 ， 在 一 次 先从 社 会 安 全 看 ， 为 制造 业 是 我 国就 业 人 口最 多 的行 业 ， 造 业 发 Ｖ ｕｉ ｏ 可 因 制 装夹 下 ５面 加 工和 ５轴 联 动 Ｄ ａ ， 由 ＣＮ 系统 控 制 或 Ｃ Ｄ Ｃ ０： 可 Ｃ Ａ ／ＡＭ 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 ， 障 保 直 接 或 间接 控 制 。 社 会 的稳 定 ： 次从 国 防 安 全 看 ， 方 发 达 国家 把 高 精 尖 数控 产 品都 其 西 ２３ 智 能 化 、 放 式 、 络 化成 为 当代 数控 系统 发展 的 主 要趋 势 列为 国家 的战略物质 ， ． 开 网 对我 国实现禁运和 限制。 ２ １世 纪 的数 控 装 备 将 是 具 有 一 定 智 能 化 的 系 统 ， 能 化 的 内容 智 ４２ 发 展 策 略 立 足 于 我 国 的基 本 国情 ， 国家 的战 略需 求和 国 ． 以 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 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 智 能 化 ； 提 高 驱 动 性 能 及 使 用 连 接 方 便 的 智 能 化 化 编 程 、 化 产业化水平为 目标 ， 系统 的方法 ， 为 简 简 用
数控技术及装备的发展趋势及策略
力 很小的情 况下 ，才 能对这 些筋 、壁进 行 加 工 这 些 都 对加 工 装 备 提 出 了高 速 高 精和 高柔 性 的要 求。 目前世界 上 许多汽车 厂 ，包括 牧国 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 展 自己的数控技 术及其 产业 床 ，美国 Ｃ１Ｎ Ｃ 【 Ｎ Ａ ＴＩ公 司的 Ｎ 数控技术是用数字化信息对机械设备 Ｈｙ ｅ Ｍａ ｈ机床进给速 度最 大达 ６ ｍ／ ｐｒ ｃ ０ 厦其装置进行控制的技术，数控装备是以 ａ ｎ ｒ ｉ ．快速为 １ ０ ｍｉ ｍ／ ｎ，加速度达 ２ ０ ｇ 数控技术为代表的机电 一 体化产品，其技 主轴 转速 已达 ６ ，０ ｒ ｍｉ 加工一薄壁 ０ ００／ ｎ 术范围覆盖很多领域： Ｉ、 （） 机械制造拄术 飞机 零件 ，只垌 ３ ｍ ｎ，而同样的零 件 ０ （） ２ 、自动控制技 术一 ３ ，伺服驱动技术 ； （） 往一 般高速铣床加 工需 ３ ｈ。在普通铣 沫 《） ４ ，传感 器技术。 ５ （） 信息处理 ， 加工 、 传 加工需 ８ 德国 Ｄ ｈ ＭＧ公司的双 主轴 车床 输技术 （） ６、软件技术 ；（ ） ７ ．计算机技术 的主轴速度及加速度分另 达 Ｉ ，ｏ ｒ ｍｍ ２ Ｏ ０／ 等， 数控技 术和数控 装备是制造工业现 代 他 的重 要基础 。选个 基础 是否牢 固直接 影响到 一个国家的经 济发展和综 合国 力， 关系到一 个国家 的战略 地位 。 因此， 世 界上各工 业发达国家均采取重大措施来发
和 ｉ ｇ
控 系统的价 格差 距缩 小 、因此 促进 了复 合主轴联动机床和 复合加 工机 床的发展。 ３． 智能 化、开放式、网络化成 为当 代数控系统发展的主要趁势 ２ 世纪的数 控装备将是 具有一 定智能 １ 他的系统，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 ． 如智能他的 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 峰等 。 为解决传统的数控 秦统封闭性和数控 应 用软件的 产业 化生产 存在 的问睡 。 目 前许 多国家对开放式数控 系统进行研 究 ， 如美国的 ＮＧＣ（ ｈ Ｎ ｘ Ｇ ｎ ｒ ｔ ｎ Ｔ ｅ ｅ ｔ ｅ ｅａｉ ｏ Ｗｏｋ ｔｔ ｎ Ｍａ ｈ ｎ ｏ ｔ １，欧共 ｒ Ｓ２ ｉ ／ ｃ ｉ ｅ Ｃ ｎｒ ） ，ｏ ｏ
数控技术和装备的发展趋势及对策
量 时，一 个非常重要 的指标就是装备 工业现 代化 的程度 以及水平 ． 在装备 工业 中，数控的装备 以及技 术是 非常重要 的。本篇文章对 当 今 的数控装备 以及技 术的发展趋势进行 了简单的分析 ，同时对我 国 的数控装备 与技术 现状潋覆发展的趋 势进行 分析 ， 提 出相应的对策 提 升我 国的数控装备 以及技术 的水平。
科技论 坛
数控技术和装备 的发展趋势及对策
朱剑 军
（ 昌河飞机工业 （ 集团 ） 有 限责任公 司 ）
【 摘 要 】目前 ，在对 国民经济现代 化的程度 以及水平进行衡 过对结构 的对象进行 增加 、改变或者是裁剪形成系列化 ，能够使用
户的技术 以及特殊 的应用 在控制的系统 中进行集成 ，实现不 同的档 次 以及不 同的品种 的系统 ，使产品具备鲜明 的个性 。 目 前 ，对数控
的技术进行研究 ， 核 心是 使开放性数控的系统具备规范的体系 、规
范的配置 以及规范的结构 ，同时还包括软件 以及功能库 的开发 。 ２数控 的装 备以及 技术在 我国的发展状 况 ２ ． １发展 的历程 在我国，数控的装备 以及技术开始于 ２ ０世纪 ６ ０年代 ，发展 的 历程 包括三个阶段： 封闭发展 的阶段 ，也就 是从 开始的时间到改革开放 ，在这段时 间内，因为我 国的基础较弱 以及外 国在 技术的方面实行封锁，数控 的设备 以及 技术在发展的方面是十分缓慢的 。 初步建立 的阶段 ，也就 是第六个 五年计划 至第八个五年计划， 在这段 时间 内，我国实行 了改革开放 ，国家对数 控的装备 以及技术 高度 的重视 ，同时国际的环境 以及研发 的环境在 逐渐 的改善，数控 的装备 以及技术在 发展 的方面十分迅猛，取得了的进步是显著的。 市场 竞争的阶段 ，也就是第九个五年 计划 的时期，在这段时间 内，数控 的装 备以及技术取得的成绩是非常 明显 的。在第九个五年 计划 的末期 ，国内的市场 中，国产 的数控 设备占据 了一半以上 。 ２ ． ２成绩 ‘ （ １ ） 数控的装备 以及技术在发展方面具备 了坚实 的基础 ， 对现 代的数控设备 以及技 术能够基本的掌握 。目前 ，我 国在数控 的装备 以及技术方面 ，对基 础的技术 已经初步掌握 ，大 多数 的技术 已经实 现 了产业化 以及商业化 。 （ ２ ） 数控产 业的基地 已经初步的形成。 在 设备以及技术基本掌 握 以及技术产业化 的情况 下，许多生产数控系统 的厂家 已经建立 ， 数控产业的基 地 已经初步 的形成 。 （ ３ ） 建立了研 发的队伍。 在数控 的装备 以及技术发展 的过程 中， 已经初步的建立 了研发 的队伍 ，能够对 数控的装备 以及技术进行研 发的工作。
数控技术和装备发展趋势及对策
数控技术和装备发展趋势及对策摘要：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。
数控发展趋势高速、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关键词：数控技术发展趋势马克思曾经说过”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。
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。
1 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[1～3]。
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。
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。
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第一章概论1.1计算机数控的概念与发展1.1.1计算机数控的概念○1数字控制（数控）的概念GB8129-1997中对NC的定义为：用数值数据的控制装置，在运行过程中不断地引入数值数据，从而对某一生产过程实现自动控制。
○2数控机床（NC machine tools）若机床的操作命令以数值数据的形式描述，工作过程按照规定的程序自动地进行，则这种机床称为数控机床。
○3数控系统在数控机床行业中，数控系统是计算机数字控制装置、可编程序控制器、进给驱动与主轴驱动装置等相关设备的总称。
有时则仅指其中的计算机数字控制装置。
为区别起见将其中的计算机数字控制装置称为数控装置。
从第一台数控机床问世至今的40多年中，随着微电子技术的不断发展，数控装置也在不断地更新换代，先后经历了电子管（1952年）、晶体管（1959年）、小规模集成电路（1965年）、大规模集成电路及小型计算机（1970年）和微处理机或微型计算机（1974年）等五代数控系统。
前三代数控装置属于采用专用控制计算机的硬接线（硬件）数控装置，一般称为NC数控装置。
20世纪70年代初，随着计算机技术的发展，小型计算机的价格急剧下降，出现了采用小型计算机代替专用硬件控制计算机的第四代数控系统。
这种数控系统不仅在经济上更为合算，而且许多功能可用编制的专用程序实现，并可将专用程序存储在小型计算机的存储器中，构成控制软件。
这种数控系统称为计算机数控系统（computerized numerical control，即CNC ）。
自1974年开始，以微处理机为核心的数控装置（microcomputerized numerical control，即MNC）得到迅速发展。
CNC和MNC称为软接线（软件）数控系统。
由于NC 硬件数控系统早已被淘汰，而目前软件数控系统均采用MNC，因此，许多书中将现代数控系统称为CNC。
我国从1958年开始研制数控机床，20世纪60年代中期进入实用阶段。
自20世纪80年代开始，引入日本、美国、德国等国外著名数控系统和伺服系统制造商的技术，使我国数控系统在性能、可靠性等方面得到了迅速发展。
经过―六五‖、―七五‖、―八五‖及―九五‖科技攻关，我国已掌握了现代数控技术的核心内容。
目前我国已有数控系统（含主轴与进给驱动单元）生产企业五十多家，数控机床生产企业百余家。
1.2 数控技术与数控机床数控技术，简称数控（Numerical Control-NC），是利用数字化信息对机械运动及加工过程进行控制的一种方法。
由于现代数控都采用了计算机进行控制，因此，也可以称为计算机数控（Computerized Numerical Control-CNC）。
为了对机械运动及加工过程进行数字化信息控制，必须具备相应的硬件和软件。
用来实现数字化信息控制的硬件和软件的整体称为数控系统（Numerical Control System），数控系统的核心是数控装置（Numerical Controller）。
采用数控技术进行控制的机床，称为数控机床（NC机床）。
它是一种综合应用了计算机技术、自动控制技术、精密测量技术和机床设计等先进技术的典型机电一体化产品，是现代制造技术的基础。
机床控制也是数控技术应用最早、最广泛的领域，因此，数控机床的水平代表了当前数控技术的性能、水平和发展方向。
数控机床种类繁多，有钻铣镗床类、车削类、磨削类、电加工类、锻压类、激光加工类和其他特殊用途的专用数控机床等等，凡是采用了数控技术进行控制的机床统称NC机床。
带有自动刀具交换装置（Automatic Tool Changer-ATC）的数控机床（带有回转刀架的数控车床除外）称为加工中心（Machine Center-MC）。
它通过刀具的自动交换，只需一次装夹即可以完成多工序的加工，实现了工序的集中和工艺的复合，从而缩短了辅助加工时间，提高了机床的效率；减少了零件安装、定位次数，提高了加工精度。
目前加工中心是数控机床中产量最大、应用最广的数控机床。
1.3 典型数控铣床的概述数控铣床是一种用途十分广泛的机床，主要用于精度要求高、轮廓形状较复杂的平面、曲面及壳体类零件的加工。
同时可进行钻、扩、锪、铰、螺纹切削、镗孔等加工。
加工中心、柔性制造单元等都是在数控铣床的基础上产生和发展起来的。
1.3.1数控铣床的基本构成及特点○1．数控铣床的基本构成数控铣床由以下几个部分组成1）主机即铣床机械结构，通常由床身、底座、立柱、横梁、滑座、工作台等机床基础件以及主传动机构、进给系统等组成。
它是整台铣床的基础和框架。
2）控制部分（CNC装置）包括专用计算机、显示器、键盘、输入输出装置等，其为数控铣床的控制核心。
3）驱动装置。
4）辅助装置冷却、润滑等辅助装置。
○2．数控铣床的结构特点1）高刚度和高抗震性铣床刚度是铣床的技术性能之一，它反应了铣床机构抵抗变形的能力。
主要采取了提高数控铣床构件的静刚度和固有频率，改善数控铣床结构的阻尼特性，采用新材料和刚板焊接结构等几方面的措施。
2）减小了热变形对铣床的影响铣床的热变形是影响铣床加工精度的重要因素之一。
由于数控铣床主轴转速、进给速度远高于普通铣床，因此热变形对数控铣床的影响远比普通铣床严重。
3）传动系统机械结构简化数控铣床采用的交流、直流电机，其调速范围大，并可无级调速，因此使得主轴箱、进给变速箱及传动系统大为简化，箱体机构简单。
4）高传动效率和无间隙传动装置目前数控铣床进给驱动系统中常用的机械装置主要有三种：滚珠丝杠副、静压蜗杆—蜗轮机构和预加载荷双齿轮—齿条。
5）低摩擦系数的导轨导轨是铣床的基本结构之一。
铣床加工精度和使用寿命在很大程度上决定于铣床导轨的质量。
1.3.2数控铣床的分类数控铣床从结构上可分为立式、卧式及立卧两用三种。
○1立式数控铣床立式数控铣床主轴轴线垂直于水平面，这种铣床占数控铣床的大多数，应用范围也最广。
目前三坐标数控立铣占数控铣床的大多数，一般可进行三坐标联动加工，也可以实行两轴半控制，即在X、Y、Z三个坐标轴中，任意两轴都可以联动。
一般用来加工平面曲线的轮廓。
但也可加一个回转坐标，用来加工螺旋槽、叶片等立体曲面零件。
○2卧式数控铣床卧式数控铣床主轴的轴线平行于水平面。
为了扩大加工范围和扩充功能，卧式数控铣床通常采用增加数控转盘（或万能数控转盘）来实现四坐标、五坐标加工。
○3立卧两用数控铣床这类铣床可在一台机床上进行立式加工或卧式加工，同时具备立、卧式铣床的功能。
它的使用范围更广，功能更全。
一般数控铣床上指规格较小的升降台式数控铣床，其工作台宽度多在400mm以下，规格较大的数控铣床（工作台宽度多在500mm以上），其功能已向加工中心靠近，进而演变成柔性制造单元。
1.3.3数控铣床的主要加工对象○1平面类零件即加工面平行或垂直于水平面，以及加工面与水平面的夹角为一定值的零件。
○2直纹曲面类零件即由直线依某种规律移动所产生的曲面类零件。
○3立体曲面类零件即加工面为空间曲面的零件。
这类零件的加工面不能展成平面，一般使用球头铣刀切削，加工面与铣刀始终为点接触，若采用其它刀具加工，易于产生干涉而铣伤邻近表面。
1.3.4典型数控铣床的性能本设计中的零件是利用XK5025数控铣床加工的，在这里对该机床的性能及主要规格、参数进行简要介绍。
该机床适用于多品种小批量生产的零件，对各种复杂曲线的凸轮、样板、弧形槽等零件的加工效能尤为显著。
其驱动部件为高性能、很可靠的混合式步进电机，输出力矩大，高、低速性能均好，且系统具备手动回机械零点功能，机床的定位精度和重复定位精度较高，不需要模具就能确保零件的加工精度，同时本机床所配系统具备刀具半径补偿和长度补偿功能，降低了编程复杂性，提高了加工效率。
此外，其还具备零点偏置功能，可实现多工件的同时加工第二章槽类零件的加工工艺分析如下图2.1所示，为键槽零件。
其材料为45，毛坯尺寸长×宽×高为160×120×10,其数控铣床加工图2.12.1 零件图工艺分析该零件主要由外轮廓、键槽、不规则形形槽、孔组成。
总体表面粗糙度要求较低，零件材料为45，切削加工性能较好。
根据以上分析，零件孔可以一次性粗加工，键槽、不规则形槽的加工应分粗、精加工两部分进行，以保证表面粗糙度要求。
2.2 加工方法的选择○1、键槽、不规则形槽可选择粗铣—精铣方案。
○2、孔加工方案的选择孔选择钻头一次性加工到位。
2.3 确定装夹方案该零件的外形比较规则，因此，在加工键槽、不规则形槽及孔时，选用平口虎钳夹紧。
2.4 确定加工顺序及走刀路线按照基准先行，先面后孔，先粗后精的原则确定加工顺序。
详见表2-2键槽端盖底版数控加工工序卡，不规则形槽加工采用逆铣方式，刀具沿切线方向切入与切出。
2.5 刀具选择○1、键槽、不规则形槽采用立铣刀加工，根据侧吃刀量选择立铣刀直径，使铣刀工作时有合理的切入/切出角；且铣刀直径应尽量包容工件整个加工宽度，以提高加工精度和效率，并减小相邻两次进给之间的接刀痕迹。
○2、孔加工选择φ12钻头，该零件加工所选刀详见表2-1键槽端盖底板数控加工刀具卡片。
表2-1键槽端盖底板数控加工刀具卡片2.6 切削用量选择该零件材料切削性能较好，铣削键槽及不规则形槽时留0.5mm精加工余量；1、进给速度，主轴转速计算○1、铣削键槽、三角形槽1）确定铣削深度a p2）确定每齿进给量f z3）确定切削速度V c○2、钻孔1）确定进给量f2）确定切削速度2.7 拟订数控铣削加工工序卡片为了更好地指导编程和加工操作，把零件的加工顺序、所用刀具和切削用量等参数编入表2-2所示的键槽端盖底板零件数控加工工序卡片。
表2-2 键槽端盖底板数控加工工序卡片第三章数控加工程序的编制3.1 数控铣床的基本编程技术3.1.1 数控铣床的编程特点数控铣床是通过两轴联动来加工零件的平面轮廓，通过两轴半控制、三轴或多轴联动来加工空间曲面零件。
数控铣削加工编程具有如下特点：○1、数控铣床一般仅具有直线和圆弧的插补功能，因此非圆曲线的加工是按编程允许误差将曲线分割成许多小段再用直线或圆弧逼近得到，编程时需计算各节点坐标。
○2、具备刀补功能，可直接按工件尺寸编程。
○3、具备镜像功能，加工轴对称零件时只要编写一半加工程序即可。
○4、具备子程序调用功能。
当工件上有相同加工部位时，可以调用子程序，以简化程序编制。
3.1.2 数控铣床的坐标系○1、机床坐标系机床坐标系是机床本身固有的，是以机床原点为坐标系原点建立起来的X 、Y 、Z 轴直角坐标系。
机床坐标系是制造和调整机床的基础，也是设置工件坐标系的基础，一般不允许随意变动。
○2、工件坐标系为了确定零件加工时在机床中的位置，必须建立工件坐标系，也称为编程坐标系。