数控机床技术的现状及发展趋势探讨

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0、引言

高档数控机床是指具有高速、精密、智能、复合、多轴联动、网络通信等功能的数字化数控机床系统。高档数控机床作为世界先进机床设备的代表，其发展象征着国家目前的机床制造业占全世界机床产业发展的先进阶段，因此国际上把五轴联动数控机床等高档机床技术作为一个国家工业化的重要标志。高档数控机床集多种高端技术于一体，应用于复杂的曲面和自动化加工，在航空航天、船舶、机械制造、高精密仪器、军工、医疗器械产业等多种领域的设备制造业有着非常紧密的关系。

1、国内外数控机床发展现状

美国的特点是：政府器重机床工业，美国国防部等部门不断提出机床的发展方向、科研任务和供给充分的经费，且网罗世界人才，特别讲究“效率”和“创新”，重视基础科研。哈斯自动化公司是全球最大的数控机床制造商之一，在北美洲的市场占有率大约为40%，所有机床完全在美国加州工厂生产，拥有近百个型号的CNC立式和卧式加工中心、CNC车床、转台和分度器。哈斯致力于打造精确度更高、重复性更好、经久耐用，而且价格合理的机床产品。

2、国内外数控系统发展现状

经过持久研发和创新，德、美、日等国已基本掌握了数控系统的领先技术。目前，在数控技术研究应用领域主要有两大阵营：一个是以发那科（FANUC）、西门子（SIEMENS）为代表的专业数控系统厂商；另一个是以山崎马扎克（MAZAK）、德玛吉（DMG）为代表，自主开发数控系统的大型机床制造商。

2015年FANUC推出的Series oi MODELF数控系统，推进了与高档机型30i系列的“无缝化”接轨，具备满足自动化需求的工件装卸控制新功能和最新的提高运转率技术，强化了循环时间缩短功能，并支持最新的I/O网络—I/OLink。

MAZAK提出的全新制造理念—Smooth Technology，以基于Smooth技术的第七代数控系统MAZATROL Smooth X为枢纽，提供高品质、高性能的智能化产品和生产管理服务。Smooth X数控系统搭配先进软硬件，在高进给速度下可进行多面高精度加工；图解界面和触屏操作使用户体验更佳，即使是复杂的五轴加工程序，通过简单的操作即可修改；内置的应用软件可以根据实际加工材料和加工要求快速地为操作者匹配设备参数。

DMG推出的CELOS系统简化和加快了从构思到成品的进程，其应用程序（CELOSAPP）使用户能够对机床数据、工艺流程以及合同订单等进行操作显示、数字化管理和文档化，如同操作智能手机一样简便直观。CELOS系统可以将车间与公司高层组织整合在一起，为持续数字化和无纸化生产奠定基础，实现数控系统的网络化、智能化。

虽然国产高端数控系统与国外相比在功能、性能和可靠性方面仍存在一定差距，但近年来华中数控、航天数控、北京机电院、北京精雕等单位在多轴联动控制、功能复合化、网络化、智能化和开放性等领域也取得了一定成绩。

应用华中数控系统，武汉重型机床集团有限公司成功研制出CKX5680七轴五联动车铣复合数控加工机床，用于大型高端舰船推进器关键部件—大型螺旋桨的高精、高效加工；

北京精雕推出了JD50数控系统，具备高精度多轴联动加工控制能力，满足微米级精度产品的多轴加工需求，可用于加工航空航天精密零部件叶轮。

沈阳数控2012年推出了具有网络智能功能的i5数控系统。该系统满足了用户的个性化需求，用户可通过移动电话或电脑远程对i5智能机床下达各项指令，使工业效率提升了20%，实现了“指尖上的工厂”。

西北工业大学与企业合作研究建立了基于Internet的数控机床远程监测和故障诊断系统，为数控机床厂家创造了一个远程售后服务体系的网络环境，节省了生产厂家的售后服务费用，提高了维修和服务的效率。

广州数控提出的数控设备网络化解决方案，可对车间生产状况进行实时监控和远程诊断，目前已实现了基于TCP/IP的远程诊断与维护，降低了售后服务成本，也为故障知识库和加工知识库的建立奠定了基础。

3、国内外高档数控机床发展趋势

目前，数控机床及系统的发展日新月异，作为智能制造领域的重要装备，除了实现数控机床的智能化、网络化、柔性化外，高速化、高精度化、复合化、开放化、并联驱动化、绿色化等也已成为高档数控机床未来重点发展的技术方向。

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。机床采用电主轴（内装式主轴电机），主轴最高转速达200000r/min；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。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、我国高档数控机床发展途径分析

我國机床行业在世界机床工业体系和全球机床市场中占有重要地位，但目前仍然不能算作机床强国。与世界机床强国相比，我国机床行业仍具有一定差距，尤其表现在中高档机床竞争力不强。此外，受到国内外复杂经济形势的影响，我国机床行业发展回归新常态，产业向中高端转型升级的要求迫切。

我国已连续多年成为世界最大的机床装备生产国、消费国和进口国。未来10年，电子与通讯设备、航空航天装备、轨道交通装备、电力装备、汽车、船舶、工程机械与农业机械等重点产业的快速发展以及新材料、新技术的不断进步将对数控机床与基础装备提出新的战略性需求和转型挑战。对数控机床与基础制造装备的需求将由中低裆向高档转变、由单机向包括机器人上下料和在线检测功能的制造单元和成套系统转变、由数字化向智能化转变、由通用机床向量体裁衣的个性化机床转变，电子与通讯设备制造装备将是新的需求热点。

在重点产品上；将重点针对航空航天装备、汽车、电子信息设备等重点产业发展的需要，幵发高档数控机床、先进成形装备及成组工艺生产线。包括：电子信息设备加工装备、航空航天装备大型结构件制造与装配装备、航空发动机制造关键装备、船舶及海洋工程装备关键制造装备、轨道交通装备关键零部件成套加工装备、汽车关键零部件加工成套装备及生产线、汽车4大工艺总成生产线、大容量电力装备制造装备、工程及农业机械生产线等产品。

高档数控系统方面；重点开发多轴、多通道、高精度插补、动态补偿和智能化编程、具有自监控、维护、优化、重组等功能的智能型数控系统；提供标准化基础平台，允许开发商、不同软硬件模块介入，具有标准接口、模块化、可移植性、可扩展性及可互换性等功能的开放型数控系统。

关键共性技术上；近年来，机床制造基础和共性技术研究不断加强，产品开发与技术研究同步推进。机床产品的可靠性设计与性能试验技术、多轴联动加工技术等多项关键技术的成熟度有了很大提升。数字化设计技术研究成果在高精度数控坐标镗床、立式加工中心等产品设计上进行实际应用；多误差实时动态综合补偿和嵌入式数控系统误差补偿等软硬件系统在多个企业、多个产品上进行了示范应用，使数控机床精度得到了明显提升。

5、结束语

未来将重点攻克数字化协同设计及3D/4D全制造流程仿真技术、精密及超精密机床的可靠性及精度保持技术、复杂型面和难加工材料高效加工及成形技术、100%在线检测技术。

在应用示范工程方面；将开展国家科技重大专项“高档数控机床与基础制造装备”智能化升级工程、航空航天高端制造装备应用示范工程、汽车轻量化材质关键部件及总成新工艺装备应用示范工程、舰船平面/曲面智能化加工流水线应用示范工程。

作者：

 喻宝华  

来源：

 《中国科技博览》2017年第27期