数控技术研究现状及发展趋势
1国内外数控技术发展状况
20世纪 人 类 社 会 最 伟 大 的 科 技 成果是计算机的发明与应用，计算机及控制 技 术 在 机 械 制 造 设 备 中 的 应 用 是 世
纪内制造业发展的最重大的技术进步。自从1952年美国第1台数控铣床问世至今已经历了50个年头。数控设备包括：车、铣、加工中心、镗、磨、冲压、电加工以及各类专机，形成庞大的数控制造设备家族，每年全世界的产量有10～20万台，产值上百亿美元。
“十五“刚刚开始，国防科工委就明确提出 了 在 军 工 企业 中 投 入6．8亿 元，用 于 对1．2 －1．8万 台 机 床 的 数 控 化 改造。
目前，国际上最大的数控系统生产厂是日本FANUC公司，1年生产5万套以上系统，占世界市场约40％左右，其次是德国的西门子公司约占15％以上，再 次 是 德 海 德 汉 尔、西 班 牙 发 格、意 大利菲地亚、法国的NUM、日本的三菱、安川。国 产 数 控 系 统 厂 家 主 要 有 华 中 数控、北 京 航 天 机 床 数 控 集 团、北 京 凯 恩帝、北 京 凯 奇、沈 阳 艺 天、广 州 数 控、南京 新 方 达、成 都 广 泰 等，国 产 数 控 生 产厂 家 规 模 都 较 小，年 产 都 还 没 有 超 过300～400套。近10年，数控机床为适应加工技术发展，在以下几个技术领域都有巨大进步。
1．1高速化
由于高速加工技术普及，机床普遍提高各方面速度，车床主轴转速由3 000～4 000r ／ min提 高 到8 000~10 000r ／ min，铣床和加工中心主轴转速由4 000～8 000r ／ min提高到12 000r ／ min、24 000r ／ min、40 000r ／ min以 上 快 速 移 动 速 度 由 过 去
的10 ～20m ／ min提 高 到48m ／ min、60m ／min、80m ／ min、120m ／ min，在提高速度的同时要求提高运动部件起动的加速度，其已由过去一般机床的0．5G（重力加速度）提高到1．5～2G，最高可达15G，直线电机在机床上开始使用，主轴上大量采用内装式主轴电机。
1．2高精度化
数 控 机 床 的 定 位 精 度 已 由 一 般 的0．01～0．02mm提 高 到0．008mm左 右，亚微米级机床达到0．0005mm左右，纳米级机床达到0．005～0．01μm，最小分辨率为1nm（0．000001mm）的 数 控 系 统 和 机床已有产品。数控中两轴以上插补技术大大提高，纳米级插补使两轴联动出的圆弧都可以达到1μ的圆度，插补前多程 序 段 预 读，大 大 提 高 插 补 质 量，并 可进行自动拐角处理等。
1．3复合加工、新结构机床大量出现
如5轴5面 体 复 合 加 工 机 床，5轴
5联动加工各类异形零件。也派生出各
新 颖 的 机 床 结 构，包 括6轴 虚 拟 轴 机
床，串并联铰链机床等。采用特殊机械
结 构，数 控 的 特 殊 运 算 方 式，特 殊 编 程
要求。
1．4使用 各 种 高 效 特 殊 功 能 的 刀 具 使
数控机床“如虎添翼”
如 内 冷 钻 头 由 于 使 高 压 冷 却 液 直
接冷却钻头切削刃和排除切屑，在钻深
孔时大大提高效率。加工钢件切削速度
能达1000m ／ min，加工铝件能达5000m ／
min。
1．5数控机床的开放性和联网管理
数 控 机 床 的 开 放 性 和 联 网 管 理 已
是使用数控机床的基本要求，它不仅是
提高数控机床开动率、生产率的必要手
段，而 且 是 企 业 合 理 化、最 佳 化 利 用 这
些制造手段的方法。因此，计算机集成
制 造、网 络 制 造、异 地 诊 断、虚 拟 制 造、
异 行 工 程 等 等 各 种 新 技 术 都 在 数 控 机
床基础上发展起来，这必然成为21世
纪制造业发展的一个主要潮流。
2数控技术的发展趋势
2．1性能发展方向
（1）高速高精高效化。速度、精度和
效率是机械制造技术的关键性能指标。
由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、
多CPU控制系统以 及 带 高 分 辨 率 绝 对
式检测元件的交流数字伺服系统，同时
采取了改善机床动态、静态特性等有效
措施，机床的高速高精高效化已大大提
高。
（2）柔性化。柔性化包含两方面：数
控系统本身的柔性，数控系统采用模块
化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，便
于满足不同用户的需求；群控系统的柔
性，同一群控系统能依据不同生产流程
的要求，使物料流和信息流自动进行动
态调整，从而最大限度地发挥群控系统
的效能。
（3）工艺复合性和多轴化。以减少工 序、辅 助 时 间 为 主 要 目 的 的 复 合 加
工，正 朝 着 多 轴、多 系 列 控 制 功 能 方 向
发展。数控机床的工艺复合化是指工件
在一台机床上一次装夹后，通过自动换
刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完
成多工序、多表面的复合加工。数控技
术轴，西门子880系统控制轴数可达24
轴。
（4）实时智能化。早期的实时系统
通常针对相对简单的理想环境，其作用
是如何调度任务，以确保任务在规定期
限内完成。而人工智能则试图用计算模
型实现人类的各种智能行为。科学技术
发展到今天，实时系统和人工智能相互
结 合，人 工 智 能 正 向 着 具 有 实 时 响 应
的、更 现 实 的 领 域 发 展，而 实 时 系 统 也
朝着具有智能行为的、更加复杂的应用
发展，由此产生了实时智能控制这一新
的领域。
2．2功能发展方向
2．2．1用户界面图形化
用 户 界 面 是 数 控 系 统 与 使 用 者 之
间的对话接口。由于不同用户对界面的
要求不同，因而开发用户界面的工作量
极大，用户界面成为计算机软件研制中
最 困 难 的 部 分 之 一。当 前INTERNET、
虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等
技术也对用户界面提出了更高要求。图
形 用 户 界 面 极 大 地 方 便 了 非 专 业 用 户
的使用，人们可以通过窗口和菜单进行
操 作，便 于 蓝 图 编 程 和 快 速 编 程、三 维
彩色立体动态图形显示、图形模拟、图
形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和
局部显示比例缩放功能的实现。
2．2．2科学计算可视化
科 学 计 算 可 视 化 可 用 于 高 效 处 理
数据和解释数据，使信息交流不再局限
于用文字和语言表达，而可以直接使用
图形、图像、动画等可视信息。可视化技
术与虚拟环境技术相结合，进一步拓宽
了 应 用 领 域，如 无 图 纸 设 计、虚 拟 样 机
技 术 等，这 对 缩 短 产 品 设 计 周 期、提 高
产 品 质 量、降 低 产 品 成 本 具 有 重 要 意
义。在数控技术领域，可视化技术可用
于CAD ／ CAM，如自动编程设计、参数自
动设定、刀具补偿和刀具管理数据的动
态 处 理 和 显 示 以 及 加 工 过 程 的 可 视 化
仿真演示等。
2．2．3插补和补偿方式多样化
多种插补方式如直线插补、圆弧插
补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹
插 补、极 坐 标 插 补、2D ＋2螺 旋 插 补、
NANO插补、NURBS插补（非均匀有理
B样条插补）、样条插补（A、B、C样 条）、
多项式插补等。多种补偿功能如间隙补
偿、垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和
测量系统误差补偿、与速度相关的前馈
补 偿、温 度 补 偿、带 平 滑 接 近 和 退 出 以
及相反点计算的刀具半径补偿等。
2．3体系结构的发展
2．3．1集成化
采 用 高 度 集 成 化CPU、RISC芯 片
和 大 规 模 可 编 程 集 成 电 路FPGA、E-
PLD、CPLD以及 专 用 集 成 电 路ASIC芯
片，可提高数控系统的集成度和软硬件
运行速度。应用FPD平板显示技术，可
提高显示器性能。平板显示器具有科技
含量 高、重 量 轻、体 积 小、功 耗 低、便 于
携带等优点，可实现超大尺寸显示，成
为和CRT抗衡的新兴显示技术，是21
世纪显示技术的主流。应用先进封装和
互连技术，将半导体和表面安装技术融
为一体。通过提高集成电路密度、减少
互连长度和数量来降低产品价格，改进
性 能，减 小 组 件 尺 寸，提 高 系 统 的 可 靠
性。
2．3．2模块化
硬 件 模 块 化 易 于 实 现 数 控 系 统 的
集 成 化 和 标 准 化。根 据 不 同 的 功 能 需
求，将 基 本 模 块，如CPU、存 储 器、位 置
伺服、PLC、输入输出接口、通讯等模块，
作成标准的系列化产品，通过积木方式
进行功能裁剪和模块数量的增减，构成
不同档次的数控系统。
2．3．3网络化
机 床 联 网 可 进 行 远 程 控 制 和 无 人
化操作。通过机床联网，可在任何一台
机床上对其它机床进行编程、设定、操
作、运 行，不 同 机 床 的 画 面 可 同 时 显 示
在每一台机床的屏幕上。
3智 能 化 新 一 代PCNC数 控
系统
当 前 开 发 研 究 适 应 于 复 杂 制 造 过
程 的、具 有 闭 环 控 制 体 系 结 构 的、智 能
化新一代PCNC数控系统已成为可能。
智 能 化 新 一 代PCNC数 控 系 统 将 计 算
机智能技 术、网 络技 术、CAD ／ CAM、伺
服 控 制、自 适 应 控 制、动 态 数 据 管 理 及
动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融
于一体，形成严密的制造过程闭环控制
体系。
4展望
制 定 符 合 中 国 国 情 的 总 体 发 展 战
略，确立与国际 接轨 的 发 展 道 路，对21
世 纪 我 国 数 控 技 术 与 产 业 的 发 展 至 关
重要。本章对数控技术和产业发展趋势
的分析，对我国数控领域存在的问题进
行研究的基础上，对21世纪我国数控
技术和产业的发展途径进行了探讨，提
出了以科技创新为先导，以商品化为主
干，以 管 理 和 营 销 为 重 点，以 技 术 支 持
和服务为后盾，坚持可持续发展道路的
总体发展战略。在此基础上，研究了发
展 新 型 数 控 系 统、数 控 功 能 部 件、数 控
机床整机等的具体技术途径。
衷 心 希 望，我 国 科 技 界、产 业 界 和
教育界通力合作，把握好知识经济带来
的难得机遇，迎接竞争全球化带来的严
峻挑战，使我国数控技术和产业最终走
向世界的前列。
我国数控机床的现状及发展趋势
摘要:论述我国数控机床发展的过程与现状，对数控机床的发展趋势进行了探讨，提出了
我国数拉机床发展的对策。
关键词:数控机床;发展加工
数控机床是数字控制的工作母机的总称，由主机、数控
系统和相关配套件组成。其最大优点是提高了机床的自动
化。从而减少甚至消除了操作人员对正在加工中的零件的
干扰。许多数控机床可以在没人照顾的情况下完成整个加
工过程，这样既节省了人力资源又同时带来了诸如减轻操
作人员的疲劳度，减少人为错误以及准确的对每个加工件
的加工时间进行预侧等优点。因为数控机床在运行的过程
中是由程序控制的，所以数控机床对其操作人员的技术水
平的要求也相对要低得多。第二大优点是其加工的一致性
和精确性。因为一且控制机床的程序得到验证以后，成千
上万个-模一样的加工件就可以被准确无误地加工出来。
所以由数控机床生产出来的加工件规格都特别精确。第三
大优点是其灵活性。要加工不同的加工件，只要通过简单
的加载不同的控制程序就可以实现，只要某个加工件的控
制程序被脸证过，而且被用来加工过该加工件，那么下次要
再加工此加工件时，只要再把该控制程序加载就行了，这样
带来的另一个好处是数控机床可以很快的从加工一个加工
件转到加工另外一个加工件。
我国数据机床历史回顾
我国数控机床产业的发展一直受到国家经济状况、数
控技术发展水平与国家扶持政策的制定等三大因素的影
响，自1958年以来，中国数控机床的发展划分为三个阶段:
l、初始阶段。中国的数控机床发展起步于1958年，经历了
20余年的初始阶段。到1979年，中国的数控机床发展仍
十分缓慢，特别是受到电子技术发展的限制，国产数控系统
的可靠性差，使中国的数控机床在20年内难于打开局面，
未能形成产业。2、稳步发展阶段一引进、消化吸收、国产化
与自行开发阶段。自从1980年以来，中国执行了‘六五”、
‘
七五”、‘，/又丑，三个五年计划。在这个期间，在改革开发的
政策指导下，国家大力支持机床行业，通过引进技术发展数
控机床产业。自‘六五”以来，中国有80余家企业通过许可
证贸易、合作生产、购进样机、来料加工或合资生产等方式，
先后从日本、西德、美国等10多个国家引进与数控机床生
产及应用有关的技术，其中引进数控系统和伺服系统20项、
数控机床109项、机床电器18项、机床附件U项、数控刀具
系统巧项、测量技术10项，总用汇额已超过亿美元。3.
曲折发展阶段。1994年至1998年由于东南亚金融危机，
我国经济软着陆及国内消费市场疲软等综合因素的影
响，事实上，国内机床市场容量呈下降趋势，而且国产机
床的市场占有早有所下降，机床工具行业连续五年负增
长。1999年3月份，全行业开始恢复性增长，1999年至
6月份开始出现两位数增长，其中数控产品增长占主导地
位.到2000年一年全行业总产值将已经到320亿元，其
中金属切削机床产值达到120亿元，数控金属切削机床
产值达到20亿元，出口刨汇达7亿美元。2001年比2000
年销舍产值增长2o%，全行业的金属切削机床和锻压设
备重点联系企业的产值数控化率从2000年的21.1%提
高到2001年的26.2%。
2.数据机床发展方向
由于计算机技术的飞速发展，推动数控机床技术更快
的更新换代‘世界上许多数控系统生产厂家利用PC机丰富
的软硬件资源开发开放式体系结构的新一代数控系统，开
放式体系结构使数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、
扩展性，并向智能化、网络化方向大大发。近几年许多国家
纷纷研究开发这种系统，如美国科学制造中心(NeMs)与空
军共同领导的‘下一代工作站/机床控制器体系结构”
ONGC。欧共体的/自动化系统中开放式体系结构00SAC-
A，日本的OSEC计划等。开发研究成果已得到应用。如
Cincinnati一Mn二ron公司从1995年开始在其生产的加工中
心、数控铣床、数控车床等产品中采用了开放式体系结构的
A2100系统。新一代数控系统技术水平大大提高，促进了
数控机床性能向高精度、高速度、高柔性化方向发展，具体
说来表现为以下几个方面:
2.1离速、离效、高精度、商可靠性
机床向高速化方向发展，可充分发挥现代刀具材料的
性能。不但可大幅度提高加工效率!降低加工成本，而且还
可提高零件的表面加工质量和精度;要提高加工效率。首
先必须提高切削和进给速度，同时，还要缩短加工时间;要
确保加工质量，必须提高机床部件运动轨迹的精度.对数控
系统的可靠性而言，一般要高于被控设备的可靠性在一个
数量级以上，它是高速、高效、高精度的基本保证。但也不
是可靠性.越高越好，仍然是适度可靠，因为是商品，受性能
价格比的约束。
2‘2模块化、钾能化、柔性化和集成化
为了适应数控机床多品种、小批量的特点。机床结构
模块化，数控功能专门化，机床性价比显著提高并加快优
化，个性化是近几年来特别明显的发展趋势;智能化体现在
加工效率、加工质量、驱动性能、编程与操作、监控、诊断与
维修等。
2.3开放性
为适应数控进线、联网、普及型个性化、多品种、小批
量、柔性化及数控迅速发展的要求，最重要的发展趋势是体
系结构的开放性，设计生产开放式的数控系统，例如美国!
欧共体及日本发展开放式数控的计划等。
当前。国产数控4机床与工业国家的机床产品相比，
有一定差距。但差距所在，便是其努力方向及发展动力所
在。这也将促使我们在学习掌握和运用高速、高精数控机
床的核心技术的同时。积极开发新的现代制造技术。使国
产数控机床得到更大发展。从而相应进一步加大对出口市
场的开拓力度。
参考文献:
「l]郝安林，吕安相，中国数控机床的现状及发展趋势[J].安阳大
学学报.2004(5)
[2]胡娟.数控机床的基本原理[J].安徽电子信息职业技术学院
学报.2004(7)
[s]赵华蓉.我国数控机床的状况与发展[J].科技与经济.200叹19)
设计题目：数控机床的发展及应用 学生姓名：xx 专 业：机电一体化技术 指导教师：xx 填表 时间：201x 年xx月xx日
毕 业 设 计 开 题 报 告
1．本课题的研究意义： （1）了解数控机床的出现到现在信息时代的发展历史；以及数 控机床未来发展的趋势。 (2）在科技高速发展的今天，数控机床以广泛应用于工业制造中，是工业制造中不可缺少的生产工具。我国的数控机床与发达国家相比还有一定差距，探究其寻求发展的途径，有着重要的现实意义。 2．国内外研究现状（文献综述）： 随着我国改革开放，我国的制造业高速发展，数控机床被广泛应用于生产造业中，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，数控机床在制造业占有不可缺少的位置。但我国数控机床的生产起步晚，与发达国家相比还有一定差距，因此需要改进的地方还很多。 盛伯浩在《我国数控机床现状与发展策略》一文中指出：我国数控机床产量持续高速增长，工具市场需求和技术发展趋势。应重点推进高效、精密为核心的数控机床“μm”级工程，加强发展高性能、高可靠性数控功能部件，积极开展复合加工机床、超精密机床和可重构造系统工程化研究等相应的关键技术。 制造业是衡量一个国家综合实力和现代化水平的一个只重要指标。数控技术是先进制造技术的基础，随着制造业的转移，我国正在逐步成为世界加工厂。我国机床行业近年来取得了长足的发展，数控
化率稳步提高，但机床消费和生产的结构性矛盾仍然比较突出。目前，国内对中高档机床的需求量逐渐超过低档机床。但国产数控机床以低档为主，高档数控机床绝大部分依赖进口。与发达国家相比，我国的数控机床处于数量多，而高精度机床少的现状，发展高技术数控机床迫在眉睫。 3．本课题研究的基本内容 根据所选的论文题目展开，查阅相关资料，与国内外数控机床的发展现状以及面临的难点相比较，我主要是浅谈数控机床的发展、生产中的应用以及未来的发展方向。
4．本课题的重点和难点及预期目标 重点：数控系统,未来发展的趋势。 难点：数控机床系统的应用及未来的发展。 预期目标：通过调查深入了解数控机床，在工业生产中的应用和发展趋势。从而提高自己对数控机床的认知！
5．设计（论文）进度计划 201x年xx月xx日-xx月xx日 开题报告 201x年xx月xx日-xx月xx日 论文初稿 201x年xx月xx日-20xx年xx月xx日 论文终稿 201x年xx月xx日 汇报PPT、打印 指导教师意见：„„„„„„„„„„„„„„„„„ 指导教师： xx 所在专业审查意见： 专业负责人： 院部审查意见： 院部负责人：
数控机床的历史、 数控机床的历史、现状及其发展趋势
前言
在工程训练中心的两周实习， 经过对各项工种的体验， 我深深体会 到了科技的力量。在钳工和车工实习时，劳累三天，就只做出来那么 几件不是很合格的产品；可是在数控车间，一两个小时内，通过编程 可以轻松的做出很多高精度的产品。 这使我对数控机床产生了浓厚兴 趣，所以开始上网浏览关于数控机床的前世今生，增加我对数控机床 的了解。
一、数控机床
数控机床是数字控制机床 （Computer numerical control machine tools）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系 统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序， 并将其 译码，从而使机床动作。过去的数控机床经历了一个由单一向多元转 换的一个过程，数控机床的快速发展是整个世界经济、科技发展的重 要体现。数控机床在现代工业中占据着不可替代的位置，与我们生活 的各个方面都有直接或间接的关系。 未来数控机床将会有一个前所未 有的发展， 世界上主要工业发达国家都十分重视数控加工技术的研究 和发展.
二、数控机床的历史
2.1 第一台数控机床的诞生 1948 年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制飞机螺旋桨 叶片轮廓样板的加工设备。由于样板形状复杂多样，精度要求高，一 般加工设备难以适应，于是提出计算机控制机床的设想。1949 年， 该公司在美国麻省理工学院伺服机构研究室的协助下， 开始数控机床 研究，并于 1952 年试制成功第一台由大型立式仿形铣床改装而成的 三坐标数控铣床，不久即开始正式生产。 2.2 早期的发展历史 1965 年，出现了第三代的集成电路数控装置，不仅体积小，功 率消耗少，且可靠性提高，价格进一步下降，促进了数控机床品种和
产量的发展。60 年代末，先后出现了由一台计算机直接控制多台机 床的直接数控系统(简称 DNC)，又称群控系统；采用小型计算机控制 的计算机数控系统(简称 CNC),使数控装置进入了以小型计算机化为 特征的第四代。 1974 年，研制成功使用微处理器和半导体存贮器的 微型计算机数控装置(简称 MNC)，这是第五代数控系统。第五代与第 三代相比， 数控装置的功能扩大了一倍， 而体积则缩小为原来的 1/20， 价格降低了 3/4，可靠性也得到极大的提高。80 年代初，随着计算机 软、硬件技术的发展，出现了能进行人机对话式自动编制程序的数控 装置；数控装置愈趋小型化，可以直接安装在机床上；数控机床的自 动化程度进一步提高，具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功 能。
三、数控机床的现状
3.1 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金等新 材料的应用，对数控机床加工的高速化要求越来越高。 （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 200000r/min； （2）进给率：在分辨率为 0.01μm 时，最大进给率达到 240m/min 且 可获得复杂型面的精确加工； （3）运算速度：微处理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 CPU 已发展到 32 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 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。 3.2 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、热变形以及对振动的监测和补偿越来越获得重视。
（1）提高 CNC 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， CNC 控制单位精细化， 使 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行综合补 偿。 研究结果表明， 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。 3.3 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。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、更换和调整刀具的辅助时间以及中间过程中产 生的误差，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应能力， 相对于传统的工序分散的生产方法具 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 Index 公司最新推出的车削加工中心是模块化结构， 该加工中心能够完成车 削、铣削、钻削、滚齿、磨削、激光热处理等多种工序，可完成复杂 零件的全部加工。随着现代机械加工要求的不断提高，大量的多轴联 动数控机床越来越受到各大企业的欢迎。 在 2005 年中国国际机床展览会（CIMT2005）上，国内外制造商展 出了形式各异的多轴加工机床（包括双主轴、双刀架、9 轴控制等） 以及可实现 4～5 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。
3.4 控制智能化 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，数控机床的智能化程度在不断提高。具体体现在以 下几个方面： （1）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，利用传统的或现代的算法 进行识别，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整加工参数（主轴转速、进给速度） 和加工指令，使设备处于最佳运行状态，以提高加工精度、降低加工 表面粗糙度并提高设备运行的安全性。 （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，用现代智能方法，构造基于专家系统或基于 模型的“加工参数的智能优化与选择器”， 利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 代智能方法实现故障的快速准确定位。 （4）智能故障回放和故障仿真技术：能够完整记录系统的各种信息， 对数控机床发生的各种错误和事故进行回放和仿真， 用以确定错误引 起的原因，找出解决问题的办法，积累生产经验。 （5）智能化交流伺服驱动装置：能自动识别负载，并自动调整参数 的智能化伺服系统， 包括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识别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整，使驱动系统获得最佳运行。 （6）智能 4M 数控系统：在制造过程中，加工、检测一体化是实现快 速制造、快速检测和快速响应的有效途径，将测量（Measurement）、 建模 （Modelling） 加工 、 （Manufacturing） 机器操作 、 （Manipulator） 四者（即 4M）融合在一个系统中，实现信息共享，促进测量、建模、 加工、装夹、操作的一体化。 3.5 体系开放化
（1）向未来技术开放：由于软硬件接口都遵循公认的标准协议，只 需少量的重新设计和调整， 新一代的通用软硬件资源就可能被现有系 统所采纳、吸收和兼容，这就意味着系统的开发费用将大大降低而系 统性能与可靠性将不断改善并处于长生命周期； （2）向用户特殊要求开放：更新产品、扩充功能、提供硬软件产品 的各种组合以满足特殊应用要求； （3）数控标准的建立：国际上正在研究和制定一种新的 CNC 系统标 准 ISO14649 （STEP-NC） ，以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标准化。标准化的编程语言，既方便 用户使用，又降低了和操作效率直接有关的劳动消耗。 3.6 驱动并联化 并联运动机床克服了传统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 代机器人的模块化程度高、重量轻和速度快等优点。 并联机床作为一种新型的加工设备， 已成为当前机床技术的一个重 要研究方向，受到了国际机床行业的高度重视，被认为是“自发明数 控技术以来在机床行业中最有意义的进步”和“21 世纪新一代数控 加工设备”。 极端化(大型化和微型化) 3.7 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础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，所以微型机床包括微切削加工(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。 3.8 信息交互网络化
对于面临激烈竞争的企业来说，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 Mazak 公司推出新一代的加工中心 配备了一个称为信息塔(e-Tower)的外部设备，包括计算机、手机、 机外和机内摄像头等，能够实现语音、图形、视像和文本的通信故障 报警显示、在线帮助排除故障等功能，是独立的、自主管理的制造单 元。 3.9 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包括： 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优点，在各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， 虽然其价格高于传统的伺服系统， 但由于负载变化扰动、 热变形补偿、 隔磁和防护等关键技术的应用，机械传动结构得到简化，机床的动态 性能有了提高。如：西门子公司生产的 1FN1 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要求高的机床等； 德国 EX-CELL-O 公司的 XHC 卧式加工中心三向驱动均采用两个直线电动机；电滚珠丝杆：电 滚珠丝杆是伺服电动机与滚珠丝杆的集成， 可以大大简化数控机床的 结构，具有传动环节少、结构紧凑等一系列优点。
总结
纵观数控机床的发展之路， 我们可以清晰的认识到数控的发展他 不仅代表着整个制造业的发展，也代表着整个社会的进步。中国是一 个制造业大国，主要依靠资源、劳动力、价格等方面的优势。而在产 品技术研发和自主创新方面与国外的差距还 是很大。 中国是数控产业 不能安于现状， 应抓住就会努力发展。 数控技术是制造业的核心基础， 是国家工业和国防工业现代化的重要手段，我们要加快发展，力争早 日实现由中国制造向中国创造的转变！
参考文献： 参考文献： [1]中国机床工具工业协会 行业发展部.CIMT2001 巡礼［J］.世界制 造技术与装备市场，2001(3)：18-20. [2]梁训王宣 周延佑.机床技术发展的新动向［J］.世界制造技术与 装备市场，2001(3)：21-28. [3]《机械设计与制造工程》2001 年第 30 卷第 1 期 [4]王平.《机电新产品导报》 2005 年第 12 期
