发展高端数控机床的共性技术需求
数控机床的发展现状及趋势
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 ． ０ ０ ５ ｍｍ（ Ｉ Ｓ Ｏ标准、 统计 法） ， 就 是一 台高精 度机 床 ， 在 Ｏ ． ０ ０ ５ ａｍ ｒ （ Ｉ Ｓ Ｏ 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 （ ＣＡ Ｍ） 系 统 的 发展 ， 精 密 度 已达 到 微 米 级 。
产。
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、 Ｌ Ｍ 直线滚动系统等） 主轴转速达 １ ５ ， ０ ０ ０ ｒ ／ ｍｉ ｎ 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
科 学 论 坛
穗藩满
数控机床 的发展现状及趋势
李 明轩 ， 张加特 ， 雷 超 帆
（ 郑 州 大 学 国 际 学 院 ，河 南 郑 州 ４ ５ ０ ０ ０ １ ） 摘 要： 现代数控技术集机械 制造技术 、 计算机技术、 成组 技术与现代控制技术 、 传感检测技术 、 信息处理技术 、 网络通讯技术 、 液压气动技 术、 光机 电 技术于一体 ， 是 现 代 制 造 技 术 的基 础 ， 它 的发 展 和 应 用 ， 开 创 了制 造 业 的 新 时 代 ， 使世 晃 制 造 业 的 格 局 发 生 了 巨大 的变 化 。 关键词 ： 数控 技 术 ； 一体 ； 变化： 核 心
数控 技术是衡量一个国家制造业现代化程度 的核 心标 志， 实 现加 工机
高档数控机床应用技术
能，ＩＰ Ｃ ￣ Ｌ 控制外部坐标系偏移来实现的。
四 伺服优化
伺服优 化可通 过动 态精 度调试 和误 差补偿 ，提高 加 工速 度、加工精度和加工效率。高速机床和大 型机床 伺服优化对产 品质量影响很大 ，国外伺服优化 已变成一
门专业 。
（）几何 误差 等于 ７０ｔ ｃ ０￣ ｍ
（）Ｒ Ｃ 编程 的后置处理 （ 图１ ２ ＴＰ 见 ）。
参磊肛 籼 工 — —
｜
Ｅ ｐ ｅｐ ｉｔ ｘ州 ￣ ｗ ａ ｎ
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差 曲 线
三，误差补偿
１ ．误差补偿功 能
西门子￣Ｆ Ｎ 提供 了以 下几个功能 ：直线 度补 ｌ ＵＣ Ａ
Ｎ２ ０ ２ ＯＲＩ Ｃ０ＮＣＣＷ Ｎ２ ０ Ａ６ ０Ｂ６ Ｃ６ ３ － ０ ＝ ＝１
Ｎ２ ０ Ｇ３ Ｘ３ 一４ ４ ０Ｙ ０ ＣＲ＝ｌ Ｏ
Ａ３ ０ Ｂ３ ０ Ｃ３ ４ ＝１ ＝ ＝ ０
Ｎ２ ０ ＯＲＩ ＣＴ ５ ＶＥ
轨 迹特性控制和动态特性控制机 床真正 用于五 轴联
位置和方 向能够通过两条曲线来控制 。 刀具 矢 量 大 圆插 补 （ ＲＩ ＣＴ 与线 性 插 补 Ｏ ＶＥ ） （ ＩＸ Ｓ ＯＲ Ａ Ｅ ）比较 可知 ，当切 削航空 结构 件时 ，用 Ｒ Ｃ 编程 ， ＴＰ 侧面轮廓会产生过切 。 西门子提供的这些功能，其特点是把后置处理的工作 放在 了系统里 ，主要 目的是简化编程 。 通过系统提供的刀 具矢量控制可以手工二维编制五轴程序 ， 程序段数减少。
Ｎ２ ０ ＯＲＩ ７ Ｃ０ＮＣＣＷ Ｎ２ ０ Ａ６ Ｂ６ ０Ｃ６ ８ ＝ ０ ＝ ＝ｌ Ｎ２ ０ Ｇ３Ｘ２ ０ ＣＲ＝１ ９ ０ Ｙ５ ０
关于申报“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项
关于申报“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项2014年度课题的通知各有关单位：为逐步提高我国高端装备制造业的自主开发能力，满足国内重点行业对制造装备的基本需求，在数控机床专项“十二五”实施计划框架下，科技部发布《数控机床专项2014年度课题申报指南》。
课题申报指南的具体内容见附件。
本年度课题申报指南的编制遵循以下原则：（一）以“十二五”标志性成果为主攻方向，注重专项重点任务的持续支持与发展2014年年度目标及重点任务安排遵循专项实施方案和“十二五”实施计划的目标及技术路线，以航空结构件制造装备、汽车发动机制造装备、航空发动机制造装备、高档数控系统等标志性成果为主攻方向，突出专项总体部署的系统性、集成性和持续性。
在重点任务安排上体现科技重大专项系统攻关的要求。
（二）有限时间、有限目标、突出重点根据专项实施方案与“十二五”目标与任务，结合国家重大工程、战略性任务的技术瓶颈，开展满足国家战略需求、能带动行业技术普遍提高的高端数控机床的研发。
针对重点精密、高速加工装备等进行系统部署，突出针对用户需求的设计及国产数控系统应用的战略重点。
在满足重点领域、重大工程需求的同时，带动全行业“调结构、上水平”。
（三）集中资源，协同攻关坚持大兵团联合作战、产学研用合作，各自发挥优势，集中解决关键核心技术的思路。
在课题申报指南中要求各联合申报单位前期应已形成良好的合作关系；根据前期各课题承担单位的研究任务完成情况，对优势单位进行优中选优，向重点研究内容倾斜，加大力度集中支持，确保专项“十二五”标志性成果的如期实现。
（四）以主机为龙头，带动数控系统和功能部件协同发展根据实施方案的目标要求，对于量大面广的数控机床，瞄准四大领域典型用户，重点支持技术参数符合专项目标、加工对象明确的项目，通过应用示范工程，逐步由突破核心技术向掌握研发技术、提升能力转变；对于共性技术的研究，坚持落实到主机、功能部件研制等任务中，通过产学研用的合作把共性技术研究融入产品的研制，而且注重保持专项研究内容的继承性，强调国产数控系统和功能部件的应用与验证，重视对各类机床产品开展有针对性的可靠性研究；对于典型用户成套生产线，则锁定重点用户领域的重点工艺过程，集中攻关，推进专项成果产业化进程。
并联机床发展现状和共性关键技术
Ｄｅ ｅｏ ｉｇ Ｓｔｔｓａ ｄ Ｋｅ ｍｍｏ ｃ ｎ ｌｇｅ ｆＰａａｌｌ ａ ｈｎ ｏ ｖ ｌｐｎ ａｕ ｎ ｙ Ｃｏ ｎＴｅ ｈ ｏｏ ｉｓ ｏ ｒｌ ｃ ｉｅＴｏ ｌ ｅＭ
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综
述 ｓａＲｏ ０ａｅｎ ｏＩｐｓ
和寻求合理的设计方法。国内外研究者对并联机床的 构型拓扑设计 、 运动学分析和尺度综合 、 力学分析和静
Ｈ
２ ５ １ ０
ｅａｏ Ｓｒ ｓ Ｈ ｘｐｄ ｘｂｔ ｅ ｅ ， ｅａｏ ｉ
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５１ ．
４ １ ）１ ７
Ｃ Ｗ ０ Ｍ ３０
Ｃｅ ｔ ｒ ＤＭＴＩ ｎｅ 。 ￣
普通精度
４ —１ ２
５ ０
１ｏ ０ ２
４０ ３０ ， ０× ３ ７
Ｈｅ ｋ ｒ， ＫＭ４ ０ ｃ ｅｔＳ ０
运动速度 ／ ｍ ｒ ｎ （ ／ ｉ） ａ
１ ６） ５（ ５
表 １ 国外若干并联机床性能指标
刚度 ／ Ｎ （／ ｍ ）
１５ ７
精度／ ｍ
１ ０
加速度 ｇ
１
主轴转 速 ／ ｒｒ ｎ （ ａ ） ／ｉ
工作空间 ／ｍ ｍ
Ｌａ ｉ ｐｃFra bibliotek０ ８（ ． 一维） １ ４（ 三维）
并联机床是数控机床机构进化 的一个重要方面。
国外并联机床研究开发和产品化工作起步不足 ２ Ｏ年 ， 我国的研究 开发 工作与 国外基本 同步。如能抓 住时
我国数控机床发展现状及存在问题
我国数控机床发展现状及存在问题摘要：近年来，我国的数控机床产业取得了长足的进步，但同时也暴露出很多问题。
本文首先介绍了我国数控机床的发展现状，然后从技术研发、政府管理、机制改革等多个方面分析了要改变现状取得更大进步所必须采取的措施。
关键词：数控技术，现状，成绩，问题，展望。
一、近年来我国数控技术所取得的成绩我国数控技术的发展起步于二十世纪五十年代，通过“六五”期间引进数控技术，“七五”期间组织消化吸收“科技攻关”，我国数控技术和数控产业取得了相当大的成绩。
特别是最近几年，我国数控产业发展迅速，1998～2004年国产数控机床产量和消费量的年平均增长率分别为39.3% 34.9%。
尽管如此，进口机床的发展势头依然强劲，从2002年开始，中国连续三年成为世界机床消费第一大国、机床进口第一大国。
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。
国家统计局数据显示，2011年我国机械工业累计实现工业总产值16.89万亿元，同比增长25.06%。
全年实现利润总额12013亿元，同比增长21.14%。
在列入快报统计的120种主要机械产品中，102种产品的产量实现同比增长。
其中数控机床产量25.71万台，比上年增长20.6%，产量首次超过25万台，创下历史新高。
数控机床增速高于普通机床增速5个百分点左右。
数控机床在保持较快增长的同时，产业结构调整有序展开并明显提速，突出表现之一就是依靠自主创新，使得技术产品向高端升级步伐加快，通过国家相关计划的支持，创造了一批具有自主知识产权的研究成果和核心技术。
取得了很多令人瞩目的成绩：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，可完成五自由度的运动。
《中国制造2025》解读之：提高国家制造业创新能力(1)
《中国制造2025》解读之：提高国家制造业创新能力全球新一轮科技革命和产业变革与我国加快转变经济发展方式形成历史性交汇，我国制造业创新发展面临着前所未有的挑战。
经过多年快速发展，我国已成为全球制造业大国，但制造业整体素质和竞争力与工业发达国家相比仍然差距很大，自主创新能力不强，核心技术受制于人，科技成果对产业支撑不足的问题十分突出。
《中国制造2025》将创新驱动作为建设制造强国的重要方针之一，将提高制造业创新能力作为建设制造强国的首要任务，说明必须依靠创新驱动，抢抓新科技革命和产业变革的战略机遇，重塑我国制造业的国际竞争新优势。
一、提高国家制造业创新能力是顺应新一轮科技革命与产业变革新趋势、抢占全球竞争制高点的战略选择制造业历来是创新最为集中、最为活跃的领域。
特别是国际金融危机后，各国都注重将制造业创新作为驱动经济转型发展的核心力量，制造业的创新已经成为新一轮科技革命与产业变革中国际竞争的重要焦点。
（一）新一轮科技革命与产业变革正在兴起，发达国家竞相布局制造业创新战略全球科技创新活动不断突破地域、组织、技术的界限，技术更新和成果转化更加快捷，以新技术突破为基础的产业变革呈现加速态势。
科技创新已成为经济结构调整和产业持续健康发展的决定性力量，许多国家都将创新提升到国家发展战略的核心层面。
美国积极推动国家制造业创新网络建设，期盼以技术创新的先发优势继续保持其全球领先地位。
德国也积极制定高科技战略，确定了五大领域的关键技术和十大未来项目。
应该看到，经过长期追赶发展的沉淀和积累，本轮产业变革是我国与发达国家技术差距最小的一次，我们必须切实增强机遇意识，实施创新驱动战略，提高制造业创新能力，实现工业强国的百年梦想。
（二）发达国家“再工业化”和新兴经济体加速崛起，唯有依靠创新才能把握国际竞争新优势在科技创新、国际金融危机等多重因素的影响下，全球产业结构进入深度调整周期。
发达国家纷纷实施“再工业化”和“制造业回归”战略，高端制造领域向发达国家回流的“逆转移”趋势显现端倪。
共性关键核心技术清单
新型显示基板玻璃
17
5G通信手机射频芯片
18
5G通信高端滤波器
19
量子通讯光电雪崩二极管
20
量子通讯调相器
21
量子通讯激光器
22
量子随机数噪声源
23
智能可穿戴产品操作系统
24
米波共形阵列
25
大阵列天线高机动技术
26
有源无源一体化技术
27
太赫兹源器件
28
太赫兹探测技术
29
太赫兹调制解调技术
30
太赫兹光谱探测技术
燃料电池发动机技术
73
高速、高功率密度、大功率电机设计制造技术
74
轮毂电机及其驱动系统技术
75
混动自动变速箱技术
76
智能网联汽车技术
77
高度自动驾驶技术
六、高性能材料
78
高性能钢铁一致性、稳定性、可靠性
79
有色金属材料一致性、稳定性、可靠性
80
特种轴承钢
81
高强不锈钢
82
刀刃具钢
83
高精密冶炼设备
84
高精密处理设备
85
高精密成形设备
86
高精密检测设备
87
汽车空调、压缩机用高弹性钢
89
大型破碎设备用抗冲击、耐磨钢
共性关键核心技术清单
序号
技术/产品
一、人工智能领域
1
CMOS图像传感器
2
生物传感器
3
量子传感器
4
加速度传感器
5
姿态传感器
6
激光雷达
7
指纹识别
8
人脸识别
9
声纹识别
2022年我国机床行业发展问题分析
2022年我国机床行业发展问题分析工业水平看装备制造业，装备制造业水平看机床，足以看出作为“工业之母”的机床业在工业中的重要性。
我国是世界机床制造第一大国，但同时也是世界第一大机床进口国。
造成这一冲突局面的主要缘由我国机床技术水平落后。
中国机床产业的现状，用一句话进行概括，就是“大而不强”。
以下是2022年我国机床行业进展问题分析：问题一：新常态下行业和企业转型升级面临的问题1.多数企业共同的难点常规产品市场严峻下滑，造成整体产量下降，收入下降，人员流失较大；专业技师、专业设计人员偏少，研发高性能产品资金投入大，融资困难，其收益远低于预想，开发新产品处于两难境地；银行方面对实体经济资金支持力度差，造成许多客户企业资金不足，即使有购买机床意向，但苦于资金困难问题反过来要求机床厂供应长时间分期付款，使得机床厂只能放弃不少不合理要求的订单。
2.个人创业在行业消失了负效应国家鼓舞个人创业，社会对个人创业幻想热炒，使得机床行业人才流失日益严峻。
同时形成许多新的小作坊小企业用简洁组装、不求质量的各类机床低价向客户推销，对目前以生产中低端机床为主的机床厂冲击很大。
3.低价竞争形成恶果机床行业前期盲目扩张形成巨大产能，造成以国家队为首的几大机床行业巨头不断推出价格战，使得大多数机床企业忙于应付，对新产品投入相对削减，造成低价竞争恶性循环，给企业造成严峻恶果。
问题二：当前市场需求是否发生结构变化1.市场需求结构发生变化从中小型立式加工中心的市场需求状况看，原来价格较低产品的销量最多，但近几年发生变化，价格较低的一般加工中心销量削减很多，大规格加工中心略有增长，高端多轴数控机床由于还未完全达到或超过用户期望值，影响其市场扩大。
一般升降台铣床销量急剧下降，数控升降台铣床销量有所上升，但上升幅度不大，数控龙门铣床滞销，重大型产品需求仍处于低迷状态，需求量较前几年削减了许多。
近几年中小型产品需求较好，但共性化需求增加，交货期缩短。
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数控机床基础技术与关键共性技术
一. 可靠性设计与性能试验技术
1、研究目标
开展可靠性设计技术、可靠性试验方法、运行可靠性技术研究，提供在数控机床、重型装备及功能部件上能付诸应用的可靠性设计方法、试验分析方法和精度保持措施，在高速/精密数控机床、重型装备及主要功能部件上验证应用。
2、考核指标
分别针对高速/精密数控机床、重型装备及主要功能部件等产品开展可靠性综合设计方法和试验技术，提出基于运行状态的可靠性建模、设计和评估方法；在高速/精密数控机床、重型装备、数控系统、功能部件等方面实施应用，大幅度提高精度保持性。
形成2-3项专利技术或专有技术，提出相关技术规范与标准。
3、研究内容
分别针对高速/精密数控机床、重型装备及主要功能部件等产品开展以下研究：
（1）可靠性设计技术
数控机床现场运行状态的研究，分析影响整机及零部件可靠性的因素，给出整机及零部件的可靠性模型、评估方法和维护规范，提出可靠性评价方法、分配设计准则及若干可靠性增长技术。
（2）可靠性试验方法研究
系统提出机床及其主要零部件的可靠性测试技术、试验方法及其评价指标，建立机床及主要零部件的可靠性试验规范，开发若干适用的可靠性测试系统。
（3）运行可靠性技术研究
研究机床运行状态的故障发生及精度衰退规律，建立机床运行可靠性模型；提出加工精度评估方法，实现机床精度衰退预报及精度恢复，提出精度保持方法和维护技术。
二. 动态综合补偿技术
1、研究目标
形成机床运行误差的在线检测、预测及软硬件补偿的技术；在高速、重型、精密类数控机床中应用，显著提高其工作精度。
2、考核指标
在国产高档数控机床上实现运行误差预测、测量与数控在线补偿，加工轮廓误差降低30%以上；分别在高速、精密、重型数控机床进行示范应用。
形成2-3项专利技术或专有技术。
3、研究内容
分别针对高速数控机床、精密数控机床或重型数控机床，开展综合误差补偿技术研究。
研究数控机床几何误差、多轴伺服误差和加工状态下的综合误差建模、监测、识别及补偿技术；研究主轴、进给机构及整机热变形建模、识别与预测技术；研究工艺系统误差检测及精度保证技术；开发可嵌入数控系统的综合误差实时补偿的软硬件技术。
三. 数字化设计技术
1、研究目标
以提升机床产品性能和开发效率为研究目标，开展机床整机与关键部件的数字化设计技术研究，开发相关的支撑软件系统与机床多学科仿真分析与优化设计知识库，支持机床向高速、精密及复合化发展，
在若干高档数控机床设计开发中进行示范应用。
2、考核指标
课题分为3个研究方向，其具体考核指标如下：
（1）提出支持机床功能设计和方案设计的机/电/液等系统配置和机床功能部件配置的智能设计方法和模型库。
（2）提出通用的机床整机和关键部件静、动、热特性数字化设计方法与软件，初步建立机床静、动、热特性分析与优化设计知识库。
（3）建立结合面特性数据库，建立考虑结合面接触耦合特性的整机设计软件系统与设计知识库。
应在上述研究方向分别建立数控机床数字化设计方法和专用软件，软件与国际相关通用软件兼容，设计精度与效率有较大提升；提出数控机床数字化设计规范；研究成果需经过本专项研发的3种以上高速、精密、复合或重型数控机床的设计实践检验，并在1家以上机床骨干企业示范应用。
形成2-3项专利技术或专有技术，提出相关技术规范与标准。
3、研究内容
（1）机电液等功能建模与分析，模块化构建与优化技术，布局与组合技术，模块化智能配置技术，模块重用与移植技术。
（2）数控机床动静刚度特性分析，整机动态特性分析，结构、热、电等耦合模型与精度保持技术，性能优化知识库。
（3）结合面特性建模与数据库，考虑机床结合面动静热特性的整机建模分析，整机精度设计及装配设计，整机性能仿真与模态实验技术。
四.高速切削工艺研究
1、研究目标
开展高速切削工艺研究，获得更高的制造效率、更低的加工成本和更高的加工质量，为解决高速高效切削刀具及加工机床的设计、使用以及最佳工艺选择问题提供理论依据。
2、考核指标
高速切削工艺
加工效率提高30%以上，切削加工成本降低20%以上，显著改善加工表面质量；针对航空航天、汽车和发电装备的5-6种典型零部件产品中推广应用；初步建立高速高效切削加工数据库。
形成2-3项专利技术或专有技术，提出相关技术规范与标准。
3、研究内容
高速切削工艺
研究高速高效切削过程的切削去除机理；研究高速高效加工对典型零件切削加工精度、表面质量和刀具寿命的影响；建立典型零件高速高效切削加工性评价与测试规范，优选刀具材料、优化切削用量，开展高速高效切削稳定性研究，建立高速高效切削加工数据库，指导切削加工工艺制定及高速高效机床与刀具设计制造选用。
五.多轴联动加工技术
1、研究目标
针对高性能复杂曲面零件的多轴联动加工技术的迫切需求，解决加工编程、运动轨迹仿真、精度补偿、工艺优化等关键技术，建立加工工艺数据库。
2、考核指标
提供五轴联动加工编程平台及加工编程数据库。
通过工艺优化，使加工效率、加工质量和工艺稳定性显著提高，在3－5种典型复杂零件的生产中应用有显著成效。
研究成果应在国产五轴联动数控机床上进行示范应用；形成2-3项专利技术或专有技术，提出相关技术规范与标准。
3、研究内容
基于多轴联动机床的典型复杂零件加工编程技术、数控加工工艺、运动规划与仿真、工艺参数优化及精度控制技术；机床的动力学特性与加工仿真；复杂零件多轴联动加工的轮廓误差分析与精度控制技术。