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1、关于我国数控加工技术的现状及其发展前景的分析孙晓娜 郝明月 （辽宁工程技术大学机械工程学院加工06-1班，辽宁 阜新 123000）摘要：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（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。本文将从振兴我国数控机床市场占有率的角度着重剖析数控机床及由其组成的制造系统（生产线）的技术现况及发展趋势，并初步探讨使其能适应变批量，多品种、高质量、低成本以及具有快速响应的柔性和符合环保的未来生产模式的解决方案，
2、以期抛砖引玉。关键词：数控加工技术；数控机床；现状；对策；前景1 数控加工技术的起源随着电子技术的发展，自动信息处理、数据处理以及电子计算机的出现，给自动化技术带来了新的概念，用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制，推动了机床自动化的发展。采用数字技术进行机械加工，最早是在40年代初，由美国北密支安的一个小型飞机工业承包商派尔逊斯公司（ParsonsCorporation）实现的。他们在制造飞机的框架及直升飞机的转动机翼时，利用全数字电子计算机对机翼加工路径进行数据处理，并考虑到刀具直径对加工路线的影响，使得加工精度达到0.0381mm（0.0015in），达到了当时的最高水平。 1952
3、年，麻省理工学院在一台立式铣床上，装上了一套试验性的数控系统，成功地实现了同时控制三轴的运动。这台数控机床被大家称为世界上第一台数控机床。在此以后，从1960年开始，其他一些工业国家，如德国、日本都陆续开发、生产及使用了数控机床。到了1960年以后，点位控制的数控机床得到了迅速的发展。因为点位控制的数控系统比起轮廓控制的数控系统要简单得多。因此，数控铣床、冲床、坐标镗床大量发展，据统计资料表明，到1966年实际使用的约6000台数控机床中，85%是点位控制的机床数控机床的发展中，值得一提的是加工中心。这是一种具有自动换刀装置的数控机床，它能实现工件一次装卡而进行多工序的加工。这种产品最初是在1
4、959年3月，由美国卡耐特雷克公司（Keaney&TreckerCorp.）开发出来的。这种机床在刀库中装有丝锥、钻头、铰刀、铣刀等刀具，根据穿孔带的指令自动选择刀具，并通过机械手将刀具装在主轴上，对工件进行加工。它可缩短机床上零件的装卸时间和更换刀具的时间。加工中心现在已经成为数控机床中一种非常重要的品种，不仅有立式、卧式等用于箱体零件加工的镗铣类加工中心，还有用于回转整体零件加工的车削中心、磨削中心等。整理为word格式2 数控机床的概述2.1 数控机床工作原理数控加工技术主要通过数控机床（NC machine tools）体现在生产中。所谓数控机床，是采用了数控技术的机床，它是用数字信号
5、控制机床运动及其加工过程。具体地说，将刀具移动轨迹等加工信息用数字化的代码记录在程序介质上，然后输入数控系统，经过译码、运算，发出指令，自动控制机床上的刀具与工件之间的相对运动，从而加工出形状、尺寸与精度符合要求的零件，这种机床即为数控机床。2.2 数控机床的种类由于数控系统的强大功能，使数控机床种类繁多其按用途可分为如下三类。金属切削类数控机床。金属切削类数控机床包括数控车床、数控铣床、数控磨床、数控钻床、数控镗床、加工中心等。金属成形类数控机床。金属成形类数控机床有数控折弯机、数控弯管机、数控冲床和数控压力机等。数控特种加工机床。数控特种加工机床包括数控线切割机床、数控电火花加工机床、数控
6、激光加工机床，数控淬火机床等。2.3 数控机床的组成数控机床一般由输入输出设备、数控装置(CNC)、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。图11是数控机床的硬件构成。数控机床加工零件的工作过程分以下几个步骤实现：（1）根据被加工零件的图样与工艺方案，用规定的代码和程序格式编写程序。（2）所编程序指令输入机床数控装置中。（3）数控装置对程序（代码）进行翻译、运算之后，向机床各个坐标的伺服驱动机构和辅助控制装置发出信号，驱动机床的各运动部件，并控制所需要的辅助运动。（4）在机床上加工出合格的零件。数控机床的基本结构如图112所示
7、，下面对其各组成部分加以介绍。整理为word格式图2-1 数控机床硬件构成（5）输入装置数控加工程序可通过键盘，用手工方式直接输入数控系统。还可由编程计算机用RS232C或采用网络通信方式传送到数控系统中。零件加工程序输入过程有两种不同的方式：一种是边读入边加工，另一种是一次将零件加工程序全部读入数控装置内部的存储器，加工时再从存储器中逐段调出进行加工。（6）数控装置数控装置是数控机床的中枢。数控装置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，经过数控装置它的逻辑电路或系统软件进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种控制信息和指令，控制机床各部分的工作，使其进行规定的有序运动和动
8、作。零件的轮廓图形往往由直线、圆弧或其他非圆弧曲线组成，刀具在加工过程中必须按零件形状和尺寸的要求进行运动，即按图形轨迹移动。但输入的零件加工程序只能是各线段轨迹的起点和终点坐标值等数据，不能满足要求。因此要进行轨迹插补，也就是在线段的起点和终点坐标值之间进行“数据点的密化”，求出一系列中间点的坐标值，并向相应坐标输出脉冲信号，控制各坐标轴（即进给运动各执行部件）的进给速度、进给方向和进给位移量等。（7）驱动装置和检测装置驱动装置接受来自数控装置的指令信息，经功率放大后，严格按照指令信息的要求驱动机床的移动部件，以加“出符合图样要求的零件。驱动装置包括控制器（含功率放大器）和执行机构两大部分。
9、目前大都采用直流或交流伺服电动机作为执行机构。检测装置将数控机床各坐标轴的实际位移量检测出来，经反馈系统输入到机床的数控装置中。数控装置将反馈回来的实际位移量值与设定值进行比较，控制驱动装置按指令设定值运动。整理为word格式（8）辅助控制装置辅助控制装置的主要作用是接收数控装置输出的开关量指令信号，经过编译、逻辑判别和运算，再经功率放大后驱动相应的电器，带动机床的机械、液压、气动等辅助装置完成指令规定的开关量动作。这些控制包括主轴运动部件的变速、换向和启停指令，刀具的选择和交换指令，冷却、润滑装置的启停，工件和机床部件的松开、夹紧，分度工作台转位分度等开关辅助动作。现广泛采用可编程控制器（P
10、LC）作数控机床的辅助控制装置。（9）机床本体数控机床的机床本体与传统机床相似，由主轴传动装置、进给传动装置、床身、工作台以及辅助运动装置、液压气动系统、润滑系统、冷却装置等组成。2.4 数控机床的加工过程将被加工零件图纸上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。图2-1数控加工中数据转换过程3 我国数控加工技术的现状数控加工技术先后经历了电子管（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（
11、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。，第四代数控系统出现了采用小型计算机代替专用硬件控制计算机，这种数控系统称为计算机数控系统（omputerized numrical control，即 CNC）。自 1974年开始，以微处理机为核心的数控装置（microcomcuperized numerical control即MNC）得到迅速发展。我国的机械制造工业已具有一定的实力。机床工业高速发展，机床产品除满足国内建设需要外，还有部分产品远销国外。整理为word格式（1）现已能生产小型仪表机床、
12、重型机床，各种精密的、高度自动化的、高效率的机床。机床性能正在逐渐提高，有些机床性能已接近世界先进水平。（2）目前生产的数控系统（以数控机床为主）大部分以PC机作为控制核心，使得我国生产的数控系统在硬件系统方面、软件系统方面都有不同程度的提升，增强了市场竞争力。（3）目前已能生产100 多种数控机床，并研制出六轴五联动的数控系统，可应用于更加复杂型面的加工。国产数控机床的分辨率已经提高到0.001mm。系统的可靠性也大大提升，这是由于我国生产数控系统均采用模块化设计，且电路板中广泛采用超大规模集成电路，保证了系统的整体可靠性。4 我国数控机床使用率低的原因分析国外数控机床在两班制工作下开动率达
13、到60-70，但国内许多用户往往只能达到20-30。归纳起来，我国数控机床使用率低的原因有如下几点。第一 用户盲目选购数控机床，致使货不对路1）选型存在盲目性。不考虑投资效益和经济性，不考虑性能价格比，比如在实际生产中有一台国产低档的数控机床就好用，但却盲目追求先进，盲目进口国外性能太好、精度太高的数控机床。 2）选型存在片面性。片面讲究功能齐全，认为功能越多越好，而实际使用中很多功能用不上或几乎不用。3）数控机床选型混乱，数控机床类型、规格不配套。选购了不同厂家的产品，数控系统不统一，没有良好的技术后援，购置后给使用、编程、维修以及配件供应、刀具通用带来困难。4）购置后发现货不对路，数控机床
14、类型、规格、精度与产品不相适应，购买后使用成本太高或加工范围过小。5）购置数控机床时只重视主机性能，而忽略附件和刀具配套，致使在使用中因缺少某个附件或刀具而影响整个主机的运行。整理为word格式第二 数控机床技术人员综合素质低。用户缺少高级编程人员、操作人员、维修人员等复合型应用型专业人才。用户若选购一台较复杂、功能齐全、较为先进的数控机床，如果没有适当人去操作使用和编程，没有熟练的维修工去维护修理，再好的机床也不可能用好第三 编程效率低。据国外统计，手工编程时，一个零件的编程时间与机床实际加工时间之比约为30：1，而数控机床不能开动的原因中有2030是由于加工程序一时编制不出而耽搁的。第四
15、维修时间长，维修工作跟不上。目前国内除少数大厂配有专业维修队伍以外，大部分使用单位很难配备技术水平高的维修人员。第五 数控机床的工作环境差1）电压波动大、供电质量差。我国大部分电网电压不稳定，不仅电源波动幅度大（有时波动远远超过10）。而且供电质量差，交流电源往往叠加一些高频杂波信号，有时还会出现幅度很大的瞬间干扰信号，这些都会直接影响CNC系统的稳定，加速电子元件的损坏，破坏机内的程序或参数，影响机床的正常运行。2）环境温度变化大、湿度大。当温度过高或过低时会使电子元件的技术性能发生较大变化，使工作不稳定或不可靠而增加故障的发生。3）强电磁干扰等。第六 数控机床管理水平低1）管理者对数控机床认识有误区，它的表现是多种多样的。如认为加工中心一类的数控机床是贵重机床，粗加工不能用，太精密的工件又不一定加工得了，这样，自然就把加工对象压缩到很小的范围内，使数控机床任务不满；又如给数控机床安排不合适的工件加工或不控制工件的毛坯质量，经常出现质量事故；生产管理计划性不强，安排数控机床时不给足够的技术准备时间，指望用数控机床来突击加工，但由于数控机床准备工时较长，经常不能按时完成任务，所以一些管理人员就认为这类机床不好用，安排生产任务时就尽量不考虑它。整理为word格式2）技术准备工作滞后，在实际机床使用中经常可以看到机床停工等待程序、刀具和夹
