高檔數控機床的作用大全11篇

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制造能力顯著提升

通過對進口量大、市場需求面廣的數控車床進行研發，我國機床企業擁有了可以與進口設備比肩的自主研發產品，設計制造能力得到提升

“在一臺機床上，X軸的運動可以加工線條，加上Y軸可以加工面，有了Z軸可以加工一個立體的東西，但是這還遠遠不夠。”機械科學研究總院院長王德成告訴筆者，“工業上往往要加工更為復雜的曲面，艦艇、飛機、火箭、衛星、飛船中許多關鍵零件的材料、結構、加工工藝都有一定的特殊性和加工難度，用傳統加工方法無法達到要求，必須采用多軸聯動、高速、高精度的數控機床才能滿足加工要求。”

王德成所說的多軸聯動是數控機床中一項關鍵技術，它可以實現在一臺機床的多個坐標軸上同時運動，刀具或工件可在數控系統控制下同時協調運動，從而完成復雜形狀的加工。雖然我國是當今世界第一制造大國，但是這樣的高檔數控機床缺乏，導致我國在高端制造領域受制于人。

“以前我國做不了五軸聯動機床，所使用的數控系統也是國外制造的。曾經為了制造大型船只上的一個設備，許多廠商爭先恐后搶著使用僅有的一臺進口機床。而對于航空航天企業而言，國外高檔數控機床不僅對我們限制進口，即使進口了，其數控系統也留有信息后門，對于國防安全是一個很大的隱患。”專項技術總師、中國工程院院士盧秉恒說。

隨著我國航空航天、船舶制造、能源電力、國防軍工、汽車和工程機械等行業的迅猛發展，對大型、重型、復合、高精度高檔數控機床的需求急劇增加。改變高檔數控機床領域掣肘的現狀迫在眉睫。

對此，“高檔數控機床與基礎制造裝備”國家科技重大專項重點對進口量大、市場需求面廣的加工中心和數控車床的研發進行了部署。機床企業開發出了一大批適應市場需求的新產品，龍門式加工中心、五軸聯動加工中心等制造技術趨于成熟，重型鍛壓裝備性能接近國際先進水平，精密臥式加工中心形成具有自主知識產權的柔性制造系統核心技術。至“十二五”時期末，我國機床企業的產品設計制造能力得到顯著提升，高檔數控機床和裝備的國際競爭力不斷增強。

在高檔數控機床領域，我國終于擁有了可以與進口設備比肩的自主研發的產品，8萬噸大型模鍛壓力機和萬噸級鋁板張力拉伸機等重型鍛壓及數控沖壓設備的成功研制，填a了國內航空領域大型整體成形技術空白；大型貯箱成套焊接裝備成功應用于五號等新一代火箭研制，在航天領域建立了首條采用國產加工中心和數控車削中心的生產示范線，已應用于新一代運載火箭、對接機構、探月工程差動機構等100余種、10000余件關鍵復雜零部件的加工，取得了顯著的經濟效益和社會效益；數控鍛壓成形設備的產業化成效顯著，其中汽車覆蓋件沖壓線國內市場占有率超過70%，全球市場占有率已超過30%，有力推動國產汽車裝備自主化，并向美國成功出口9條汽車生產線。

技術標準逐步完善

我國機床行業形成一大批技術標準和規范，部分技術標準被列入國際標準，行業國際競爭優勢顯著增強，對產品研發提供有力支撐

“高檔數控機床與基礎制造裝備”國家科技重大專項實施以來，行業技術水平明顯提升。盧秉恒介紹，我國研制的精密臥式加工中心等30多類重點產品達到國際先進水平。其中，25米數控立柱移動立式銑車床是國家重大工程項目建設的急需、替代進口的高端產品，其技術參數、技術等級均處于世界領先地位，機床規格、承載重量世界最大，代表了國家高檔數控重型機床最高水平。

最值得一提的是，我國機床行業的自主創新和可靠性水平提升顯著，標準和技術規范逐步完善。通過專項實施，推動國內機床骨干企業聯合高校、用戶進行開發，積極組織數控機床可靠性評定國家/行業標準的編制并在機床行業內推廣應用。機床主機平均無故障時間從專項實施前的400～500小時已普遍提升至1200小時左右，部分產品已達到國際先進的2000小時。

盧秉恒介紹，專項成果形成一大批技術標準和規范，部分技術標準受到國際同行重視，并被列入國際標準，行業國際競爭優勢顯著增強，對產品研發提供有力支撐，也對國家裝備制造業持續發展能力的提升起到保障作用。

2016年底，我國自主提出的用于檢測五軸聯動機床精度的S形試件標準已通過國際標委會審定，成為我國在高檔數控機床設計、檢測領域的首項標準，實現了“零”的突破。

此外，專項實施8年多來，累計申請發明專利3956項，立項國家及行業標準407項，研發新產品、新技術2951項。在行業研究機構、重點企業建設了18項創新能力平臺、部署了70個示范工程，培養創新型人才5500余人。

國產“大腦”補齊短板

數控系統實現了從模擬式、脈沖式到全數字總線的跨越，初步具備與國外同類產品的競爭能力，突破了制約我國數控機床行業發展的瓶頸

數控系統是機床裝備的“大腦”，是決定數控機床功能、性能、可靠性、成本價格的關鍵因素，也是制約我國數控機床行業發展的瓶頸。而基礎薄弱、“缺心少腦”一直是中國制造的短板。

專家表示，數控系統、伺服電機、伺服驅動等是制造裝備最重要的關鍵基礎部件。要實現“中國制造2025”的目標，形成“中國智造”的核心競爭力，離不開數控系統包括伺服驅動、伺服電機等關鍵技術的創新。

為了補齊短板，“高檔數控機床與基礎制造裝備”國家科技重大專項部署實行全產業鏈布局，國產數控系統實現部分技術的原創超越。企業掌握了數控系統的軟硬件平臺設計與批量生產技術，在多通道、多軸聯動、高速插補等關鍵技術指標方面達到國際主流產品技術水平。

通過專項的支持，我國數控系統實現了從模擬式、脈沖式到全數字總線的跨越，已初步具備與國外同類產品的競爭能力。高檔數控系統、功能部件與主機產品配套研發，初步實現與高檔數控機床的批量配套。據工業和信息化部裝備工業司副司長羅俊杰介紹，2016年，數控機床專項支持研發的高檔數控系統已累計銷售1000余套，國內市場占有率由專項啟動前的不足1%提高到了5%左右。

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0前言

數控系統是決定機床裝備的性能、功能、可靠性和成本的關鍵因素，而國外對我國仍進行封鎖限制，成為制約我國高檔數控機床發展的瓶頸。近年“高檔數控機床與基礎制造裝備”科技重大專項通過重點扶持，為我國數控技術行業創造了良好的外部環境，特別是針對航空航天、汽車制造等領域實施了國產高檔數控機床應用國產數控系統示范工程，提高了國產高檔數控裝置的市場占有率，但用戶仍然對國產數控系統信心不足，我國高檔數控機床配套的數控系統一大部分依舊依賴國外產品。

“十三五”是全面完成國家科技重大專項戰略任務的沖刺五年，是落實中央全面深化科技體制改革、實施創新驅動發展戰略等系列決策部署的關鍵五年，因此總結過去，做到四個聚焦（聚焦關鍵、聚焦重大、聚焦長遠、聚焦能力），意義重大，時不我待。

1目前國產數控系統存在的問題

通過“十二五”規劃的實施，我國機床行業技術水平明顯提升。數控系統、功能部件及數控刀具與主機產品配套研發，實現與中高檔機床的批量配套。高檔數控系統的多通道、多軸聯動等關鍵技術指標已基本達到國際主流系統先進技術水平，但在性能、成套性、可靠性、批量生產穩定性和品牌等方面與國外先進水平還存在較大差距，主要存在以下問題：

1.1測試驗證不足

國產數控系統雖有大批量應用，但大都集中在低端市場，中高端市場占有率仍然較低。數控系統軟件的可靠性和精度保持性較低，故障率較高，“S”件試切還達不到指標要求，其中一些隱性問題還沒有完全暴露出來，特別是軟件的魯棒性問題。為此“高檔數控機床與基礎制造裝備”科技重大專項“十二五”期間已經安排了部分產品的實驗驗證和示范工程，并取得了一定的成果，但還需經過大量和長時間的驗證后逐步完善，以此保證數控系統的穩定運行。

1.2功能配置不全

經過前期的攻關，國產數控系統實現了很多功能，解決了有無的問題，但很多功能是“形似而神不似”。目前國產數控系統的功能滿足80%的用戶需求，但其余的功能開發難度和工作量較大，同時產品的宜用性不好，與主機融合度不高，針對性不強，一些輔助調試工具不全，特別是系統標準輔助面板上的按鍵標識大多是固定，不能更改，不利于機床廠進行系統的擴展開發，并且國產數控系統在多軸多通道或者多軸單通道控制功能方面不能實現任意幾軸之間的插補加工，這些都在一定程度上影響了國產數控系統的推廣。

1.3性能表現不佳

國產數控系統在性能上和主流的進口數控系統還有差距，特別是在高速高精控制方面。伺服驅動和電機的性能比較薄弱，且差距較大，比如伺服的參數自適應控制、電機的高速、高剛度、高精度、高加速度、功率體積比等方面與國外主流產品還存在差距，后續的性能提升難度大，伺服電機的工藝制作水平不高，數字化制造水平低，造成產品一致性差，規格系列不全，成套性不足，這些在一定程度上拖了數控系統的后腿。

1.4系統標準不統一

國產數控系統缺乏統一的標準，如總線標準不統一，系統內部通訊協議不統一，不利于工廠實現網絡化智能制造，標準不統一致使各個廠家之間的伺服和系統無法混用，調試監控軟件互相不兼容，不利于加工企業實現網絡化智能制造，也不利于機床制造企業進行機床的網絡化批量調試。

2國產數控系統發展趨勢

自1952年美國研制出第一臺試驗性數控系統以來，數控系統的發展十分迅速，數控系統也由原先的硬連接數控發展成為今天的計算機數控(CNC)，目前國產數控系統正在由專用型封閉式開環控制模式向通用型開放式實時動態全閉環控制模式發展。

2.1信息化

隨著制造業的發展，數控機床不再是一個獨立的加工單元，數控機床和人、數控機床之間的交流都離不開網絡。面向制造自動化集成的網絡功能數控系統應具有與上層信息管理系統交換信息功能，這些必要的交換信息包括制造加工任務計劃，數控系統及底層執行裝置的工作狀態及故障信息等。同時基于新一代云服務平臺的大數據采集、大數據挖掘等變得越來越重要，這些都離不開高速、可靠地網絡信息功能。

2.2智能化

智能化是制造技術發展的一個大方向，隨著人工智能在計算機領域的滲透，研制智能數控系統必將成為未來的發展趨勢。例如：研制開放式智能化數控系統，支持溫度、振動、RFID等傳感器介入的物聯網平臺；研制基于高級語言的智能化數控系統解釋器；研究基于開放式智能化數控系統智能加工技術，如智能化加工路徑控制、進給率自適應、故障診斷，監控與設備的自動維護等。

2.3開放化

利用豐富的軟硬件資源開發開放式體系結構的新一代數控系統是當今數控系統的趨勢之一。開放式體系結構使數控系統具有更好的通用性、柔性、適應性、可擴展性，并可以較容易的實現智能化、信息化。開放式體系結構可以采用通用的計算機技術，使編程、操作以及技術升級和更新變得更加簡單，同時可以根據資源進行系統集成，促進數控系統多檔次、多品種的開發和廣泛應用，縮短開發生產周期。目前開放式數控系統的體系結構規范、通信規范、配置規范、運行平臺、數控系統功能庫以及數控系統功能軟件開發工具等是當前研究的核心。

3國產數控系統用戶需求和技術要求

數控系統和主機及終的端用戶的聯系是密不可分的。因此以用戶需求為牽引，加強示范應用格為重要。

3.1開展面向智能化控制的高檔數控系統擴展模塊開發

支持用戶自主研發的共性技術或智能化技術通過程序模塊（軟件）或者通過總線功能模塊（硬件）等多種方式與數控系統集成，縮小模塊的體積，增強可維修性模塊，并且處理好各模塊之間的耦合等內部結構問題。開發數控系統的指令域采樣數據的分析工具、機床加工過程功率控制、數控機床動態誤差補償與加工過程智能監控技術等功能模塊，以滿足國產高檔數控系統對高性能零件加工工藝的適應性要求。

3.2數控系統與伺服驅動、電機等協同發展

伺服性能與電機性能已經是制約數控系統發展的關鍵因素，應針對機床需求，注重數控種類、產品規格及性能差距，改善伺服驅動、電機性能，開發伺服系統優化工具，開發廣泛適應各種用途的伺服驅動產品和主軸電機。同時也對高精度絕對光柵尺、編碼器等關鍵部件展開開發和應用，使之定位提升，協同發展。

3.3優化編程軟件

目前市場上大部分是采用通用的CAD/CAM編程軟件，對特定工件加工的工藝知識考慮不是很多，今后需集成有特定工件的切削工藝知識的專用CAM軟件，如在生成刀具軌跡時再考慮到機床的切削力，使生成的加工程序質量得以高度提升，同時隨著機器人的使用越來越普及，基于動力學的機器人離線編程軟件的需求也會越來越廣。

3.4支持先進技術集成性開發

加大輔助功能的研發，配置更友善的交互界面以及與主機融合的宏程序，做到可“私人訂制”。深入研究二次開發平臺（下轉第134頁）（上接第115頁）技術，提高數控系統的開放性，為第三方開展不同層次的二次開發提供方便而完整的移植方案，形成加工處理數據鏈（CAD/CAM/CAPP/CNC）。

3.5形成統一的標準體系

在未來進行的數控系統、伺服單元、主軸電機、進給驅動電機、直驅主軸的定子轉子、力矩電機、直線電機等在機械接口方面應該形成一種國家標準體系，統一規格，在同一規格下應統一接口尺寸，統一數據接口形式，便于用戶進行維修與更換。并需具有與國際技術標準的主流數控系統和自動化控制裝置接口的聯接能力，注重與第三方應用的互連，完善總線的標準化以及通信協議的標準化。

3.6健全綜合配套能力

數控系統的研發生產廠家要成為數控機床的工藝和控制應用專家，研制階段應充分了解主機的各種性能，提高產品的性能和水平，不斷增強系統的可靠性、穩定性，并建立一支優秀的研發隊伍、跟蹤隊伍、維護隊伍，為用戶提供良好的綜合配套服務。另外系統廠家還應逐漸提供綜合成套技術，使數控系統與驅動系統、主軸電機、進給電機、力矩電機等進行檢測試驗好后一起成套供應。

3.7建立應用反饋機制，以數據支撐產品持續改進

現代生產管控對數控設備提出了更多的要求，需要實時監控掌握數控設備的工作狀態，記錄零件加工過程中的大量數據，加強應用過程中的數據統計分析，有計劃地安排預防性維修和保養，能夠快速診斷解決設備故障，這些方面均需要數控系統廠家進行強力的技術支持。

3.8推廣和應用數控機床刀具壽命跟蹤管理技術

隨著設備增加，刀具數量相應增多，若日常管理不當，刀具壽命跟蹤不準確，將造成極大的浪費。通過對刀具信息層的管理，比如刀具全生命數據管理、刀具修磨管理刀具壽命監控等技術手段，可實現機床刀具的數據化使用和維護，將有效縮短出現問題時的排查時間，提高了生產效率。

4數控系統發展在專項管理中的啟示

4.1充分發揮創新平臺的作用，提升企業創新能力

“高檔數控機床與基礎制造裝備”科技重大專項前期安排了不少創新平臺的課題，應充分借鑒“十二五”成果，繼續加強開放式數控系統創新平臺建設，通過平臺確實提升企業的自主創新能力，健全產學研用結合的技術創新和成果轉移轉化的機制和體系，摸索出一套適合企業自身發展的創新之路。

4.2緊跟市場需求，提升企業自身競爭能力

市場是配置資源的重要因素，企業應緊盯市場發展需求，根據自身特點，利用有限的資源，走差異化發展道路。不能只停留在共同完成扶持項目的層面，研發滿足客戶需要的產品，從而引導消費，實現“雙贏”提升國產數控系統產業化水平，占得市場先機，從機床制造、人才培養、用戶使用等多個角度做工作，以實現機床、系統、用戶企業三方共贏，形成系統與機床企業穩定、長效的批量配套產業鏈，建立市場化互動機制，實現國產數控系統配套應用示范工程，提升企業在市場中的競爭力。

4.3加強數控系統可靠性，建立數控系統評價體系

可靠性是企業的生命，嚴格開展數控系統可靠性測試驗證（數據采集）工作，要在產品出廠時保證產品出產質量，切不可將機床廠和最終用戶作為系統功能的試驗驗證地，為企業提供一個放心可用的產品，并在應用中對于數控系統做出評價，建立新的數控系統評價體系，保證專項目標的完成。

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 數控系統是一種利用數字信號對執行機構的位移、速度、加速度和動作順序等實現自動控制的控制系統。從1952年美國麻省理工學院研制出第1臺實驗性數控系統，到現在已走過了半個世紀。數控系統也由當初的電子管式起步，發展到了今天的開放式數控系統。 

 數控系統確保了數控機床具有高精、高速、高效的功能，可以使裝備制造業實現數字化、柔性化和網絡化制造。隨著我國航空航天、船舶、汽車、電站設備和國防工業等制造業的高速發展，數控機床在裝備制造業中的重要性愈來愈明顯，中高檔數控系統的需求也越來越大。以往中高檔數控系統基本被國外廠商占領，因此我國中高檔數控系統技術必須加快發展。 

一、國外數控系統現狀 

 在國際市場，德國、美國、日本等幾個國家基本掌控了中高檔數控系統。國外的主要數控系統制造商有西門子（siemens）、發那克（fanuc）、三菱電機（mitsubishi electric）、海德漢（heidenhain）、博世力士樂（bosch rexroth）、日本大隈（okuma）等。 

1.納米插補與控制技術已走向實用階段 

 納米插補將產生的以納米為單位的指令提供給數字伺服控制器，使數字伺服控制器的位置指令更加平滑，從而提高了加工表面的平滑性。將“納米插補”應用于所有插補之后，可實現納米級別的高質量加工。在兩年一屆的美國芝加哥國際制造技術（機床）展覽會（imts 2010）上，發那克就展出了30i/31i/32i/35i-model b數控系統。除了伺服控制外，“納米插補”也可以用于cs軸輪廓控制；剛性攻螺紋等主軸功能。西門子展出的828d所獨有的80bit浮點計算精度，可使插補達到很高的輪廓控制精度，從而獲得很好的工件精度。此外，三菱公司的m700v系列的數控系統也可實現納米級插補。[1] 

2.機器人使用廣泛 

 未來機床的功能不僅局限于簡單的加工，而且還具有一定自主完成復雜任務的能力。機器人作為數控系統的一個重要應用領域，其技術和產品近年來得到快速發展。機器人的應用領域，不僅僅局限于傳統的搬運、堆垛、噴漆、焊接等崗位，而且延伸到了機床上下料、換刀、切削加工、測量、拋光及裝配領域，從傳統的減輕勞動強度的繁重工種，發展到ic封裝、視覺跟蹤及顏色分檢等領域，大大提高了數控機床的工作效率。典型的產品有德國的kuka，fanuc公司的m-1ia、m-2000ia、m-710ic。[2] 

3.智能化加工不斷擴展 

 隨著計算機領域中人工智能的不斷滲透和發展，數控系統的智能化程度也得到不斷提高。應用自適應控制技術數控系統能夠檢測到過程中的一些重要信息，并自動調整系統中的相關參數，改進系統的運行狀態；車間內的加工監測與管理可實時獲取數控機床本身的狀態信息，分析相關數據，預測機床狀態，使相關維護提前，避免事故發生，保證其不穩定工況下生產的安全，減少機床故障率，提高機床利用率。應用先進的伺服控制技術，伺服系統能通過自動識別由切削力導致的振動，產生反向的作用力，消除振動。應用主軸振動控制技術，在主軸嵌入位移傳感器，機床可以自動識別當前的切削狀態，一旦切削不穩定，機床會自動調整切削參數，保證加工的穩定性。 

4.cad/cam技術的應用 

 當前，為了使數控機床操作者更加便利地編制數控加工程序，解決復雜曲面的編程問題，國際數控系統制造商將圖形化、集成化的編程系統作為擴展數控系統功能、提高數控系統人機互動性的主要途徑。最新的cad/cam技術為多軸多任務數控機床加工提供了有力的支持，可以大幅地提高加工效率。esprit、cimatron等一些著名cam軟件公司的產品除了具備傳統的cam軟件功能模塊，還開發了多任務編程、對加工過程的動態仿真等新的功能模塊。 

二、國內數控系統現狀 

 隨著國際學術及產業界對開放式數控系統研究的日益推進，我國的相關研究也越來越受到重視。經過幾十年的發展，我國機床行業也形成了具有一定生產規模和技術水平的產業體系，國產數控系統產業發展迅速，在質與量上都取得了飛躍。 

 國內數控系統基本占領了低端數控系統市場，在中高檔數控系統的研發和應用上也取得了一定的成績。其中，武漢華中數控股份有限公司、北京機電院高技術股份有限公司、北京航天數控系統有限公司和上海電氣（集團）總公司等已成功開發了五軸聯動的數控系統，分別應用于數控加工中心、數控龍門銑床和數控銑床。近期，武漢重型機床集團有限公司應用華中數控系統，成功開發了ckx5680數控七軸五聯動車銑復合加工機床。國內主要數控系統生產基地有華中數控、航天數控、廣州數控和上海開通數控等。[3] 

 國內的數字化交流伺服驅動系統產品也有了很大的發展，已能滿足一般的應用，并能與進口產品競爭，占領了國內的大部分市場。伺服系統和伺服電機生產基地主要有蘭州電機廠、華中數控、廣州數控、航天數控和開通數控等。 

 然而，由于我國原有數控系統的封閉性及數控軟硬件研究開發的基礎較差，技術積累較少，研發隊伍的實力較弱，研發的投入力度不夠，國產中高檔數控系統在性能、功能和可靠性方面與國外相比仍有較大的差距，限制了數控系統的發展。為此需要政府、科研院所和制造商共同努力，推進我國中高檔數控系統的發展。 

參考文獻： 

[1]彭芳喻等.從imts 2010展看我國數控系統未來發展之路[j]，金屬加工，2011第4期：8-11 

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中圖分類號：TH11 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）07（c）-0227-01

數控技術是用數字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術，它是傳統機械制造技術、計算機技術、現代控制技術、傳感檢測技術等于一體的現代制造業基礎技術，具有高精度、高效率、柔性自動化等特點，對制造業實現柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。數控技術水平高低和裝備擁有量的多少是衡量一個國家工業現代化的重要標志。現對國內外數控機床產業現狀進行介紹，并對產業競爭力和戰略發展進行研究。

1 國外數控機床產業現狀及發展趨勢

從世界范圍來看，數控機床發展的強國首推德國和日本。德國的數控機床精度高，穩定性好，自動化程度高，出口遍及世界。而日本十分重視發展批量生產自動化，并大力發展中小批柔性生產自動化的數控機床。

數控技術的應用不但給傳統制造業帶來了革命性的變化，而且隨著數控技術的不斷發展和應用領域的擴大，對國計民生的一些重要行業的發展起著越來越重要的作用。目前世界上數控技術及其裝備發展的趨勢來看，主要體現幾個方面。

1.1 智能、高速、高精度化

隨科學技術的發展，計算機系統及其應用軟件的復雜化，使得機床系統及其硬件結構簡化，數控機床的智能化程度日趨提高。如果重復定位精度能達到0.005 mm，為高精度機床，在0.005 mm以下，是超高精度機床。高精度的機床，要有最好的軸承、絲杠。隨著電腦輔助制造（CAM）系統的發展，精密度已達到微米級。

1.2 設計、制造綠色化

綠色設計是一種綜合考慮了產品設計、制造、使用和回收等整個生命周期的環境特性和資源效率的先進設計理論和方法。它在不犧牲產品功能、質量和成本的前提下，系統考慮產品開發、制造及其活動對環境的影響，從而使得產品在整個生命周期中對環境的負面影響最小，資源利用率最高。數控機床作為裝備制造業的核心，能否順應環保趨勢，加大綠色設計與制造的研制，將是影響經濟發展的重要要素之一。

1.3 復合化與系統化

根據數控機床具有數字化控制機床運動的這一特點，可實現工件一次裝夾，完成多種工序復合加工，從而大大提高生產效率和加工精度。產品開發周期的縮短，制造速度也得到相應提高。而且隨著產品對外觀曲線要求的提高，機床五軸加工、六軸加工已日益普及，機床加工的復合化已是不可避免的發展趨勢。

2 國內數控機床產業現狀及發展趨勢

1958年我國研制出第一臺數控機床，隨后經歷五個發展階段，直至21世紀，數控機床發展速度遠高于機床工具工業平均發展速度，我國數控機床實現了超高速、飛速發展。

當今世界機床制造業的水平集中表現在數控機床的開發、生產能力上，數控機床已成為制造業的主流設備，一個國家所擁有的數控機床多少、水平高低已成為衡量一個國家綜合實力的重要標志。要實現我國從一個機床大國轉變為機床生產強國的目標，必須加快調整步伐，加大新產品開發力度，必須關注機床產業相關的新技術及發展趨勢。

隨著信息技術的日新月異，高新技術日趨成熟并廣泛應用到機床上，高速、高效、高精度、復合加工、環保是今后機床產品發展的主流。數控機床替代普通機床，機床技術的復合化、智能化生產的日趨成熟，極大提高生產效率和機床生產的自動化水平，縮短交貨周期，降低生產成本，并且能夠快速反應市場。例如：在產品復合技術方面，具有代表性的德國WFL公司研制的MILLTURNS系列車銑復合加工中心，該機床可完成車、銑、鉆、鏜、攻絲、滾齒、磨削等多道工序加工。德國TBT公司的MULTI.CRANK，最多有十個控制軸，可完成復雜曲軸類零件的復合加工。

3 我國數控機床產業的戰略選擇與實施

雖然目前市場對高檔和大型機床需求量很大，但是中小型和普通機床已出現庫存跡象。因此對于這兩種供需矛盾的突出問題，必須通過加快調整產品結構來解決。企業要針對市場需求和本企業特色、產品特色進行產品結構調整。逐步增加大型重型以及多軸控制，高柔性、高自動化程度機床制造能力和市場占有比重，同時不斷完善內部管理機制，培養人才，提高勞動生產率，重視產品質量和服務，在提高產品的穩定性和可靠性上下功夫；同時，完善管理機制，提高管理水平也是企業增強競爭力的必備條件。

目前國內排名在前列的主要機床制造企業均為國有企業，如沈陽機床集團，大連機床集團，北京第一機床等等。這些國有大型企業機床產量占據國內機床總產值的70%以上，處于絕對主導地位。并且這些企業占有國家更多的資源，容易得到國家扶植。在這些企業的國有企業股權結構中，國有股比重過高。股權過于集中，不利于股權分散和公司產權獨立化，不利于投資主體多元化和形成多元產權主體制衡機制。因此，合理配置股權，優化股權結構是完善國有企業治理結構的關鍵環節。

從2009年至今，中國機床產值已穩居世界第一，但其中經濟型數控機床占比相當大，高檔數控機床與國外仍有很大差距。因此，必須提高開發能力，發展高檔數控機床。而且我國重型機床行業雖然取得了可喜的成就，但是與工業發達國家相比，還存在不小差距。目前，國產重型機床與世界一流水平的差距主要是可靠性和制造工藝等方面，要加速縮小與國外的差距，不斷提高國產重型機床的水平，就要不斷提高自主創新能力，開發自己的核心技術。

目前，我國龍頭機床制造商已經形成了并正在擴大自己產業集群。如大連機床在大連高新區構建其產業集群等等，并積極引入國際高端機床零部件制造企業及機床配套供應企業，提高產品供應效率，與供應商共同合作增強企業研發能力，最終達到增強產業鏈條，提高綜合競爭實力的目的。

4 結論

數控機床作為實現機械制造自動化的關鍵，直接影響到一個國家的經濟發展和綜合國力，關系到一個國家的戰略地位。機床行業要進一步深化改革，適應市場需求，積極調整產業和產品結構，轉變經濟增長方式，加速數控機床產業化步伐，增強自主創新能力，加快高檔數控機床和大型重型機床及其功能部件的研發和市場開拓，從而提高市場競爭力，在國家的政策和措施的支持下，機床產業競爭力將會得到迅速的提升。

參考文獻

[1] 中國社會經濟調查研究中心.2008年數控機床行業分析報告[R].5-22.

[2] 曹偉.我國數控機床的發展現狀與對策[J].現代經濟信息，2008（4）.

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前言

數控市場對人才的需求已不僅僅局限于數控操作、數控編程，對技術含量更高的數控維修人才越來越重視，數控技術涉及到機械、液壓、電氣、計算機、編程等多個領域，不僅要求具有扎實的理論基礎，并且要有熟練的操作技能，而維修水平的高低在一定程度上也決定了機床的利用率和使用壽命，應用到數控技術的模具、汽車、裝備制造、航空航天等行業對數控人才更是求賢若渴。在這一發展背景下，傳統的數控維修教學方法也要適當做以調整，不僅要及時對新技術加以研究，更要加大對學生實訓實操教學的力度，增加實踐機會，鞏固理論知識，提高動手能力。此時，虛擬數控機床的發展為數控維修教學帶來了新的生機，使用虛擬技術解決了因機床不足而致使的教學實踐難的問題，無論對于增強學生實訓還是提高教學效果，都是不可忽視的有效助力。

1.當前數控維修教學中存在的問題

1.1數控系統落后我國高校的數控機床平臺配置的多為國內經濟型、普及型的數控系統，缺乏高端系統，數控系統的類型相對單一，隨著數控行業的發展，數控機床越來越復雜化，中、高檔數控機床逐漸應用推廣，由此教學現用的數控系統顯出其劣勢，已不能滿足當前數控行業發展的教學需要，數控系統的多樣化以及機床功能的復合化是未來數控教學應當注意的重點。1.2設備配置短缺數控維修教學中一個重要的環節就是讓學生實際操作，這需要學校建立相應的數控機床實驗室，提供機床、功能部件等實驗設備器材，配備實驗室需要場地較大，功能部件的種類又相對繁多，價格也不低，對于資金的需求很大，如果學校沒有雄厚的資金支持，那么建立實驗室就成為空談，硬性設備配置不足，在很大程度上會影響實訓教學，制約了學生實踐能力的提升。1.3實訓教學不足①拆裝實訓不足。目前許多高校實訓課程都有教授機床部件的拆裝，但是拆裝實訓課程中所用的部件多是淘汰下來的或者是有故障的產品，并且部件較為滯后，品種也不多，這樣一來學生所接觸到的機床部件與實際市場發展中應用的部件相差甚遠，即使學生學會了課程上的部件拆裝，走出學校后也無法實際應用于工作崗位，那么這種實訓對于學生來說其實是沒有任何實際意義的；②電氣連接實訓不足。數控機床技術需要學生熟悉掌握電氣技術，在實訓操作中，數控系統與伺服系統的連接需要反復插拔電纜，多次的反復插拔極易對電纜連接處造成影響，甚至會影響到數控系統的操作穩定性，并且反復插拔還會造成導線等相關材料的過度消耗，造成資源浪費，并且維修起來也需要大量的時間和工具，一一進行排查，這些都在一定程度上影響了學生的動手操作率；③傳感檢測器實驗不足。目前高校的數控機床實驗室多用作數控系統和機床的調試方面，而對于數控機床的傳感檢測涉獵甚少，偶爾有學校涉及到這方面，也尚處在論證和建設階段，機床的傳感檢測元器件是機床精度的重要保證，也是故障頻發的一個源頭，因此加強學生對于機床傳感檢測器的培訓勢在必行。

2.虛擬數控機床概述

虛擬數控機床技術就是借助于計算機虛擬制造的執行單元。這種技術可以在計算機上以仿真加工的形式模擬真實生產環境，通過計算機的屏幕將機床全面、逼真的顯現出來，讓學生更直觀的理解和掌握機床系統模式、生產流程、加工環境，并且虛擬數控能夠及時捕捉故障信息和生產疏漏，以便于對加工工藝的合理性、穩定性、加工精度進行相應的評估和預測，降低生產風險，提高生產效率。數控機床相較于真實機床對于數控維修教學來說具有很大優勢，能夠有效降低傳統數控機床操作的危險性，并且成本耗費小，微元處理可行性高，其仿真功能所呈現出的效果并不亞于真實化模擬，并且教學方式靈活貼切，學生也樂于主動深入研究。

3.虛擬數控機床在數控維修教學中的應用

3.1輔助理論教學數控機床的功能日益復合化，這類中高檔的機床構件、工作原理、裝配也日益復雜，傳統的教學課件以及flas已經不能滿足清晰展現機床的需要，這對于學生理解掌握理論基礎帶來了一定的困難，而虛擬數控機床以及功能部件可以通過計算機來以任何角度旋轉、展示，進行逼真的三維動畫解析，能夠讓學生充分觀察機床內部結構和原理，加深學生對知識的理解與掌握。3.2輔助拆裝實訓機床部件的實際拆裝實訓需要大量、多種類的零部件，實際的拆裝操作對于部件的損毀風險較高，對學校來說也是不小的資金壓力，而虛擬拆裝可以通過計算機來進行機床整體、零部件的拆裝模擬，并且可以反復強化，不僅鍛煉了學生的動手能力，同時也降低了拆裝實訓的成本投入。3.3輔助電氣連接實訓機床電氣連接的實訓主要是完成電器柜的連接，通過虛擬數控機床，學生可以自行完成電氣布局規劃，選擇元器件，連接導線完成電氣連接，并且虛擬系統還設置了虛擬的萬用表和示波器，學生在完成電氣連接后可以檢測線路是否正常以及進行電氣故障排查。虛擬電氣連接能夠有效緩解實訓中電氣耗材量大，資源浪費的現象。3.4輔助機床故障診斷故障診斷是數控維修教學中的重要環節，一般情況下在故障診斷中需要利用計算機對數控機床進行檢查，由計算機顯示診斷信息，學生可以通過分析相關的數據信息及時找到機床的故障之處并加以診斷和維修，并且通過虛擬機床可以對機床的參數進行設置和調試，提高學生對機床的維護、維修能力。總之，隨著虛擬技術的不斷發展，虛擬數控機床在數控維修教學中應用也越來越普遍，基于其便捷性以及可操作性，對于學生來說通過虛擬機床能夠強化理論知識，加深對機床構造、原理、功能的掌握，提高實踐動手能力，這對于數控維修教學是十分必要的。

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數控技術的突飛猛進和高端市場的強力增長，為數控機床的技術進步提供了加速引擎。當前世界數控機床的發展主要有高精度與精度保持性，高速與高效，高可靠性，復合化與柔性化、綠色化以及智能化等幾個趨勢。其中，智能化是21世紀制造技術發展的大方向。機床的智能化使其有適應控制的能力，可實現優化加工程序，以最短時間達到最佳的加工質量，從而提高加工效率，降低勞動強度。智能化技術主要有：信息監視及維護監控技術、電氣系統自適應控制技術、軟件和診斷自動控制技術、加工過程自適應控制技術等。

差距仍存

當前我國高端數控機床正處于快速提升階段。近幾年，為航空、航天、汽車、船舶和發電設備等制造領域研發的高端數控機床品種已達100余種，但與國外先進機床制造企業相比還有較大差距。

一是制造裝備和管理技術落后，產品質量及可靠性不高。精密制造設備品種少、精度保持性較低、自動化水平不高及環保性差。企業的質量爭優意識還不夠深化，質量安全保障體系不夠完善，質量管理能力薄弱等，成為企業制造出的產品質量差、可靠性及精度保持性不好的一個主要原因。

二是技術水平和創新能力不高，產品整體競爭力不強。現階段我國數控機床先進技術的來源多數是通過對國外先進技術的引進、消化和吸收，總體還處于技術跟蹤狀態，對消化、吸收和改進的投入遠遠不夠。高效、柔性、精密機床主機及關鍵功能部件的設計技術、制造技術、試驗技術、集成技術和用戶工藝研究等方面的自主研發能力還有待加強，高性能數控系統及智能化技術還不夠成熟；技術標準水平低、行業貫徹不夠全面；產品性能與可靠性不高，品牌附加值低，影響了市場競爭力。

三是數控系統和功能部件的專業化配套體系不完善，仍依賴進口。對數控機床功能和性能起決定作用的中高檔數控系統、精密大功率電主軸等關鍵功能部件，擁有自主知識產權的先進核心技術仍有待發展，因而未能形成完整的技術鏈和產業鏈，專業化分工不明確，尚難滿足高端數控機床的應用需求，至今大部分依然靠國外進口。

四是制造過程和應用過程中的資源消耗大，機床綜合利用率較低。數控機床的制造過程，是一個將原材料通過能源和資源的消耗轉化為產品的過程。由于機床行業制造設備相對落后、工藝不夠先進以及管理水平不高，使零件加工精度低、工時長、不合格品和廢品率增高；制造過程中功耗較大，整個生產過程資源利用率低，導致制造成本居高不下。

同時，輕量化設計技術應用較少，產品節能和無害化方面考慮不足，導致產品在使用過程中綜合能耗、物耗、污染物排放等仍然較高；加之對切削加工工藝優化及用戶工藝研究方面做得還不夠，使機床的綜合利用率較低。

五是服務水平和服務質量較低，提供整體解決方案能力有待增強。數控機床是價值較高、使用壽命較長的產品，用戶購置頻率很低，致使許多機床企業重營銷而輕服務，忽略了產品質量和生產效率的重要性。加之企業自身的管理能力和執行力較差，又缺少良好的品牌支撐，產品附加值和產品服務水平較低，無法帶動企業的利潤增長。

用戶最關心的事是以最低成本購買機床，并能生產高質量的產品。國內數控機床企業在為用戶加工提供全面解決方案以及合理的機床配置及優化的加工工藝方面，尚難滿足以最低的單件制造成本加工出優質產品的需求。

破局之策

創新是一個民族進步的靈魂，是國家興旺發達的不竭動力，更是一個企業發展壯大的必由之路。我國數控機床企業迫切需要在基礎共性技術和關鍵技術方面取得自主發展的突破，應注重發展節能、環保、可靠、高效和智能化的高性能產品，增加產品的技術含量，提升綠色設計和制造水平，創新服務模式，降低資源消耗，減少環境污染，注重經濟效益和社會效益共同提高。

近些年，國家在重大技術裝備、重大專項、共性技術研究、基礎工藝及裝備、裝備進出口等方面，出臺了一系列政策，惠及數控機床產業，起到了積極的推進作用。

數控機床企業應充分利用好國家的有利政策，以產品質量作為發展的根本，以技術創新推動產品的升級，以自主增長和對外合作相結合實現跨越式發展，以用戶需求為準繩提升服務能力，努力打造具有自身獨特內涵的企業文化和民族品牌，逐步實現由“生產型制造”向“服務型制造”的轉變，不斷提升現代制造服務的能力和水平，打造提供全壽命周期服務的數控機床產業。

制造業對數控機床的基本要求是精度高、效率高、能耗少、設備利用率高、環境友好等。因此數控機床應擁有寬泛的加工范圍、很好的柔性并具有模塊化、綠色化、信息化、智能化和低成本等特點，以滿足制造業可持續發展的需要。

數控機床企業應積極投入產學研用結合的創新平臺的建設，在試驗基礎上發展以集成創新為主導的創新設計。以新產品技術推動制造業工藝進步，以新材料新工藝技術拉動新產品研制，以基礎共性技術研究奠定產品創新基礎，以高精密工作母機的關鍵核心技術研發帶動技術發展；以信息化、集成化、智能化和綠色化的技術進步提高生產效率，努力提高自主創新能力；以需求為導向，著力突破核心技術和關鍵共性技術，推進產品技術快速上升到新的高度。

要以企業為主體逐步建立工藝研究試驗室，探索新加工方法和積累優化切削參數并建設相應數據庫，進行控制系統的軟件開發和應用試驗研究，突破核心技術瓶頸，打破國外技術封鎖和貿易壁壘，提高產品應用技術能力，為用戶提供整體解決方案，提升用戶使用信心。

數控機床企業應把用戶服務過程規范化和流程化，把保證加工精度穩定性和減少故障率作為基本要求，把用戶服務行為作為產品價值體現的延伸，把降低單件制造成本作為為用戶服務的終極目標。

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關鍵詞： 數控機床；維修；教學實踐；應用展望

Key words： CNC machine tools；maintenance；teaching practice；application prospects

中圖分類號：G642；TG547 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）17-0243-02

0 引言

隨著數控技術的發展，社會對數控技術人才的需求也發生了進一步的變化，從傳統的數控操作、數控編程逐漸轉向技術含量較高的數控機床調試、數控機床維護、以及數控機床維修。目前，影響數控機床利用率的主要因素是技術維修人才的缺乏，維修力量不足，極大地影響了我國數控技術行業的全面發展。在進行數控專業維修技術人才培養時，高校不僅要教授學生數控維修的基礎理論知識，還要加強對學生基本技能訓練。針對數控設備維修人才培養問題，數控虛擬機床的發展為這一系統工程提供了良好的教學和示范。

1 現有數控維修教學手段的不足

數控維修專業的教學中，對應的課程教學實驗室基本上以下三類：數控機床電氣實驗室、數控機床綜合實驗室、數控機床裝拆實驗室，我們從數控配備的規模調查結果來看，目前大部分院校只配備了以上三類實驗室中的一種或兩種。根據多年數控維修教學反饋和資料顯示，目前高校在數控維修實踐教學過程中主要存在以下問題：

1.1 數控系統類型單一，檔次較低 目前數控機床綜合實驗平臺的配備主要以Faunc、西門子以及國產的經濟型和普及型數控系統為主，很少涉及高端系統，數控系統類型較為單一，檔次不高。隨著我國科研水平的不斷提升，以及高等教育質量的不斷提高，數控制造業的整體水平持續提升，國產數控機床制造業逐漸由普及型和經濟性逐漸向中、高檔類型發展，具體表現為多樣化的數控系統，復合化的機床功能，那些建立在經濟型數控系統基礎上的簡單數控試驗臺已經無法滿足數控機床行業的發展需要，嚴重制約著數控機床行業的進一步發展。

1.2 數控機床訓練欠缺 在數控機床實驗室里我們可以進行如刀架、刀庫和液壓站等機床功能部件的拆裝訓練。機床本身材料主要來源于數據機床生產時，廢棄的一些功能落后，殘缺不全，甚至是有故障的部件，不僅種類不全，而且數量較少，難以適應數據機床專業實踐操作的需求。近年來，數控技術逐漸朝著高速化、高精化、五軸聯動、功能復合化的方向發展，一些新型的功能部件陸續出現在人們的視野，不僅結構復雜，而且價格昂貴。高校由于實驗室建設發展滯后，實驗裝備損壞率高，現有的組建數控裝拆實驗室已經無法滿足數控機床行業的發展需要。因此，高校必須積極加快創新步伐，創建出新型裝拆實驗室訓練模式。

1.3 缺少關于傳感檢測器的相關實驗 數控機床傳感檢測元器件是提高機床精度的重要保證。但與此同時，它也是故障的頻發部位，由于現在能夠為數控維修課程設置配套的數控機床傳感檢測實驗室的高校少之又少，并且基本都處在理論和建設階段，學生在日常課程中，只有在綜合實驗平臺上才能接觸到數控機床傳感檢測器件，而綜合實驗平臺的主要功能都集中在系統調試上，因此很多學生都無法對傳感檢測器進行實驗和檢測。

1.4 機床電氣連接培訓不足 數控機床的電氣連接環節在很多學校都設置了專門的實驗培訓課，不過由于進行數控機床電氣接線所需要的機床低壓元器件種類較多，并且在實際操作中還要不停地插拔數控系統和系統的連接電纜，容易導致損壞。并且由于數控機床電器接線所需工具繁多，對導線等耗材的消耗巨大，教師對學生接線正確與否的考核工作任務重，這就造成了對電氣連接訓練的嚴重不足。

1.5 實驗室規模受到嚴重的制約 在數控機床的教學實踐過程中，學生不僅要學習種類眾多的機床部件，還要利用數控機床綜合實驗平臺進行實踐操作演練。另外，實驗室還要配備足夠數量的傳感監測器件，以適應數控機床教學課程的需要，但由于其價格昂貴，同時還需要加大的場地以作為檢測場所。這些硬件設施條件要求，嚴重影響了高校實驗室的建設發展，制約了高校實驗室的規模和功能。

2 數控機床在數控維修教學中的應用

我們僅以虛擬數控機床在數控維修中的應用為例，分析和研究數控機床在數控維修課程教學中的積極作用。虛擬數控機床的開發是在專門的三維圖形加速引擎以及開發接口平臺上進行的，虛擬數控機床是采用虛擬現實技術，在計算機上建立起來的逼真的三維互動機床模型，它在數控維修教學和培訓中具有以下幾方面的作用：

2.1 機床輔助理論教學 隨著數控機床的發展，其功能也逐漸朝著綜合化和智能化方向發展，這就逐漸加大了聯動加工中心在其中的使用。而這類中高檔的數控機床功能部件的結構、工作原理以及裝配工藝相比以往也更為復雜。要想保證數控機床課程教學的質量，教師可以在利用PPT課件的基礎上，結合虛擬數控機床和功能部件的模型進行解釋和展現，增進學生的理解力。虛擬數控機床和功能部件的模型可以根據實際需要進行任意扭轉，它通過三維動畫的形式，直觀清晰地展示了功能部件的內部結構和原理，并且配有文字解釋，更能強化學生理解力，大大提高了教學的質量和效率。

2.2 虛擬裝拆 虛擬機床以及每一個功能部件都能進行虛擬的3D交互式裝拆。而系統的右半部分則為數控機床裝拆零部件庫和工具庫。在實際的機床裝拆過程中，首先要正確選擇裝拆工具，為虛擬裝拆提供一個良好的實訓環境。為解決裝拆實驗室部件種類不全、數量不足以及新型功能部件短缺的問題，高校應積極推進數控機床專業虛擬裝拆的實施。在進行新型數控機床裝拆實驗室建設時，要逐步實現虛擬裝拆和實際裝拆的有機結合，使學生多接觸新型功能部件，并逐漸熟悉和了解，通過對虛擬裝拆練習的不斷強化，提高學生對結構及裝配關系的理解力。

2.3 虛擬電氣連接和電氣故障 虛擬機床系統實現了整個數控機床電氣柜的電氣連接，完成了從電氣布局規劃到電氣連線的整個過程。虛擬設備還根據實際需要設置了“虛擬萬用表”，其功能與真實萬用表和示波器類似。在電氣連接完成后，操作人員還可以通過及時線路檢測，最終完成虛擬上電的調試。同時，教師還可以在實踐教學中，利用虛擬儀器儀表檢測線路。除此以外，教師還可以通過學生對虛擬電氣的使用和操作情況，考核和訓練學生排查故障的能力。

3 結語

數控虛擬機床作為數控維修理論和實踐教學中的新設備，目前得出的最有效教育方式就是與現有實驗室結合進行理論和實踐的共同聯系。本文通過研究數控虛擬機床在數控機床維修教學和實踐的應用，并結合具體的實踐教學效果，得出了新型數控機床在數控機床裝拆和電氣試驗課程中的積極作用。通過實際教學效果，我們可以明顯看到虛擬數控機床在實踐教學中的作用。而隨著虛擬數控機床的進一步推廣以及其功能的日臻完善，實際數控機床和實驗臺的設備壓力也將明顯減輕。但總體來看，虛擬數控機床在數控檢測傳感檢測元器件的虛擬上還不夠完善，有待進一步加強。

參考文獻：

[1]童曉敏，賈利國.淺析電大數控機床實踐教學活動[J].甘肅廣播電視大學學報，2003（03）.

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采用數字技術進行機械加工，最早是在40年代初，由美國北密支安的一個小型飛機工業承包商派爾遜斯公司（ParsonsCorporation）實現的。他們在制造飛機的框架及直升飛機的轉動機翼時，利用全數字電子計算機對機翼加工路徑進行數據處理，并考慮到刀具直徑對加工路線的影響，使得加工精度達到±0.0381mm（±0.0015in），達到了當時的最高水平。

1952年，麻省理工學院在一臺立式銑床上，裝上了一套試驗性的數控系統，成功地實現了同時控制三軸的運動。這臺數控機床被大家稱為世界上第一臺數控機床。

這臺機床是一臺試驗性機床，到了1954年11月，在派爾遜斯專利的基礎上，第一臺工業用的數控機床由美國本迪克斯公司（Bendix-Cooperation）正式生產出來。

在此以后，從1960年開始，其他一些工業國家，如德國、日本都陸續開發、生產及使用了數控機床。

數控機床中最初出現并獲得使用的是數控銑床，因為數控機床能夠解決普通機床難于勝任的、需要進行輪廓加工的曲線或曲面零件。

然而，由于當時的數控系統采用的是電子管，體積龐大，功耗高，因此除了在軍事部門使用外，在其他行業沒有得到推廣使用。

到了1960年以后，點位控制的數控機床得到了迅速的發展。因為點位控制的數控系統比起輪廓控制的數控系統要簡單得多。因此，數控銑床、沖床、坐標鏜床大量發展，據統計資料表明，到1966年實際使用的約6000臺數控機床中，85%是點位控制的機床。

數控機床的發展中，值得一提的是加工中心。這是一種具有自動換刀裝置的數控機床，它能實現工件一次裝卡而進行多工序的加工。這種產品最初是在1959年3月，由美國卡耐·;特雷克公司（Keaney&TreckerCorp.）開發出來的。這種機床在刀庫中裝有絲錐、鉆頭、鉸刀、銑刀等刀具，根據穿孔帶的指令自動選擇刀具，并通過機械手將刀具裝在主軸上，對工件進行加工。它可縮短機床上零件的裝卸時間和更換刀具的時間。加工中心現在已經成為數控機床中一種非常重要的品種，不僅有立式、臥式等用于箱體零件加工的鏜銑類加工中心，還有用于回轉整體零件加工的車削中心、磨削中心等。

1967年，英國首先把幾臺數控機床連接成具有柔性的加工系統，這就是所謂的柔性制造系統（FlexibleManufacturingSystem——FMS）之后，美、歐、日等也相繼進行開發及應用。1974年以后，隨著微電子技術的迅速發展，微處理器直接用于數控機床，使數控的軟件功能加強，發展成計算機數字控制機床（簡稱為CNC機床），進一步推動了數控機床的普及應用和大力發展。

80年代，國際上出現了1～4臺加工中心或車削中心為主體，再配上工件自動裝卸和監控檢驗裝置的柔性制造單元（FlexibleManufacturingCell——FMC）。這種單元投資少，見效快，既可單獨長時間少人看管運行，也可集成到FMS或更高級的集成制造系統中使用。

目前，FMS也從切削加工向板材冷作、焊接、裝配等領域擴展，從中小批量加工向大批量加工發展。

所以機床數控技術，被認為是現代機械自動化的基礎技術。

那什么是車床呢？據資料所載，所謂車床，是主要用車刀對旋轉的工件進行車削加工的機床。在車床上還可用鉆頭、擴孔鉆、鉸刀、絲錐、板牙和滾花工具等進行相應的加工。車床主要用于加工軸、盤、套和其他具有回轉表面的工件，是機械制造和修配工廠中使用最廣的一類機床。

古代的車床是靠手拉或腳踏，通過繩索使工件旋轉，并手持刀具而進行切削的。1797年，英國機械發明家莫茲利創制了用絲杠傳動刀架的現代車床，并于1800年采用交換齒輪，可改變進給速度和被加工螺紋的螺距。1817年，另一位英國人羅伯茨采用了四級帶輪和背輪機構來改變主軸轉速。

為了提高機械化自動化程度，1845年，美國的菲奇發明轉塔車床；1848年，美國又出現回輪車床；1873年，美國的斯潘塞制成一臺單軸自動車床，不久他又制成三軸自動車床；20世紀初出現了由單獨電機驅動的帶有齒輪變速箱的車床。

第一次世界大戰后，由于軍火、汽車和其他機械工業的需要，各種高效自動車床和專門化車床迅速發展。為了提高小批量工件的生產率，40年代末，帶液壓仿形裝置的車床得到推廣，與此同時，多刀車床也得到發展。50年代中，發展了帶穿孔卡、插銷板和撥碼盤等的程序控制車床。數控技術于60年代開始用于車床，70年代后得到迅速發展。

車床依用途和功能區分為多種類型。

普通車床的加工對象廣，主軸轉速和進給量的調整范圍大，能加工工件的內外表面、端面和內外螺紋。這種車床主要由工人手工操作，生產效率低，適用于單件、小批生產和修配車間。

轉塔車床和回轉車床具有能裝多把刀具的轉塔刀架或回輪刀架，能在工件的一次裝夾中由工人依次使用不同刀具完成多種工序，適用于成批生產。

自動車床能按一定程序自動完成中小型工件的多工序加工，能自動上下料，重復加工一批同樣的工件，適用于大批、大量生產。

多刀半自動車床有單軸、多軸、臥式和立式之分。單軸臥式的布局形式與普通車床相似，但兩組刀架分別裝在主軸的前后或上下，用于加工盤、環和軸類工件，其生產率比普通車床提高3～5倍。

仿形車床能仿照樣板或樣件的形狀尺寸，自動完成工件的加工循環，適用于形狀較復雜的工件的小批和成批生產，生產率比普通車床高10～15倍。有多刀架、多軸、卡盤式、立式等類型

立式車床的主軸垂直于水平面，工件裝夾在水平的回轉工作臺上，刀架在橫粱或立柱上移動。適用于加工較大、較重、難于在普通車床上安裝的工件，一般分為單柱和雙柱兩大類。

鏟齒車床在車削的同時，刀架周期地作徑向往復運動，用于鏟車銑刀、滾刀等的成形齒面。通常帶有鏟磨附件，由單獨電動機驅動的小砂輪鏟磨齒面。

專門車床是用于加工某類工件的特定表面的車床，如曲軸車床、凸輪軸車床、車輪車床、車軸車床、軋輥車床和鋼錠車床等。聯合車床主要用于車削加工，但附加一些特殊部件和附件后，還可進行鏜、銑、鉆、插、磨等加工，具有“一機多能”的特點，適用于工程車、船舶或移動修理站

看機床的水平主要看金屬切削機床，其他機床技術和復雜性不高，就是近幾年很流行的電加工機床，也只是方法的改變，沒什么復雜性和科技含量。

我國的數控磨床水平不錯，每年都有大量出口，因為它簡單，基本屬于勞動密集型。

金屬加工主要是去除材料，得到想得到的金屬形狀。去除材料，主要靠車和銑，車床發展為數控車床，銑床發展為加工中心。高精度多軸機床，可以讓復雜零件在精度和形狀上一次到位，例如，飛機上的一個復雜零件，以前由很多種工人：車工、銑工、磨床工、畫線工、熱處理工用好幾個月干，其中還有報廢的，最新的復合數控機床幾天甚至幾個小時就全干好了，而且精度比你設計的還高。零件精度高就意味著壽命長，可靠性好。

由普通發展到數控，一個人頂原來的十個，在精度上，更是沒法說，適應性上，零件變了，換個程序就行。把人的因素也降為最低，以前在工廠，誰要時會車渦輪、蝸桿，沒個10年8年的不行，要是誰掌握了，那牛得很。現在用數控設備，只要你會編程，把參數輸進去就可以了，很簡單，剛畢業的技校學生都會，而且批量的產品質量也有保證。

自美國在50年代末搞出世界一臺數控車床后，機床制造業就進入了數控時代，中國在六十年代也搞出了第一代數控機床，但后來中國進入了什么年代，大家都知道。等80年代我們再去看世界的數控機床水平，差距就是20年了，其實奮起直追還有希望，但國營工廠不思進取，到了90年代，我們再去看世界水平，已有30年的差距了。中國改革開放前走的是蘇聯的路子，什么叫蘇聯的路子，舉個例子來講：比如，生產一根軸，蘇聯的方式是建一個專用生產線，用多臺專用機床，好處是批量很容易上去，但一旦這根軸的參數發生了變化，這條線就報廢了，生產人員也就沒事做了。在1960－1980年代，國營工廠一個產品生產幾十年不變樣。到了1980年代后，當時搞商品經濟，這些廠不能迅速適應市場，經營就困難了，到了90年代就大量破產，大量職工下崗。現代的生產也有大批量生產，但主要是單件小批量，不管是那種，只要你的設備是數控的，適應起來就快。專業機床的路子已經到頭了，;西方走的路和前蘇聯不一樣，當年的“東芝”事件，就是日本東芝賣給蘇聯了幾臺五軸聯動的數控銑床，讓蘇聯在潛艇的推進螺旋槳上的制造，上了一個檔次，讓美國的聲納聽不到潛艇聲音了，所以美國要懲處東芝公司。由此也可見，前蘇聯的機床制造業也落后了，他們落后，我們就更不用說了。雖然，美國搞出了世界第一臺數控機床，但數控機床的發展，還是要數德國。德國本來在機械方面就是世界第一，數控機床無非就是搞機電一體化，機械方面德國已沒問題，剩下的就是電子系統方面，德國的電子系統工業本來就強大，所以在上世紀六、七十年代，德國就執機床界的牛耳了。

但日本人的強項就是仿造，從上世紀70年代起，日本大量從德國引進技術，消化后大量仿造，經過努力，日本在90年代起，就超越了德國，成為世界第一大數控機床生產國，直到現在還是。他們在機床制造水平上，有一些也走在了世界前面，如在機床復合（一機多種功能）化方面，是世界第一。數控機床的核心就在數控系統方面，日本目前在系統方面也排世界第一，主要是它的發拿科公司。第一代的系統用步進電機，我們現在也能造，第二代用交流伺服電機。現在的數控系統的核心就是交流伺服電機和系統內的邏輯控制軟件，交流伺服電機我們國家目前還沒有誰能制造，這是一個光學、機械、電子的綜合體。邏輯控制軟件就是控制機床的各軸運動，而這些軸是用伺服電機驅動的，一般的系統能同時控制3軸，高級系統能控制五軸，能控5軸的，五軸以上也沒問題。我們國家也由有5軸系統，但“做秀”的成份多，還沒實用化。我們的工廠用的五軸和五軸以上機床，100％進口。

機床是一個國家制造業水平高低的象征，其核心就是數控系統。我們目前不要說系統，就是國內造的質量稍微好一點的數控機床，所用的高精度滾珠絲杠，軸承都是進口的，主要是買日本的，我們自產的滾珠絲杠、軸承在精度、壽命方面都有問題。目前國內的各大機床廠，數控系統100％外購，各廠家一般都買日本發那科、三菱的系統，占80％以上，也有德國西門子的系統，但比較少。德國西門子系統為什么用的少呢？早期，德國系統不太能適合我們的電網，我們的電網穩定性不夠，西門子系統的電子伺服模塊容易燒壞。日本就不同了，他們的系統就燒不壞。近來西門子系統改進了不少，價格方面還是略高。德國人很不重視中國，所以他們的系統漢語化最近才有，不像日本，老早就有漢語化版的。

就國產高級數控機床而言，其利潤的主體是被外國人拿走了，中國只是掙了一個辛苦錢。

美國為什么沒有能成為數控機床制造大國呢？這個和他們當時制定產業政策的人有關，再加上當時美國的勞動力貴，買比制造劃算。機床屬于投資大，見效慢，回報率底的產業，而且需要技術積累。不太附和美國情況。但后來美國發現，機床屬于戰略物資，沒有它，飛機、大炮、坦克、軍艦的制造都有問題，所以他們重新制定政策，扶植了一些機床廠，規定了一些單位只能買國產設備，就是貴也得買，這就為美國保留了一些數控機床行業。美國機床在世界上沒有什么競爭力。

歐洲的機床，除德國外，瑞士的也很好，要說超高精密機床，瑞士的相當好，但價格也是天價。一般用戶用不起。意大利、英國、法國屬于二流，中國很少買他們的機床。西班牙為了讓中國進口他們的機床，不惜貸款給中國，但買的人也很少??借錢總是要還的。

韓國、臺灣的數控機床制造能力比大陸地區略強，不過水平差不多。他們也是在上世紀90年代引進日本技術發展的。韓國應該好一點，它有自己制造的、已經商業化了的數控系統，但進口到中國的機床，應我們的要求，也換成了日本系統。我們對他們的系統信不過。韓國數控機床主要有兩家：大宇和現代。大宇目前在我國設有合資企業。臺灣機床和我們大體一樣，自己造機械部分，系統采購日本的。但他們的機床質量差，壽命短，目前在大陸影響很壞。其實他們比我們國產的要好一點。但我們自己的差，我們還能容忍，臺灣的機床是用美金買來的，用的不好，那火就大了。臺灣最主要的幾家機床廠已打算把工廠遷往大陸，大部分都在上海。這些廠目前在國內的競爭中，也打著“國產”的旗號。

近來隨著中國的經濟發展，也引起了世界一些主要機床廠商的注意，2000年，日本最大的機床制造商“馬扎克”在中國銀川設立了一家數控機床合資廠，據說制造水平相當高，號稱“智能化、網絡化”工廠，和世界同步。今年日本另外一家大機床廠大隈公司在北京設立了一家能年產1000臺數控機床的控股公司，德國的一家很有名的企業也在上海設立了工廠。

目前，國家制定了一些政策，鼓勵國民使用國產數控機床，各廠家也在努力追趕。國內買機床最多的是軍工企業，一個購買計劃里，80％是進口，國產機床滿足不了需要。今后五年內，這個趨勢不會改變。不過就目前國內的需要來講，我國的數控機床目前能滿足中低檔產品的訂貨。

美、德、日三國是當今世上在數控機床科研、設計、制造和使用上，技術最先進、經驗最多的國家。因其社會條件不同，各有特點。

1.美國的數控發展史

美國政府重視機床工業，美國國防部等部門因其軍事方面的需求而不斷提出機床的發展方向、科研任務,并且提供充足的經費，且網羅世界人才，特別講究“效率”和“創新”，注重基礎科研。因而在機床技術上不斷創新，如1952年研制出世界第一臺數控機床、1958年創制出加工中心、70年代初研制成FMS、1987年首創開放式數控系統等。由於美國首先結合汽車、軸承生產需求，充分發展了大量大批生產自動化所需的自動線，而且電子、計算機技術在世界上領先，因此其數控機床的主機設計、制造及數控系統基礎扎實，且一貫重視科研和創新，故其高性能數控機床技術在世界也一直領先。當今美國生產宇航等使用的高性能數控機床，其存在的教訓是，偏重於基礎科研，忽視應用技術，且在上世紀80代政府一度放松了引導，致使數控機床產量增加緩慢，于1982年被后進的日本超過，并大量進口。從90年代起，糾正過去偏向，數控機床技術上轉向實用，產量又逐漸上升。

2.德國的數控發展史

德國政府一貫重視機床工業的重要戰略地位，在多方面大力扶植。，於1956年研制出第一臺數控機床后，德國特別注重科學試驗，理論與實際相結合，基礎科研與應用技術科研并重。企業與大學科研部門緊密合作，對數控機床的共性和特性問題進行深入的研究，在質量上精益求精。德國的數控機床質量及性能良好、先進實用、貨真價實，出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密數控機床。德國特別重視數控機床主機及配套件之先進實用，其機、電、液、氣、光、刀具、測量、數控系統、各種功能部件，在質量、性能上居世界前列。如西門子公司之數控系統，均為世界聞名，競相采用。

3.日本的數控發展史

日本政府對機床工業之發展異常重視，通過規劃、法規(如“機振法”、“機電法”、“機信法”等)引導發展。在重視人才及機床元部件配套上學習德國，在質量管理及數控機床技術上學習美國，甚至青出于藍而勝于藍。自1958年研制出第一臺數控機床后，1978年產量(7,342臺)超過美國(5,688臺)，至今產量、出口量一直居世界首位(2001年產量46,604臺，出口27,409臺，占59%)。戰略上先仿后創，先生產量大而廣的中檔數控機床，大量出口，占去世界廣大市場。在上世紀80年代開始進一步加強科研，向高性能數控機床發展。日本FANUC公司戰略正確，仿創結合，針對性地發展市場所需各種低中高檔數控系統，在技術上領先，在產量上居世界第一。該公司現有職工3,674人，科研人員超過600人，月產能力7,000套，銷售額在世界市場上占50%，在國內約占70%，對加速日本和世界數控機床的發展起了重大促進作用。

4.我國的現狀

我國數控技術的發展起步于二十世紀五十年代，中國于1958年研制出第一臺數控機床，發展過程大致可分為兩大階段。在1958~1979年間為第一階段，從1979年至今為第二階段。第一階段中對數控機床特點、發展條件缺乏認識，在人員素質差、基礎薄弱、配套件不過關的情況下，一哄而上又一哄而下，曾三起三落、終因表現欠佳，無法用于生產而停頓。主要存在的問題是盲目性大，缺乏實事求是的科學精神。在第二階段從日、德、美、西班牙先后引進數控系統技術，從日、美、德、意、英、法、瑞士、匈、奧、韓國、臺灣省共11國(地區)引進數控機床先進技術和合作、合資生產，解決了可靠性、穩定性問題，數控機床開始正式生產和使用，并逐步向前發展。通過“六五”期間引進數控技術，“七五”期間組織消化吸收“科技攻關”，我國數控技術和數控產業取得了相當大的成績。特別是最近幾年，我國數控產業發展迅速，1998～2004年國產數控機床產量和消費量的年平均增長率分別為39.3%和34.9%。盡管如此，進口機床的發展勢頭依然強勁，從2002年開始，中國連續三年成為世界機床消費第一大國、機床進口第一大國，2004年中國機床主機消費高達94.6億美元，國內數控機床制造企業在中高檔與大型數控機床的研究開發方面與國外的差距更加明顯，70%以上的此類設備和絕大多數的功能部件均依賴進口。由此可以看出國產數控機床特別是中高檔數控機床仍然缺乏市場競爭力，究其原因主要在于國產數控機床的研究開發深度不夠、制造水平依然落后、服務意識與能力欠缺、數控,系統生產應用推廣不力及數控人才缺乏等。我們應看清形勢，充分認識國產數控機床的不足，努力發展先進技術，加大技術創新與培訓服務力度，以縮短與發達國家之問的差距。 

 在20余年間，數控機床的設計和制造技術有較大提高，主要表現在三大方面：培訓一批設計、制造、使用和維護的人才；通過合作生產先進數控機床，使設計、制造、使用水平大大提高，縮小了與世界先進技術的差距；通過利用國外先進元部件、數控系統配套，開始能自行設計及制造高速、高性能、五面或五軸聯動加工的數控機床，供應國內市場的需求，但對關鍵技術的試驗、消化、掌握及創新卻較差。至今許多重要功能部件、自動化刀具、數控系統依靠國外技術支撐，不能獨立發展，基本上處于從仿制走向自行開發階段，與日本數控機床的水平差距很大。存在的主要問題包括：缺乏象日本“機電法”、“機信法”那樣的指引；嚴重缺乏各方面專家人才和熟練技術工人；缺少深入系統的科研工作；元部件和數控系統不配套；企業和專業間缺乏合作，基本上孤軍作戰，雖然廠多人眾，但形成不了合力。我國數控技術的發展起步于二十世紀五十年代，通過“六五”期間引進數控技術，“七五”期間組織消化吸收“科技攻關”，我國數控技術和數控產業取得了相當大的成績。特別是最近幾年，我國數控產業發展迅速，1998～2004年國產數控機床產量和消費量的年平均增長率分別為39.3%和34.9%。盡管如此，進口機床的發展勢頭依然強勁，從2002年開始，中國連續三年成為世界機床消費第一大國、機床進口第一大國，2004年中國機床主機消費高達94.6億美元，國內數控機床制造企業在中高檔與大型數控機床的研究開發方面與國外的差距更加明顯，70%以上的此類設備和絕大多數的功能部件均依賴進口。由此可以看出國產數控機床特別是中高檔數控機床仍然缺乏市場競爭力，究其原因主要在于國產數控機床的研究開發深度不夠、制造水平依然落后、服務意識與能力欠缺、數控,系統生產應用推廣不力及數控人才缺乏等。我們應看清形勢，充分認識國產數控機床的不足，努力發展先進技術，加大技術創新與培訓服務力度，以縮短與發達國家之問的差距。

2003年開始，中國就成了全球最大的機床消費國，也是世界上最大的數控機床進口國。目前正在提高機械加工設備的數控化率，1999年，我們國家機械加工設備數控華率是5－8％，目前預計是15－20％之間。一、什么是數控機床車、銑、刨、磨、鏜、鉆、電火花、剪板、折彎、激光切割等等都是機械加工方法，所謂機械加工，就是把金屬毛坯零件加工成所需要的形狀，包含尺寸精度和幾何精度兩個方面。能完成以上功能的設備都稱為機床，數控機床就是在普通機床上發展過來的，數控的意思就是數字控制。給機床裝上數控系統后，機床就成了數控機床。當然，普通機床發展到數控機床不只是加裝系統這么簡單，例如：從銑床發展到加工中心，機床結構發生變化，最主要的是加了刀庫，大幅度提高了精度。加工中心最主要的功能是銑、鏜、鉆的功能。我們一般所說的數控設備，主要是指數控車床和加工中心。我國目前各種門類的數控機床都能生產，水平參差不齊，有的是世界水平，有的比國外落后10－15年，但如果國家支持，追趕起來也不是什么問題，例如：去年，沈陽機床集團收購了德國西思機床公司，意義很大，如果大力消化技術，可以縮短不少差距。大連機床公司也從德國引進了不少先進技術。上海一家企業購買日本著名的機床制造商池貝。，近幾年隨著中國制造的崛起，歐洲不少企業倒閉或者被兼并，如馬毫、斯濱納等。日本經濟不景氣，有不少在80年代很出名的機床制造商倒閉，例如：新瀉鐵工所。二、數控設備的發展方向六個方面：智能化、網絡化、高速、高精度、符合、環保。目前德國和瑞士的機床精度最高，綜合起來，德國的水平最高，日本的產值最大。美國的機床業一般。中國大陸、韓國。臺灣屬于同一水平。但就門類、種類多少而言，我們應該能進世界前4名。三、數控系統 由顯示器、控制器伺服、伺服電機、和各種開關、傳感器構成。目前世界最大的三家廠商是：日本發那客、德國西門子、日本三菱；其余還有法國扭姆、西班牙凡高等。國內由華中數控、航天數控等。國內的數控系統剛剛開始產業化、水平質量一般。高檔次的系統全都是進口。華中數控這幾年發展迅速，軟件水平相當不錯，但差就差在電器硬件上，故障率比較高。華中數控也有意向數控機床業進軍，但機床的硬件方面不行，質量精度一般。目前國內一些大廠還沒有采用華中數控的。廣州機床廠的簡易數控系統也不錯。我們國家機床業最薄弱的環節在數控系統。

四、機床精度1、機械加工機床精度分靜精度、加工精度（包括尺寸精度和幾何精度）、定位精度、重復定位精度等5種。2、機床精度體系：目前我們國家內承認的大致是四種體系：德國VDI標準、日本JIS標準、國際標準ISO標準、國標GB，國標和國際標準差不多。3、看一臺機床水平的高低，要看它的重復定位精度，一臺機床的重復定位精度如果能達到0.005mm(ISO標準.、統計法),就是一臺高精度機床，在0.005mm(ISO標準.、統計法)以下，就是超高精度機床，高精度的機床，要有最好的軸承、絲杠。;4、加工出高精度零件，不只要求機床精度高，還要有好的工藝方法、好的夾具、好的刀具。五、目前世界著名機床廠商在我國的投資情況1、2000年，世界最大的專業機床制造商馬扎克（MAZAK）在寧夏銀川投資建了名為“寧夏小巨人機床公司”的機床公司，生產數控車床、立式加工中心和車銑復合中心。機床質量不錯，目前效益良好，年產600臺，目前正在建2期工程，建成后可以年產1200臺。2、2003年，德國著名的機床制造商德馬吉在上海投資建廠，目前年組裝生產數控車床和立式加工中心120臺左右。3、2002年，日本著名的機床生產商大隈公司和北京第一機床廠合資建廠，年生產能力為1000臺，生產數控車床、立式加工中心、臥式加工中心。4、韓國大宇在山東青島投資建廠，目前生產能力不知。5、臺灣省的著名機床制造商友嘉在浙江蕭山投資建廠，年生產能力800臺。5、民營企業進入機床行業情況1、浙江日發公司，2000年投產，生產數控車床、加工中心。年生產能力300臺。2．2004年，浙江寧波著名的鑄塑機廠商海天公司投資生產機床，主要是從日本引進技術，目前剛開始，起點比較高。3．2002年，西安北村投產，名字象日本的，其實老板是中國人，采用日本技術。生產小型儀表數控車床，水平相當不錯。六、軍工企業技改情況軍工企業得到國家撥款開始于當年“大使館被炸”，后來臺灣上臺后，大規模技改開始了，軍工企業進入新一輪的技改高峰，我們很多軍工企業開始停止購買普通設備。尤其是近3年來，我們的軍工企業從歐洲和日本買了大批量的先進數控機床。也從國內機床廠哪里采購了大批普通數控機床，國內機床廠商為了迎接這次大技改，也引進了不少先進技術，爭取軍工企業的高端訂單。聽在軍工企業的朋友講，如果再能“頂”三年，我們的整體水平會上一個臺階。 其實，總書記掌權以來，已經把國防事業提到了和經濟發展一樣的高度上，他說，我們要建立和經濟發展相適應的國防能力，相信再過10年，隨著我國國防工業和汽車行業的發展，我們國家會誕生世界水平的機床制造商，也將會超越日本，成為世界第一機床生產大國。

參考文獻：

1.《機床與液壓》20041No171995-2005TsinghuaTongfang OpticalDiscCo¸,Ltd¸Allrightsreserved

4.《機床數控系統的發展趨勢》黃勇陳子辰浙江大學

5.《中國機械工程》

6.《數控機床及應用》作者：李佳

7.《機械設計與制造工程》2001年第30卷第1期

8《機電新產品導報》2005年第12期

篇（9）

采用數字技術進行機械加工，最早是在40年代初，由美國北密支安的一個小型飛機工業承包商派爾遜斯公司（ParsonsCorporation）實現的。他們在制造飛機的框架及直升飛機的轉動機翼時，利用全數字電子計算機對機翼加工路徑進行數據處理，并考慮到刀具直徑對加工路線的影響，使得加工精度達到±0.0381mm（±0.0015in），達到了當時的最高水平。

1952年，麻省理工學院在一臺立式銑床上，裝上了一套試驗性的數控系統，成功地實現了同時控制三軸的運動。這臺數控機床被大家稱為世界上第一臺數控機床。

這臺機床是一臺試驗性機床，到了1954年11月，在派爾遜斯專利的基礎上，第一臺工業用的數控機床由美國本迪克斯公司（Bendix-Cooperation）正式生產出來。

在此以后，從1960年開始，其他一些工業國家，如德國、日本都陸續開發、生產及使用了數控機床。

數控機床中最初出現并獲得使用的是數控銑床，因為數控機床能夠解決普通機床難于勝任的、需要進行輪廓加工的曲線或曲面零件。

然而，由于當時的數控系統采用的是電子管，體積龐大，功耗高，因此除了在軍事部門使用外，在其他行業沒有得到推廣使用。

到了1960年以后，點位控制的數控機床得到了迅速的發展。因為點位控制的數控系統比起輪廓控制的數控系統要簡單得多。因此，數控銑床、沖床、坐標鏜床大量發展，據統計資料表明，到1966年實際使用的約6000臺數控機床中，85%是點位控制的機床。

數控機床的發展中，值得一提的是加工中心。這是一種具有自動換刀裝置的數控機床，它能實現工件一次裝卡而進行多工序的加工。這種產品最初是在1959年3月，由美國卡耐·;特雷克公司（Keaney&TreckerCorp.）開發出來的。這種機床在刀庫中裝有絲錐、鉆頭、鉸刀、銑刀等刀具，根據穿孔帶的指令自動選擇刀具，并通過機械手將刀具裝在主軸上，對工件進行加工。它可縮短機床上零件的裝卸時間和更換刀具的時間。加工中心現在已經成為數控機床中一種非常重要的品種，不僅有立式、臥式等用于箱體零件加工的鏜銑類加工中心，還有用于回轉整體零件加工的車削中心、磨削中心等。

1967年，英國首先把幾臺數控機床連接成具有柔性的加工系統，這就是所謂的柔性制造系統（FlexibleManufacturingSystem——FMS）之后，美、歐、日等也相繼進行開發及應用。1974年以后，隨著微電子技術的迅速發展，微處理器直接用于數控機床，使數控的軟件功能加強，發展成計算機數字控制機床（簡稱為CNC機床），進一步推動了數控機床的普及應用和大力發展。

80年代，國際上出現了1～4臺加工中心或車削中心為主體，再配上工件自動裝卸和監控檢驗裝置的柔性制造單元（FlexibleManufacturingCell——FMC）。這種單元投資少，見效快，既可單獨長時間少人看管運行，也可集成到FMS或更高級的集成制造系統中使用。

目前，FMS也從切削加工向板材冷作、焊接、裝配等領域擴展，從中小批量加工向大批量加工發展。

所以機床數控技術，被認為是現代機械自動化的基礎技術。

那什么是車床呢？據資料所載，所謂車床，是主要用車刀對旋轉的工件進行車削加工的機床。在車床上還可用鉆頭、擴孔鉆、鉸刀、絲錐、板牙和滾花工具等進行相應的加工。車床主要用于加工軸、盤、套和其他具有回轉表面的工件，是機械制造和修配工廠中使用最廣的一類機床。

古代的車床是靠手拉或腳踏，通過繩索使工件旋轉，并手持刀具而進行切削的。1797年，英國機械發明家莫茲利創制了用絲杠傳動刀架的現代車床，并于1800年采用交換齒輪，可改變進給速度和被加工螺紋的螺距。1817年，另一位英國人羅伯茨采用了四級帶輪和背輪機構來改變主軸轉速。

為了提高機械化自動化程度，1845年，美國的菲奇發明轉塔車床；1848年，美國又出現回輪車床；1873年，美國的斯潘塞制成一臺單軸自動車床，不久他又制成三軸自動車床；20世紀初出現了由單獨電機驅動的帶有齒輪變速箱的車床。

第一次世界大戰后，由于軍火、汽車和其他機械工業的需要，各種高效自動車床和專門化車床迅速發展。為了提高小批量工件的生產率，40年代末，帶液壓仿形裝置的車床得到推廣，與此同時，多刀車床也得到發展。50年代中，發展了帶穿孔卡、插銷板和撥碼盤等的程序控制車床。數控技術于60年代開始用于車床，70年代后得到迅速發展。

車床依用途和功能區分為多種類型。

普通車床的加工對象廣，主軸轉速和進給量的調整范圍大，能加工工件的內外表面、端面和內外螺紋。這種車床主要由工人手工操作，生產效率低，適用于單件、小批生產和修配車間。

轉塔車床和回轉車床具有能裝多把刀具的轉塔刀架或回輪刀架，能在工件的一次裝夾中由工人依次使用不同刀具完成多種工序，適用于成批生產。

自動車床能按一定程序自動完成中小型工件的多工序加工，能自動上下料，重復加工一批同樣的工件，適用于大批、大量生產。

多刀半自動車床有單軸、多軸、臥式和立式之分。單軸臥式的布局形式與普通車床相似，但兩組刀架分別裝在主軸的前后或上下，用于加工盤、環和軸類工件，其生產率比普通車床提高3～5倍。

仿形車床能仿照樣板或樣件的形狀尺寸，自動完成工件的加工循環，適用于形狀較復雜的工件的小批和成批生產，生產率比普通車床高10～15倍。有多刀架、多軸、卡盤式、立式等類型

立式車床的主軸垂直于水平面，工件裝夾在水平的回轉工作臺上，刀架在橫粱或立柱上移動。適用于加工較大、較重、難于在普通車床上安裝的工件，一般分為單柱和雙柱兩大類。

鏟齒車床在車削的同時，刀架周期地作徑向往復運動，用于鏟車銑刀、滾刀等的成形齒面。通常帶有鏟磨附件，由單獨電動機驅動的小砂輪鏟磨齒面。

專門車床是用于加工某類工件的特定表面的車床，如曲軸車床、凸輪軸車床、車輪車床、車軸車床、軋輥車床和鋼錠車床等。聯合車床主要用于車削加工，但附加一些特殊部件和附件后，還可進行鏜、銑、鉆、插、磨等加工，具有“一機多能”的特點，適用于工程車、船舶或移動修理站

看機床的水平主要看金屬切削機床，其他機床技術和復雜性不高，就是近幾年很流行的電加工機床，也只是方法的改變，沒什么復雜性和科技含量。

我國的數控磨床水平不錯，每年都有大量出口，因為它簡單，基本屬于勞動密集型。

金屬加工主要是去除材料，得到想得到的金屬形狀。去除材料，主要靠車和銑，車床發展為數控車床，銑床發展為加工中心。高精度多軸機床，可以讓復雜零件在精度和形狀上一次到位，例如，飛機上的一個復雜零件，以前由很多種工人：車工、銑工、磨床工、畫線工、熱處理工用好幾個月干，其中還有報廢的，最新的復合數控機床幾天甚至幾個小時就全干好了，而且精度比你設計的還高。零件精度高就意味著壽命長，可靠性好。

由普通發展到數控，一個人頂原來的十個，在精度上，更是沒法說，適應性上，零件變了，換個程序就行。把人的因素也降為最低，以前在工廠，誰要時會車渦輪、蝸桿，沒個10年8年的不行，要是誰掌握了，那牛得很。現在用數控設備，只要你會編程，把參數輸進去就可以了，很簡單，剛畢業的技校學生都會，而且批量的產品質量也有保證。

自美國在50年代末搞出世界一臺數控車床后，機床制造業就進入了數控時代，中國在六十年代也搞出了第一代數控機床，但后來中國進入了什么年代，大家都知道。等80年代我們再去看世界的數控機床水平，差距就是20年了，其實奮起直追還有希望，但國營工廠不思進取，到了90年代，我們再去看世界水平，已有30年的差距了。中國改革開放前走的是蘇聯的路子，什么叫蘇聯的路子，舉個例子來講：比如，生產一根軸，蘇聯的方式是建一個專用生產線，用多臺專用機床，好處是批量很容易上去，但一旦這根軸的參數發生了變化，這條線就報廢了，生產人員也就沒事做了。在1960－1980年代，國營工廠一個產品生產幾十年不變樣。到了1980年代后，當時搞商品經濟，這些廠不能迅速適應市場，經營就困難了，到了90年代就大量破產，大量職工下崗。現代的生產也有大批量生產，但主要是單件小批量，不管是那種，只要你的設備是數控的，適應起來就快。專業機床的路子已經到頭了，;西方走的路和前蘇聯不一樣，當年的“東芝”事件，就是日本東芝賣給蘇聯了幾臺五軸聯動的數控銑床，讓蘇聯在潛艇的推進螺旋槳上的制造，上了一個檔次，讓美國的聲納聽不到潛艇聲音了，所以美國要懲處東芝公司。由此也可見，前蘇聯的機床制造業也落后了，他們落后，我們就更不用說了。雖然，美國搞出了世界第一臺數控機床，但數控機床的發展，還是要數德國。德國本來在機械方面就是世界第一，數控機床無非就是搞機電一體化，機械方面德國已沒問題，剩下的就是電子系統方面，德國的電子系統工業本來就強大，所以在上世紀六、七十年代，德國就執機床界的牛耳了。

但日本人的強項就是仿造，從上世紀70年代起，日本大量從德國引進技術，消化后大量仿造，經過努力，日本在90年代起，就超越了德國，成為世界第一大數控機床生產國，直到現在還是。他們在機床制造水平上，有一些也走在了世界前面，如在機床復合（一機多種功能）化方面，是世界第一。數控機床的核心就在數控系統方面，日本目前在系統方面也排世界第一，主要是它的發拿科公司。第一代的系統用步進電機，我們現在也能造，第二代用交流伺服電機。現在的數控系統的核心就是交流伺服電機和系統內的邏輯控制軟件，交流伺服電機我們國家目前還沒有誰能制造，這是一個光學、機械、電子的綜合體。邏輯控制軟件就是控制機床的各軸運動，而這些軸是用伺服電機驅動的，一般的系統能同時控制3軸，高級系統能控制五軸，能控5軸的，五軸以上也沒問題。我們國家也由有5軸系統，但“做秀”的成份多，還沒實用化。我們的工廠用的五軸和五軸以上機床，100％進口。

機床是一個國家制造業水平高低的象征，其核心就是數控系統。我們目前不要說系統，就是國內造的質量稍微好一點的數控機床，所用的高精度滾珠絲杠，軸承都是進口的，主要是買日本的，我們自產的滾珠絲杠、軸承在精度、壽命方面都有問題。目前國內的各大機床廠，數控系統100％外購，各廠家一般都買日本發那科、三菱的系統，占80％以上，也有德國西門子的系統，但比較少。德國西門子系統為什么用的少呢？早期，德國系統不太能適合我們的電網，我們的電網穩定性不夠，西門子系統的電子伺服模塊容易燒壞。日本就不同了，他們的系統就燒不壞。近來西門子系統改進了不少，價格方面還是略高。德國人很不重視中國，所以他們的系統漢語化最近才有，不像日本，老早就有漢語化版的。

就國產高級數控機床而言，其利潤的主體是被外國人拿走了，中國只是掙了一個辛苦錢。美國為什么沒有能成為數控機床制造大國呢？這個和他們當時制定產業政策的人有關，再加上當時美國的勞動力貴，買比制造劃算。機床屬于投資大，見效慢，回報率底的產業，而且需要技術積累。不太附和美國情況。但后來美國發現，機床屬于戰略物資，沒有它，飛機、大炮、坦克、軍艦的制造都有問題，所以他們重新制定政策，扶植了一些機床廠，規定了一些單位只能買國產設備，就是貴也得買，這就為美國保留了一些數控機床行業。美國機床在世界上沒有什么競爭力。

歐洲的機床，除德國外，瑞士的也很好，要說超高精密機床，瑞士的相當好，但價格也是天價。一般用戶用不起。意大利、英國、法國屬于二流，中國很少買他們的機床。西班牙為了讓中國進口他們的機床，不惜貸款給中國，但買的人也很少??借錢總是要還的。

韓國、臺灣的數控機床制造能力比大陸地區略強，不過水平差不多。他們也是在上世紀90年代引進日本技術發展的。韓國應該好一點，它有自己制造的、已經商業化了的數控系統，但進口到中國的機床，應我們的要求，也換成了日本系統。我們對他們的系統信不過。韓國數控機床主要有兩家：大宇和現代。大宇目前在我國設有合資企業。臺灣機床和我們大體一樣，自己造機械部分，系統采購日本的。但他們的機床質量差，壽命短，目前在大陸影響很壞。其實他們比我們國產的要好一點。但我們自己的差，我們還能容忍，臺灣的機床是用美金買來的，用的不好，那火就大了。臺灣最主要的幾家機床廠已打算把工廠遷往大陸，大部分都在上海。這些廠目前在國內的競爭中，也打著“國產”的旗號。

近來隨著中國的經濟發展，也引起了世界一些主要機床廠商的注意，2000年，日本最大的機床制造商“馬扎克”在中國銀川設立了一家數控機床合資廠，據說制造水平相當高，號稱“智能化、網絡化”工廠，和世界同步。今年日本另外一家大機床廠大隈公司在北京設立了一家能年產1000臺數控機床的控股公司，德國的一家很有名的企業也在上海設立了工廠。

目前，國家制定了一些政策，鼓勵國民使用國產數控機床，各廠家也在努力追趕。國內買機床最多的是軍工企業，一個購買計劃里，80％是進口，國產機床滿足不了需要。今后五年內，這個趨勢不會改變。不過就目前國內的需要來講，我國的數控機床目前能滿足中低檔產品的訂貨。

美、德、日三國是當今世上在數控機床科研、設計、制造和使用上，技術最先進、經驗最多的國家。因其社會條件不同，各有特點。

1.美國的數控發展史

美國政府重視機床工業，美國國防部等部門因其軍事方面的需求而不斷提出機床的發展方向、科研任務,并且提供充足的經費，且網羅世界人才，特別講究“效率”和“創新”，注重基礎科研。因而在機床技術上不斷創新，如1952年研制出世界第一臺數控機床、1958年創制出加工中心、70年代初研制成FMS、1987年首創開放式數控系統等。由於美國首先結合汽車、軸承生產需求，充分發展了大量大批生產自動化所需的自動線，而且電子、計算機技術在世界上領先，因此其數控機床的主機設計、制造及數控系統基礎扎實，且一貫重視科研和創新，故其高性能數控機床技術在世界也一直領先。當今美國生產宇航等使用的高性能數控機床，其存在的教訓是，偏重於基礎科研，忽視應用技術，且在上世紀80代政府一度放松了引導，致使數控機床產量增加緩慢，于1982年被后進的日本超過，并大量進口。從90年代起，糾正過去偏向，數控機床技術上轉向實用，產量又逐漸上升。

2.德國的數控發展史

德國政府一貫重視機床工業的重要戰略地位，在多方面大力扶植。，於1956年研制出第一臺數控機床后，德國特別注重科學試驗，理論與實際相結合，基礎科研與應用技術科研并重。企業與大學科研部門緊密合作，對數控機床的共性和特性問題進行深入的研究，在質量上精益求精。德國的數控機床質量及性能良好、先進實用、貨真價實，出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密數控機床。德國特別重視數控機床主機及配套件之先進實用，其機、電、液、氣、光、刀具、測量、數控系統、各種功能部件，在質量、性能上居世界前列。如西門子公司之數控系統，均為世界聞名，競相采用。

3.日本的數控發展史

日本政府對機床工業之發展異常重視，通過規劃、法規(如“機振法”、“機電法”、“機信法”等)引導發展。在重視人才及機床元部件配套上學習德國，在質量管理及數控機床技術上學習美國，甚至青出于藍而勝于藍。自1958年研制出第一臺數控機床后，1978年產量(7,342臺)超過美國(5,688臺)，至今產量、出口量一直居世界首位(2001年產量46,604臺，出口27,409臺，占59%)。戰略上先仿后創，先生產量大而廣的中檔數控機床，大量出口，占去世界廣大市場。在上世紀80年代開始進一步加強科研，向高性能數控機床發展。日本FANUC公司戰略正確，仿創結合，針對性地發展市場所需各種低中高檔數控系統，在技術上領先，在產量上居世界第一。該公司現有職工3,674人，科研人員超過600人，月產能力7,000套，銷售額在世界市場上占50%，在國內約占70%，對加速日本和世界數控機床的發展起了重大促進作用。4.我國的現狀

我國數控技術的發展起步于二十世紀五十年代，中國于1958年研制出第一臺數控機床，發展過程大致可分為兩大階段。在1958~1979年間為第一階段，從1979年至今為第二階段。第一階段中對數控機床特點、發展條件缺乏認識，在人員素質差、基礎薄弱、配套件不過關的情況下，一哄而上又一哄而下，曾三起三落、終因表現欠佳，無法用于生產而停頓。主要存在的問題是盲目性大，缺乏實事求是的科學精神。在第二階段從日、德、美、西班牙先后引進數控系統技術，從日、美、德、意、英、法、瑞士、匈、奧、韓國、臺灣省共11國(地區)引進數控機床先進技術和合作、合資生產，解決了可靠性、穩定性問題，數控機床開始正式生產和使用，并逐步向前發展。通過“六五”期間引進數控技術，“七五”期間組織消化吸收“科技攻關”，我國數控技術和數控產業取得了相當大的成績。特別是最近幾年，我國數控產業發展迅速，1998～2004年國產數控機床產量和消費量的年平均增長率分別為39.3%和34.9%。盡管如此，進口機床的發展勢頭依然強勁，從2002年開始，中國連續三年成為世界機床消費第一大國、機床進口第一大國，2004年中國機床主機消費高達94.6億美元，國內數控機床制造企業在中高檔與大型數控機床的研究開發方面與國外的差距更加明顯，70%以上的此類設備和絕大多數的功能部件均依賴進口。由此可以看出國產數控機床特別是中高檔數控機床仍然缺乏市場競爭力，究其原因主要在于國產數控機床的研究開發深度不夠、制造水平依然落后、服務意識與能力欠缺、數控,系統生產應用推廣不力及數控人才缺乏等。我們應看清形勢，充分認識國產數控機床的不足，努力發展先進技術，加大技術創新與培訓服務力度，以縮短與發達國家之問的差距。 

 在20余年間，數控機床的設計和制造技術有較大提高，主要表現在三大方面：培訓一批設計、制造、使用和維護的人才；通過合作生產先進數控機床，使設計、制造、使用水平大大提高，縮小了與世界先進技術的差距；通過利用國外先進元部件、數控系統配套，開始能自行設計及制造高速、高性能、五面或五軸聯動加工的數控機床，供應國內市場的需求，但對關鍵技術的試驗、消化、掌握及創新卻較差。至今許多重要功能部件、自動化刀具、數控系統依靠國外技術支撐，不能獨立發展，基本上處于從仿制走向自行開發階段，與日本數控機床的水平差距很大。存在的主要問題包括：缺乏象日本“機電法”、“機信法”那樣的指引；嚴重缺乏各方面專家人才和熟練技術工人；缺少深入系統的科研工作；元部件和數控系統不配套；企業和專業間缺乏合作，基本上孤軍作戰，雖然廠多人眾，但形成不了合力。我國數控技術的發展起步于二十世紀五十年代，通過“六五”期間引進數控技術，“七五”期間組織消化吸收“科技攻關”，我國數控技術和數控產業取得了相當大的成績。特別是最近幾年，我國數控產業發展迅速，1998～2004年國產數控機床產量和消費量的年平均增長率分別為39.3%和34.9%。盡管如此，進口機床的發展勢頭依然強勁，從2002年開始，中國連續三年成為世界機床消費第一大國、機床進口第一大國，2004年中國機床主機消費高達94.6億美元，國內數控機床制造企業在中高檔與大型數控機床的研究開發方面與國外的差距更加明顯，70%以上的此類設備和絕大多數的功能部件均依賴進口。由此可以看出國產數控機床特別是中高檔數控機床仍然缺乏市場競爭力，究其原因主要在于國產數控機床的研究開發深度不夠、制造水平依然落后、服務意識與能力欠缺、數控,系統生產應用推廣不力及數控人才缺乏等。我們應看清形勢，充分認識國產數控機床的不足，努力發展先進技術，加大技術創新與培訓服務力度，以縮短與發達國家之問的差距。

2003年開始，中國就成了全球最大的機床消費國，也是世界上最大的數控機床進口國。目前正在提高機械加工設備的數控化率，1999年，我們國家機械加工設備數控華率是5－8％，目前預計是15－20％之間。一、什么是數控機床車、銑、刨、磨、鏜、鉆、電火花、剪板、折彎、激光切割等等都是機械加工方法，所謂機械加工，就是把金屬毛坯零件加工成所需要的形狀，包含尺寸精度和幾何精度兩個方面。能完成以上功能的設備都稱為機床，數控機床就是在普通機床上發展過來的，數控的意思就是數字控制。給機床裝上數控系統后，機床就成了數控機床。當然，普通機床發展到數控機床不只是加裝系統這么簡單，例如：從銑床發展到加工中心，機床結構發生變化，最主要的是加了刀庫，大幅度提高了精度。加工中心最主要的功能是銑、鏜、鉆的功能。我們一般所說的數控設備，主要是指數控車床和加工中心。我國目前各種門類的數控機床都能生產，水平參差不齊，有的是世界水平，有的比國外落后10－15年，但如果國家支持，追趕起來也不是什么問題，例如：去年，沈陽機床集團收購了德國西思機床公司，意義很大，如果大力消化技術，可以縮短不少差距。大連機床公司也從德國引進了不少先進技術。上海一家企業購買日本著名的機床制造商池貝。，近幾年隨著中國制造的崛起，歐洲不少企業倒閉或者被兼并，如馬毫、斯濱納等。日本經濟不景氣，有不少在80年代很出名的機床制造商倒閉，例如：新瀉鐵工所。二、數控設備的發展方向六個方面：智能化、網絡化、高速、高精度、符合、環保。目前德國和瑞士的機床精度最高，綜合起來，德國的水平最高，日本的產值最大。美國的機床業一般。中國大陸、韓國。臺灣屬于同一水平。但就門類、種類多少而言，我們應該能進世界前4名。三、數控系統 由顯示器、控制器伺服、伺服電機、和各種開關、傳感器構成。目前世界最大的三家廠商是：日本發那客、德國西門子、日本三菱；其余還有法國扭姆、西班牙凡高等。國內由華中數控、航天數控等。國內的數控系統剛剛開始產業化、水平質量一般。高檔次的系統全都是進口。華中數控這幾年發展迅速，軟件水平相當不錯，但差就差在電器硬件上，故障率比較高。華中數控也有意向數控機床業進軍，但機床的硬件方面不行，質量精度一般。目前國內一些大廠還沒有采用華中數控的。廣州機床廠的簡易數控系統也不錯。我們國家機床業最薄弱的環節在數控系統。

四、機床精度1、機械加工機床精度分靜精度、加工精度（包括尺寸精度和幾何精度）、定位精度、重復定位精度等5種。2、機床精度體系：目前我們國家內承認的大致是四種體系：德國VDI標準、日本JIS標準、國際標準ISO標準、國標GB，國標和國際標準差不多。3、看一臺機床水平的高低，要看它的重復定位精度，一臺機床的重復定位精度如果能達到0.005mm(ISO標準.、統計法),就是一臺高精度機床，在0.005mm(ISO標準.、統計法)以下，就是超高精度機床，高精度的機床，要有最好的軸承、絲杠。;4、加工出高精度零件，不只要求機床精度高，還要有好的工藝方法、好的夾具、好的刀具。五、目前世界著名機床廠商在我國的投資情況1、2000年，世界最大的專業機床制造商馬扎克（MAZAK）在寧夏銀川投資建了名為“寧夏小巨人機床公司”的機床公司，生產數控車床、立式加工中心和車銑復合中心。機床質量不錯，目前效益良好，年產600臺，目前正在建2期工程，建成后可以年產1200臺。2、2003年，德國著名的機床制造商德馬吉在上海投資建廠，目前年組裝生產數控車床和立式加工中心120臺左右。3、2002年，日本著名的機床生產商大隈公司和北京第一機床廠合資建廠，年生產能力為1000臺，生產數控車床、立式加工中心、臥式加工中心。4、韓國大宇在山東青島投資建廠，目前生產能力不知。5、臺灣省的著名機床制造商友嘉在浙江蕭山投資建廠，年生產能力800臺。5、民營企業進入機床行業情況1、浙江日發公司，2000年投產，生產數控車床、加工中心。年生產能力300臺。2．2004年，浙江寧波著名的鑄塑機廠商海天公司投資生產機床，主要是從日本引進技術，目前剛開始，起點比較高。3．2002年，西安北村投產，名字象日本的，其實老板是中國人，采用日本技術。生產小型儀表數控車床，水平相當不錯。六、軍工企業技改情況軍工企業得到國家撥款開始于當年“大使館被炸”，后來臺灣上臺后，大規模技改開始了，軍工企業進入新一輪的技改高峰，我們很多軍工企業開始停止購買普通設備。尤其是近3年來，我們的軍工企業從歐洲和日本買了大批量的先進數控機床。也從國內機床廠哪里采購了大批普通數控機床，國內機床廠商為了迎接這次大技改，也引進了不少先進技術，爭取軍工企業的高端訂單。聽在軍工企業的朋友講，如果再能“頂”三年，我們的整體水平會上一個臺階。 其實，總書記掌權以來，已經把國防事業提到了和經濟發展一樣的高度上，他說，我們要建立和經濟發展相適應的國防能力，相信再過10年，隨著我國國防工業和汽車行業的發展，我們國家會誕生世界水平的機床制造商，也將會超越日本，成為世界第一機床生產大國。

參考文獻：

1.《機床與液壓》20041No171995-2005TsinghuaTongfang OpticalDiscCo¸,Ltd¸Allrightsreserved

2.參考資料：/f?kz=211006537

3.參考網址：/question/79231131.html?fr=qrl&fr2=query

4.《機床數控系統的發展趨勢》黃勇陳子辰浙江大學

5.《中國機械工程》

6.《數控機床及應用》作者：李佳

7.《機械設計與制造工程》2001年第30卷第1期

8《機電新產品導報》2005年第12期

篇（10）

關鍵詞：刀庫 技術 國內 國外 發展

1.國外及臺灣地區刀庫產品現狀

國外發達國家的企業，刀庫普遍自制，如DMG、MAZAK、HASS等。專業刀庫制造主要集中在臺灣，知名品牌有吉輔和德大等，它們均有20年以上的經驗和技術。

目前，國內主要的刀庫主機用戶北京一機床、沈陽機床、大連機床、海天數控、漢川機床、桂林機床、昆明機床等企業加工中心的刀庫主要由臺灣廠家生產，全國60工位以上大型鏈式刀庫的使用量在500臺左右，目前在大陸銷售的鏈條式刀庫幾乎全部是臺灣品牌，尤其以吉輔和德大為代表，這兩個廠家的鏈式刀庫在中國市場占80%左右。

1.1.臺灣吉輔：自1979年開始進入刀庫領域，是最早的刀庫專業制造廠家，已經成為亞洲地區的行業領先者，2009年該公司在大陸的營業額已接近1.3億元人民幣。吉輔的鏈式刀庫品種齊全，容刀數量從32把到120把，刀數不等，刀柄形式有BT、CAT、HSK等規格，如其典型刀庫CAT50-120CH，刀庫數量120把，最大抓刀重20Kg，換刀時間13sec。

臺灣德大：是臺灣目前最大的刀庫專業生產廠，其生產品種繁多，如盤式、鏈式、斗笠式等，產品種類齊全，在臺灣市場占有率約50%。除了盤式、斗笠等常規刀庫外，在鏈式刀庫方面擁有32、40、60、90、120等多種規格，且適用于BT、CAT、HSK等刀柄。

1.2. 德國KTC公司：生產ATC90/HSK-A100K-GF-H刀庫。基本參數：鏈速：30m/min，容量：90，刀柄型號：HSK-A100，刀具重量 30Kg 。

（3）自動換刀裝置發展現狀：

自動換刀裝置在刀庫系統中是最重要的組成部分，刀庫系統的速度主要取決于換刀裝置的速度，因此換刀裝置性能在刀庫系統中占重要地位。國內使用的換刀裝置除國內自己生產的外，主要是日本和臺灣，如日本的三共（Sankyo）、臺灣的德士（Teshin），但受價格影響尤以臺灣居多。

臺灣德士，目前德士換刀裝置月產量約1800臺，占臺灣生產量的90%，德士除了在臺灣是各大工具機的供應廠外，也外銷到韓、日等，例如大宇、現代等韓國廠。

2. 國內刀庫產品現狀

國內作為專業生產刀庫的企業很少，主要有哈量集團、常州亞星等。一些大型主機廠，也在參與制作大鏈式刀庫，但僅作為自產自用，滿足本企業單機的使用，沒有形成批量和產業化。

國內生產凸輪式自動換刀裝置的有南方動力（湖南株洲）、北京第一機床廠、溫嶺華馳等，其中，北京第一機床廠生產的凸輪式換刀裝置屬于高檔的，完全達到日本的水平，其換刀速度達到1.3s左右，現已經在日本大隈機床廠和國內生產的高檔機床上得到應用。

呼和浩特眾環集團自2005年開始生產刀庫，種類較多，是目前國內最大的刀庫專業生產廠，在國內外市場占有重要地位。

2010年6月眾環集團的“大型刀庫及自動換刀裝置的開發”項目參與刀庫課題的競標并獲得通過。幾年來，我公司完成大型刀庫及自動換刀裝置基型產品的關鍵技術研發，形成了系列化定型產品，掌握了相關核心技術與批量制造技術，并得到批量生產應用驗證。可靠性和精度穩定性達到國際同類產品的先進水平。

眾環刀庫產品簡介：

圓盤機械手刀庫系列產品：

主要規格有BT40-16＼20＼24＼32P；BT50-20＼24P；BT50（W）-20＼24P此類刀庫分度機構采用弧面分度凸輪機構。用戶有：沈陽機床、寶雞機床、云南CY集團、穎元科技、北京機電院、北京北一等30多家主機廠。

盤式斗笠刀庫系列產品：

主要規格有BT30-10＼12；BT40-12＼16＼20＼24；BT50-16＼20等。此類刀庫采用分度凸輪機構，刀庫自身無自動換刀裝置，由加工中心主軸主動抓刀。用戶有：沈陽機床、寶雞機床、云南CY集團、廣州機床、銀川大河等30多個主機廠。

鏈式刀庫系列：

主要規格有：BT40-20L；LB63020；BT50-32/40L等。此類刀庫使用鏈條作為刀具的傳送機構，具有刀具容量大，適用刀柄有BT、CAT、HSK等，已有北京機電院、機床、沈陽機床等主機廠安裝使用。

立車刀庫系列：

主要規格有CL-12G、ZCL-12、TCL-12等。此類刀庫主要適用于大型立式車床。用戶有：齊重數控、沈陽機床、寶雞機床、新鄉日升、華東數控等廠家安裝使用。

新開發產品：

目前，大型刀庫及自動換刀裝置已成為綜合切削加工機床關鍵的功能部件，為提高主機性能起到越來越大的作用，而國內大型刀庫的研發卻幾乎是個空白。隨著重型機床如落地銑鏜床、龍門機床等需求量的增大及復合加工機床的快速興起，大型及高檔刀庫的需求量也大幅度增加。

2012年，眾環集團成功開發3種大型刀庫，分別是BT50-80LSY帶液壓式自動換刀裝置大型鏈式刀庫、BT50-80LSD帶凸輪式自動換刀裝置大型鏈式刀庫、BT50-48P高速盤式刀庫。技術指標大型鏈式刀庫及換刀機械手：換刀時間5～10s；單刀最大重量30kg；刀庫輸送速度20～30m/min；刀庫數量>80把； 高速盤式刀庫：換刀時間5～6s；單刀最大重量30kg；刀庫數量>48把。

這些大型刀庫的研發成功為加速我國高檔數控機床功能部件的國產化率、推進高檔數控機床進入國際市場創造條件，為大型刀庫的國產化及產業化，同時也為眾環集團又好又快發展奠定了堅實的基礎。

篇（11）

中圖分類號TG659 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2013）84-0062-02

0引言

伴隨我國經濟的不斷發展，我國的制造業水平發展迅速。在數控機床的制造方面，我國的機床制造水平無論在機床的性能還是質量上都在世界機床制造業顯示出較高的技術水平。但是同其它機床生產大國相比我國的機床價格并沒有較好的優勢，究其主要原因是我國數控機床的外觀造型還有待提高。機床的外防護結構設計不夠科學，美觀，是我國數控機床的內在品質和外觀質量不夠一致，制約了數控機床的整體質量。如何實現國產機床的內外質量的一致，達到使外觀能夠很好的體現機床本身的質量，成為了當前機床制造業急需解決的問題。

1數控機床外防護結構設計標準的制定

1.1 從美學角度制定數控機床外防護結構設計的標準

對于數控機床的外觀設計標準首先建立在機械美學的基礎之上，形成美好的動態視覺感受。無論從色彩方面還是從整體舒適度方面都給人一種美好的審美形態。現代數控機床制造不僅在性能上要求高科技行，更要在外防護的品質上有優美的造型設計。性能和外形的實現審美的統一，對產品在同行業中的脫穎而出具有很大作用。機床的外防護的造型要注重細節，給人一種高檔，先進的感覺，各個模塊部件在銜接上做到貫通，銜接縫隙做到高密度的精確處理，產生一種精密、貫通的審美特點。達到現在數控機床在性能、技術和美觀上的和諧統一，增加外觀上的藝術效果。這樣有利于提高數控機床產品本身的附加值，提升客戶的認可度，從而增加經濟效益。

1.2 從人機工程學角度提高機床外防護結構設計的人性化

使數控機床的外防護結構設計更加人性化，也是進行外觀設計的一個重要標準。在進行設計的過程中，要注意從人機工程學的角度考慮，不僅要起到外觀的防護性作用，也要實現設計的人性化。在注意安全的同時還要注意舒適性的人性化特點。在防護措施上要注意質量和全方面的防護，保證設備正常順利的運轉的同時保證工作人員的人身安全。要求在安全性方面采用指示燈等明顯的警示標識提醒工作人員在工作中避免碰撞的發生。在造型上設計堅固穩定的形態，使用優質耐用的材料進行制造。色彩和照明的運用要求柔和舒適。在操作的重要部位要充分利用警示色和提示符合來進行標示。維修窗口進行合理的分布以方便日常工作中的維修和保養。對操作臺的設計要實現靈活性，可以根據具體的情況來進行高度和角度的調整。總之，在整個外防護結構的設計上全面考慮，注意各個細節的人性化設計，以建立一個安全舒適的操作環境，從而促進生產的高效性進行。

1.3 符合流行趨勢，提高外觀的創新性標準

對國內外的數控機床機型及產品外觀信息進行及時的掌握，在造型上打破傳統思維，提高造型的整體感覺，呈現穩固堅實新穎的視覺效果。注意外觀的每個細節的設計，使整體造型顯示柔和、高檔的藝術效果。符合國家上機床造型的流行趨勢，加以創新，無論在整體造型，還是色彩運用上都要注意提高產品的視覺效果（如圖所示）。

新穎造型數控機床示例

2結合制造工藝進行數控機床外防護結構設計

2.1 外防護結構設計功能性要求

對數控機床的整體設計，除了機床內部的功能技術性設計之外，外防護結構設計也是重要的設計部分。在追求數控機床制造的高質量的現代制造行業中，數控機床設計要達到安全高效的性能要求，外防護設計是絕對不可或缺的。一個優秀的數控機床設計不僅要滿足此機床產品的各個功能的要求，還要達到造型美觀，防護有效的全面和諧統一。只有這樣才能從根本上提高產品本身的價值。所以在數控機床的外防護設計上一定要以主機的設計為基礎，對其的設計意圖和思想進行充分的正確的理解。對產品的功能更要仔細研究掌握，了然于胸，這樣以確保外防護的設計能夠與主機進行更好的配合，以更好的對主機設計進行服務。而且外防護的設計不僅對整體上進行考慮，還要對部件間的關系的設計進行考慮，以達到個各部件之間的流暢順利的配合。在外防護的各個配件的基準選擇和裝配的先后順序也要進行科學合理的分配和確定，這樣能夠使各個部件在裝配過程中實現準確和高效的進行。

2.2 外防護結構設計制造工藝的要求

外防護結構的設計，其制造工藝是產品具體制造過程中重要的部分。好的產品離不開好的制造工藝。工藝的好壞，直接影響產品的質量。不同的加工工藝能夠使同樣的構件產生不同的質量和效果，無論從產品的性能和準確度，包括外觀造型的美感方面，都會有所差異。

對于數控機床的外防護設計除了對部件的定型定位加以考慮，對部件之間的裝配方面也有所要求。在部件的制造工藝性方面工作的質量直接影響產品的合格率。在數控機床的外防護結構設計方面要以結構設計的要求為基礎，對部件的制造工藝進行準確具體的分析，不僅有利于成本的控制，對生產加工的具體實施的工作都起著非常重要的作用。因此，在進行外防護結構的設計時，要對自身的現有的加工設備，加工能力有所了解，對部件的可加工性進行全面綜合的分析，使產品結構的設計能夠滿足所具有制造工藝。

2.3數控機床外防護結構設計綠色性要求

現在數控機床的外防護結構設計要符合簡潔、綠色的設計流行趨勢。不僅要滿足機床產品本身功能性的剛性需求，還要在此基礎上盡量在結構設計上實現簡潔。外防護結構設計的是否科學合理直接影響加工過程以及后續裝配的速度和質量，因此，要注意提高加工和裝配方面的方便性。因為外防護結構使用的材料多為2mm的鋼板進行一系列過程的加工，構建太過復雜，對分子件的焊接密度就會相應的增加，這樣焊接變形的幾率就會加大。在產品材料和加工制造上盡量實現綠色設計，注意其可拆卸，可回收性設計，這樣可以很好的做到控制生產成本，節約能源。

3結論

在當今競爭激烈的制造業，注重提高數控機床的外防護結構設計的科學性和美觀性，可以大大提高我國機床制造的整體形象，提升機床產品的競爭價值。在實際的工作中，我們要不斷深入的研究機床外防護結構的設計及加工制造工藝，探討解決生產中存在的問題，努力提高機床制造業的專業水平，增強產品和企業的競爭力。

參考文獻