数控木工铣床的国内研究现状(数控铣床以后发展怎么样)

我国数控技术的现状？

数控技术及装备的发展趋势浅析

本文介绍了数控技术的发展趋势，对我国数控技术及其产业发展进行了基本估计，并且在战略和发展两个方面对我国数控技术和产业化发展进行了展望。

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。

一、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.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60000r/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。

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。

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。

4. 重视新技术标准、规范的建立

（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。

（2） 关于数控标准

数控标准是制造业信息化发展的一种趋势。数控技术诞生后的50年间的信息交换都是基于ISO6983标准，即采用G，M代码描述如何（how）加工，其本质特征是面向加工过程，显然，他已越来越不能满足现代数控技术高速发展的需要。为此，国际上正在研究和制定一种新的CNC系统标准ISO14649（STEP－NC)，其目的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制，能够描述产品整个生命周期内的统一数据模型，从而实现整个制造过程，乃至各个工业领域产品信息的标准化。

STEP-NC的出现可能是数控技术领域的一次革命，对于数控技术的发展乃至整个制造业，将产生深远的影响。首先，STEP-NC提出一种崭新的制造理念，传统的制造理念中，NC加工程序都集中在单个计算机上。而在新标准下，NC程序可以分散在互联网上，这正是数控技术开放式、网络化发展的方向。其次，STEP-NC数控系统还可大大减少加工图纸（约75％）、加工程序编制时间（约35％）和加工时间（约50％）。

目前，欧美国家非常重视STEP-NC的研究，欧洲发起了STEP-NC的IMS计划(1999.1.1～2001.12.31)。参加这项计划的有来自欧洲和日本的20个CAD/CAM/CAPP/CNC用户、厂商和学术机构。美国的STEP Tools公司是全球范围内制造业数据交换软件的开发者，他已经开发了用作数控机床加工信息交换的超级模型(Super Model)，其目标是用统一的规范描述所有加工过程。目前这种新的数据交换格式已经在配备了SIEMENS、FIDIA以及欧洲OSACA-NC数控系统的原型样机上进行了验证。

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我国数控机床的现状及发展趋势

摘要:论述我国数控机床发展的过程与现状，对数控机床的发展趋势进行了探讨，提出了

我国数拉机床发展的对策。

关键词:数控机床;发展加工

数控机床是数字控制的工作母机的总称，由主机、数控

系统和相关配套件组成。其最大优点是提高了机床的自动

化。从而减少甚至消除了操作人员对正在加工中的零件的

干扰。许多数控机床可以在没人照顾的情况下完成整个加

工过程，这样既节省了人力资源又同时带来了诸如减轻操

作人员的疲劳度，减少人为错误以及准确的对每个加工件

的加工时间进行预侧等优点。因为数控机床在运行的过程

中是由程序控制的，所以数控机床对其操作人员的技术水

平的要求也相对要低得多。第二大优点是其加工的一致性

和精确性。因为一且控制机床的程序得到验证以后，成千

上万个-模一样的加工件就可以被准确无误地加工出来。

所以由数控机床生产出来的加工件规格都特别精确。第三

大优点是其灵活性。要加工不同的加工件，只要通过简单

的加载不同的控制程序就可以实现，只要某个加工件的控

制程序被脸证过，而且被用来加工过该加工件，那么下次要

再加工此加工件时，只要再把该控制程序加载就行了，这样

带来的另一个好处是数控机床可以很快的从加工一个加工

件转到加工另外一个加工件。

我国数据机床历史回顾

我国数控机床产业的发展一直受到国家经济状况、数

控技术发展水平与国家扶持政策的制定等三大因素的影

响，自1958年以来，中国数控机床的发展划分为三个阶段:

l、初始阶段。中国的数控机床发展起步于1958年，经历了

20余年的初始阶段。到1979年，中国的数控机床发展仍

十分缓慢，特别是受到电子技术发展的限制，国产数控系统

的可靠性差，使中国的数控机床在20年内难于打开局面，

未能形成产业。2、稳步发展阶段一引进、消化吸收、国产化

与自行开发阶段。自从1980年以来，中国执行了‘六五”、

‘

七五”、‘，/又丑，三个五年计划。在这个期间，在改革开发的

政策指导下，国家大力支持机床行业，通过引进技术发展数

控机床产业。自‘六五”以来，中国有80余家企业通过许可

证贸易、合作生产、购进样机、来料加工或合资生产等方式，

先后从日本、西德、美国等10多个国家引进与数控机床生

产及应用有关的技术，其中引进数控系统和伺服系统20项、

数控机床109项、机床电器18项、机床附件U项、数控刀具

系统巧项、测量技术10项，总用汇额已超过亿美元。3.

曲折发展阶段。1994年至1998年由于东南亚金融危机，

我国经济软着陆及国内消费市场疲软等综合因素的影

响，事实上，国内机床市场容量呈下降趋势，而且国产机

床的市场占有早有所下降，机床工具行业连续五年负增

长。1999年3月份，全行业开始恢复性增长，1999年至

6月份开始出现两位数增长，其中数控产品增长占主导地

位.到2000年一年全行业总产值将已经到320亿元，其

中金属切削机床产值达到120亿元，数控金属切削机床

产值达到20亿元，出口刨汇达7亿美元。2001年比2000

年销舍产值增长2o%，全行业的金属切削机床和锻压设

备重点联系企业的产值数控化率从2000年的21.1%提

高到2001年的26.2%。

2.数据机床发展方向

由于计算机技术的飞速发展，推动数控机床技术更快

的更新换代‘世界上许多数控系统生产厂家利用PC机丰富

的软硬件资源开发开放式体系结构的新一代数控系统，开

放式体系结构使数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、

扩展性，并向智能化、网络化方向大大发。近几年许多国家

纷纷研究开发这种系统，如美国科学制造中心(NeMs)与空

军共同领导的‘下一代工作站/机床控制器体系结构”

ONGC。欧共体的/自动化系统中开放式体系结构00SAC-

A，日本的OSEC计划等。开发研究成果已得到应用。如

Cincinnati一Mn二ron公司从1995年开始在其生产的加工中

心、数控铣床、数控车床等产品中采用了开放式体系结构的

A2100系统。新一代数控系统技术水平大大提高，促进了

数控机床性能向高精度、高速度、高柔性化方向发展，具体

说来表现为以下几个方面:

2.1离速、离效、高精度、商可靠性

机床向高速化方向发展，可充分发挥现代刀具材料的

性能。不但可大幅度提高加工效率!降低加工成本，而且还

可提高零件的表面加工质量和精度;要提高加工效率。首

先必须提高切削和进给速度，同时，还要缩短加工时间;要

确保加工质量，必须提高机床部件运动轨迹的精度.对数控

系统的可靠性而言，一般要高于被控设备的可靠性在一个

数量级以上，它是高速、高效、高精度的基本保证。但也不

是可靠性.越高越好，仍然是适度可靠，因为是商品，受性能

价格比的约束。

2‘2模块化、钾能化、柔性化和集成化

为了适应数控机床多品种、小批量的特点。机床结构

模块化，数控功能专门化，机床性价比显著提高并加快优

化，个性化是近几年来特别明显的发展趋势;智能化体现在

加工效率、加工质量、驱动性能、编程与操作、监控、诊断与

维修等。

2.3开放性

为适应数控进线、联网、普及型个性化、多品种、小批

量、柔性化及数控迅速发展的要求，最重要的发展趋势是体

系结构的开放性，设计生产开放式的数控系统，例如美国!

欧共体及日本发展开放式数控的计划等。

当前。国产数控4机床与工业国家的机床产品相比，

有一定差距。但差距所在，便是其努力方向及发展动力所

在。这也将促使我们在学习掌握和运用高速、高精数控机

床的核心技术的同时。积极开发新的现代制造技术。使国

产数控机床得到更大发展。从而相应进一步加大对出口市

场的开拓力度。

参考文献:

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学学报.2004(5)

[2]胡娟.数控机床的基本原理[J].安徽电子信息职业技术学院

学报.2004(7)

[s]赵华蓉.我国数控机床的状况与发展[J].科技与经济.200叹19)

国内外数控机床的发展情况分析论文

当今世界，工业发达国家对机床工业高度重视，竞相发展机电一体化、高精、高效、高自动化先进机床，以加速工业和国民经济的发展。长期以来，欧、美、亚在国际市场上相互展开激烈竞争，已形成一条无形战线，特别是随微电子、计算机技术的进步，数控机床在20世纪80年代以后加速发展，各方用户提出更多需求，早已成为四大国际机床展上各国机床制造商竞相展示先进技术、争夺用户、扩大市场的焦点。中国加入WTO后，正式参与世界市场激烈竞争，今后如何加强机床工业实力、加速数控机床产业发展，实是紧迫而又艰巨的任务。

数控机床的技术特点及其发展条件

1948年美国空军部门为制造飞机杂零件，提供设备研经费，由GL公司与MIT合作研究四年，於1952年试制出世界第一台数控铣床，立即生产100台交付军工使用。在成果上显示了它是社会需求、科技水平、人员素质三者的结晶；在技术上则显示出机电一体化机床在控制方面的巨大创新。

数控机床的技术特点

数控机床具有以下三大突出的特点：

利用二进制数学方式输入，加工过程可任意编程，主轴及进给速度可按加工工艺需要变化，且能实现多座标联动，易加工杂曲面。对於加工对象具有“易变、多变、善变”的特点，换批调整方便，可实现杂件多品种中小批柔性生产，适应社会对产品多样化的需求。但价格较昂贵，需要正确分析其使用的经济合理性；

利用硬件和软件相组合，能实现信息反馈、补偿、自动加减速等功能，可进一步提高机床的加工精度、效率、自动化程度；

是以电子控制为主的机电一体化机床，充分发挥了微电子、计算机技术特有的优点，易於实现信息化、智能化、网络化，可较易地组成各种先进制造系统，如FMS、FTL、FA，甚至将来的CIMS，能最大限度地提高工业的生产率、劳动生产率。

数控机床发展的条件

任何事物都有其特点与发展条件，人们掌握后才能加速其发展。数控机床的发展条件主要包括：

它是机、电、液、气、光多学科各种高科技的综合性组合，特别是以电子、计算机等现代先进技术为基石，必须具有巩固的技术基础，互相配套，缺一不可。如不齐备，则数控机床难以顺利发展；

数控机床是由主机、各种元部件(功能部件)和数控系统三大部分组成，还需先进的自动化刀具配合，才能实现加工，各个环节在技术上、质量上必须切实过关，确保工作可靠、稳定，才能保数控机床工作的精度、效率和自动化，否则，难以在生产实际中使用；

它是社会需求、科技水平和人员素质三者的结合，缺一不成。如果人员素质差、科技水平达不到，则难以满足社会需求。人是一切活动的主体，需要各种精通业务的专家、人才和熟练技术工人，互相配合，共同完成。否则，数控机床难以顺利发展。

工业发达国家发展数控机床的主要经验

数控机床出现至今的50年，随科技、特别是微电子、计算机技术的进步而不断发展。美、德、日三国是当今世上在数控机床科研、设计、制造和使用上，技术最先进、经验最多的国家。因其社会条件不同，各有特点。

美国的特点是，政府重视机床工业，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。由於美国首先结合汽车、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。当今美国不仅生产宇航等使用的高性能数控机床，也为中小企业生产廉价实用的数控机床(如Haas、Fadal公司等)。其存在的教训是，偏重於基础科研，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，於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。特别讲究“实际”与“实效”，坚持“以人为本”，师徒相传，不断提高人员素质。在发展大量大批生产自动化的基础上，於1956年研制出第一台数控机床后，一直坚持实事求是，讲求科学精神，不断稳步前进。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，对用户产品、加工工艺、机床布局结构、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。德国的数控机床质量及性能良好、先进实用、货真价实，出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密数控机床。德国特别重视数控机床主机及配套件之先进实用，其机、电、液、气、光、刀具、测量、数控系统、各种功能部件，在质量、性能上居世界前列。如西门子公司之数控系统和Heidenhain公司之精密光栅，均为世界闻名，竞相采用。

日本政府对机床工业之发展异常重视，通过规划、法规(如“机振法”、“机电法”、“机信法”等)引导发展。在重视人才及机床元部件配套上学习德国，在质量管理及数控机床技术上学习美国，甚至青出於蓝而胜於蓝。日本也和美、德两国相似，充分发展大量大批生产自动化，继而全力发展中小批柔性生产自动化的数控机床。自1958年研制出第一台数控机床后，1978年产量(7,342台)超过美国(5,688台)，至今产量、出口量一直居世界首位(2001年产量46,604台，出口27,409台，占59%)。战略上先仿后创，先生产量大而广的中档数控机床，大量出口，占去世界广大市场。在上世纪80年代开始进一步加强科研，向高性能数控机床发展。在策略上，首先通过学习美国全面质量管理(TQC)，变为职工自觉群体活动，保产品质量。进而加速发展电子、计算机技术，进入世界前列，为发展机电一体化的数控机床开道。日本在发展数控机床的过程中，狠抓关键，突出发展数控系统。日本FANUC公司战略正确，仿创结合，针对性地发展市场所需各种低中高档数控系统，在技术上领先，在产量上居世界第一。该公司现有职工3,674人，科研人员超过600人，月产能力7,000套，销售额在世界市场上占50%，在国内约占70%，对加速日本和世界数控机床的发展起了重大促进作用。

中国数控机床现状及发展中的主要问题

数控机床的现状

目前，中国机床工业厂多人众。2000年，金切机床制造厂约358家(20.6万人)，成形机床制造厂191家(约6.5万人)，共计549家(27.1万人)。其中生产数控金切机床的约150家，生产数控成形机床的约30家，共计约180家，占厂家总数的1/3。2001年金切机床产量19.2万台，内数控金切机床17,521台，约占9%。

总的来说：数控机床产量不断增长，2001年为1991年的3.6倍；进口量增长较快，达29倍，出口量有所增加，但数目较小，为4.8倍；数控机床消费量增加较快，达7.9倍。产量满足不了社会发展的需求。

从金额上看，2001年数控机床进口17,679台，计14.1亿美元，出口2,509台，计0.44亿美元，进口额为出口额之32倍。进口大、出口小。

中国发展数控机床存在的主要问题

中国於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。在1958～1979年间为第一阶段，从1979年至今为第二阶段。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，一哄而上又一哄而下，曾三起三落、终因表现欠佳，无法用於生产而停顿。主要存在的问题是盲目性大，缺乏实事求是的科学精神。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(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、五面或五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，基本上处於从仿制走向自行开发阶段，与日本数控机床的水平差距很大。存在的主要问题包括：缺乏象日本“机电法”、“机信法”那样的指引；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。

中国加速数控机床产业发展之路

中国今后要加速发展数控机床产业，既要深入总结过往的经验教训，切实改善存在的问题，又要认真学习国外的先进经验，沿正确的道路前进。建议切实做好以下几点：

中国厂多人众，极需正确的方针、政策对数控机床的发展进行有力的指引。应学习美、德、日经验，政府高度重视、正确决策、大力扶植。在方针政策上，应讲究科学精神、经济实效，以切实提高生产率、劳动生产率为原则。在方法上，深入用户，精通工艺，低中高档并举，学习日本，首先解决量大而广的中档数控机床，批量生产，占领市场，减少进口，扩大出口。在步骤措施上，必须使国产数控系统先进、可靠，狠抓产品质量与配套件过关，打好技术基础。近期重在打基础，建立信誉，扩大国产数控机床的国内市场份额，远期谋求赶超世界先进水平，大步走向世界市场；

必须狠抓根本，坚持“以人为本”，加速提高人员素质、培养各种专家人才，从根本上改变目前低效、落后的状态。人是一切事业成败的根本，层层都要重视“培才、选才、用才”，建立学习型企业，树立企业文化，加速培育新人，培训在职人员，建立师徒相传制度，举办各种技术讲座、训练班和专题讨论会，甚至聘请外国专家、顾问等，尽力提高数控。300家机械厂技术改进 数控机床需求高

根国家计委投资研究所预测：“十五”期间，我国固定资产总投资额达到22万亿元，年平均增长幅度为37%。按以往固定资产投资与机械市场消费之间的互动关系推断，“十五”期间，我国机械市场所孕育的商机高达320～400亿元。

据预测，至2010年：

汽车市场将达4400～8000万辆规模，其中轿车产量每增加1%，机械市场可增长0.54%；

交通方面，“十五”期间仅西部铁路开发就将投入1000亿元，未来10年西部交通则将投资7000～8000亿元，车轮车床、勾舌铣床、2m大型锯床、螺旋焊管扩径机械等专用设备大有用武之地；

水利工程未来5年将投资5300亿元，环保一期投资1888亿元，二期投资2600亿元，相应机械设备需求巨大；

300家机械厂商将进行技改，求购数控机床数量十分可观；

目前，国内有模具厂1.7万家，年产值约220亿元，预计到2005年产值将达到460亿元，所需的机械偏向于高精度、高效率、高速化铣削设备、虚拟轴机床、复合加工机及慢走丝切割机等。 国产数控机床市场占有率下滑即将有转机。

随着世界科技进步和机床工业的发展，数控机床作为机床工业的主流产品，已成为实现装备制造业现代化的关键设备，是国防军工装备发展的战略物资。数控机床的拥有量及其性能水平的高低，是衡量一个国家综合实力的重要标志。加快发展数控机床产业也是我国装备制造业发展的现实要求。

根据中国机床工具工业协会组织用户调查表明，航天航空、国防军工制造业需要大型、高速、精密、多轴、高效数控机床；汽车、摩托车、家电制造业需求高效、高可靠性、高自动化的数控机床和成套柔性生产线；电站设备、造船、冶金石化设备、轨道交通设备制造业需求高精度、重型为特征的数控机床；IT业、生物工程等高技术产业需求纳米级亚微米级超精密加工数控机床；工程机械、农业机械等传统制造行业的产业升级，特别是民营企业的蓬勃发展，需要大量数控机床进行装备。

目前我国数控机床的数量和品种，尚不能完全满足国内市场需求。据中国机床工具工业协会总干事长吴柏林(右图)近日透露，《国家数控机床产业发展专项规划》草案已经制订完成，目前正由国家发改委修改，修改完成后，将报国务院领导审阅批准，然后正式施行。据了解，《规划》施行以后，困扰我国机床工具业发展的数控机床产业化和自主开发能力偏低的问题将得到一定程度的解决，国产数控机床国内市场占有率连年下滑的局面将被扭转。

国家政策扶持数控机床产业化基地建设

按照《规划》，未来5年机床工具行业将营造20个数控机床产业化基地和为之配套的10个基础功能零部件产业基地，基地企业将享受国家政策和资金上的支持。《规划》中明确指出，数控机床产业化基地企业所开发生产的新产品和高档数控机床产品实行增值税返还政策。当问及在东北老工业基地改造中已经实行了消费型增值税的大连和沈阳的企业是否会因此享受双重税收优惠时，吴柏林给予了肯定的回答。东北地区增值税改革以后，全国其他地区，尤其是中西部地区增值税转型的呼声很高。《规划》实施后，东北以外地区的数控机床产业化基地企业很可能率先实行消费型增值税，从而也得到双重税收优惠。

事实上，国家已经对机床工具行业的部分企业给予了增值税返还政策，只是力度太小，新政策有望加大力度。但是吴柏林认为，应该按照企业生产新产品和高档数控机床产品销售额的比例进行返还，并且返还比例在3%~5%。

吴柏林还谈到了进口关税问题。“做功能部件，需要进口一些零件和散件，目前零件和散件的进口关税还是很高，这就增加了企业的生产成本。但是另一方面，整机进口关税却可以大幅度地往下降，甚至可以免税。”他说，“在若干关税政策方面还有待调整。” 另据了解，《规划》还将对进入产业化基地的企业给予国债项目资金的支持。对企业技术开发中心和技术工程研究中心的初期建设，以及首台、首套新产品，也将给予一定的风险补贴。

调整产业结构 加强功能部件开发制造能力

中档数控机床产业化程度低是《规划》要解决的问题之一。“中档数控机床我们能做，但是我们做出来的东西，从质量、交货期，到售后服务，都缺乏市场竞争力。”吴柏林说，“不要说跟欧美比，就连中国台湾我们现在都比不过。他以中档数控机床中典型的普通立式加工中心作例子：2004年内地约消耗了1万台，但是大陆所有企业加起来共生产2000台左右，而只有八九个生产加工中心工厂的台湾竟向大陆销售了3300台。这说明我们的竞争能力差，产业化水平低。”

在发展专业化生产方面，吴柏林认为，提高产业化水平，从政府导向来说，还是要大力提倡专业化生产。“搞机床，尤其是普及型或经济型机床，大而全、小而全的生产方法是不行的。” 他还特别提到我国机床产业结构中的一个问题，就是主机厂多，关键功能部件专业生产厂少且弱。以数控系统来说，我们的数控系统80%以上是进口的。不仅价格高，进口周期也不能满足主机厂的要求。而且，使用进口的东西组装起来的机床，可靠性和质量也会受到影响。

吴柏林因此认为，提高产业化水平，首先要调整产业结构，加强功能部件的开发和制造能力。其次，企业的技术改造也要加强，而这方面过去企业欠账太多。“制造高精度的机床，用低精度的普通机床去做，难度是很大的。”

提升高档数控机床开发能力

如果说中档数控机床我们还能做，只是产业化水平低的话，那么在高档数控机床方面，开发能力不足的问题就显得尤为突出。《规划》明确了以企业为主体提高开发能力的方针。吴柏林提到有希望进入国家数控机床产业化基地的企业，像大连、沈阳、北京、上海、济南、秦川、齐齐哈尔的几家企业，都具备一定的水平，而且这几年发展势头很好。“如果国家再扶持一下，它们可能很快就能上来。”

但是，提高开发能力并不是一件容易的事情。就拿数控系统来说，现在西方大的公司对我们采取封锁加倾销的市场战略。首先是封锁，封锁不成就倾销。其数控系统在中国市场以十分昂贵的价格出售，获取了高额利润。一但中国企业开发出同样产品，他们就立即大幅降价，甚至降到中国企业的成本价以下。在这种情况下，国家就更要给国内企业以扶持，就像当初美、德、日等扶持本国企业那样。

另一方面，吴柏林提醒企业也要从主观上重视开发的投入。“前几年国内机床企业多数处于亏损状态，无力进行科研和技术开发，现在过上了红红火火的好日子。但是你不能只顾生产那些万元一台的小机床。那样的话，几百万美元、几百万欧元一台的机床你永远都开发不出来。”

专家指出，机床企业如欲进入产业化基地，其技术开发投入不得低于产品销售收入的5%。如果达到了这个指标，将可每年享受国家给予的一定程度的补贴。按照《规划》的目标，到“十一五”末期，国产数控机床以销售额计的国内市场占有率将提高到50%以上，同时，国产全部机床产品的国内市场占有率也将提高到60%以上。

数控铣床的现状前景

2012年，我国经济发展速度放缓，工业增长的乏力给整个加工中心行业产生了重大影响，现代社会，加工中心行业产能过剩所带来的负面效应开始显现。下一阶段行业将通过兼并重组吸收掉一批小厂家、淘汰一批落后企业、转移一批加工中心到国外、提高产品质量。这样既解决了产能过剩问题，又提高了加工中心行业整体水平。

市场的低迷也给加工中心企业带来了转型的机遇，企业应将主要精力由销售产品转移到提高产品的质量上来，重新设定产品线，制定发展战屡，淘汰掉落后的产品，多研发盈利能力强的加工中心，为市场回暖做好准备。

受益于国家振兴装备制造业的大环境和强劲的市场需求拉动，国内铣床工具行业出现了技术长足发展、投资热情高涨的局面。“十二五”规划已将振兴装备制造业作为推进工业结构优化升级的主要内容，数控铣床则成为振兴装备制造业的重点之一。未来，我国将重点发展高速、精密、复合数控金切铣床;重型数控金切铣床;数控特种加工铣床;大型数控成形冲压设备及数控铣床的相关部件等。

前瞻产业研究院发布的《2013-2017年中国数控机床行业市场需求预测与投资战略规划分析报告》显示，2011年，中国生产铣床109.84万台，实现工业总产值6606.5亿元，同比增长32.1%，其中数控铣床27.21万台，增速达15.26%，数控铣床已成为铣床消费的主流。尤其是高档数控铣床属于高端装备制造业，具有高技术含量、高技术附加值的特征，是发展战略性新兴产业重要着力点，未来高档数控铣床市场巨大。

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数控技术研究现状及发展趋势

1国内外数控技术发展状况

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。近10年，数控机床为适应加工技术发展，在以下几个技术领域都有巨大进步。

1．1高速化

由于高速加工技术普及，机床普遍提高各方面速度，车床主轴转速由3 000～4 000r ／ min提 高 到8 000~10 000r ／ min，铣床和加工中心主轴转速由4 000～8 000r ／ min提高到12 000r ／ min、24 000r ／ min、40 000r ／ min以 上 快 速 移 动 速 度 由 过 去

的10 ～20m ／ min提 高 到48m ／ min、60m ／min、80m ／ min、120m ／ min，在提高速度的同时要求提高运动部件起动的加速度，其已由过去一般机床的0．5G（重力加速度）提高到1．5～2G，最高可达15G，直线电机在机床上开始使用，主轴上大量采用内装式主轴电机。

1．2高精度化

数 控 机 床 的 定 位 精 度 已 由 一 般 的0．01～0．02mm提 高 到0．008mm左 右，亚微米级机床达到0．0005mm左右，纳米级机床达到0．005～0．01μm，最小分辨率为1nm（0．000001mm）的 数 控 系 统 和 机床已有产品。数控中两轴以上插补技术大大提高，纳米级插补使两轴联动出的圆弧都可以达到1μ的圆度，插补前多程 序 段 预 读，大 大 提 高 插 补 质 量，并 可进行自动拐角处理等。

1．3复合加工、新结构机床大量出现

如5轴5面 体 复 合 加 工 机 床，5轴

5联动加工各类异形零件。也派生出各

新 颖 的 机 床 结 构，包 括6轴 虚 拟 轴 机

床，串并联铰链机床等。采用特殊机械

结 构，数 控 的 特 殊 运 算 方 式，特 殊 编 程

要求。

1．4使用 各 种 高 效 特 殊 功 能 的 刀 具 使

数控机床“如虎添翼”

如 内 冷 钻 头 由 于 使 高 压 冷 却 液 直

接冷却钻头切削刃和排除切屑，在钻深

孔时大大提高效率。加工钢件切削速度

能达1000m ／ min，加工铝件能达5000m ／

min。

1．5数控机床的开放性和联网管理

数 控 机 床 的 开 放 性 和 联 网 管 理 已

是使用数控机床的基本要求，它不仅是

提高数控机床开动率、生产率的必要手

段，而 且 是 企 业 合 理 化、最 佳 化 利 用 这

些制造手段的方法。因此，计算机集成

制 造、网 络 制 造、异 地 诊 断、虚 拟 制 造、

异 行 工 程 等 等 各 种 新 技 术 都 在 数 控 机

床基础上发展起来，这必然成为21世

纪制造业发展的一个主要潮流。

2数控技术的发展趋势

2．1性能发展方向

（1）高速高精高效化。速度、精度和

效率是机械制造技术的关键性能指标。

由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、

多CPU控制系统以 及 带 高 分 辨 率 绝 对

式检测元件的交流数字伺服系统，同时

采取了改善机床动态、静态特性等有效

措施，机床的高速高精高效化已大大提

高。

（2）柔性化。柔性化包含两方面：数

控系统本身的柔性，数控系统采用模块

化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，便

于满足不同用户的需求；群控系统的柔

性，同一群控系统能依据不同生产流程

的要求，使物料流和信息流自动进行动

态调整，从而最大限度地发挥群控系统

的效能。

（3）工艺复合性和多轴化。以减少工 序、辅 助 时 间 为 主 要 目 的 的 复 合 加

工，正 朝 着 多 轴、多 系 列 控 制 功 能 方 向

发展。数控机床的工艺复合化是指工件

在一台机床上一次装夹后，通过自动换

刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完

成多工序、多表面的复合加工。数控技

术轴，西门子880系统控制轴数可达24

轴。

（4）实时智能化。早期的实时系统

通常针对相对简单的理想环境，其作用

是如何调度任务，以确保任务在规定期

限内完成。而人工智能则试图用计算模

型实现人类的各种智能行为。科学技术

发展到今天，实时系统和人工智能相互

结 合，人 工 智 能 正 向 着 具 有 实 时 响 应

的、更 现 实 的 领 域 发 展，而 实 时 系 统 也

朝着具有智能行为的、更加复杂的应用

发展，由此产生了实时智能控制这一新

的领域。

2．2功能发展方向

2．2．1用户界面图形化

用 户 界 面 是 数 控 系 统 与 使 用 者 之

间的对话接口。由于不同用户对界面的

要求不同，因而开发用户界面的工作量

极大，用户界面成为计算机软件研制中

最 困 难 的 部 分 之 一。当 前INTERNET、

虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等

技术也对用户界面提出了更高要求。图

形 用 户 界 面 极 大 地 方 便 了 非 专 业 用 户

的使用，人们可以通过窗口和菜单进行

操 作，便 于 蓝 图 编 程 和 快 速 编 程、三 维

彩色立体动态图形显示、图形模拟、图

形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和

局部显示比例缩放功能的实现。

2．2．2科学计算可视化

科 学 计 算 可 视 化 可 用 于 高 效 处 理

数据和解释数据，使信息交流不再局限

于用文字和语言表达，而可以直接使用

图形、图像、动画等可视信息。可视化技

术与虚拟环境技术相结合，进一步拓宽

了 应 用 领 域，如 无 图 纸 设 计、虚 拟 样 机

技 术 等，这 对 缩 短 产 品 设 计 周 期、提 高

产 品 质 量、降 低 产 品 成 本 具 有 重 要 意

义。在数控技术领域，可视化技术可用

于CAD ／ CAM，如自动编程设计、参数自

动设定、刀具补偿和刀具管理数据的动

态 处 理 和 显 示 以 及 加 工 过 程 的 可 视 化

仿真演示等。

2．2．3插补和补偿方式多样化

多种插补方式如直线插补、圆弧插

补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹

插 补、极 坐 标 插 补、2D ＋2螺 旋 插 补、

NANO插补、NURBS插补（非均匀有理

B样条插补）、样条插补（A、B、C样 条）、

多项式插补等。多种补偿功能如间隙补

偿、垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和

测量系统误差补偿、与速度相关的前馈

补 偿、温 度 补 偿、带 平 滑 接 近 和 退 出 以

及相反点计算的刀具半径补偿等。

2．3体系结构的发展

2．3．1集成化

采 用 高 度 集 成 化CPU、RISC芯 片

和 大 规 模 可 编 程 集 成 电 路FPGA、E-

PLD、CPLD以及 专 用 集 成 电 路ASIC芯

片，可提高数控系统的集成度和软硬件

运行速度。应用FPD平板显示技术，可

提高显示器性能。平板显示器具有科技

含量 高、重 量 轻、体 积 小、功 耗 低、便 于

携带等优点，可实现超大尺寸显示，成

为和CRT抗衡的新兴显示技术，是21

世纪显示技术的主流。应用先进封装和

互连技术，将半导体和表面安装技术融

为一体。通过提高集成电路密度、减少

互连长度和数量来降低产品价格，改进

性 能，减 小 组 件 尺 寸，提 高 系 统 的 可 靠

性。

2．3．2模块化

硬 件 模 块 化 易 于 实 现 数 控 系 统 的

集 成 化 和 标 准 化。根 据 不 同 的 功 能 需

求，将 基 本 模 块，如CPU、存 储 器、位 置

伺服、PLC、输入输出接口、通讯等模块，

作成标准的系列化产品，通过积木方式

进行功能裁剪和模块数量的增减，构成

不同档次的数控系统。

2．3．3网络化

机 床 联 网 可 进 行 远 程 控 制 和 无 人

化操作。通过机床联网，可在任何一台

机床上对其它机床进行编程、设定、操

作、运 行，不 同 机 床 的 画 面 可 同 时 显 示

在每一台机床的屏幕上。

3智 能 化 新 一 代PCNC数 控

系统

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。

智 能 化 新 一 代PCNC数 控 系 统 将 计 算

机智能技 术、网 络技 术、CAD ／ CAM、伺

服 控 制、自 适 应 控 制、动 态 数 据 管 理 及

动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融

于一体，形成严密的制造过程闭环控制

体系。

4展望

制 定 符 合 中 国 国 情 的 总 体 发 展 战

略，确立与国际 接轨 的 发 展 道 路，对21

世 纪 我 国 数 控 技 术 与 产 业 的 发 展 至 关

重要。本章对数控技术和产业发展趋势

的分析，对我国数控领域存在的问题进

行研究的基础上，对21世纪我国数控

技术和产业的发展途径进行了探讨，提

出了以科技创新为先导，以商品化为主

干，以 管 理 和 营 销 为 重 点，以 技 术 支 持

和服务为后盾，坚持可持续发展道路的

总体发展战略。在此基础上，研究了发

展 新 型 数 控 系 统、数 控 功 能 部 件、数 控

机床整机等的具体技术途径。

衷 心 希 望，我 国 科 技 界、产 业 界 和

教育界通力合作，把握好知识经济带来

的难得机遇，迎接竞争全球化带来的严

峻挑战，使我国数控技术和产业最终走

向世界的前列。