正渗透技术的应用现状及前景
摘要
正渗透技术作为一种新兴的膜技术以其低能耗、耐污染的特点在国际上受到越来越多的关注，并且在海水淡化、绿色能源、航空航天、食品浓缩等多个行业得到了迅速发展。本文从正渗透技术概述、特点、影响因素和工业应用等方面进行了论述，并展望了该领域未来的发展方向。
关键词：正渗透膜；汲取液；海水淡化
目录
第1章前言 (1)
第1.1节正渗透技术概述 (1)
1.1.1正渗透技术原理 (1)
第2章正渗透过程 (3)
第2.1节正渗透膜的选择 (3)
2.1.1正渗透膜的结构 (3)
2.1.2正渗透膜的特点 (3)
第2.2节浓差极化现象 (4)
2.2.1浓差极化的分类 (4)
2.2.2浓差极化的影响 (4)
第2.3节汲取液的选择 (5)
2.3.1汲取液的特点 (5)
2.3.2汲取液的分类 (5)
第3章正渗透过程的影响因素 (7)
第3.1节正渗透过程实现的条件 (7)
第3.2节正渗透过程的影响因素 (7)
3.2.1 膜进水方向的影响 (7)
3.2.2 原料液与汲取液浓度的影响 (7)
3.2.3 温度的影响 (7)
3.2.4 流速的影响 (8)
第3.3节正渗透膜污染 (8)
第4章正渗透技术的应用 (9)
第4.1节正渗透过程的特点 (9)
第4.2节正渗透过程的工业应用 (9)
4.2.1 海水淡化和软化 (9)
4.2.2 废水和垃圾渗出液的处理 (10)
4.2.3 正渗透膜生物反应器 (11)
4.2.4药物控制释放过程 (12)
第5章结论 (13)
参考文献 (14)
第1章前言
第1.1节正渗透技术概述
随着人口膨胀和环境污染等全球性问题的出现，水危机以及能源紧张已经成为目前阻碍全球发展的一大难题[1]。众所周知，水与能源是相互依存的关系，清洁水是产生能源必不可少的来源之一，而清洁水的生产又需要消耗能源。各个国家都在不断的探索新的技术以缓解水危机和能源紧张带来的发展问题，其中正渗透技术就是当前研究的热点。现阶段在水处理、能源开发、生命科学等方面，该技术都得到了广泛的关注与研究。国内在正渗透技术方面的研究起步较晚，近几年部分学者也开始了正渗透技术方面的研究与探讨[2-4]。
1.1.1正渗透技术原理
正渗透（Forward Osmosis），也称为渗透，是一种自然界广泛存在的物理现象。以水为例，在FO过程中，水透过选择性半透膜从水化学势高的区域（低渗透压一侧）自发地传递到水化学势低的区域（高渗透压一侧）[2]。如果将水和盐水两种渗透压不同的溶液用半透膜隔开，水就会自发的通过半透膜从水侧扩散到盐水侧，使盐水侧的水位不断提高，直至两侧液体的液位压差等于膜两侧的渗透压差时停止。反渗透过程是在盐水侧施加一定的压力克服渗透压，使得水从盐水侧扩散到水侧。如果盐水侧施加的压力小于两种液体的渗透压差，水仍然从水侧扩散到盐水侧，而这一过程成为减压渗透或者压力阻尼渗透，它也是一种正渗透过程[3]。几种渗透过程示意图如图1·1。
图1·1 正渗透、压力阻尼渗透、反渗透过程原理示意图
正渗透技术的驱动力是两种溶液的化学势差或者渗透压差本身，无需外加压力，具有低能耗、低膜污染、不易结垢[5]等特点，在脱盐、浓缩、能源和水净化等领域有着广泛的应用前景。
第2章正渗透过程
第2.1节正渗透膜的选择
2.1.1正渗透膜的结构
正渗透过程的核心是正渗透膜。任何一种选择性透过膜都可以作为正渗透膜使用，可分为生物膜和合成膜两类。1748年法国学者Abbe Nollt利用猪膀胱进行渗透试验，许多植物的外皮等部位内部具有多孔结构，也可作为半透膜使用。20世纪30年代出现了醋酸纤维素膜；40年代离子交换膜得到开发和利用；50年代，加拿大学者Sourirajan等开始了反渗透膜分离技术的实验和理论研究，后来陆续发现了醋酸纤维
素膜、芳香聚酰胺膜等等[6]。
渗透膜一般包括两部分，内层为疏松多孔结构，叫做支撑层；外面有一层较致密的皮层，叫做选择层或者分离层。膜的选择性来自于皮层的选择性透过。衡量渗透膜性能的指标有水通量、盐截留率、分离效率等。HTI公司的正渗透膜截面照片如图2·1。
图2·1 HTI公司的正渗透膜的SEM截面照片
2.1.2正渗透膜的特点
实践证明[2]，理想的正渗透膜应当具备以下几个特点：（1）膜的皮层尽可能致密。
致密的皮层可以减少汲取液中的盐的反向渗透混量，同时可以保证较高的盐截留率；（2）多孔支撑层应当尽可能的薄，空隙率要低。支撑层越薄，物质的传质阻力越小，水通量就越大；同时支撑层的空隙率低，可以有效的减小膜内的浓差极化现象；（3）膜材料的亲水性要好。亲水性的膜材料可以提高水通量，同时提高膜的抗污染能力；（4）膜应具有较高的机械强度。机械性能好的膜可以延长其使用寿命，降低生产成本；（5）具有较强的抗化学腐蚀性以及较宽的pH值适用范围。正渗透膜要求对原料和汲取液能够保持化学稳定性，这样当用膜进行污水处理、海水淡化等应用时才能保证膜的结构不被破坏。
第2.2节浓差极化现象
2.2.1浓差极化的分类
在影响膜水通量和分离效率的众多因素中，浓差极化是不可忽略的一个重要因素，浓差极化又可以分为外浓差极化和内浓差极化两种。在渗透压的驱动下，待浓缩溶质传递到膜的表面，被截留的溶质在膜表面附近不断的聚集，结果使得膜表面处的溶质浓度远远高于其在溶液本体中的浓度，这种在膜表面外部发生的浓差极化现象成为外浓差极化，这种现象不仅发生在正渗透过程中，在以压力为推动力的膜过程中也会发生；内浓差极化通常发生在非对称性的多孔支撑层的空隙内部，内浓差极化是正渗透过程中所特有的现象[6]。正渗透膜若用对称性均质膜，则只发生外浓差极化，当原料液流经膜的选择性分离层时，溶质在皮层上聚集，发生浓缩性的外浓差极化，该极化现象使原料液侧膜表面的渗透压提高，从而使有效渗透压差降低。与此同时，膜的另一个接触面的汲取液被从原料液侧渗透过来的水不断稀释，导致膜表面处汲取液浓度和渗透压降低，这是稀释的外浓差极化。
2.2.2浓差极化的影响
无论是浓缩性的外浓差极化还是稀释性的外浓差极化，都会使主体溶液的实际渗透压差降低，造成水通量的降低。外浓差极化现象带来的不利影响，可以通过增加膜表面的液体流速的方式减小，溶液以湍流的方式在膜表面流动，可以使边界层厚度减小，从而减小浓差极化。由于正渗透过程是在无压条件下进行的，外浓差极化并不是膜通量下降的主要原因，而且正渗透膜大多数为非对称性膜或者复合膜，它们都是由
疏松的多孔支撑层和致密的选择性分离层组成的，Mehta和Loeb对浓差极化现象在
正渗透过程中的影响作了详细的研究，研究结果表面内浓差极化才是正渗透过程中导致膜分离效率下降的主要原因[7]。
目前正渗透膜主要是非对称膜，由于正渗透过程中在膜的多空层和支撑层发生的内浓差极化使得过程的实际通量要远小于预期值。商业化的正渗透膜采用开孔率50%的聚酯网丝作为支撑层，比传统的反渗透膜具有更高的正渗透性能。近几年，研究人员通过开发低结构参数的中空纤维膜或者平板支撑膜，采用界面聚合法制备低内浓差极化、高水通量、高截留率的正渗透膜[8]。
第2.3节汲取液的选择
2.3.1汲取液的特点
在正渗透过程中，与膜同等重要的是汲取液。如前所述，正向渗透膜过程的推动力是汲取液与原料液的渗透压差，所以汲取液的选择和构成也是重要的研究课题之一。它要与原料液之间有足够的渗透压差，使纯水源源不断地渗透过来，同时不对膜的结构、性能和纯水质量造成影响；此外，还应能采用较简单的方法从中分离出纯水，以获得淡水[9]。
汲取液中的溶质叫做汲取溶质，理想的汲取溶质应该具备以下条件：（1）能产生较高的渗透压，即在水中应该具有较高的溶解度，因而应该具有较小的分子质量；（2）无毒性，在纯水中能够安全稳定的存在；（3）化学性质稳定，即不能与膜发生化学反应；（4）在制备纯水的过程中，应该能方便且经济地将汲取液与纯水进行分离并且能够重复使用。
2.3.2汲取液的分类
根据可否回收并循环利用，将现有的汲取液分为两种类型。
（1）直接利用型
葡萄糖溶液是直接利用型汲取液的代表。HTI公司开发的正渗透滤水器就是采用可食用汲取液糖类或饮料粉。当把滤水器浸没到水体如盐水、污水等中时水将渗透过正渗透膜进入到汲取液中，被稀释的汲取液可供人体直接饮用，并且富含营养物质与矿物元素，而水体中的污染物，如悬浮固体有机物等被截留下来。目前这一类产品仅
用于军事远征探险、灾害救援及娱乐等领域，应用范围较窄，并且可应用规模较小，不适合大规模的水处理工程。
（2）循环利用型
这一类汲取液又可以细分为磁性汲取液、有机化合物汲取液、无机化合物汲取液等。这一类汲取液可以重复循环利用，但随着回收再使用次数的增多，通常会影响汲取液的渗透压和膜的通量等，存在成本高和使用次数有限等问题[10]。
第3章正渗透过程的影响因素
第3.1节正渗透过程实现的条件
正渗透膜和渗透驱动力是正渗透过程能够实现的两个必要因素，而且在正渗透过程中，使水通量比理论值低的主要原因是内浓差极化现象。因此，所有影响这三者的因素都会对正渗透过程产生作用。
第3.2节正渗透过程的影响因素
具体可以归结为以下四个因素[11]。
3.2.1 膜进水方向的影响
膜的进水方向不同，会产生两种不同的浓差极化现象。研究表明两种浓差极化现象对水通量的影响差别很大[12]。所以在不同的体系中，选择不同的进水方向。在水纯化与脱盐的应用中，选择原料液面向正渗透膜的活性分离层的进水方式较好。
3.2.2 原料液与汲取液浓度的影响
研究表明，在原料液浓度不变的情况下，汲取液浓度增大时，渗透压差增大，从而使得水通量增大；但是当汲取液浓度增大到一定程度时，水通量反而下降，这是由于当汲取液浓度很高时，浓差极化现象加剧，使得水通量的降低至大于渗透压差增大带来的水通量的升高值，故净水通量降低[13]。同样，固定汲取液浓度，当原料液的浓度增大时，同样会有相似的情况出现。在实际过程中原料液不能选择，应当根据水通量的需要选择汲取液。
3.2.3 温度的影响
在反渗透过程中，温度升高，使得水的粘度降低，扩散系数提高，因此水通量会增大。然而在正渗透过程中，温度升高除了降低水的粘度，提高扩散系数之外，最主要的就是对内浓差极化的影响。McCutcheon[14]等人考察了温度对稀释的内浓差极化和
浓缩的内浓差极化的影响。得到的结果是，温度升高，内浓差极化降低，水通量提高。但是并不是越高越好，因为当水通量增大到一定程度以后，反而会加重内浓差极化。故在正渗透过程中，温度的选择特别重要。
3.2.4 流速的影响
外浓差极化和内浓差极化现象一直存在于正渗透的运行过程中，从而降低水通量；为了提高水通量，要尽量减小这两种极化现象。内浓差极化由于在膜的内部结构中形成的，所以不容易减小。但是由于外浓差极化在膜的外部形成，所以可以通过增大流速、增加漩涡的方法来减小。
第3.3节正渗透膜污染
尽管正渗透过程中操作条件压力极低或者是没有外加压力，比起外加压力驱动的膜过程来说，膜的耐久性好，同时污染膜的可恢复性好[15-17]。但是膜污染的存在仍然是正渗透发展过程中一个重要的问题。研究复杂水质条件下正渗透膜的污染特性与污染机理，建立污染模型，准确预测正渗透膜污染，将有助于正渗透膜的研究发展和实际应用，延长膜在高通量下的操作时间，缩短反冲洗的时间间隔，可减轻膜污染所带来的负面影响[18]。
第4章正渗透技术的应用
第4.1节正渗透过程的特点
正渗透过程具有低能耗、低污染、高回收等特点，其运用范围非常广泛，设计工业生产和日常生活的各个方面。正渗透技术海水脱盐、发电、工业废水处理、食品工业、航天工业、制药工业得到了进一步发展，还凭借抗污染、低能耗的特点不断向传统的生产工艺中渗透，与其他技术相互融合，形成创新的工艺技术。
第4.2节正渗透过程的工业应用
4.2.1 海水淡化和软化
地球上水资源总量丰富，但是可利用的淡水资源仅占总量的0.3%，与人类的需要相比十分匮乏，海水淡化是解决水危机的一种有效方法。离子交换法、电解法、反渗透法等各种分离方法相继应用于海水淡化中，但是这些方法能耗都比较高[19]。早在20世纪六七十年代就有人提出使用正渗透的想法，但是由于膜和驱动液等核心问题没有解决，因此没有得到广泛的重视。近几年随着这些问题的解决，美国耶鲁大学的Elimelech和McCutcheon[5, 20]等利用正渗透技术对海水脱盐进行了系统化的研究，开发了新型的正渗透海水脱盐系统，如图4·1，以氨-二氧化碳为汲取液对海水进行淡化处理，结果表明，在处理相同量的海水时，采用正渗透方法比其他方法节省了72%-85%的能量。Ling[21]等用亲水性纳米粒子作为汲取液进行脱盐，发现孔径小而窄的纳米粒子可以提高回收率，纳米粒子可以通过超滤（UF）进行回收。
图4·1 新型的正渗透海水脱盐系统
正渗透过程也可以用于海水软化。由于淡水资源的紧张，用作海上油田采油注水的水源通常都是海水。地下水中含有游离的钡离子、钙离子，若注水直接采用含有碳酸盐和硫酸盐的海水，则两者混合会形成含有碳酸钡/硫酸钡和碳酸钙/硫酸钙的过饱和溶液，进而沉淀堵塞油井。因此要对海水进行软化，以出去其中的碳酸盐和硫酸盐。传统反渗透方法需要外加很高的压力来克服海水本身的渗透压，运行成本高。与之相比正渗透方法更适用于此过程。用正渗透方法对海水进行脱盐，得到总溶解固体物质含量很少的淡水，然后利用注水法将地下的有机烃置换出来。正渗透过程中使用的原料液和汲取液可以为两种相同的海水，也可以是不同浓度的水溶液，在汲取液一侧加入一种易除去的挥发性物质可增大其渗透压，同时易于在渗透结束后出去所加物质得到纯水[19]。
4.2.2 废水和垃圾渗出液的处理
垃圾渗出液是一个复杂的溶液，其中含有机复合物、重金属、有机或无机氮和大
量的溶解性固体（TDS），其处理是世界性的难题。Osmotek建造了一个中试规模的正渗透系统来研究垃圾渗出液的浓缩，处理后TDS水平要低于100 mg/L[3]。废水处理设备产生的淤泥中含有高浓度氨、磷酸盐、有机氮、重金属、TOC、TDS、色素和TSS，因此对其进行浓缩也非常困难。Holloway[22]等利用正渗透技术的抗污染特点，将正渗透过程与反渗透过程相结合，使用HTI公司的正渗透膜对淤泥进行浓缩。研究发现，磷的脱除率超过99%，氨和总克氏氮（TKN）的脱除率分别将近87%和92%，色素和气味组分几乎全部脱除。在正渗透操作下（膜的皮层与淤泥接触），膜的水通量在20 h 内基本保持恒定，实验后以NaOH进行短时间的清洗后水通量几乎完全恢复。而如果使用HTI公司的正渗透膜或者普通的反渗透膜在反渗透操作下进行淤泥的处理，膜污染非常严重，而且NaOH清洗后通量恢复非常低。可见正渗透过程较反渗透过程膜污染的趋势小。
4.2.3 正渗透膜生物反应器
膜生物反应器是将膜技术与生物反应器结合起来，对膜生物反应器中的废水进行处理[23]。传统的膜生物反应器利用钠滤或者超滤膜进行过滤，由于进料液水中的污染物较多，且均为压力型过滤膜，极易对膜产生污染，使得水通量降低、膜更换频率高、操作费用增加。Andrea Achillia等[24]将正渗透膜植入膜生物反应器中形成正渗透膜生物反应器，与反渗透结合对正渗透中的汲取液进行浓缩再循环，同时得到高纯淡水。实验表明正渗透膜生物反应器对有机碳的脱除率达到99%以上，对氨氮的脱除率达到98%以上，新型的组合膜系统相比传统膜生物反应器处理效果更好。具体的流程图如图4·2。
图4·2 渗透膜生物反应器的流程图
4.2.4药物控制释放过程
由于正渗透过程的自发性和无需外加能量的特点，可以将其应用于药物控制释放过程中[25]。Wang[26]等人用膜蒸馏系统浓缩蛋白质溶液，发现系统在通过正渗透膜连续稳定操作过程中的脱水率与通过膜蒸馏的水蒸气率是一样的，膜蒸馏很有可能在不久的将来应用于浓缩和药物释放。Alza公司将药物装入如图所示的胶囊中，当药物到达指定位置时，周围组织中的水通过选择透过性膜进入到汲取液中，从而推动活塞运动将药物释放出去。通过选择不同的汲取液、膜厚度和表面积可以控制药物的释放速度。药物控制释放的装置图如图4·3。
图4·3药物控制释放装置图
第5章结论
通过以上的总结，正渗透技术作为一种低能耗、污染少的技术，使其在很多工业领域中有着广泛的应用前景。但实际上，目前正渗透技术的应用大多还处于实验室研究阶段，距离真正的工业化应用还有一定的距离。缺乏高性能正渗透膜和高渗透压且易于回收的汲取液是限制其工业化应用的主要障碍。研究寻找合适的材料，开发研究力学性能强并稳定的膜材料，制备高通透量、长寿命、抗污染的正渗透膜将是未来的研究重点。近几年来在国家的大力支持下，国内学者在正渗透膜的制备、新型汲取液开发、正渗透过程模拟和应用等方面开展了广泛的研究，也取得了一些创新性的研究成果。相信随着正渗透膜性能的不断提高，高渗透压且易于回收的汲取液的不断开发，正渗透技术的应用领域也必然会越来越广。
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数控技术现状与发展 讲课目录提纲 华南理工大学机械与汽车工程学院 李伟光教授 2010年5月
目录
一数控技术概述 1.1数控技术与国民经济 1.2数控技术的起源 1.3研究数控技术的科技动力 1.4研究数控技术的社会环境 1.5数控技术的应用 1.6有关数控技术产业的国家政策 1.7国内外数控技术与设备行业情况介绍二数控设备的控制系统 2.1 数控系统概述 2.2 数控系统的组成、性能与体系结构2.2.1 数控系统性能的现状与发展趋势 2.2.2 数控系统功能的现状与发展趋势 2.2.3 数控系统体系结构的现状与发展趋势2.2.4 基于PC技术的智能开放式数控系统三数控技术发展与数控设备应用 3.1数控技术的发展与数控设备的应用 3.2应用数控设备的社会需求 3.3应用数控设备的工业环境 3.4应用数控设备的技术支持 3.5国内外应用数控技术的现状与差距 3.6数控机床领域的装置种类及技术发展
3.6.1 高速、高刚度大功率电主轴技术 3.6.2 多功能双摆角数控铣头技术 3.6.3 高刚度大扭矩双摆角数控铣头技术 3.6.4 车铣复合主轴头技术 3.6.5 高速、精密数控回转工作台 3.6.6 全数字交流伺服驱动装置 3.6.7 高速、精密、重载直线导轨精度保持性技术 3.6.8 高速、精密、重载滚珠丝杠精度保持性技术3.6.9 盘式结构大扭矩力矩电机及驱动装置 3.6.10 精密直线电机驱动装置及全闭环控制技术 3.6.11 复合加工技术 3.6.12 切削表面完整性技术 3.6.13 高速切削技术 3.6.14 高速、超高速磨削技术 3.6.15 五轴联动高速高精加工工艺技术 3.6.16 高精度刀具测量技术 3.6.17 刀具动平衡技术 3.6.18 柔性工装关键技术 四培养掌握数控技术与设备的人才 4.1国内外研究数控技术人才的基础与现状 4.1.1国外研究数控技术的现状与成果 4.1.2国内研究数控技术的机构与人才培养现状
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 国内数控机床现状简析及建议 国内数控机床现状简析及建议作者： 数控技术学习来源： 数控机床网日期： 2019-5-5 23:30:17 人气： 获取失败标签： 一、国内数控机床行业近年取得的成绩我国的数控机床无论从产品种类、技术水平、质量和产量上都取得了很大的发展，在一些关键技术方面也取得了重大突破。 据统计，目前我国可供市场的数控机床有 1500 种，几乎覆盖了整个金属切削机床的品种类别和主要的锻压机械。 领域之广，可与日本、德国、美国并驾齐驱。 这标志着国内数控机床已进入快速发展的时期。 近年来我国机床行业不断承担为国家重点工程和国防军工建设提供高水平数控设备的任务。 如国产 XNZD2415 型数控龙门混联机床充分吸取并联机床的配置灵活与多样性和传统机床加工范围大的优点，通过两自由度平行四边形并联机构形成基础龙门，在并联平台上附加两自由度串联结构的A、C 轴摆角铣头，配以工作台的纵向移动，可完成五自由度的运动。 该构型为国际首创。 基于 RT 一 Linux 开发的数控系统具有的实时性和可靠性，能 1 / 3
在同一网络中与多台 PLC 相连接，可控制机床的五轴联动，实现人机对话。 该机床的作业空间 4．5mx1．6mx1．2m，A 轴转角1050,C 轴连续转角 0 一 4000，主轴转速(无级)最高 10000r/min，重复定位精度0．01mm，可实现三维立体曲面如水轮机叶片，导叶的五轴联动高速切削加工。 超精密球面车床为陀螺仪的加工提供了基础设备，这类车床也可用于透镜模具、照相机塑料镜片、条型码阅读设备、激光加工机光路系统用聚焦反射镜等产品的加工。 高速五轴龙门铣床采用铣头内油雾润滑冷却、横梁预应力反变形控制等技术。 这类铣床可用于航空、航天、造船、水泵叶片、高档模具等的加工。 SSCKZ80 一 5 型五轴车铣复合加工中心可满足航天、航空、船舶及铁路运输业对高精度、高刚度、形状复杂的大型回转体零件加工的要求，如飞机发动机主轴、起落架的加工，船舶发动机活塞、增压器蜗杆差速换向器及螺旋叶片的加工等。 TW250 型高速、高效车削中心采取双主轴对置结构，两个刀架分别位于主轴轴线上下方，控制轴数 8 个，可实现 4 轴联动。 装有 12 位伺服驱动双向动力刀台的上下刀架可对任一主轴进行 2 轴或 4 轴加工。 该机床采用模块化设计技术，可根据用户的不同要求派生为双刀
数控机床的现状与发展 趋势综述
数控机床的现状与发展趋势 摘要：从20世纪中叶数控技术出现以来，数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。数控加工具有如下特点：加工柔性好，加工精度高，生产率高，减轻操作者劳动强度、改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。数控技术的应用,关键在于开发具有高速度、高精度、高稳定性的高新技术设备,在现有加工设备中,只有数控机床才有可能担当其重任。然而,要实现真正意义上的高速切削加工,数控机床还需向高速、高精度、柔性化、控制系统开放性、控制系统支撑软件和工厂生产数据管理方向迈进,才能适应现代制造业飞速发展的要求。 关键：高速化 / 高精度化 / 复合化 / 智能化 / 开放化 / 网络化 / 多轴化 / 绿色化 进入21世纪，我国经济与国际全面接轨，进入了一个蓬勃发展的新时期。机床制造业既面临着机械制造业需求水平提升而引发的制造装备发展的良机，也遭遇到加入世界贸易组织后激烈的国际市场竞争的压力，加速推进数控机床的发展是解决机床制造业持续发展的一个关键。随着制造业对数控机床的大量需求以及计算机技术和现代设计技术的飞速进步，数控机床的应用范围还在不断扩大，并且不断发展以更适应生产加工的需要。本文简要分析了数控机床高速化、高精度化、复合化、智能化、开放化、网络化、多轴化、绿色化等发展趋势，并提出了我国数控机床发展中存在的一些问题。 一、数控机床的发展趋势 机械加工装备对促进制造技术发展的紧密关系和以数字化为特征数控机床是柔性化制造系统和敏捷化制造系统的基础装备。其总的发展趋势是：高精化、高速化、高效化、柔性化、智能化和集成化，并注重工艺实用性和经济性。 （一）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；
专家讲座课程报告 题目名称：数控技术 学院：机械工程学院 专业年级：机械设计制造及其自动化12 级 姓名：任庆贺 班级学号：机制12-2-11 授课教师：范久臣 二Ｏ一五年十一月十三日
1 数控技术发展现状 (1) 1． 1 国外数控技术发展现状 (1) 1． 2 国内数控技术发展现状 (3) 2 数控技术发展趋势 (6) 2． 1 高速、高精度化 (7) 2． 2 智能化、开放式、网络化 (7) 2． 3 环保化 (8) 2． 4 采用五轴联动加工和复合快速力 (9) 2． 5 重视新技术标准、规范的建立 (9) 3 对我国数控技术和产业化发展的战略思考 (10) 4 自身发展 (10)
1数控技术发展现状 1．1 国外数控技术发展现状 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。 国外具有世界影响力的机床公司有很多，在此重点介绍以下几家。 (1)日本山崎马扎克公司开发出了2 种可使用长镗杆切削工件的复合加工机床， 一种是以卧式车床为原型，与卧式加工中心 (MC)组合而成的卧式复合加工机 床“ INTEGREX e一 650H II ”；另一种是以立式车床为原型，与立式MC组合而 成的立式复合加工机床“INTEGREX e一 1060V／8 II RAM ”。 INTEGREX e II系列装载了MAZATROL MATRIX以及各种新功能，以Mark II 为名称，是对2l 世纪的制造工厂带来革命性冲击的划时代的复合加工机。其主 要特点是主轴最高转速 1 600 r ／min，快移速度 40 m／min，刀具库容量 40 把，刀 具更换时间 ( 刀到刀 )1 ．8 s( 刀具质量 20 kg 以下 ) 。 新的卧式复合加工机床在MC端的主轴轴头上安装一个带有长849 mm镗杆的 “长镗杆架”。该镗杆架自顶端起依次由刀具、长柄和刀架组成。该镗杆架的后端有 4 个固定位置，由操作人员将其装在 MC一侧设计有相同固定位置的主轴轴头上。 MC一侧的主轴除从机床正面观察处于纵深方向的 y 轴外，还有一个 B 轴 ( 位 于l ，轴四周的轴 ) 。l ，轴的可动范围为 650mm， B轴的转动范围在 1800 以上。 长镗杆架与 MC一侧的主轴轴头的上述动作联动。 在由车床主轴 ( 工件主轴 ) 固定的工件外周上能够加工任意角度的轴孔。而且 还能在最后形成的轴孔内径上切削沟槽等。 而立式复合加工机床并没有在 MC主轴轴头上安装用于镗杆加工的刀架，而
推广应用前景与措施 整体适形挡铅技术是恶性肿瘤放疗的前期基础技术的一项革新。这项技术的应用可以避免传统挡铅技术的弊病，使肿瘤受到更高剂量的照射，提高肿瘤的控制率，同时又可以使周围正常组织少受或免受照射，减轻放射反应，有效地提高治疗增益比。 目前整体适形挡铅技术已在国内及省内开始应用，但研究报道并不多。我们于1999年底开始进行这项技术的研究准备工作，课题负责人及主要工作人员分别到北京、上海、广州等地有关医院学习考察，捡索资料、进行可行性研究。2000年1月开始试行整体适形铅块的制作。2000年8月，在路局科委、医院领导、院科教科的大力支持下，在江西省率先开展了《恶性肿瘤放射治疗整体适形挡铅临床疗效研究》这一课题。研究中我们改装并调整了机器，进行了技术攻关，改善了铅块的制作工艺，保证了整体适形铅块的准确性和精确性。临床方面，通过80例恶性肿瘤患者放疗中采用两种挡铅方法的对照比较，结果说明整体铅挡块技术的采用能在保持或增高肿瘤放疗效果的同时有效地保护肿瘤周围的正常组织，减少副反应，且能减少射线场所工作人员的劳动强度，又能产生一定的经济效益，为一种有效、安全、简便易行的技术。 恶性肿瘤放射治疗中采用整体适形挡铅现已成为我院肿瘤放疗治疗中的一个常用方法，为放疗临床广泛接受。该课题的成功进行，填补了省内空白，使我院乃至我省肿瘤放射治疗技术水平又上了一个新的台阶，必将取得良好的社会效益和经济效益。 在今后的肿瘤放射治疗临床工作中，我们将更进一步提高和完善整体铅挡块的制作工艺，配合头体部激光点式定位及头体部高分子记忆膜的引进使用，使放疗靶区更趋于适形、精确、准确，从而使放疗疗效进一步提高。
我国数控机床的现状和发展 数控机床是数字控制机床是用数字代码形式的信息（程序指令），控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床，简称数控机床。数控机床具有广泛的适应性，加工对象改变时只需要改变输入的程序指令；加工性能比一般自动机床高，可以精确加工复杂型面，因而适合于加工中小批量、改型频繁、精度要求高、形状又较复杂的工件，并能获得良好的经济效果。 因而了解和提升数控机床对我国的制造业的发展至关重要。 一.国内外数控机床的发展 （1）我国数控机床的发展 我国于1958年研制出第一台数控机床，发展过程大致可分为两大阶段。建国初期在1958—1979年间为第一阶段，第一阶段中对数控机床特点、发展条件缺乏认识，在人员素质差、基础薄弱、配套件不过关的情况下，主要存在的问题是盲目性大，缺乏实事求是的科学精神。改革开放，从1979年至今为第二阶段。在第二阶段从日、德、美、西班牙先后引进数控系统技术，从日、美、德、意、英、法、瑞士、匈、奥、韩国、台湾省共11国家(地区)引进数控机床先进技术和合作、合资生产，解决了可靠性、稳定性问题，数控机床开始正式生产和使用，并逐步向前发展。在20余年间，数控机床的设计和制造技术有较大提高，主要表现在三大方面：培训一批设计、制造、使用和维护的人才；通过合作生产先进数控机床，使设计、制造、使用水平大大提高，缩小了与世界先进技术的差距；通过利用国外先进元部件、数控系统配套，开始能自行设计及制造高速、高性能、多轴联动加工的数控机床，供应国内市场的需求，但对关键技术的试验、消化、掌握及创新却较差。至今许多重要功能部件、自动化刀具、数控系统依靠国外技术支撑，不能独立发展，基本上处于从仿制走向自行开发阶段，严重缺乏各方面专家人才和熟练技术工人；缺少深入系统的科研工作；元部件和数控系统不配套；企业和专业间缺乏合作，基本上孤军作战，虽然厂多人众，但形成不了合力。 （2）国外数控技术的发展 数控机床的起源 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。1949年，该公司在美国麻省理工学院（MIT）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，于1957年正式投入使用。标志着制造领域中数控加工时代的开始。 数控机床的兴起 1952年美国麻省理工学院和吉丁斯·路易斯公司首先联合研制出世界上第 一台数控升降台铣床，随后德国、日本、苏联等国于1956年分别研制出本国的第一台数控机床。60年代初，美国、日本、德国、英国相继进入商品化试生产，由于当时数控系统处于电子管、晶体管、和集成电路初期，设备体积大、线路复杂、价格昂贵、可靠性差，数控机床大多是控制简单的数控钻床，数控技术没有普及推广，数控机床技术发展整体进展缓慢。 70年代，出现了大规模集成电路和小型计算机，特别是微处理器的研制成功，实现了数控系统体积小、运算速度快、可靠性提高、价格下降，使数控系统
我国数控机床的现状与发展趋势 摘要：数控机床是制造业发展的基础，可极大地提高制造业生产率。介绍了数控机床的组成，还就我国数控机床的发展和现状进行了详细说明；对我国数控机床的发展趋势进行了介绍，并对我国数控机床的发展提出了建议。 关键词：数控机床；现状；发展趋势 0 引言 数控（NC）是数字控制（Numerical Control）的简称，是20世纪中叶发展起来的一种用数字化信息进行自动控制的一种方法。装备了数控技术的机床，称为数控机床，也简称为NC机床。 世界上第一台数控机床是由美国麻省理工学院于1952年首先研制出来的；日本于1958年研制出首台数控机床。我国数控机床的研制是从1958年起步的，由清华大学研制出了最早的样机。但是经过50多年的发展，2010年我国已经跃居世界第一大机床生产国。在2012年5月27日，在湖北省数控一代机械产品创新应用示范工程启动大会上，中国工程院院长周济强调：“全世界的机械工业正处于产品数字化发展时期，我们必须抓住这一契机，在10年内实现机械产品总体升级为‘数控一代’，使我国机械工业实现由‘大’到‘强’的转变。” 1 数控机床的组成 数控机床是机电一体化的典型产品，是集机床、计算机、电动机及拖动、动控制、检测等技术为一体的自动化设备。数控机床的基本组成包括控制介质、数控装置、伺服系统、反馈装置及机床本体，如图1所示。 1.1 控制介质 控制介质是储存数控加工所需要的全部动作和刀具相对于工件位置信息的媒介物，它记载着零件的加工程序，因此，控制介质就是指将零件加工信息传送到数控装置去的信息载体。控制介质有多种形式，它随着数控装置类型的不同而不同，常用的有穿孔带、穿孔卡、磁带、磁盘等。随着数控技术的发展，穿孔带、穿孔卡趋于淘汰，而利用CAD/CAM软件在计算机编程，然后通过计算机与数控系统通信，将程序和数据直接传送给数控装置的方法应用越来越广泛。 1.2 数控装置 数控装置是数控机床的核心，人们喻为“中枢系统”。现代数控机床都采用计算机数控装置，即CNC（Computer Numerical Control）。数控装置包括输入装置及中央处理器(CPU)和输出装置等构成数控装置能完成信息的输入、存储、变换、插补运算以及实现各种控制功能。 1.3 伺服系统
前言 数字媒体技术主要包含场景设计、角色形象设计、游戏程序设计、多媒体后期处理、人机交互技术。主要针对游戏开发和网站美工还有创意设计这类工作设计的专业。 该专业的主干课程为：数字媒体导论、计算机图形学、数字图像处理、网络游戏设计技术、程序设计基础、数据结构、计算机网络、计算机组成与结构、视频特技与非线性编辑、计算机辅助几何设计、动画设计与制作等。 该专业培养德智体美全面发展的、面向当今信息化时代的、从事数字媒体开发与数字传播的专业人才。毕业生将兼具信息传播理论、数字媒体技术和设计管理能力，可在党政机关、新闻媒体、出版、商贸、教育、信息咨询及IT相关等领域，从事数字媒体开发、音视频数字化、网页设计与网站维护、多媒体设计制作、信息服务及数字媒体管理等工作，因此，数字媒体技术专业前景将会随着信息化时代的进程加速更加辽阔。 关于数字媒体技术核心课程应用分析 程序语言的社会应用 C语言是一种计算机程序设计语言，它既具有高级语言的特点，又具有汇编语言的特点。它由美国贝尔研究所的D.M.Ritchie于1972年推出，1978年后，C语言已先后被移植到大、中、小及微型机上，它可以作为工作系统设计语言，编写系统应用程序，也可以作为应用程序设计语言，编写不依赖计算机硬件的应用程序。它的应用范围广泛，具备很强的数据处理能力，不仅仅是在软件开发上，而且各类科研都需要用到C语言，适于编写系统软件，三维，二维图形和动画，具体应用比如单片机以及嵌入式系统开发。 Java是一种可以撰写跨平台应用软件的面向对象的程序设计语言，是由Sun Microsystems公司于1995年5月推出的Java程序设计语言和Java平台（即JavaSE, JavaEE, JavaME）的总称。Java 技术具有卓越的通用性、高效性、平台移植性和安全性，广泛应用于个人PC、数据中心、游戏控制台、科学超级计算机、移动电话和互联网，同时拥有全球最大的开发者专业社群。在全球云计算和移动互联网的产业环境下，Java更具备了显著优势和广阔前景。 分析 在如今信息技术书飞速发展，移动多媒体和电脑多媒体充斥着人们生活的各个角落，而c语言在电脑上的应用以及java在多平台上的应用越来越广泛，加之课程中开设的数据结构和其它辅助计算机课程让数字媒体技术的学生们拥有了扎实的编程技术，在社会中电子应用、网络安全、软件开发等领域中站稳跟脚，并为企业做出贡献。 图形图像处理的社会应用 Photoshop的应用领域很广泛的，在图像处理、绘制、视频、出版各方面都有涉及。Photoshop的专长在于图像处理，而不是图形创作；有必要区分一下这两个概念；图像处理是对已有的位图图像进行编辑加工处理以及运用一些特殊效果，其重点在于对图像的处理加工；图形创作软件是按照自己的构思创意，使用矢量图形来设计图形。 平面设计 平面设计是Photoshop应用最为广泛的领域，无论是我们正在阅读的图书封面，还是大
机床数控技术的现状及未来发展趋势 一、数控机床的简单介绍 车、铣、刨、磨、镗、钻、电火花、剪板、折弯、激光切割等都是机械加工方法，所谓机械加工，就是把金属毛坯零件加工成所需要的形状，包含尺寸精度和几何精度两个方面。能完成以上功能的设备都称为机床，数控机床就是在普通机床上发展过来的，数控的意思就是数字控制。数控系统是由显示器、控制器伺服、伺服电机、和各种开关、传感器构成。当然，普通机床发展到数控机床不只是加装数控系统这么简单，例如：从铣床发展到加工中心，机床结构发生变化，最主要的是加了刀库，大幅度提高了精度。加工中心最主要的功能是铣、镗、钻的功能。我们一般所说的数控设备，主要是指数控车床和加工中心。 1、数控机床的特点如下： （1）加工精度高，具有稳定的加工质量； （2）可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件； （3）加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间机床本身的精度高、刚性大,可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的3~5倍）； （4）机床自动化程度高，可以减轻劳动强度； （5）对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高。
2、数控机床的组成部分主机，他是数控机床的主题，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。他是用于完成各种切削加工的机械部件。数控装置，是数控机床的核心，包括硬件（印刷电路板、CRT显示器、键盒、纸带阅读机等）以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。驱动装置，他是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电机及进给电机等。他在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。辅助装置，指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。编程及其他附属设备，可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。数控技术，简称“数控”。英文：NumericalControl（NC）。是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。 二、国内外机床数控技术的现状 1、国内数控机床技术现状我国数控机床制造业在80年代曾有过高速发展的阶段，许多机床厂从传统产品实现向数控化产品的转型。但总的来说，技术水平不高，质量不佳，所以在90年代初期面临国家经济由计划性经济向市场经济转移调整，经历了几年最困难的萧条时期，那时生产能力降到50%，库存超过4个月。
数控机床故障诊断与维修现状和发展趋势 数控机床故障诊断数控机床是个复杂的系统，组成数控机床的这些部分，由于种种原因，不可避免地会发生不同程度、不同类型的故障，导致数控机床不能正常工作。故障诊断是进行数控机床维修的第一步,它不仅可以迅速查明故障原因，排除故障,也可以起到预防故障发生与扩大的作用。 一、数控机床故障诊断的基本方法 数控设备是一种自动化程度较高，结构较复杂的先进加工设备，是企业的重点、关键设备。要发挥数控设备的高效益，就必须正确的操作和精心的维护，才能保证设备的利用率。正确的操作使用能够防止机床非正常磨损，避免突发故障；做好日常维护保养，可使设备保持良好的技术状态，延缓劣化进程，及时发现和消灭故障隐患，从而保证安全运行，故障诊断是进行数控机床维修的第一步，它不仅可以迅速查明故障原因，排除故障，也可以起到预防故障的发生与扩大的作用。一般来说，数控机床的故障诊断方法主要有以下几种： (一)常规诊断法 对数控机床的机、电、液等部分进行的常规检查，通常包括:(1) 检查电源的规格(包括电压、频率、相序、容量等)是否符合要 求;(2)CNC、伺服驱动、主轴驱动、电机、输入/输出信号的连接是否正确、可靠；(3)CNC、伺服驱动等装置内的印制电路板是否安装牢固，接插部位是否有松动；(4)CNC、伺服驱动、主轴驱动等部分的设定端、电位器的设定、调整是否正确；(5)液压、气动、润滑部件的油压、气压等是否符合机床要求;(6)电器元件、机械部件是否有明显的损坏。(二)状态诊断法 通过监测执行元件的工作状态判定故障原因。在现代数控系统中伺服进给系统、主轴驱动系统、电源模块等部件主要参数的动、静态检测,及数控系统全部输入输出信号包括内部继电器、定时器等的状态,也可以通过数控系统的诊断参数予以检查。(三)动作诊断法通过观察、监视机床的实际动作，判断动作不良部位，并由此来追溯故障源。 (四)系统自诊断法 这是利用系统内部自诊断程序或专用的诊断软件，对系统内部的关键硬件以及系统的控制软件进行自我诊断、测试的诊断方法。主
数控技术的发展及国内外现状 数控技术的发展及国内外现状 摘要：数控技术（Numerical Contrl）是一种采用计算机对生产过程中各种控制信息进行数字化运算、处理，并通过高性能的驱动单元对机械执行构件进行自动化控制的高新技术。本文对数控技术的发展经行了研究，并比较对比了国内外数控技术的发展现状，对国内数控未来的发展提出了建议。 关键词：数控技术；发展；国内外现状 数控技术集传统的机械制造技术、计算机技术、现代控制技术、传感检测技术、网络通信技术和光、电技术于一体的现代制造业的基础技术。它具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化和智能化起着举足轻重的作用。数控技术是制造自动化的基础，是现代制造装备的灵魂核心，是国家工业和国防工业现代化的重要手段，关系到国家战略地位，体现国家综合国力水平，其水平的高低和数控装备拥有量的多少是衡量一个国家工业现代化的重要标志。 1.数控技术的发展概述 1948年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制直升飞机螺旋桨叶片轮廓检验用样板的加工设备。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，于是提出采用数字脉冲控制机床的设想。1949年，该公司与美国麻省理工学院（MIT）开始共同研究，并于1952年试制成功第一台三坐标数控铣床，当时的数控装置采用电子管元件。1959年，数控装置采用了晶体管元件和印刷电路板，出现带自动换刀装置的数控机床，称为加工中心（ MC Machining Center），使数控装置进入了第二代。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成金属毛坯零件加工成所需要形状的工作母机的总称。数控机床通常由控制系统、伺服系统、检测系统、机械传动系统及其他辅助系统组成。 国产数控机床的发展现状 一、国产数控机床与国际先进水平差距逐渐缩小 数控机床是当代机械制造业的主流装备，国产数控机床的发展经历{HotTag}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、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关键加工设备。
五轴联动数控机床的应用，其加工效率相当于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，大大节约了占地空间和工作在不同制造单元之间的周转运输时间及费用。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，改变了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础还比较落后，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，尤其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当前的主要任务。目前主要问题有： 三、核心技术严重缺乏 统计数据表明，数控机床的核心技术—数控系统，由显示器、控制器伺服、伺服电机和各种开关、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、高端数控机床，更多处于组装和制造环节，普遍未掌握核心技术。国产数控机床的关键零部件和关键技术主要依赖进口，国内真正大而强的企业并不多。目前世界最大的3家厂商是：日
目录 摘要 (1) 1绪论 (1) 2数控技术国外现状 (1) 2.1开放结构的发展 (1) 2.2伺服系统 (1) 2.3 CNC系统联网 (1) 2.4功能不断发展扩大 (1) 3数控技术发展趋势 (1) 3.1性能发展方向 (1) 3.2功能发展方向 (1) 3.3体系结构发展方向 (1) 3.4智能化新一代PCNC数控系 (1) 3.5新一代数控技术关键问题 (1) 结语 (1) 参考文献 (1) 致 (1)
数控技术的现状和发展趋势 CNC technology, the status quo and development trends 摘要 本文简要介绍了当今世界数控技术发展的趋势及国外数控技术发展的现状，在此基础上本文从性能、功能和体系结构三个方面介绍了数控技术的发展方向。阐述肯定了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并提出了实现文中所述发展方向的关键技术。 关键词：数控，发展趋势，功能，性能，开放性。 Abstract: This paper mainly introduces the current d evelopment ambition of numerical control technology a nd the developing .ON the basis of this the paper introduce the development direction from the aspect s of capacity, function and structure. PCNC is the key technology to achieve this, because PCNC adapt s to the complex producing procedure and is a new generation of intelligence. Key words：NC, trends, features, performance, openness
数控机床与编程的结课论文 专业：弹药工程与爆炸技术 班级：弹药一班 姓名：高万鹏 学号：1460090128 指导教师：吴伟涛
浅谈我国数控机床的现状与发展趋势 摘要：数控机床是制造业发展的基础，可极大地提高制造业生产率。介绍了数 控机床的组成，还就我国数控机床的发展和现状进行了详细说明；对我国数控机床的发展趋势进行了介绍，并对我国数控机床的发展提出了建议。 关键词：数控机床；现状；发展趋势 0 引言 数控（NC）是数字控制（Numerical Control）的简称，是20世纪中叶发展起来的一种用数字化信息进行自动控制的一种方法。装备了数控技术的机床，称为数控机床，也简称为NC机床。 世界上第一台数控机床是由美国麻省理工学院于1952年首先研制出来的；日本于1958年研制出首台数控机床。我国数控机床的研制是从1958年起步的，由清华大学研制出了最早的样机。但是经过50多年的发展，2010年我国已经跃居世界第一大机床生产国。在2012年5月27日，在湖北省数控一代机械产品创新应用示范工程启动大会上，中国工程院院长周济强调：“全世界的机械工业正处于产品数字化发展时期，我们必须抓住这一契机，在10年内实现机械产品总体升级为‘数控一代’，使我国机械工业实现由‘大’到‘强’的转变。” 1 数控机床的组成数控机床是机电一体化的典型产品，是集机床、计算机、电动机及拖动、动控制、检测等技术为一体的自动化设备。数控机床的基本组成包括控制介质、数控装置、伺服系统、反馈装置及机床本体，如图1所示。 .图2 图2为我国第一台数控机床设计团队的照片
1 控制介质 控制介质是储存数控加工所需要的全部动作和刀具相对于工件位置信息的媒介物，它记载着零件的加工程序，因此，控制介质就是指将零件加工信息传送到数控装置去的信息载体。控制介质有多种形式，它随着数控装置类型的不同而不同，常用的有穿孔带、穿孔卡、磁带、磁盘等。随着数控技术的发展，穿孔带、穿孔卡趋于淘汰，而利用CAD/CAM软件在计算机编程，然后通过计算机与数控系统通信，将程序和数据直接传送给数控装置的方法应用越来越广泛。 1.2 数控装置 数控装置是数控机床的核心，人们喻为“中枢系统”。现代数控机床都采用计算机数控装置，即CNC（Computer Numerical Control）。数控装置包括输入装置及中央处理器(CPU)和输出装置等构成数控装置能完成信息的输入、存储、变换、插补运算以及实现各种控制功能。 1.3 伺服系统 伺服系统是接收数控装置的指令、驱动机床执行机构运动的驱动部件。包括主轴驱动单元、进给驱动单元、主轴电机和进给电机等。工作时，伺服系统接受数控系统的指令信息，并按照指令信息的要求与位置、速度反馈信号相比较后，带动机床的移动部件或执行部件动作，加工出符合图纸要求的零件。 1.4 反馈装置 反馈装置是由测量元件和相应的电路组成，其作用是检测速度和位移，并将信息反馈回来，构成闭环控制。一些精度要求不高的数控机床，没有反馈装置，则称为开环系统。 1.5 机床本体 机床本体是数控机床的实体，是完成实际切削加工的机械部分，它包括床身、底座、工作台、床鞍、主轴等。 2 我国数控机床的现状 我国数控机床的研制工作起步比较晚，于1958年由清华大学和北京第一机床厂合作研制了我国第一台数控铣床，并于1958年开始试制成功第一台电子管数控机床。1965年开始研制晶体管数控系统，直到20世纪60年代末至70年代初成功研制。从1980年起，我国加大改革开放的力度，先后从日、德、美、西班牙等西方国家引进CNC系统，对各种机、电、液、气等基础原件进行合作生产，极大地提高了产品的质量。 总体来说，从1958年研制出第一台数控机床到现在，我国数控机床的发展大体可以分为三个阶段：1958至1979年为第一阶段，在这一阶段内我国受到西方国家的封锁和国内环境的影响，数控机床的发展采用的是封闭式摸索前进，数控机床的一些关键技术，如电、气、液等核心技术达不到可靠性要求，故障常出；1980年至1995年为第二阶段，我国提出了改革开放的政策，积极引进国外的先进数控技术，利用国外的先进产品配置和技术，期间我国的数控机床取得了长足
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/6513818382.html, 我国数控技术的发展现状及发展趋势 作者：宋韬 来源：《山东工业技术》2016年第17期 摘要：本文介绍了数控技术在我国目前的发展现状及今后数控技术的发展趋势。我国数 控技术实际上起步较早，但由于多种原因，现在我国数控技术虽然较以前取得了巨大进步，但横向来看相比发达国家的数控技术差距还是很大。当今世界的数控技术发展趋势是朝着高速、高精、智能化、网络化、柔性化、绿色环保等方向发展。今后我国数控技术要想取得长足进步，必须就要在这些方面寻求突破。 关键词：数控技术；高速切削；五轴联动；智能化 DOI：10.16640/https://www.doczj.com/doc/6513818382.html,ki.37-1222/t.2016.17.026 0 引言 数控技术英文简称CNC，它是通过计算机以及数字化技术来实现对机床运转的有效控制，以确保研发出一种加工过程智能化、自动化的制造技术。数控技术集信息处理、自动控制、微电子、自动检测、计算机等于一体的高新技术，具备高效率、高精度、柔性自动化等优势。数控技术的应用主要体现在数控机床上。当前利用数控机床可以加工出非常复杂的零件，而且加工出的零件精度高、质量稳定。并且由于数控机床进行的是自动化生产，这对提高生产效率，降低工人劳动强度也产生了非常重大的影响。因此当今世界各发达国家都在努力发展以数控技术为核心的先进制造技术，以期能进一步发展经济、提高综合国力。 1 国内数控技术发展现状 如今，随着我国技术创新的不断推进，我国对数控系统、数控主机、伺服驱动、专机及其配套件等基础技术已经基本上掌握，并且创立了一批从事数控开发和生产制造的企业，建立了许多从事数控技术研究的研究机构，而且在许多大中院校开办了数控专业，为社会培养了一批优秀的数控专业人才，对于推动我国数控技术的发展至关重要。 目前，在数控领域我国部分企业已经初具规模，如航天数控、沈阳数控、广州数控、华中数控等，上述企业所生产的数控系统具备普及型、经济型、实效性等特点。同时我国研发的数控产品的质量和性能对比以前，已有了很大的提高。这些产品目前在国内已逐步得到用户认可，并且有些已在国内站稳了脚跟，不少还出口到了国外，当然只能是出口到一些欠发达地区和国家，但这依然说明我国的数控技术已取得了长足进步。下面介绍一些近些年来，我国相关企业生产的一些较具特色的高品质数控产品： （1）华中数控研发出的华中“世纪星”数控系统要远远超过国外普及型数控系统，尤其是在功能和配置方面。同时，该企业生产的三维图形显示、大容量程序内存、开放体系结构、动
综述现代制造工程２００８年第４期 数控技术的现状与展望 李诚人 （西京学院数控中心，西安７１０１２３） 摘要：主要叙述了数控技术的现状和发展：硬件技术、体系结构、操作系统、现场总线、ＰＬＣ、网络通讯、交流伺服和开发环境等。数控技术的研究对我国制造业发展具有重要意义。 关键词：数控技术；现状；展望 中图分类号：ＴＨ９文献标识码：Ａ文章编号：１６７ｌ＿３１３３Ｉ２００８）０４珈１２９—０４ Ｓｔａｔ吣ａｎｄｐｒｏｓｐｅｃｔｓｏｆＣＮＣｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ “Ｃｈｅｎｇ．ｒｅｎ （ＮＣＣｅｎｔｅｒｏｆＸｉＪｉｎｇＵＩｌｉｖｅ玛ｉｔｙ，Ｘｉ’肌７１０１２３，ＣＨＮ） Ａｋ；ｈ薯ｃｔ：Ｄｅ∞ｒｉｂｅｓＣＮＣｐ佗船ｎｔ８ｉｔｕａｌｉｏｎ肌ｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｉｎｃｌｕｄｉｎｇｈ衲ａ砖ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ、ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕ弛、ｏｐｅｍｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍ、ｆｉｅｌｄｂ岫、ＰＩ上、ｎｅｔ∞ｍｍｕＩＩｉｃ撕∞、ＡＣｓｅｍ、ｄｅｖｅｌｏｐ哪ｅｎｔｅｎｖｉｒｏｒｕ∞ｎｔｅｔｃ．１ｔｉ８ｉｍ脚ｔｔｏｇｏ∞山ｅ陀Ｂ咄ｈｏｆＣＮＣｔｅｃｈｎｉｑ№ｆｏｒｔｌＩｅｎ姗ｕｆ如ｔｕｒｉｎｇｆｉｅｌｄ． Ｋｅｙｗｗ凼：ＣＮＣｔｅｃｌｌＩｌｉｑＩｌｅ；Ｓｔ咖ｓｑＩＩｏ；Ｐ瑚ｐｅｃｔ 数控技术和数控机床是制造业现代化的基础，是一个国家综合国力的重要体现。我国在从制造大国向制造强国转变的过程中，大力发展数控技术具有重要意义。 近几年来，在引进消化国外数控技术的基础上，我国已生产出自主版权的数控系统和数控机床，但是中、高档以上的数控系统仍然是以进口产品为主，研究目前数控系统及技术的现状及未来的发展方向，将对开发出中、高档的数控产品，进一步扩大数控机床市场份额起到重要作用。ＣＰＵ，保证高速、高精度的数控加工。 以日本ＦＡＮＵＣ１６∥１８ｉ和１６０∥１８０ｉ为例，已形成超小、超薄型控制器，主控板仅为名片一样大小，主处理器采用Ｐｅｎｔｉｕｍ芯片。ＣＮＣ和伺服采用５０Ｍ／Ｓ的高速串行总线。用光缆连结Ｌ／Ｏ模块，采用分散配置，便于机电一体化。在通讯方面采用ＰｃＭｃ队存储卡和外部计算机通讯，或采用调制解调器，用电话和人机通讯。 嵌入式硬件的使用有望使得数控系统硬件更趋标准化、系列化。数控系统的开发成本也会随着降低。 １数控系统的硬件技术发展迅速２体系结构向开放式发展 随着集成电路及计算机技术的迅猛发展，给数控硬件技术的更新换代注入新的活力，现代数控系统普遍采用超大规模集成电路（ＶＬｓＩ）、专用芯片（ＡＳＩＣ）及数字信号处理（ＤｓＰ）技术。在电气装联上广泛采用表面安装（ＳＭＴ）、三维高密度（ｔｌｌｒｅｅｄｉ啪璐ｉｏｎａｌｈｉｇｈｄｅＩｌｓｉｔ）ｒ）技术，极大地提高系统的可靠性。高速高性能存储技术，比如闪烁存储（ｎ船ｈｍｅｍｏｒｙ），移动存储（ＰｃＭｃＬＡｃａｒｄ）等极大地方便用户。薄膜晶体管液晶显示器（邢ＣＤ）技术使得显示装置趋于平板化，更 便于机电一体化安装并改善人机界面。作为数控系统核心的处理器广泛采用“位以上的高速ｍｓｃ 开放式数控的讨论已有好些年了，但是应该看到，对于开放式结构至今没有一致性的定义。某些用户认为开放式表示能够接受当地使用的通信协议；而另一些用户认为开放式意味着所有控制器操作界面完全一致；对机床应用工程师而言，开放式意味着对刀架移动、传感器和逻辑控制有标准的输人／输出接口；对大公司和大学的研究工程师来说，开放式意味着以上这些均来自随即拿来就用的积木块。由于来自最终用户和集成商（机床厂）的压力，开放式结构的开发工作正在向前发展并将持续下去。目前的一个积极成果即是基于ＰＣ的ＣＮＣ，即ＰＣ－ｂ弱ｅｄ。 １２９ 万方数据