数控技术和装备发展趋势及对策
装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业（如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备。马克思曾经说过“各种经济时代的区别，不在于生产什么，而在于怎样生产，用什么劳动资料生产”。制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。
数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备，其技术范围覆盖很多领域：(1)机械制造技术；(2)信息处理、加工、传输技术；(3)自动控制技术；(4)伺服驱动技术；(5)传感器技术；(6)软件技术等。
1 数控技术的发展趋势
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（IT、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。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面［1～4］。
1．1 高速、高精加工技术及装备的新趋势
效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一，国际生产工程学会（CIRP）将其确定为21世纪的中心研究方向之一。
在轿车工业领域，年产30万辆的生产节拍是40秒/辆，而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一；在航空和宇航工业领域，其加工的零部件多为薄壁和薄筋，刚度很差，材料为铝或铝合金，只有在高切削速度和切削力很小的情况下，才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装，使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。
从EMO2001展会情况来看，高速加工中心进给速度可达80m/min，甚至更高，空运行速度可达100m/min左右。目前世界上许多汽车厂，包括我国的上海通用汽车公司，已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国CINCINNATI公司的HyperMach机床进给速度最大达60m/min，快速为100m/min，加速度达2g，主轴转速已达60 000r/min。加工一薄壁飞机零件，只用30min，而同样的零件在一般高速铣床加工需3h，在普通铣床加工需8h；德国DMG公司的双主轴车床的主轴速度及加速度分别达12*!000r/mm和1g。
在加工精度方面，近10年来，普通级数控机床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密级加工中心则从3～5μm，提高到1～1.5μm，并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01μm)。
在可靠性方面，国外数控装置的MTBF值已达6 000h以上，伺服系统的MTBF值达到30000h以上，表现出非常高的可靠性。
为了实现高速、高精加工，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进一步扩大。
1.2 5轴联动加工和复合加工机床快速发展
采用5轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。一般认为，1台5轴联动机床的效率可以等于2台3轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时，5轴联动加工可比3轴联动加工发挥更高的效益。但过去因5轴联动数控系统、主机结构复杂等原因，其价格要比3轴联动数控机床高出数倍，加之编程技术难度较大，制约了5轴联动机床的发展。
当前由于电主轴的出现，使得实现5轴联动加工的复合主轴头结构大为简化，其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型5轴联动机床和复合加工机床（含5面加工机床）的发展。
在EMO2001展会上，新日本工机的5面加工机床采用复合主轴头，可实现4个垂直平面的加工和任意角度的加工，使得5面加工和5轴加工可在同一台机床上实现，还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国DMG公司展出DMUVoution系列加工中心，可在一次装夹下5面加工和5轴联动加工，可由CNC系统控制或CAD/CAM直接或间接控制。
1.3 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势
21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。
为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。目前许多国家对开放式数控系统进行研究，如美国的NGC(The Next Generation Work-Station/Machine Control)、欧共体的OSACA(Open System Architecture for Control within Automation Systems)、日本的OSEC(Open System Environment for Controller)，中国的ONC(Open Numerical Control System)等。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。
网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机，如在EMO2001展中，日本山崎马扎克（Mazak)公司展出的“CyberProduction Center”（智能生产控制中心，简称CPC)；日本大隈（Okuma）机床公司展出“IT plaza”（信息技术广场，简称IT广场)；德国西门子(Siemens)公司展出的Open Manufacturing Environment（开放制造环境，简称OME）等，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。
1.4 重视新技术标准、规范的建立
1.4.1 关于数控系统设计开发规范
如前所述，开放式数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，美国、欧共体和日本等国纷纷实施战略发展计划，并进行开放式体系结构数控系统规范(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定，世界3个最大的经济体在短期内进行了几乎相同的科学计划和规范的制定，预示了数控技术的一个新的变革时期的来临。我国在2000年也开始进行中国的ONC数控系统的规范框架的研究和制定。
随着现代工业的迅速发展，机械也越来越受到人们的关注，成为重要的研究课题之一。下面是由我整理的机械专业学术论文，谢谢你的阅读。
机械专业学术论文篇一
机械制造中的机械设计技术分析
[摘 要]随着社会的发展，生活和生产方式也发生了重大的变化。在机械设计与制造方面，工作技术也在不断的提高。机械设计与机械制造是密不可分的，机械设计其实为机械制造提供了理论，是机械制造的前提。机械制造在设计好的机械方案的基础上进行具体的实践与制造。但是无论在哪一个方面，技术是关键，特别是机械设计中要体现和应用的技术。
[关键词]机械制造 机械设计 技术分析
中图分类号：TD353.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X(2015)36-0091-01
一、 机械设计的基本认识
1.1机械设计的现状
机械设计伴随着社会生产力的发展逐渐走进生产活动中，给生产活动提供了科学的理论基础。在传统的机械制造过程中，机械设计人员根据原来的机械原理，按照传统的方式进行产品设计，并且是通过简单的设计构图和静态的计算分析得到方案数据的，这样一来，设计所需要的数据可能缺乏准确性，可能对机械制造工作带来不必要的麻烦。相对传统的设计理念来讲，采用增强安全性的机械设计方法是比较可靠的，但是它也具有一定的弊端。另外，科学技术的发展也为机械设计工作带来了科技化的成果，大大克服了之前传统方式设计的弊端。在产品开发周期、工作效率等方面得到了很大的提高，设计所需要的数据更加精确，设计水平大大提高，得到了社会上的广泛认同，机械设计的成果更加显著。
1.2 我国机械设计的特点
1.2.1应用广泛性
伴随着我国科学技术的快速发展，先进的机械制造技术在机械制造中是越来越重要，更是得到了广泛的应用。任何机械制造都离不开技术的支持，设计与技术的结合更给生产工作提供了强大的后盾。
1.2.2创新性强
在机械设计与机械制造过程中，任何技术与设备都需要进行不断的更新和创造。机械设计方面，所谓创新是指在原有的优秀技术的基础上，运用更加先进的技术作为发展动力，不断学习不断进取，通过更多的知识来填补现有工作中的不足，通过创新和发展，致力于将机械设计方案做的更好，为机械制造提供更好的设计方案，提高机械化水平。
1.2.3针对性市场广泛
在当今社会，任何产业的发展大多都离不开机械的辅助，机械在各行各业中的应用广泛带动了针对性市场的广泛性。机械产品可能涉及到餐饮行业、零部件加工行业等方面。而现今的机械设计也出现在各行各业，机械设计针对的市场对象广泛，满足了当今市场竞争的要求，同时也增强了市场竞争力，为机械设计与制造行业带来广阔的发展前景。
1.3 我国机械制造技术的发展方向分析
我国的机械制造技术现如今也在逐渐走向高端，结合以往经验总结可以发现，机械设计技术发展方向主要有三大类的方向可循：第一方向就是机械制造的管理，即健全规范的计算机管理制度，所以我国机械制造业要注重设计方向，更应该加强对机械制造技术的计算机管理;在近年来的设计技术发展站过程中，会发现机械制造的设计现代的机械产品的设计要求越来越要求智能化的实现，如相关的设计软件以及虚拟的设计技术的出现，这些虚拟软件将机械产品进行模拟设计，其实验结果可以通过高科技的方式显示，比如计算机软件的荧屏显示，数据报告等;接下来，机械制造的工艺越来越成熟，逐渐向精细加工高精密加工等技术方向发展，机械设计技术更加贴近细节。
二、机械制造中的机械设计技术分析
2.1 对机械设计方案的分析
机械设计的设计方案是设计中的关键，绝对影响着机械设计成品的实际效果与水平。在设计方案的过程中，许多细小的问题需要耐心发现并解决。尤其要注意的是，理论和实际实践是否能够有效的结合在一起，在实际操作过程中是否能够实施等问题。机械设计所设计的方案应该要考虑两方面的要求。一是要能够满足机器自身的基本性能和功能要求，二还要考虑工作者是否能够有效操作，工作人员是否能够掌握机器、是否熟悉操作流程等问题。机械设计的设计方案的主要设计步骤包括以下几个方面：
2.2 机械设计的主要技术设计分析
在机械设计的主要技术设计过程中，主要设计是占到重要地位的。在机械设计的主要技术设计阶段，首先要对设计图纸进行认真的核查，并且要细心认真对设计图纸中的数据进行分析，通过计算等方式实现数据的汇总。还有值得注意的是要对总图与部分图进行精心的对比分析，保证总图与部分图的统一。其次，要严格审核机械设计的主要技术设计的每个部分环节，保证设计质量，避免制造中不必要的麻烦。如果在实验过程中发现问题，就应该及时对每个环节进行重新校对。
2.3 机械设计的技术发展方向探讨
2.3.1智能化
现代机械产品的机械设计发展方向发生了极大的改变，发展方向更加多样化，这样给机械设计带来了更多可能性的同时也增加了难度。因为机械设计质量要求在不断提高，而机械设计在如今的高科技化趋势中抓住了机遇，为新技术的发展和创造提供了良好的环境。并且不得不承认，在当今的科技形势中，智能化逐渐成为现代的机械产品的设计一个重要发展方向。智能化的产品增强了产品的性能、产品精美的结构等相关功能，并且提高机械设计的质量与水平。
2.3.2系统化
系统化也是现代机械产品发展方向之一，现代化的机械产品设计越来越注重系统化，在设计过程中通过系统化实现各个部分的优化，将各个部分有效的整合在一起，实现设计产品的整体效能的提高。
2.3.3模块化
除了智能化与系统化的倾向之外，现代的机械产品的设计要求也体现出倾向于模块化的特征。相比较而言，模块化的设计思路比较清晰敏捷，在完成机械性能与功能的结合方面优势是比较突出的，从而在很大程度上提升了产品的整体优势，能够最佳的完成机械设计方案的要求。
2.4未来机械设计设想
2.4.1机械设计人员设计理念
伴随着人们的生活质量的提高，机械设计的要求也在提高，工作人员的意识也要更加为人们的生产着想，本着更加“贴近生活、注重细节”的理念设计出更好的产品。因此，要求机械产品设计人员在进行设计时要特别重视机械产品设计的性能、质量等问题，为产品质量做好保障。
2.4.2机械设计的市场
现代机械产品在市场竞争中要占有优势，设计技术机械产品的设计就要将生产的最终目的视为各类市场。在当今的市场竞争趋势中，设计人员要积极开发和创新设计理论，运用创新精神和先进的科学技术，研究出机械产品的新技术与新功能，从而提高机械产品质量，实现能够在市场竞争中更占优势。针对各类市场进行多样的设计，占领市场才能有利润和发展前景。通过提升产品的市场竞争力来让适应当今市场经济的竞争趋势。
2.4.3与时代相关
现代机械产品也要和时代要求相结合。比如，节能环保的绿色设计理念等新式健康理念等。近年来，绿色环保不断成为各行各业发展的主题，环保意识更是深入人心。如今生活中，处处可见低碳生活的影子，绿色产品也不断进入市场，并且受到大家的欢迎。所以机械设计也能结合低碳消耗、绿色生产等进行设计，更好实现其理念价值。
三、结语
本文主要对机械制造中的机械设计进行分析，对机械设计的特点以及设计过程中应注意的问题进行探究，结合未来发展趋势提出部分见解，为机械设计提供更多的意见。
参考文献：
[1] 王宝香.机械设计与机械制造的技术分析[J].煤炭技术，2013-04-12.
[2] 王晓晨.浅析机械设计与机械制造技术[J].科技创新与应用，2014-08-11.
机械专业学术论文篇二
机械设计与机械制造技术
摘要：现代设计的特点是面向市场和用户的设计，现代设计不仅要实现产品的基本功能，更应体现人性化和环境保护的设计理念。同时，我国近年来机械设计制造技术得到了长足的发展，但是，与传统工业发达国家相比，我们还存在着十分明显的差距。由于技术、管理、投入不足等多方面的的因素，我国的制造业正承受着国际市场的巨大压力。本文就此阐述机械设计与机械制造的技术。
关键词：机械设计 机械制造 技术
引言
机械设计制造技术是衡量一个国家科技发展水平的重要标志。随着科技的发展，计算机网络技术的普及，机械设计方法已经有了实质性改变，科技新成果，不断丰富着机械设计的思想、理论以及方法，不断促进了机械设计发展和变革。在我国，机械制造技术经过多年的发展取得了极大的进步，但是相比较国外一些发达国家而言，还存在着一定的差距。不断地完善机械设计与加强机械制造技术，是保证我国机械制走向世界领先水平的前提条件。
1. 当前机械制造业设计的方法及内容
当前机械制造业设计方法是在对过去传统的机械设计理念进行深刻反思的基础上，综合运用现代化的设计技术手段实施的相应机械设计，可以概括为以下三个方面主要内容。
1.1 数字化成为当前机械设计的核心特点
随着科技的进步，尤其是数字化技术的高速发展，在机械设计进行之前久能够围绕整个设计生命周期进行相应的建模工作。同时可以充分利用计算机技术进行模拟设计，并对产品设计的整个生命周期进行过程模拟，给实际机械设计提供最佳的参考素材。在设计当中，还能够综合运用大量的数字化的设计技术及方法，广泛应用计算机辅助设计以及数字管理手段对全部设计的过程进行科学管理，确保资源配置最优化、设计效率最大化。
1.2 并行化成为当前机械设计的最大趋势
依托计算机支持，机械制造设计团队能够实现更多信息的共享，从而打破了时间和空间阻隔障碍。不同地区的机械设计工作者能够在同一平台下实现协同设计工作。在机械设计的过程中能够更多地赢得技术方面的支持和帮助，实现各种优势的互助互补，不断提高设计能力和设计水平。而过去传统的机械设计往往是单方面串行的设计，每项产品均需要实施分步骤设计，在一个设计步骤完成后，才能够进行下一个步骤的设计，设计资源利用度不高。此外在设计过程中各个设计环节也缺少必要的沟通手段，无法对设计中发现的问题在第一时间进行修正，使机械设计的开发周期变得更长，并增加了设计人员的工作量。随着当前机械大型化、综合化的发展，各种机械的构造及功能都变得更加多样和复杂，机械设计开发初期确立的思路对于后期影响较大，由于设计过程比较复杂，如果前期的设计思路一旦出现纰漏，那么将很难进行及时的修正。
1.3 智能化成为当前机械设计的迫切要求
随着自动化技术在机械设计领域的广泛应用，机械的自动化程度已经变得越来越高，相应地对机械自动化设计进程也提出了更高的要求。机械设计师需要充分利用智能技术进行相应的机械设计工作，构建完善的智能化的体系。
2. 我国机械设计制造技术发展的现状分析
机械设计制造包括研究产品的设计、生产、加工制造、销售使用、维修服务乃至回收再生的整个过程。它是以提高质量、效益、竞争力为目标，包含物质流、信息流和能量流的完整的系统工程。我国机械制造业的快速发展，主要依靠技术引进和赶超型发展战略，严重缺乏自主研发环节，这在很大程度上限制了中国机械制造业的发展，加之中国劳动力资源丰富而资金相对短缺，致使机械制造业的科技研发明显滞后。虽然中国机械制造业的产品数量已经位居世界前列，但主要依赖于劳动密集型产品，具有自主知识产权的高、精、尖产品比较少，在国际竞争中取得了相对的劣势。同时，我国械制造业产品的质量虽然有了很大程度的提高，但大量的机电产品的质量可靠性、外观设计、内在性能还存在一些问题。所以，就目前实际情况总体来说，中国的制造业大而不强，中国是制造大国而不是制造强国。
3. 机械产品的现代设计方法
3.1 智能化
智能化设计方法的主要特点是：根据设计方法学理论，借助于三维图形软件、智能化设计软件和虚拟现实技术，以及多媒体等工具进行产品的开发设计、表达产品的构思、描述产品的结构。
3.2 系统化
系统化设计方法的主要特点是：将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统，每个设计要素既具有独立性又存在着有机的联系，并具有层次性，所有的设计要素结合后，即可实现设计系统所需完成的任务。
3.3 模块化
模块化设计方法的主要特点是：视具有某种功能的实现为一个结构模块，通过结构模块的组合，实现产品的方案设计。
3.4 基于产品特征知识
基于产品特征知识设计方法的主要特点是：用计算机能够识别的语言描述产品的特征及其设计领域专家的知识和经验，建立相应的知识库及推理机，再利用已存储的领域知识和建立的推理机实现产品的方案设计。
4. 机械制造中先进技术分析
随着科技的发展，产品的形状和结构的优化，对零件加工质量的要求也越来越高。数控加工技术就是在这种环境下发展起来的，适用于精度高，零件形状复杂的单件和中小批量生产的高效、柔性的自动化加工技术。目前，数控技术发展迅速，应用领域已从航空航天普及到汽车、机床等制造业及其他中小批量生产的机械制造行业中。
4.1 精密与超精密加工技术
随着航空航天、计算机、材料科学、激光和自动控制系统等高科技产业的迅猛发展，综合应用当今先进的加工技术，使机械加工精度已经提高到了0.01μm的亚纳米级，并向纳米级发展。精密加工和超精密加工技术是现代制造技术的前沿和主要发展方向之一，它已经成为国际科技竞争中能否取得成功的关键技术，尤其是精密加工技术在尖端产品和现代武器制造中有举足轻重的地位。
4.2 超高速切削、磨削技术
超高速加工技术是指采用超硬刀具和磨具，利用能可靠实现高速运动的高精度、高自动化和高柔性的制造设备，以提高切削速度来达到提高材料去除率、加工精度和加工质量的先进加工技术。具有切削力小、热变形小、加工精度高和降低加工成本等优越性。
4.3新一代制造装备技术
4.3.1 少无夹具制造技术
在常规制造系统中，产品生产所需大量夹具不仅耗费大量资金，更严重的是延长了产品的准备时间，形成制造过程中的“瓶颈”，这是造成柔性差、响应速度慢、生产成本高、企业竞争能力弱的主要因素之一。鉴于少无夹具制造技术所具有的重要学术意义和实用价值，国内外多个单位均在这一领域开展了研究工作。
4.3.2 虚拟轴机床
新型并联构型制造装备虚拟轴机床实质上是机器人与机床的混合物，其在结构上完全不同于传统的数控机床，具有模块化程度高，结构简单，速度、动态响应快，造价低等优点，克服了传统的机床设备一些无法避免的固有缺陷。
4.4 微细制造与纳米技术
随着人们对许多工业产品的功能集成化和外观小型化的需求，使零部件的尺寸日趋微小化。这些需求导致了自20世纪70年代起出现了微细加工和纳米制造技术，他们促使了微型机器向系统化方向发展，并形成了有广阔发展前景的微机电系统(MEMS)。
结束语
综上所述，随着科技水平的不断提升，我国机械制造业取得一定的成绩，但是我国的机械设计与制造技术还存在着一定的不足，这些都严重的影响到我国机械制造业的发展。在机械设计与制造中掌握时代发展的趋势，不断地对设计方法与制造技术进行完善，采用先进的机械制造技术，从而推动我国机械制造水平的提升。
参考文献：
[1]张宝坤，王淑霞，王艳.机械设计制造及其自动化的发展方向[J].化工装备技术，2011.
[2]陈静，机械设计技术的发展现状与趋势[J].中国石油和化工标准与质量，2011.
[3]杨元红.浅谈机械设计制造及其自动化专业的前景[J].文艺生活・文海艺苑，2010
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