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1、数控机床现状及发展趋势分析数控机床的概念数控机床就是在数字控制下，能在尺寸精度和几何精度两方面完毕金属毛坯零件加工成所需要形状的工作母机的总称。数控机床一般由控制系统、伺服系统、检测系统、机械传动系统及其她辅助系统构成。国产数控机床的发呈现状一、国产数控机床与国际先进水平差距逐渐缩小数控机床是现代机械制造业的主流装备，国产数控机床的发展经历HtTa了30年跌宕起伏,已经由成长期进入了成熟期，可提供市场1，500种数控机床，覆盖超重型机床、高精度机床、特种加工机床、锻压设备、前沿高技术机床等领域，产品种类可与日、德、意、美等国并驾齐驱。特别是在五轴联动数控机床、数控超重型机床、立式卧式加工中心、
2、数控车床、数控齿轮加工机床领域部分技术已经达到世界先进水平。其中,五轴（坐标)联动数控机床是数控机床技术的制高点标志之一。它集计算机控制、高性能伺服驱动和精密加工技术于一体,应用于复杂曲面的高效、精密、自动化加工,是发电、船舶、航天航空、模具、高精密仪器等民用工业和军工部门迫切需要的核心加工设备。五轴联动数控机床的应用，其加工效率相称于2台三轴机床,甚至可以完全省去某些大型自动化生产线的投资，大大节省了占地空间和工作在不同制造单元之间的周转运送时间及费用。国产五轴联动数控机床品种日趋增多，国际强手对中国限制的五轴联动加工中心、五轴数控铣床、五轴龙门铣床、五轴落地铣镗床等均在国内研制成功,变化了
3、国际强手对数控机床产业的垄断局面。二、国产数控机床存在的问题由于中国技术水平和工业基本还比较落后，数控机床的性能、水平和可*性与工业发达国家相比，差距还是很大,特别是数控系统的控制可*性还较差，数控产业尚未真正形成。因此加速进行数控系统的工程化、商品化攻关,尽快建成与完善数控机床和数控产业成为目前的重要任务。目前重要问题有：三、核心技术严重缺少记录数据表白，数控机床的核心技术数控系统,由显示屏、控制器伺服、伺服电机和多种开关、传感器构成,中国90需要国外进口。如在上海设厂的德国吉特迈集团和意大利利雅路机床集团，在烟台建厂的韩国大宇综合机械株式会社,所有的核心技术都被外方掌握。国内能做的中、高品
4、位数控机床,更多处在组装和制造环节,普遍未掌握核心技术。国产数控机床的核心零部件和核心技术重要依赖进口,国内真正大而强的公司并不多。目前世界最大的3家厂商是：日本发那客、德国西门子、日本三菱；其他尚有法国扭姆、西班牙凡高等。国内有华中数控、航天数控等。国内的数控系统刚刚开始产业化、水平质量一般。高档次的系统全都是进口。华中数控近几年发展迅速,软件水平相称不错,但在电器硬件方面还需进一步提高。目前国内某些大厂还没有采用华中数控的。数控功能部件是此外一种单薄环节。四、民族品牌与国际品牌差距明显6月一份广东机床顾客的抽查状况透露，在数控机床的各个品牌之中,顾客对欧洲、日本、美国、韩国和中国台湾等数控
5、机床品牌的关注度已占所有市场的0%以上。品牌出名度上的差距,导致顾客在选择加工设备时把更多的机会给了海外数控机床行业的某些“实力派”。如哈尔滨某发动机(集团)有限公司的缸体生产线是一条全自动加工线，其粗加工选用韩国大宇重工的专机自动线，精加工则选用了英国CROHULLE公司的专机自动线，缸盖加工线是由德国rss.Hulr公司制造的高速加工中心和专机自动线、德国产的全自动在线测量机、日本产的全自动密封检测机和清洗机构成的。曲轴生产线为全自动柔性流水生产线,精加工线由日本的数控高速CBN磨床、动平衡机、抛光机等构成。数控机床的发展趋势 . 高速化 随着汽车、国防、航空、航天等工业的高速发展以及铝合
6、金等新材料的应用,对数控机床加工的高速化规定越来越高。(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0/min; (2）进给率:在辨别率为0.0m时,最大进给率达到20m/min且可获得复杂型面的精确加工; (）运算速度：微解决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，开发出P已发展到3位以及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,使得当辨别率为0.1m、0m时仍能获得高达240m/m的进给速度;（)换刀速度:目前国外先进加工中心的刀具互换时间普遍已在1s左右,高的已达05s。德国Chirn公司将刀库设计成篮子样式,以主轴为轴心，
7、刀具在圆周布置，其刀到刀的换刀时间仅.9。 2.2 高精度化 数控机床精度的规定目前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注重。（)提高C系统控制精度：采用高速插补技术，以微小程序段实现持续进给，使CC控制单位精细化，并采用高辨别率位置检测装置,提高位置检测精度（日本已开发装有10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0.01m/脉冲)，位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制等措施； （)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行综合补偿。研究成果表白，综合误差补偿技
8、术的应用可将加工误差减少680%; （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反复定位精度,使其性能长期稳定,可以在不同运营条件下完毕多种加工任务，并保证零件的加工质量。 2.功能复合化复合机床的含义是指在一台机床上实现或尽量完毕从毛坯至成品的多种要素加工。根据其构造特点可分为工艺复合型和工序复合型两类。工艺复合型机床如镗铣钻复合加工中心、车铣复合车削中心、铣镗钻车复合复合加工中心等；工序复合型机床如多面多轴联动加工的复合机床和双主轴车削中心等。采用复合机床进行加工,减少了工件装卸、更换和调节刀具的辅助时间以及中间过程中产生的误差
9、,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映能力,相对于老式的工序分散的生产措施具有明显的优势。 加工过程的复合化也导致了机床向模块化、多轴化发展。德国Indx公司最新推出的车削加工中心是模块化构造，该加工中心可以完毕车削、铣削、钻削、滚齿、磨削、激光热解决等多种工序,可完毕复杂零件的所有加工。随着现代机械加工规定的不断提高,大量的多轴联动数控机床越来越受到各大公司的欢迎。 在中国国际机床展览会(CIT）上，国内外制造商展出了形式各异的多轴加工机床(涉及双主轴、双刀架、9轴控制等)以及可实现5轴联动的五轴高速门式加工中心、五轴联动高速铣削中心等。 2.4 控制智能
10、化 随着人工智能技术的发展，为了满足制造业生产柔性化、制造自动化的发展需求，数控机床的智能化限度在不断提高。具体体目前如下几种方面： ()加工过程自适应控制技术：通过监测加工过程中的切削力、主轴和进给电机的功率、电流、电压等信息,运用老式的或现代的算法进行辨认，以辩识出刀具的受力、磨损、破损状态及机床加工的稳定性状态,并根据这些状态实时调节加工参数（主轴转速、进给速度)和加工指令,使设备处在最佳运营状态，以提高加工精度、减少加工表面粗糙度并提高设备运营的安全性； (2）加工参数的智能优化与选择:将工艺专家或技师的经验、零件加工的一般与特殊规律，用现代智能措施,构造基于专家系统或基于模型的“加工
11、参数的智能优化与选择器”,运用它获得优化的加工参数,从而达到提高编程效率和加工工艺水平、缩短生产准备时间的目的; (3）智能故障自诊断与自修复技术:根据已有的故障信息，应用现代智能措施实现故障的迅速精拟定位；（4)智能故障回放和故障仿真技术：可以完整记录系统的多种信息,对数控机床发生的多种错误和事故进行回放和仿真，用以拟定错误引起的因素，找出解决问题的措施，积累生产经验； （)智能化交流伺服驱动装置:能自动辨认负载，并自动调节参数的智能化伺服系统，涉及智能主轴交流驱动装置和智能化进给伺服装置。这种驱动装置能自动辨认电机及负载的转动惯量,并自动对控制系统参数进行优化和调节，使驱动系统获得最佳运营
12、; （6）智能4M数控系统：在制造过程中,加工、检测一体化是实现迅速制造、迅速检测和迅速响应的有效途径，将测量（easremen）、建模（Molin）、加工（Manufacturing)、机器操作(Maniputor)四者(即4M）融合在一种系统中,实现信息共享,增进测量、建模、加工、装夹、操作的一体化。2.5 体系开放化（1）向将来技术开放:由于软硬件接口都遵循公认的原则合同，只需少量的重新设计和调节，新一代的通用软硬件资源就也许被既有系统所采纳、吸取和兼容,这就意味着系统的开发费用将大大减少而系统性能与可靠性将不断改善并处在长生命周期; (2)向顾客特殊规定开放:更新产品、扩大功能、提供硬
13、软件产品的多种组合以满足特殊应用规定；（3)数控原则的建立：国际上正在研究和制定一种新的CN系统原则I14649(STE-N），以提供一种不依赖于具体系统的中性机制,可以描述产品整个生命周期内的统一数据模型,从而实现整个制造过程乃至各个工业领域产品信息的原则化。原则化的编程语言，既以便顾客使用，又减少了和操作效率直接有关的劳动消耗。 .6 驱动并联化 并联运动机床克服了老式机床串联机构移动部件质量大、系统刚度低、刀具只能沿固定导轨进给、作业自由度偏低、设备加工灵活性和机动性不够等固有缺陷,在机床主轴(一般为动平台）与机座(一般为静平台)之间采用多杆并联联接机构驱动，通过控制杆系中杆的长度使杆系
14、支撑的平台获得相应自由度的运动，可实现多坐标联动数控加工、装配和测量多种功能，更能满足复杂特种零件的加工,具有现代机器人的模块化限度高、重量轻和速度快等长处。 并联机床作为一种新型的加工设备,已成为目前机床技术的一种重要研究方向,受到了国际机床行业的高度注重，被觉得是“自发明数控技术以来在机床行业中最故意义的进步”和“21世纪新一代数控加工设备”。2.7 极端化(大型化和微型化)国防、航空、航天事业的发展和能源等基本产业装备的大型化需要大型且性能良好的数控机床的支撑。而超精密加工技术和微纳米技术是21世纪的战略技术,需发展能适应微小型尺寸和微纳米加工精度的新型制造工艺和装备,因此微型机床涉及微
15、切削加工（车、铣、磨)机床、微电加工机床、微激光加工机床和微型压力机等的需求量正在逐渐增大。 2.8信息交互网络化 对于面临剧烈竞争的公司来说，使数控机床具有双向、高速的联网通讯功能,以保证信息流在车间各个部门间畅通无阻是非常重要的。既可以实现网络资源共享，又能实现数控机床的远程监视、控制、培训、教学、管理，还可实现数控装备的数字化服务（数控机床故障的远程诊断、维护等)。例如,日本Mazk公司推出新一代的加工中心配备了一种称为信息塔（eTowr)的外部设备,涉及计算机、手机、机外和机内摄像头等,可以实现语音、图形、视像和文本的通信故障报警显示、在线协助排除故障等功能,是独立的、自主管理的制造单元。 .9新型功能部件 为了提高数控机床各方面的性能,具有高精度和高可靠性的新型功能部件的应用成为必然。具有代表性的新型功能部件涉及: 高频电主轴:高频电主轴是高频电动机与主轴部件的集成,具有体积小、转速高、可无级调速等一系列长处,在多种新型数控机床中已经获得广泛的应用； 直线电动机:近年来，直线电动机的应用日益广泛,虽然其价格高于老式的伺服系统,但由于负载变化扰动、热变形补偿、隔磁和防护等核心技术的应用，机械传动构造得到简化，机床的动态性能有了提高。如:西门子公司生产的FN系列三相交流永磁式同步直线电动机已开始广泛应用于高速铣床、加工中心、磨床、并联机床以及动态性能和运动精度规定高的
