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数控技术的发展一、数控技术的基本概念自从上20世纪中叶数控技术创立以来，它给机械制造业带来了革命性的变化，数控技术是提高产品质量、提高劳动生产率必不可少的物质手段；是国家的战略技术，基于它的相关产业是体现国家综合国力水平的重要基础性产业。
机床数控技术：“用数字化信息对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法”。
数控机床是采用了数控技术的机床。
数控机床是一个装有程序控制系统的机床，该系统能够逻辑地处理具有使用代码，或其它符号编码指令规定的程序。
二、数控技术的产生1.世界上第一台数控机床世界上第一台数控机床于1952年诞生，美国麻省理工学院为一台立式铣床装上了一套采用电子管元件的数控装置，成功地实现了同时控制三轴的运动，而这台机床则被认为是世界上第一台数控机床。
2.数控技术发展的几个重要阶段第一代数控（1952-1959年）：采用电子管构成的硬件数控系统；第二代数控（1959-1965年）：采用晶体管电路为主的硬件数控系统；第三代数控（1965年开始）：采用小、中规模集成电路的硬件数控系统；第四代数控（1970年开始）：采用大规模集成电路的小型通用电子计算机数控系统；第五代数控（1974年开始）：用微型计算机控制的系统；第六代数控（1990年开始）：采用工控PC机的通用CNC系统。
三、数控技术的发展趋势数控技术不仅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，它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。
尽管十多年前就出现了高精度、高速度的趋势，但是科学技术的发展是没有止境的，高精度、高速度的内涵也在不断变化，目前正在向着精度和速度的极限发展。
从目前世界上数控技术发展的趋势来看，主要有如下几个方面：1.机床的高速化、精密化、智能化、微型化发展随着汽车、航空航天等工业轻合金材料的广泛应用，高速加工已成为制造技术的重要发展趋势。
高速加工具有缩短加工时间、提高加工精度和表面质量等优点，在模具制造等领域的应用也日益广泛。
摘要数控机床的发展空间是十分广阔的。
由于加工过程本身的复杂性，迄今对加工的机理尚未完全弄清楚，大多研究成果是建立在大量系统的工艺实验基础上完成的，所以对加工机理的深入研究，并以此直接指导和应用于实践加工是数控加工技术发展的根本。
在现有技术水平的基础上，不断开发新工艺将是数控加工技术发展方向。
如数控铣削加工是一种还不成熟的技术，值得继续研究的新工艺。
数控机床在结构设计、脉冲电源的开发方面将朝更合理、更具优势化的方向全面发展，提高加工性能，同时考虑降低机床制造的成本。
数控加工在控制技术上将朝自动化、智能化方面的更高层次发展，数控加工的网络管理技术在高档机床上已有初步应用，将逐步被推广及应用，获取更好的系统管理效果。
总之，数控加工技术以提高加工质量、提高加工效率、扩大加工范围、降低加工成本等为目标在工业中不断发展。
随着科学技术的发展，机械产品的形状和结构不断改进，对零件加工质量的要求也越来越高。
尤其是随着FMS和CIＭS的兴起和不断成熟，对机床数控系统提出了更高的要求，现代数控加工正在向高速化、高精度化、高可靠性、柔性化、集成化和智能化等方向发展。
关键字：数控加工技术高速化高精度化高可靠性柔性化集成化智能化【abstract 】：Numerical control machine tool development space are very broad. Because of the complexity of the machining process itself and, so far, to the processing are not entirely clear, as most of the research is based on the process of system based on experiments completed, so for processing mechanism of thorough research, and to direct guidance and applied in practice processing is the foundation of nc machining technology.On the basis of existing technology level, and constantly develop new technology will be the nc machining technology development direction.Such as CNC milling is a kind of is not mature technology, and new technology continue to study. Numerical control machine tool in the structure design, the pulse power development in a more reasonable and more will be of advantage in the direction of the comprehensive development and the improvement of the machining performance and reduce the cost of machine tools to consider.Numerical control processing in control technology in general automatic and intelligent aspects of a higher level, numerical control processing network management technology in high-grade machine has an initial application, will gradually be popularization and application, get better system management effect. In short, CNC processing technology in order to improve the machiningquality, improve the processing efficiency,With the development of science and technology, mechanical productsshape and structure improvement, the requirements of thequality of the parts processing of more and more is also high. Especially with the FMS and the rise of CIMS and maturity, ncsystem to put forward higher request, modern nc machining ishigh, high precision, to, high reliability and flexibility, integration and intelligent development direction.Key word: Nc machining technology Fast pace High precision High reliability FlexibilityIntegration Intelligent1 数控加工技术的发展趋势随着科学技术的发展，机械产品的形状和结构不断改进，对窖件加工质量的要求也越来越高。
1 / 8 第一章 数控机床概述 数控技术是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物，它已开始在各个领域普及，并且它所带来的巨大效益已引起了世界各国科技与工业届的普遍重视。 20世纪40年代以来，汽车、飞机和导弹制造工业发展迅速，原来的加工设备已无法承担加工航空工业需要的复杂型面零件。数控技术是为了解决复杂型面零件加工的自动化而产生的。1948年，美国帕森斯（Parsons）公司在研制加工直升机叶片轮廓检验用样板的机床时，首先提出了应用电子计算机控制机床加工样板曲线的设想。后来与美国空军签订合同，帕森斯（Parsons）公司与麻省理工学院（MIT）伺服机构研究所合作进行研制成功。1952年试制成功第一台三坐标立式数控铣床。后来，又经过改进并开展自动编程技术的研究，于1955年进入实验阶段，这对加工复杂曲面和促进美国飞机制造业的发展起了重要作用。 1958年我国开始研制数控机床，1975年研制出第一台加工中心。目前，在数控技术领域，我国同先进国家之间还存在不小的差距，但这种差距正在缩小。数控技术的应用也从机床控制拓展到其他控制设备，如数控电火花线切割机床、数控测量机和工业机器人等。
1.1数控机床的产生与发展 科学技术和社会生产的不断发展，对机械产品的性能、质量、生产率和成本提出了越来越高的要求。机械加工工艺过程自动化是实现上述要求的重要技术措施之一。单件、小批生产占机械加工的80%左右，一种适合于产品更新换代快、品种多、质量和生产率高、成本低的自动化生产设备的应用已迫在眉睫。而数控机床则能适应这种要求，满足目前生产需求。
1.1.1数控机床的产生与发展过程 1946年诞生了世界上第一台电子计算机，它为人类进入信息社会奠定了基础。1952年，计算机技术应用到机床上，在美国诞生了第一台数控机床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控机床经历了两大阶段和六代的发展。 1.数控（NC）阶段（1952年-1970年） 早期计算机的运算速度底,这对当时的科学计算和数据处理影响还不大,但不能适应机床的实施控制要求.人们不得不采用数字逻辑电路制成一台机床专用计算机作为数控系统,这被称为硬件连接数控(HARD-WIRED NC),简称为数控(NC) 。随着元器件的发展,这个阶段经历了三代,即1952年的第一代——电子管数控机床；1959年的第二代——晶体管数控机床；1965年的第三代——集成电路数控机床。 2 / 8
2.计算机数控（CNC）阶段（1970年-现在） 直到1970年,通用小型计算机业出现并成批生产,其运算速度比20世纪五六十年代有了大幅度的提高,这比逻辑电路专用计算机成本低，可靠性高。于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（CNC）阶段。1971年，美国Intel公司在世界上第一次将计算机的两个核心部件——运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称之为微处理器（MICRO-PROCESSOR），又称中央处理单元（简称CPU）。1974年，微处理器被应用于数控系统。这是因为小型计算机功能强大，控制一台机床能力有多余，但不及采用微处理器经济合理，而且当时的小型计算机可靠性也不太理想。虽然早期的微处理器速度和功能都还不够高，但可以通过多处理器结构来解决。 因为微处理器是通用计算机的核心部件，故称为计算机数控。到了1990年，PC机（个人计算机，国内习惯称为微机）的性能已发展到很高的阶段，可满足作为数控系统核心部件的要求，而且PC机生产批量很大，价格便宜，可靠性高。数控系统从此进入了基于PC的阶段。 总之，计算机数控阶段也经历了三代，即1970年的第四代——小型计算机数控机床；1974年的第五代——微型计算机数控系统；1990年的第六代——基于PC（国外称为PC—BASED）的数控机床。
1.1.2数控机床的发展趋势 随着现代制造技术向着高速、高效、高精度方向的发展，制造业发生了根本性的变化。由于数控技术的广泛应用，普通机械被高效率、高精度的数控机械所代替，形成了巨大的生产力。机械制造业是国民经济的基础产业，是支撑整个工业和国民经济发展的基石。数控机床作为机械制造的基本装备，又是基础的基础。数控机床是集现代先进制造技术、计算机技术、通讯技术、控制技术、液压气动技术、光电技术于一体，具有高效率、高精度、高自动化、高柔性的特点，是典型的数字化控制技术与精密制造技术有机结合的机电一体化产品。 目前，国内外数控机床产品技术发展方向主要体现在高速、复合、精密、智能、环保等方面。 1.高速 高速切削加工不仅可以提高生产效率，而且可以改善加工质量，所以自20世纪90年代初以来，便成为机床技术重要的发展方向。各国相继推出了许多主轴转速10000r/min至60000r/min以上的加工中心和数控铣床。高速切削加工正与硬切削加工、干切削和准干切削加工以及超精密切削加工相结合；从铣削向车、钻、镗等其它工艺扩展，向较大切削负荷方向发展。 高速加工对机床的要求是：主轴速度应能达到12000～40000r/min；进给速度应达到40～60 m/min；快速移动速度应达到80m/min；高刚性的机械结构；高稳定、高刚度、冷却良好的高速主轴；精确的热补偿系统；高速处理能力的控制系统（具有NURBS插补功能和预处理能力的控制系统）。 在数控机床高速化上，国外直线电机驱动技术，应用于进给驱动系统已实现实用化、普及化；机床的主轴转速和切削进给速度普遍提高。主轴转速一般都在10000 r/min以上，快移速度也因普遍采用直线电机而提高到100m/min以上。瑞士的MIKRON公司生产的HSM立式加工中心，它在主轴转速在30000r/min、进给速度40m/min、加速度17m/s2的情况下，实现平稳运行；日本安田公司生产的3 / 8
YBM950V型立式加工中心，其主轴在20000～30000 r/min高速运转时，仍十分平稳，铣削平面的粗糙度可达0.4μm。 2.复合 数控机床复合以功能复合为基础，以提高工序集中度为目标，尽量减少重复装卡次数，可大幅度提高生产效率和工作精度。近几年，数控机床复合又在向更高层次发展，国际上已经出现了加工中心与车削中心复合机床，加工中心与激光加工复合机床，集车、磨、铣、钻、铰、镗、滚齿等工序于一体的车磨复合机床，集平面磨、内圆磨、外圆磨为一体的磨削中心，集各种机床及测量机于一体的虚拟轴机床，五轴联动激光切割机等。 日本MAZAK公司的MACTURN 250/350系列车铣中心，可进行外径车削、倾斜面加工、滚齿加工、凸轮和偏心加工；德国BWF公司开发的STRATOS系列车磨中心，可以对齿轮和类似工件以及内孔、端面、锥面进行硬车和磨削。我国复合加工机床从1999年刚刚起步，发展速度较快，主要是车铣复合加工机。 3.精密 精密加工须由高精度机床保证。高速高精度加工机床，不仅要有高切削速度，而且要有高进给速度和加速度，同时应当具有微米级的加工精度。在高精度机床领域，直线电机驱动和滚珠丝杠驱动方式虽然还会并存相当长一段时间，但总的趋势是直线电机驱动所占比重愈来愈大，很有可能在不久的将来成为此种机床进给驱动的主流。 当前，在数控机床精密化方面，美国的水平最高，不仅生产中小型精密机床，而且由于国防和尖端技术的需要，研究开发了大型精密机床。其代表产品有LLNL实验室研制成功的DTM-3型精密车床和LODTM大型光学金刚石车床，它们是世界公认水平最高的，达到当前技术最前沿的大型精密机床。其它国家也相应研制成功各种类似的装备，如英国的Cranfield、日本的东芝机械等。近年来我国对超精密机床的研制也一直在进行。北京机床研究所研制成功了JCS-027型超精密车床、JCS-031型超精密铣床、JCS-035型数控超精密车床等。 4.智能 智能机床是指能对制造过程主动做出最优运动决策的机床，它能采集整个制造过程中的参数，通过诊断分析、应用监控、补偿等措施及时进行调整，并能判断机床中轴承、导轨等关键件的磨损和刀具的寿命情况，作出维修和更换的合理时间建议。因此，智能机床将为实现全盘自动化创造条件，减少机床管理的工作量，并能获得最大功效和稳定的加工精度。 在上世纪80年代，虽然美国曾提出智能化雏形的适应控制机床，但由于受到自动化检测、控制和动态补偿等技术的制约，除了在控制因素较简单的电加工机床和注塑机上得到应用外，总体上进展较为缓慢。但是进入本世纪后，由于信息技术和控制技术的发展，出现了新一代智能型数控系统，它具有强大的信息分析处理能力和优化控制的功能。其次微机电系统型传感器技术的应用，以及机床结构的振动、热误差等机理的深入研究，可实施在多信息融合下的优化重构，实现经济地优质高产的集约制造。 计算机技术及其软件控制技术在数控机床技术含量中所占比重越来越大，计算机系统及应用软件的复杂化同时带来机床系统及其硬件结构的简化。通过赋予机床网络化功能，使机床的远程通讯、远程控制、远程故障排除和维护、远程服务成为可能。 4 / 8
日本MAZAK公司的日本工厂是世界上为数不多的智能管理的代表。整个工厂实行计算机网络智能化管理。2006年的美国IMTS和日本JIMTOF国际机床展览会上，日本MAZAK公司展出智能机床具有自动抑制振动、优化控制热位移、防止碰撞的智能安全防护以及语音提示等四大智能。日本OKUMA公司也推出了称之为Thinc的智能化数字控制系统，它可以在不需人的干预下做出“聪明”决策，并通过自学习功能使其功能不断优化增长。美国GEFANUC公司展示的效率机床4.0可收集完整的基本数据作出判断分析，使机床的平均无故障时间（MTBF）增长。此外，美国辛辛那提公司开发的自动平衡装置以及瑞士MIKRON公司研发的高级工艺控制系统有助于提高切削性能和效率。这些事例说明智能机床已取得了突破性的进展，预计在今后的若干年内年内它将在不断完善的基础上逐步推广应用，成为高档数控机床的一个主要技术发展方向。 5.环保 随着人们环境保护意识的加强，对环保的要求越来越高。不仅要求机床在制造过程中不产生对环境的污染，也要求机床在使用过程中不产生二次污染。在这种形势下，装备制造领域对机床提出了无冷却、无润滑、无气味的环保要求，机床的排屑、除尘等装置也发生了深刻的变化。绿色加工工艺愈来愈受到机械制造业的重视，目前在欧洲的大批量机械加工中，已有10％～15％的加工实行了干切削或准干切削。美国HARDING的QUEST系列车床、德国HUELLER的高速加工中心均采用了干切削技术；日本原洲公司加工中心采用了液氮冷却技术；日本富士公司的数控车床采用了冷风冷却技术。我国干切削技术的研究也已起步。成都工具研究所、山东工业大学和清华大学等单位对超硬刀具材料（如陶瓷、立方氮化硼、金刚石等）及刀具涂层技术进行过系统的研究，并取得了不少的研究成果。北京机床研究所最近开发成功的KT系列加工中心已能实现高速干切削。
