世界数控机床技术的发展方向

数控机床技术发展现状及趋势赵学明（广东工业大学，广东广州５10006)摘要：现在世界上很多发达的工业化国家在生产中广泛应用数控机床。

随着电子技术和控制技术的飞速发展,当今的数控系统功能已经非常强大，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的发展起着越来越重要的作用。

随着科学技术的发展,世界先进技术的兴起和不断成熟，对数控技术提出了更高的要求。

当今数控机床正在不断采用最新成果,朝着高速化、超精度化、多功能化、智能化、系统化、网络化、高可靠性与环保等方向发展。

关键字：数控机床、技术、现状、发展趋势引言从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。

数控机床是一种高度机电一体化的产品，适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要求较高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的关键零件、要求精密复制的零件、需要缩短生产周期的急需零件以及要求100%检验的零件。

数控机床的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。

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。

１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。

技术改造浅谈数控机床技术与发展趋势戴佳豪（广西科技大学，广西 柳州 545000）摘 要：现如今，我国经济迅速发展，其中工业占据重要的位置，但对于工业而言，数控机床的使用和数控机床的关键技术发展是重中之重。

在世界各国的制造领域中，数控机床关键技术研究和发展成为了一个国家制造业发展水平的重要衡量标准。

，同时数控机床技术的发展可以带领一个产业和当地的经济发展，故对数控机床的关键技术的研究具有一定的战略意义。

本文是讨论对数控机床根据关键技术的不同进行不同的分类，并对数控机床未来发展趋势进行适当的研究讨论，希望能对与数控机床相关的业界同行带来一定的启发，共同提高我国在数控机床领域方面的技术和使用能力。

关键词：数控机床；制造业；关键技术；分类；特点；发展趋势我国在工业的生产过程中，国内数控机床在其中的占比相较于国外发达国家仍然很低，在数控机床的普及上，我们也要奋力追赶。

我国大部分的制造业和生产企业在生产和加工技术上都使用传统的机床生产技术，传统机床普遍落后于时代，这关系到所生产的产品的质量、种类、成本和质量。

上述存在着一些问题和缺陷，在国际市场上难以形成良好的市场竞争力。

因此提高对数控机床的应用能力和掌握数控机床的主要技术特性，准确应对机床的变革，加强数控机床发挥更大的价值，我的国家的工业生产可以促进进步的必要。

1数控机床关键技术分类1.1按照系统的特点分类按照系统的特点来进行数控机床的分类可以包括：直线数控系统、点位数控系统、轮廓数控系统三种机床类型。

不同的机床运动轨迹不同，点位数控系统是需要对数控机床移动部件进行点位式的位置移动，运动轨迹几乎没有要求，只要求点位的准确；直线数控系统必须保持两次位移之间的轨迹准确和点位准确；轮廓数控系统则需要以轴的方式对数控系统进行控制，运动的过程可以通过精准的调整来实现加工轨迹的曲线化以及加工结果的曲面化[1]。

1.2按进给伺服系统类型分类按数控系统的进给伺服系统有无位置测量装置，可分为开环数控系统和闭环数控系统。

论数控技术的发展趋势【计算机业的快速发展，数控技术也发生了根本性的变革，是近年来应用领域中发展十分迅速的一项综合性的高新技术，文章结合国内外情况，分析了数控技术的发展趋势。

1. 引言数控技术是一门集计算机技术、自动化控制技术、测量技术、现代机械制造技术、微电子技术、信息处理技术等多学科交叉的综合技术，是近年来应用领域中发展十分迅速的一项综合性的高新技术。

它是为适应高精度、高速度、复杂零件的加工而出现的，是实现自动化、数字化、柔性化、信息化、集成化、网络化的基础，是现代机床装备的灵魂和核心，有着广泛的应用领域和广阔的应用前景。

2. 国内外数控系统的发展概况随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。

在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，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、智能化起着举足轻重的作用。

目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。

在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理。

长期以来，我国的数控系统为传统的封闭式体系结构，CNC只能作为非智能的机床运动控制器。

加工过程变量根据经验以固定参数形式事先设定，加工程序在实际加工前用手工方式或通过CAD/CAM及自动编程系统进行编制。

CAD/CAM和CNC之间没有反馈控制环节，整个制造过程中CNC只是一个封闭式的开环执行机构。

在复杂环境以及多变条件下，加工过程中的刀具组合、工件材料、主轴转速、进给速率、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加工参数，无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整，更无法通过反馈控制环节随机修正CAD/CAM中的设定量，因而影响CNC的工作效率和产品加工质量。

关于各个国家的数控机床的发展历史Newly compiled on November 23, 2020关于各个国家的数控机床的发展历史数控机床是由美国发明家约翰·帕森斯上个世纪发明的。

随着电子信息技术的发展，世界机床业已进入了以数字化制造技术为核心的机电一体化时代，其中数控机床就是代表产品之一。

数控机床是制造业的加工母机和国民经济的重要基础。

它为国民经济各个部门提供装备和手段，具有无限放大的经济与社会效应。

欧、美、日等工业化国家已先后完成了数控机床产业化进程，而中国从20世纪80年代开始起步，仍处于发展阶段。

美国发展美国政府重视机床工业，美国国防部等部门因其军事方面的需求而不断提出机床的发展方向、科研任务，并且提供充足的经费，且网罗世界人才，特别讲究"效率"和"创新"，注重基础科研。

因而在机床技术上不断创新，如1952年研制出世界第一台数控机床、1958年创制出加工中心、70年代初研制成FMS、1987年首创开放式数控系统等。

由于美国首先结合汽车、轴承生产需求，充分发展了大量大批生产自动化所需的自动线，而且电子、计算机技术在世界上领先，因此其数控机床的主机设计、制造及数控系统基础扎实，且一贯重视科研和创新，故其高性能数控机床技术在世界也一直领先。

当今美国生产宇航等使用的高性能数控机床，其存在的教训是，偏重于基础科研，忽视应用技术，且在上世纪80代政府一度放松了引导，致使数控机床产量增加缓慢，于1982年被后进的日本超过，并大量进口。

从90年代起，纠正过去偏向，数控机床技术上转向实用，产量又逐渐上升。

德国发展德国政府一贯重视机床工业的重要战略地位，在多方面大力扶植。

于1956年研制出第一台数控机床后，德国特别注重科学试验，理论与实际相结合，基础科研与应用技术科研并重。

企业与大学科研部门紧密合作，对数控机床的共性和特性问题进行深入的研究，在质量上精益求精。

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。

Science &Technology Vision 科技视界在工业国家,科学技术和生产力主要是体现在制造业中。

人们的衣食住行、办公生活的各个方面都与制造业息息相关。

制造行业作为各行各业的基础和生产力的一种表现形式,对于综合国力和国际地位的提高有着至关重要的地位。

在高新技术生产和尖端的工业制造中,数控机床和数控技术是最重要的生产设备和技术[1]。

在制造业发达的工业国家,数控技术及其设备被列为国家的战略物资,并且在“高精尖”的数控关键技术上,对我国实行封锁和限制政策。

因此,对数控技术的大力发展,提高工业制造水平俨然成为我国加速发展经济,提升综合国力的重要途径。

1数控机床和数控技术的产生随着社会的发展与制造业对生产设备要求的不断提高,数控机床作为一种以数字指令形式控制机床运行的新型加工设备应运而生。

其发展历程大致如下:1940年,位于美国密歇根州的一家飞机制造企业为了加工飞机的叶片,对生产设备的加工轨迹进行设计,并进行了数据的分析处理,这是早期的数控思想的萌芽。

1948年,美国首先提出使用脉冲信号对机床的运动轨迹进行控制,并于1952年由Parsons 公司和M.I.T 合作,率先研制出世界上的第一台数控机床。

它采用的是电子管元件,体积庞大。

但作为世界上的第一台综合计算机、自动控制、伺服驱动以及测量技术等新型机床,开辟了数字化加工的新时代。

1959年,数控机床的硬件发生改变,晶体管元件和印刷电路板取代了之前的电子管元件和硬接线板,机床的体积大大缩小,并且在这一时期出现了带有自动换刀装置的数控机床(加工中心),数控机床进入另一个时代。

1965年小规模的集成电路应用于数控装置,不仅使机床的体积更小、能耗低、可靠性高,而且价格也更低,这促进了数控机床的产量发展。

19世纪60年代末期,出现了多台机床由一台计算机直接控制的系统(DNC),以及使用小型计算机控制数控系统的形式(CNC),使数控机床进入采用小型计算机控制的第四代。

数控产业的背景和发展趋势数控产业的背景和发展趋势一、引言数控（Computer Numerical Control）是一种通过计算机指令控制工具或设备运行的技术，它在工业制造领域中扮演着重要角色。

数控技术的出现不仅提高了工作效率，同时也提高了产品质量和生产灵活性。

数控产业是现代制造业的重要组成部分，对提升产业竞争力，推动经济发展起着至关重要的作用。

本文将从数控产业的背景和发展趋势两方面进行探讨。

二、背景1. 数控产业的历史数控产业起源于20世纪50年代的美国，当时美国在战争中取得的科技成果促使了数控技术的发展。

随着计算机技术和电子技术的迅猛发展，数控机床的出现引领了制造业的技术革新。

从那时起，世界各国纷纷开始投入研发和推广数控技术。

2. 数控产业的发展和应用数控技术的发展和应用，对制造业提供了更高的生产效率和质量控制能力。

在航空航天、汽车制造、机床制造、模具制造等诸多领域，数控技术发挥了重要的作用。

通过数控技术，制造商可以更加精确地控制加工过程，提高产品的一致性和精度。

三、数控产业的发展趋势1. 智能化随着人工智能技术的快速发展，数控产业正逐渐向智能化方向发展。

智能化数控系统能够自动识别加工工件，进行适应性调整，从而提高生产效率和品质。

同时，智能化数控设备在操作和维护方面也更加便捷，减少了人工操作的复杂性和难度。

2. 自动化自动化是数控产业的另一个重要趋势。

自动化数控设备能够实现工作的自动化，减少了人工干预的需求。

通过传感器和控制系统的整合，自动化数控设备可以根据实时数据进行智能调整，实现高效率和高精度的加工。

3. 网络化随着物联网技术的成熟，数控产业正逐渐实现网络化发展。

通过网络连接，数控设备可以与其他设备进行实时通信和数据交换，实现生产线的协同运作。

同时，通过物联网技术，制造商可以远程监控和管理数控设备，提高维护效率和故障排除速度。

4. 精密化数控产业正朝着更高精度的方向发展。

制造业对产品精度的要求越来越高，尤其是在航空航天、半导体和汽车等领域。

数控机床的未来发展趋势目前，数控机床的发展日新月异，高速化、高精度化、复合化、智能化、开放化、并联驱动化、网络化、极端化、绿色化已成为数控机床发展的趋势和方向。

中国作为一个制造大国，主要还是依靠劳动力、价格、资源等方面的比较优势，而在产品的技术创新与自主开发方面与国外同行的差距还很大。

中国的数控产业不能安于现状，应该抓住机会不断发展，努力发展自己的先进技术，加大技术创新与人才培训力度，提高企业综合服务能力，努力缩短与发达国家之间的差距。

力争早日实现数控机床产品从低端到高端、从初级产品加工到高精尖产品制造的转变，实现从中国制造到中国创造、从制造大国到制造强国的转变。

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。

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，使CNC控制单位精细化，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。

数控技术国内外现状数控技术是制造业的重要组成部分之一，可以替代传统的手工操作，提高生产效率和产品质量，从而满足广大消费者对高品质、高精度、高效率的需求。

本文将探讨数控技术在国内外的现状，并对未来的发展趋势进行预测。

一、国外现状在欧美发达国家，数控技术的应用已经非常广泛，尤其是在汽车、航空航天、船舶、能源等行业的制造中，数控机床已经成为不可或缺的设备。

与此同时，随着工业机器人的进一步发展和普及，数控技术已经被引入到了更广泛的领域中，包括精密电子、医疗器械、生命科学等。

在海外市场上，德国、日本、美国等国家拥有数控技术领域的发达产业链和成熟的技术体系，占据了世界市场的主导地位。

二、国内现状中国数控技术行业也在近年来得到了长足的发展，尤其是在高速铁路、航空航天等领域。

可以说，中国的制造业已经完成了从简单的代工加工到独立开发生产的重要转型。

同时，政府也鼓励了国内企业的创新能力和自主研发能力，通过资金补贴、税收优惠等政策，使得数控技术产业得到了快速发展。

然而，尽管中国的数控机床市场正在快速蓬勃发展，但与发达国家的数控技术水平相比，依然存在很大差距。

中国的数控技术和生产装备的精度和质量控制还需要提高，同时，与国际先进水平相比，中国数控机床的结构和控制系统设计也需要进一步提高。

在这种情况下，尤其需要强调自主研发能力，提高对关键核心技术的掌握，才能够向世界领先水平挺进。

三、未来发展趋势从国内外数控技术产业的现状来看，未来几年数控技术的应用领域将会进一步扩大，而且在自主研发和技术能力提升方面也会得到更大的关注。

随着人工智能、云计算等新技术的不断成熟，数控技术产业链也将发生重大改变，控制系统将更加智能化、灵活化，并且更加集成化。

同时，新材料、新加工方式等新技术的应用将推动数控技术产业更加多样化和创新化。

在国内市场方面，数控市场需求也将会进一步提升，在机械加工、汽车、电子、航空航天、高铁、半导体等产业下的需求对数控设备和技术的发展都具有十分重要的推动作用。

(山东建筑大学机电工程学院济南 250101)0前言机床(machine tools)是指用来制造机器的机器。

又被称为“工作母机”或“工具机”。

早在15世纪就已出现了早期的机床,1774年英国人威尔金森发明的一种炮简篷床被认为是世界上第1台真正意义上的机床，它解决了瓦特蒸汽机的气缸加工问题。

至18世纪,各种类型机床相继出现并快速发展,如螺纹车床、龙门式机床、卧式锐床、滚齿机等，为工业革命和建立现代工业奠定了制造工具的基础。

1952年,世界上第1台数字控制机床在美国麻省理工学院问世，标志着机床数控时代的开始。

数控机床是一种装有数字控制系统(简称“数控系统”)的机床数控系统包括数控装置和伺服装置两大部分，当前数控装置主要采用电子数字计算机实现,又称为计算机数控(computerized numerical control,CNC)装置[1]。

1数控机床的发展历程特点1952年世界第1台数控机床在美国麻省理工学院研制成功,这是制造技术的一次革命性跨越。

数控机床采用数字编程、程序执行、伺服控制等技术，实现按照零件图样编制的数字化加工程序自动控制机床的轨迹运动和运行，从此NC技术就使得机床与电子、计算机、控制、信息等技术的发展密不可分。

随后，为了解决NC程序编制的自动化问题，采用计算机代替手工的自动编程工具和方法成为关键技术，计算机辅助设计/制造(CADCAM)技术也随之得到快速发展和普及应用[2]。

可以说，制造数字化肇始于数控机床及其核心数字控制技术的诞生。

正是由于数控机床和数控技术在诞生伊始就具有的几大特点--数字控制思想和方法、“软(件)-硬(件)”相结合、“机(械)-电(子)-控(制)-信(息)”多学科交叉，因而其后数控机床和数控技术的重大进步就一直与电子技术和信息技术的发展直接关联。

最早的数控装置是采用电子真空管构成计算单元,20世纪40年代末晶体管被发明，50年代末推出集成电路，至60年代初期出现了采用集成电路和大规模集成电路的电子数字计算机，计算机在运算处理能力、小型化和可靠性方面的突破性进展，为数控机床技术发展带来第一个拐点一由基于分立元件的数字控制(NC)走向了的计算机数字控制(CNC),数控机床也开始进入实际工业生产应用。