湖北科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文論文題目：中國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展姓 名：學(xué) 號：專業(yè)班級：指導(dǎo)老師：二一五年四月1摘要自從 20 世紀(jì)中葉數(shù)控技術(shù)出現(xiàn)以來，數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生給機(jī)械制造業(yè)帶來了具有革命性意義的改變。數(shù)控加工技術(shù)具有以下特點(diǎn)：具有高度柔性，加工的精度高，加工質(zhì)量穩(wěn)定、可靠，生產(chǎn)效率較高，還可以減輕操作者的勞動強(qiáng)度、改善工作條件，既能促進(jìn)生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化又能促使經(jīng)濟(jì)效益的提高。數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制機(jī)床（Computer numerical control machine tools）的簡稱，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機(jī)床。它是一種機(jī)電一體化程度較高的產(chǎn)品，可以用于加工各種小批量零件，或者結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、精度要求較高的零件等等。數(shù)控機(jī)床的優(yōu)良特點(diǎn)及其廣泛的應(yīng)用范圍使得它成為當(dāng)代機(jī)械制造業(yè)的主流裝備，也是市場熱門商品。我國的數(shù)控機(jī)床經(jīng)歷了多年的進(jìn)步與發(fā)展已經(jīng)取得了不錯的成績，但在科技日益進(jìn)步的今天，如何進(jìn)一步推進(jìn)其發(fā)展在今天是一個很關(guān)鍵的問題。關(guān)鍵字： 數(shù)控機(jī)床 趨勢 發(fā)展策略 目錄2第一章 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生 1.1 數(shù)控機(jī)床41.2 數(shù)控技術(shù) 41.3 我國數(shù)控機(jī)床現(xiàn)狀5第二章 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢2.1 向工序集中化發(fā)展 62.2 向高速度、高精度方向發(fā)展72.3 向柔性化、功能集成化方向發(fā)展 82.4 向智能化方向發(fā)展 9 2.4.1 引進(jìn)自適應(yīng)控制技術(shù) 92.4.2 智能故障回放和故障仿真技術(shù) 92.4.3 刀具壽命自動檢測 92.4.4 智能 4M 數(shù)控系統(tǒng) 92.4.5 智能化交流伺服驅(qū)動技術(shù) 102.5 向高可靠性方向發(fā)展 10 2.5.1 采用更高集成度電路芯片 102.5.2 實(shí)現(xiàn)硬件功能軟件化102.5.3 增強(qiáng)故障自診斷、自恢復(fù)和保護(hù)功能102.6 向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展 112.7 向標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展 112.8 向功能復(fù)合化方向發(fā)展12第三章 中國數(shù)控機(jī)床發(fā)展策略3.1 加大技術(shù)科研力度133.2 進(jìn)一步提高數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品的自主開發(fā)、制造能力133.3 加快高性能數(shù)控功能部件的研發(fā)，提升數(shù)控機(jī)床品質(zhì) 143.4 加快技術(shù)引進(jìn)與國際合作學(xué)習(xí)15結(jié)語 15參考文獻(xiàn) 17第一章 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生1.1 數(shù)控機(jī)床3數(shù)控機(jī)床，顧名思義，即采用了數(shù)控技術(shù)的機(jī)床。數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)是為了滿足多品種，小批量的自動化生產(chǎn)，能夠適用產(chǎn)品頻繁變化且具有柔性的生產(chǎn)需求。從應(yīng)用來說，數(shù)控機(jī)床就是將加工過程所需的各種操作（如主軸變速、進(jìn)刀與退刀、開車與停車、選擇刀具、供給切削液等）和步驟，以及刀具與工件之間的相對位移量都用數(shù)字化的代碼來表示，通過控制介質(zhì)將數(shù)字信息送入專用的或通用的計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)對輸入的信息進(jìn)行處理與運(yùn)算，發(fā)出各種指令來控制機(jī)床的伺服系統(tǒng)或其他執(zhí)行元件，是機(jī)床自動加工出所需要的零件。1.2 數(shù)控技術(shù)說到數(shù)控機(jī)床就不得不提起數(shù)控技術(shù)。數(shù)控技術(shù)，簡稱“數(shù)控”,英文：Numerical Control（NC）,是指用數(shù)字、文字和符號組成的數(shù)字指令來實(shí)現(xiàn)一臺或多臺機(jī)械設(shè)備動作控制的技術(shù)。它所控制的通常是 位 置 、 角度 、 速 度 等 機(jī) 械 量 和 與 機(jī) 械 能 量 流 向 有 關(guān) 的 開 關(guān) 量 。 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，對機(jī)床數(shù)字控制的定義：用數(shù)字控制的裝置（簡稱數(shù)控裝置），在運(yùn)行過程中，不斷地引入數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，從而對某一生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)自動控制，叫數(shù)字控制，簡稱數(shù)控。用計(jì)算機(jī)控制加工功能，稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控。目 前 它 是 采 用 計(jì) 算 機(jī) 實(shí) 現(xiàn) 數(shù) 字 程 序 控 制 的 技 術(shù) 。 這 種技 術(shù) 通 過 使 用 計(jì) 算 機(jī) 按 事 先 存 貯 的 控 制 程 序 來 實(shí) 現(xiàn) 對 設(shè) 備 的 控 制 功 能 。由 于 采 用 計(jì) 算 機(jī) 替 代 原 先 用 硬 件 邏 輯 電 路 組 成 的 數(shù) 控 裝 置 ， 使 輸 入 數(shù) 據(jù)的 儲 存 、 處 理 、 運(yùn) 算 、 邏 輯 判 斷 等 各 種 控 制 機(jī) 能 都 可 以 通 過 設(shè) 計(jì) 者 來 設(shè)計(jì) 開 發(fā) 各 種 程 序 來 實(shí) 現(xiàn) 。1.3 我國數(shù)控機(jī)床現(xiàn)狀4我國數(shù)控技術(shù)起步于 20 世紀(jì)中期，縱觀其發(fā)展歷程，可以劃分為三個階段：第一階段從上世紀(jì)五十年代至七十年代，這個階段為封閉式發(fā)展階段。在此階段，處于新中國初期，百廢待興，人才缺乏，科技落后，由于國外的技術(shù)封鎖限制和我國自身基礎(chǔ)條件的限制，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢并不明顯。第二階段是在國家的“六五”、“七五”期間以及“八五”的前期，這個階段是引進(jìn)技術(shù)和消化吸收階段。在此階段，機(jī)床工業(yè)也隨之逐步走上科學(xué)生產(chǎn)、大力發(fā)展的道路并初步建立起了國產(chǎn)化體系。由于改革開放的推進(jìn)過程和國家的重視，以及各方面環(huán)境的改善，使得我國數(shù)控技術(shù)在產(chǎn)品的研究、開發(fā)等方面都取得了顯著性的進(jìn)步。第三階段是在國家“八五”的后期和“九五”期間，這個階段是實(shí)施產(chǎn)業(yè)化的研究并且進(jìn)入市場競爭的階段。在此階段，開始引進(jìn)日、德、美數(shù)控系統(tǒng)、以及各類數(shù)控機(jī)床、加工中心，進(jìn)行合作生產(chǎn)。通過邊仿、邊學(xué)、邊造、邊用，逐步掌握了數(shù)控機(jī)床的一些技術(shù)、特點(diǎn)與發(fā)展規(guī)律，發(fā)展比較迅速。我國國產(chǎn)數(shù)控裝備的產(chǎn)業(yè)化在這個階段取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)步。在“九五”末期，國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的國內(nèi)市場占有率達(dá)到了 50，配國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)也達(dá)到了10。隨后，我國也已經(jīng)進(jìn)入世界高速數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)國和高精度精密數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)國的行列。目前我國數(shù)控機(jī)床需求量日益擴(kuò)大，產(chǎn)量正呈飛速增長的趨勢，數(shù)據(jù)顯示，我國數(shù)控金屬切削機(jī)床產(chǎn)量從 2004 年的 51,861.00臺增長至 2013 年的 209,287.00 臺。2013 年，我國數(shù)控金屬切削機(jī)床行業(yè)產(chǎn)量呈現(xiàn)增長態(tài)勢，比 2012 年 205,695.13 臺同比增長 1.75%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國可供市場的數(shù)控機(jī)床有 1500 種，幾乎覆蓋了整個金屬切削機(jī)床的品種類別和主要的鍛壓機(jī)械。領(lǐng)域之廣，可與日本、德國、美國并駕齊5驅(qū)。按專項(xiàng)規(guī)劃，到年，我國航空航天、船舶、汽車、發(fā)電設(shè)備制造所需要的高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備約立足國內(nèi)。高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備總體技術(shù)水平進(jìn)入國際先進(jìn)行列，部分產(chǎn)品國際領(lǐng)先。從上面的內(nèi)容中我們看到了我國在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域取得的一些成績。而另一方面，盡管我國數(shù)控金屬切削機(jī)床行業(yè)近年來取得了長足的發(fā)展，數(shù)控化率穩(wěn)步提高，但機(jī)床消費(fèi)和生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)性矛盾仍然比較突出。目前，國內(nèi)對中高檔機(jī)床的需求量逐漸超過低檔機(jī)床。但國產(chǎn)數(shù)控金屬切削機(jī)床以低檔為主，高檔數(shù)控機(jī)床絕大部分依賴進(jìn)口。我國數(shù)控金屬切削機(jī)床行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新投入不足，自主創(chuàng)新能力較弱，導(dǎo)致國產(chǎn)數(shù)控金屬切削機(jī)床在質(zhì)量、交貨期和服務(wù)等方面與國外著名品牌相比存在較大的差距。第二章 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢近些年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，先進(jìn)制造技術(shù)的興起和不斷成熟，對數(shù)控技術(shù)提出了更高的要求。自從我國數(shù)控機(jī)床的技術(shù)發(fā)展到了成熟期以后，各個領(lǐng)域都開始了對于數(shù)控機(jī)床的廣泛關(guān)注。當(dāng)前我國的機(jī)床鑄造產(chǎn)業(yè)正處于高速發(fā)展時期，產(chǎn)業(yè)由量變正走向質(zhì)變的階段。綜 合 分 析 國 內(nèi)外 數(shù) 控 機(jī) 床 發(fā) 展 形 勢 ， 我 國 數(shù) 控 機(jī) 床 的 發(fā) 展 還 應(yīng) 順 應(yīng) 以 下 發(fā) 展 趨 勢 ：2.1 向工序集中化發(fā)展上世紀(jì)中期，在一般數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)上開發(fā)了數(shù)控加工中心，即自備刀具庫的自動換刀數(shù)控機(jī)床。在加工中心機(jī)床上，機(jī)床的機(jī)械手可以自動更換刀具，連續(xù)地對工件進(jìn)行多種工序加工。加工中心機(jī)床使工序集中在6一臺機(jī)床上完成，減少了由于工序分散，工件多次安裝引起的定位誤差，提高了加工精度，同時也減少了機(jī)床的臺數(shù)與占地面積，壓縮了半成品的庫存量，減少了工序間的輔助時間，有效的提高了數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)效率和數(shù)控加工的經(jīng)濟(jì)效益。2.2 向高速度、高精度方向發(fā)展精度和速度是數(shù)控機(jī)床的兩個重要指標(biāo)，直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次、產(chǎn)品的生產(chǎn)周期和在市場上的競爭能力。高精度、高速度是機(jī)械加工的目標(biāo)，數(shù)控機(jī)床因其價格昂貴，在這些方面的發(fā)展也就更為突出。在加工精度方面，數(shù)控機(jī)床精度的要求現(xiàn)在已經(jīng)不局限于靜態(tài)的幾何精度，機(jī)床的運(yùn)動精度、熱變形以及對振動的監(jiān)測和補(bǔ)償越來越獲得重視。最近幾年來，普通級數(shù)控機(jī)床的加工精度已由 10m 提高到 5m，精密級加工中心則從 3-5m 提高到 1-1.5m，并且超精密加工精度已開始進(jìn)入納米級。加工精度的提高不僅在于采用了滾珠絲杠副、靜壓導(dǎo)軌、直線滾動導(dǎo)軌、磁浮導(dǎo)軌等部件，提高了 CNC 系統(tǒng)的控制精度，應(yīng)用了高分辨率位置檢測裝置，而且也在于使用了各種誤差補(bǔ)償技術(shù)，如絲杠螺距誤差補(bǔ)償、刀具誤差補(bǔ)償、熱變形誤差補(bǔ)償、空間誤差綜合補(bǔ)償?shù)鹊取Ｔ诩庸に俣确矫?，如今的?shù)控機(jī)床普遍是高速加工，高速加工源于 20世紀(jì) 90 年代初，以電主軸和直線電機(jī)的應(yīng)用為特征，使主軸轉(zhuǎn)速大大提高，進(jìn)給速度達(dá) 60mmin 以上，進(jìn)給加速度和減速度達(dá)到 1-2g 以上，主軸轉(zhuǎn)速達(dá) 100000r/min 以上。高速進(jìn)給要求數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)算速度快、采樣周期短，還要求數(shù)控系統(tǒng)具有足夠的超前路徑加（減）速優(yōu)化預(yù)處理能力，有些系統(tǒng)可提前處理 5000 個程序段。為保證加工速度，高檔數(shù)控系統(tǒng)可7在每秒內(nèi)進(jìn)行 2000-10000 次進(jìn)給速度的改變。另一方面，運(yùn)算速度的高速化也為數(shù)控機(jī)床增添了動力：微處理器的迅速發(fā)展為數(shù)控系統(tǒng)向高速、高精度方向發(fā)展提供了保障，開發(fā)出 CPU 已發(fā)展到 32 位以及 64 位的數(shù)控系統(tǒng)，頻率提高到幾百兆赫、上千兆赫。由于運(yùn)算速度的極大提高，使得當(dāng)分辨率為 0.1m、0.01m 時仍能獲得高達(dá) 24240m/min 的進(jìn)給速度。2.3 向柔性化、功能集成化方向發(fā)展數(shù)控機(jī)床在提高單機(jī)柔性化的同時，朝單元柔性化和系統(tǒng)化方向發(fā)展，如出現(xiàn)了數(shù)控多軸加工中心、換刀換箱式加工中心等具有柔性的高效加工設(shè)備；出現(xiàn)了由多臺數(shù)控機(jī)床組成底層加工設(shè)備的柔性制造單元、柔性制造系統(tǒng)、柔性加工線。在現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床上，自動換刀裝置、自動工作臺交換裝置等已成為基本裝置。隨著數(shù)控機(jī)床向柔性化方向的發(fā)展，功能集成化更多地體現(xiàn)在：工件自動裝卸，工件自動定位，刀具自動對刀，工件自動測量與補(bǔ)償，集鉆、車、鏜、銑、磨為一體的“萬能加工”和集裝卸、加工、測量為一體的“完整加工”等。2.4 向智能化方向發(fā)展隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域不斷滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)向智能化方向發(fā)展。在新一代的數(shù)控系統(tǒng)中，由于采用“進(jìn)化計(jì)算”、“模糊系統(tǒng)”和“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”等控制機(jī)理，性能大大提高，具有加工過程的自適應(yīng)控制、負(fù)載自動識別、工藝參數(shù)自生成、運(yùn)動參數(shù)動態(tài)補(bǔ)償、智能診斷、智能監(jiān)控等功能。2.4.1 引進(jìn)自適應(yīng)控制技術(shù)8通過監(jiān)測加工過程中的切削力、主軸和進(jìn)給電機(jī)的功率、電流、電壓等信息，利用傳統(tǒng)的或現(xiàn)代的算法進(jìn)行識別，以辯識出刀具的受力、磨損、破損狀態(tài)及機(jī)床加工的穩(wěn)定性狀態(tài)，并根據(jù)這些狀態(tài)實(shí)時調(diào)整加工參數(shù)和加工指令，使設(shè)備處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，以提高加工精度、降低加工表面粗糙度并提高設(shè)備運(yùn)行的安全性；2.4.2 智能故障回放和故障仿真技術(shù)能夠完整記錄系統(tǒng)的各種信息，對數(shù)控機(jī)床發(fā)生的各種錯誤和事故進(jìn)行回放和仿真，用以確定錯誤引起的原因，找出解決問題的辦法，積累生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)；2.4.3 刀具壽命自動檢測利用紅外、聲發(fā)射、激光等檢測手段，對刀具和工件進(jìn)行檢測。發(fā)現(xiàn)工件超差、刀具磨損和破損等，及時進(jìn)行報警、自動補(bǔ)償或更換刀具，確保產(chǎn)品質(zhì)量。2.4.4 智能 4M 數(shù)控系統(tǒng)在制造過程中，加工、檢測一體化是實(shí)現(xiàn)快速制造、快速檢測和快速響應(yīng)的有效途徑，將測量（Measurement）、建模（Modeling）、加工（Manufacturing）、機(jī)器操作（Manipulator）四者（即 4M）融合在一個系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)信息共享，促進(jìn)測量、建模、加工、裝夾、操作的一體化。2.4.5 智能化交流伺服驅(qū)動技術(shù)目前已研究能自動識別負(fù)載并自動調(diào)整參數(shù)的智能化伺服系統(tǒng)，包括智能化主軸交流驅(qū)動裝置和進(jìn)給伺服驅(qū)動裝置，使驅(qū)動系統(tǒng)獲得最佳運(yùn)行。2.5 向高可靠性方向發(fā)展9所謂的數(shù)控機(jī)床可靠性，就是指數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品及其系統(tǒng)能夠在限定時間內(nèi)完成一定的動作指令的能力。數(shù)控機(jī)床的可靠性一直是用戶最關(guān)心的主要指標(biāo)，它主要取決于數(shù)控系統(tǒng)各伺服驅(qū)動單元的可靠性。為提高可靠性，目前主要采取以下措施：2.5.1 采用更高集成度電路芯片采用更高集成度的電路芯片，采用大規(guī)?；虺笠?guī)模的專用及混合式集成電路，可以減少元器件的數(shù)量，有效地提高可靠性。2.5.2 實(shí)現(xiàn)硬件功能軟件化通過硬件功能軟件化，以適應(yīng)各種控制功能的要求，同時通過硬件結(jié)構(gòu)的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化及系列化，提高硬件的生產(chǎn)批量和質(zhì)量。2.5.3 增強(qiáng)故障自診斷、自恢復(fù)和保護(hù)功能增強(qiáng)故障自診斷、自恢復(fù)和保護(hù)功能對系統(tǒng)內(nèi)硬件、軟件和各種外部設(shè)備進(jìn)行故障診斷、報警。當(dāng)發(fā)生加工超程、刀損、干擾、斷電等各種意外時，自動進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)，而這些措施就大大地增加了數(shù)控機(jī)床的