浅析数控技术的发展现状及趋势--本科论文.doc

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1、 毕业设计 （论文）题 目：浅析数控技术的发展现状及趋势专 业： 机电一体化 姓 名： 指导老师： 院系站点： 2014年4月28日浅析数控技术的发展现状及趋势学 生: 班 级： 2012机电一体化 指导老师: 评 阅 人: 完成日期：2014 年12月 18日至 2015 年4月 28日 毕业论文任务书班 级： 12级机电一体化 指导老师： 学生姓名： 发题时间：2014 年11 月18日 完成时间：2015 年04月28 日题目：浅析数控技术的发展现状及趋势1.本论文的目的和意义：现代机械产品向着高精度、高自动化和高可靠性发展、具有机电结合和多学科技术结合的特点，纯机械的产品越来越少，而且

2、更新换代速度快，对这些要求，数控技术将起到保证作用。当前，机械产品在国内外市场是否有竞争力，很大程度取决于数控技术的发展。推广于应用。 因此，大力推广发展数控技术，用数控技术改造传统制造工业，有着深远的意义2.学生应完成的任务：（1）查找相关资料在老师的指导下确定论文题目。 （2）在老师的指导下完成开题报告和提纲，为拟定初稿做好准备。 （3）根据提纲拟定初稿，交给老师进行点评。（4）根据老师的指在初稿上找出缺点和不足并对其进行修改。 （5）根据老师的指导对论文的侧重点以及格式进行修改并完成二稿。（7）进行论文答辩。3.参考资料：1 王立新. 浅谈数控技术的发展趋势J. 赤峰学院学报. 2007

3、.2 董淳. 数控系统技术发展的新趋势J. 可编程控制器与工厂自动化. 2006.3 张亚力. 简述数控发展的新趋势J. 国土资源高等职业教育研究. 2005.4 陈芳. 数控技术的发展和途径J. 科技资讯. 2008.5 唐怀斌.工业控制的进展与趋势J.自动化与仪器仪表,1996.7 马国华 监控组态软件及其应用M. 北京：清华大学出版社，2001.38 梁训王宣 ,周延佑.机床技术发展的新动向J.世界制造技术与装备市场，2001(3)：21-28.9中国机床工具工业协会 数控系统分会.CIMT2001巡礼J.世界制造技术与装备市场. 前 言数控技术是一门集计算机技术、自动化控制技术、测量技

4、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。 自20世纪末开始，我国制造业就开始了逐渐由制造大国向制造强国迈进了脚步，机床制造业也跟着取得数控机床快速增长的业绩。机床是先进制造技术和制造信息集成的重要元素，既是生产力要素，又是重要商品。机床的发展和创新在一定程度上能映射出加工技术的主要趋势。近年来, 我国在数控机床和机床工具行业对外合

5、资合作进一步加强, 无论在精度、速度、性能, 还是智能化方面都取得了相当的成绩。摘 要随着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。 本文以数控机床为研究对象，首先阐述了数控机床的发展历程，尤其对其进给伺服系统和机械传动系统的发展过程进行了详细描述，接下来对我国数控机床的发展现状与发展趋势进行了介绍，并分析了其存在的问题，最后提出了针对我国数控机床的发展策略。关键词：数控技术、高新技术、发展趋势目录1. 数控的优势及特点1 1.1数控加工及其优势1 1.2加工效率高1 1.3加工精度高

6、1 1.4劳动强度低1 1.5适应能力强1 1.6工作环境好1 1.7就业容易、待遇高12.数控机床发展现状2 2.1数控机床产业发展现状2 2.2数控机床技术发展现状2 2.3数控机床关键部件发展现状2 2.4加速发展数控机床之路33.我国数控机床的发展趋势5 3.1体系结构的发展趋势5 3.2开放性5 3.3运动并联化5 3.4极端化、大型化和微型化6 3.5信息交互网络化6 3.6新型功能部件6 3.7高可靠性6 3.8加工过程绿色化64.当前数控机床的主要发展体现8 4.1高速、高效8 4.2高精度8 4.3高可靠性8 4.4复合化8 4.5多轴化8 4.6智能化9 4.7网络化10结

7、束语11致 谢12参考文献13 131.数控的优势及特点1.1数控加工及其优势 数控机床是以数控系统为代表的新技术对传统机械制造产业的渗透形成的机电一体化产品,其技术范围复盖很多领域:(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.计算机对传统机械制造产业的渗透.完全改变了制造业.制造业不但成为工业化的象征.而且由于信息技术的渗透.使制造业犹如朝阳产业具有广阔的发展天地.1.2加工效率高 利用数字化的控制手段可以加工复杂的曲面。而加工过程是由计算机控制，所以零件的互换性强，加工的速度快。1.3加工精度高 同传统的加

8、工设备相比，数控系统优化了传动装置,提高分辨率,减少了人为误差，因此加工的效率可以得到很大的提高。1.4 劳动强度低 由于采用了自动控制方式，也就是说加工的全部过程是由数控系统完成，不象传统加工手段那样烦琐，操作者在数控机床工作时，只需要监视设备的运行状态。所以劳动强度很低。1.5适应能力强 数控加工系统就象计算机一样，可以通过调整部分参数达到修改或改变其运作方式，因此加工的范围可以得到很大的扩展。1.6工作环境好 数控加工机床是机械控制、强电控制、弱电控制为一体高科技产物，对机床的运行温度、湿度及环境都有较高的要求。1.7 就业容易、待遇高 由于我国处于数控加工技术的大力发展阶段，大量的数控

9、机床和先进的加工手段的快速引进，却没有大量熟练数控技术操作的人员参与，因此造成该行业严重缺乏人才。2. 数控机床自身系统的发展2.1 数控机床产业的发展现状据初步统计，近年来数控机床产量持续地以年均增长超过30%的速度快速增长。2004 年其产量达 52000 台以上，同比年增长40%，数控机床的消费量约74000 台，同比年增长32%。在数控机床的技术水平方面，由于市场需求的拉动，中高档数控机床的开发也取得了较大的进展，在五轴联动、复合加工、高速加工、超精加工和数字化设计等一批关键技术上取得了突破，并形成了一批中档数控机床产业化基地。但是，另一方面进口的数控机床数量也在逐年同步增加，而且进口

10、数控机床消费额的增长趋势更快。国内外数控机床主要技术指标差距很大。从上世纪80 年代起，我国机床制造业的发展虽有起伏，但对数控技术和数控机床一直给予较大的关注，已具有较强的市场竞争力。但由上表可以看到，在中、高档数控机床方面，与国外一些先进技术与产品仍存在较大差距，效率、精度和可靠性等方面均有明显差距，相当欧洲在上世纪90 年代中期水平，大部分处于技术跟踪阶段。2.2数控技术发展现状首先是精度普遍不够。只有少数几种产品达到欧洲标准定位精度。 其次，基础材料开发方面的差距，未普及高强度密烘铸铁，在欧美已有一批先进产品采用聚合物混凝土，我国则还是空白。再次，高动、静刚度主机结构和整机性能开发的差距

11、，高速机床主机结构设计方向是增强刚性和减轻移动部件重量，如国际普遍采用龙门式、框式、O型整体结构，箱中箱式结构，L型床身，三轴移动移出机身，侧挂箱式卧式加工中心等。我们则大多未开发。 还有一重要差距就是应用技术差距。当然，关键配套件，特别是新兴配套件差距较大。如电主轴、高速滚珠丝杠副、直线电机、高速高精全数字式数控系统、高精度高频响的位置检测系统等。 任重道远，要赶上国际先进水平，我们还要不断提高产品开发能力。2.3数控机床关键部件发展现状从全球范围看，我国滚动功能部件产业虽然是制造厂商最多的国家，但生产不集中、分布不合理、总产量和产值不高，除少数重点骨干企业的部分产品达到或接近国外水平外，多

12、数企业只能生产中低档产品，且品种单一、含金量偏低，至今尚无一个在国际上有影响力的知名品牌。科学技术是推动功能部件产业化的动力。当前滚动功能部件产业面临两大急需解决的问题：其一是迅速研制出高性能、高档次的产品，以满足国产高档数控机床产业化的需求。其二是迅速提升制造技术水平，从革新工艺入手，提高批量生产的产品质量和生产效率，缩短制造周期，在此基础上推出一批有竞争力的名牌产品。围绕这两大问题，实现产业化的关键是加大技术投入和资金投入。我国数控机床整体技术水平的发展和提高，最终离不开先进的功能部件产业的支持。目前我国数控机床功能部件生产已有一定规模，电主轴、主轴单元，数控系统、滚动功能部件、数控刀架、

13、数控转台等都有专门的制造厂家，其中个别产品的制造水平接近国际先进水平。但从整体上看，我国功能部件生产发展缓慢，品种少，产业化程度低，从精度指标和性能指标的综合情况看还不过硬。国产数控机床缺乏核心技术，从高性能数控系统到关键功能部件基本都依赖进口，即使近几年有些国内制造商艰难地创出了自己的品牌，但其产品的功能、性能的可靠性仍然与国外产品有一定差距。近几年国产数控机床制造商通过技术引进、海内外并购重组以及国外采购等获得了一些先进数控技术，但缺乏对机床结构与精度、可靠性、人性化设计等基础性技术的研究，忽视了自主开发能力的培育，国产数控机床的技术水平、性能和质量与国外还有较大差距，同样难以得到大多数用

14、户的认可。2.4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，打好技术基矗近

15、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。3.我国数控机床的发展趋势 3.1体系结构的发展趋势 数控机床以其卓越的柔性自动化的性能、优异而稳定的精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目，它开创了机械产品向机电一体化发展的先河，成为先进制造技术中的一项核心技术。数控系统技术的突飞猛进为数控机床

16、的技术进步提供了条件，当今的市场，国际合作的格局逐渐形成，产品竞争日趋激烈，高效率、高精度加工手段的需求在不断升级，用户的个性化要求日趋强烈，专业化、专用化、高科技的机床越来越得到用户的青睐。3.2开放性 （1）向未来技术开放 （2）向用户特殊要求开放：更新产品、扩充功能、提供硬软件产品的各种组合以满足特殊应用要求； （3）数控标准的建立标准化的编程语言，既方便用户使用，又降低了和操作效率直接有关的劳动消耗。 新一代数控系统的开发核心是开放性。开放性有软件平台和硬件平台的开放式系统，采用模块化，层次化的结构，并通过形式向外提供统一的应用程序接口。为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化

17、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， 数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。3.3运动并联化 并联运动机床克服了传统机床串联机构移动部件质量大、系统刚度低、刀具只能沿固定导轨进给、作业自由度偏低、设备加工灵活性和机动性不够等固有缺陷，在机床主轴（一般为动平台）与机座（一般为静平台）之间采用多杆并联联接机构驱动，通过控制杆系中杆的长度使杆系支撑的平台获得相应自由度的运动，可实现多坐标联动数控加工、装配和测量多种功能，更能满足复杂特种零件的加工，具有现代机器人的模块化程度高、重量轻和速度快等优点。 并联机床作为一种新型的加工设备，已成为当前机床技术的一个重要研究方向，受到了国

18、际机床行业的高度重视，被认为是“自发明数控技术以来在机床行业中最有意义的进步”和“21世纪新一代数控加工设备”。3.4极端化、大型化和微型化 国防、航空、航天事业的发展和能源等基础产业装备的大型化需要大型且性能良好的数控机床的支撑。而超精密加工技术和微纳米技术是21世纪的战略技术，需发展能适应微小型尺寸和微纳米加工精度的新型制造工艺和装备，所以微型机床包括微切削加工（车、铣、磨）机床、微电加工机床、微激光加工机床和微型压力机等的需求量正在逐渐增大。3.5信息交互网络化 对于面临激烈竞争的企业来说，使数控机床具有双向、高速的联网通讯功能，以保证信息流在车间各个部门间畅通无阻是非常重要的。既可以实

19、现网络资源共享，又能实现数控机床的远程监视、控制、培训、教学、管理，还可实现数控装备的数字化服务（数控机床故障的远程诊断、维护等）。例如，日本Mazak公司推出新一代的加工中心配备了一个称为信息塔（e-Tower）的外部设备，包括计算机、手机、机外和机内摄像头等，能够实现语音、图形、视像和文本的通信故障报警显示、在线帮助排除故障等功能，是独立的、自主管理的制造单。3.6新型功能部件 为了提高数控机床各方面的性能，具有高精度和高可靠性的新型功能部件的应用成为必然。具有代表性的新型功能部件包括： （1）高频电主轴 （2）直线电动机 （3）电滚珠丝杆3.7高可靠性 数控机床与传统机床相比，增加了数控

20、系统和相应的监控装置等，应用了大量的电气、液压和机电装置，易于导致出现失效的概率增大；工业电网电压的波动和干扰对数控机床的可靠性极为不利，而数控机床加工的零件型面较为复杂，加工周期长，要求平均无故障时间在2万小时以上。为了保证数控机床有高的可靠性，就要精心设计系统、严格制造和明确可靠性目标以及通过维修分析故障模式并找出薄弱环节。国外数控系统平均无故障时间在710万小时以上，国产数控系统平均无故障时间仅为10000小时左右，国外整机平均无故障工作时间达800小时以上，而国内最高只有300小时。3.8加工过程绿色化 随着日趋严格的环境与资源约束，制造加工的绿色化越来越重要，而中国的资源、环境问题尤

21、为突出。因此，近年来不用或少用冷却液、实现干切削、半干切削节能环保的机床不断出现，并在不断发展当中。在21世纪，绿色制造的大趋势将使各种节能环保机床加速发展，占领更多的世界市场。 4. 当前数控机床的主要发展体现4.1.高速、高效 机床向高速化方向发展，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。超高速加工技术对制造业实现高效、优质、低成本生产有广泛的适用性。目前，在超高速加工中，车削和铣削的切削速度已达到50008000m/min以上；主轴转数在30000转/分（有的高达10万r/min）以上；工作台的移动速度（进给速度）：在分辨率为1微米时，在100m/m

22、in（有的到200m/min） 以上，在分辨率为0.1 m时，在24m/min以上；自动换刀速度在1秒以内；小线段插补进给速度达到12m/min4.2.高精度从精密加工发展到超精密加工，是世界各工业强国致力发展的方向。其精度从微米级到亚微米级，乃至纳米级（#lt;10nm），其应用范围日趋广泛。1993年开始在机床上应用直线电机直接驱动，由于是没有中间环节的零传动，不仅运动惯量小、系统刚度大、响应快，可以达到很高的速度和加速度，而且其行程长度理论上不受限制，定位精度在高精度位置反馈系统的作用下也易达到较高水平，是高速高精加工机床特别是中、大型机床较理想的驱动方式。目前使用直线电机的高速高精加工

23、机床最大快移速度已达208 m/min，加速度2g，并且还有发展余地。4.3高可靠性 随着数控机床网络化应用的发展，数控机床的高可靠性已经成为数控系统制造商和数控机床制造商追求的目标。对于每天工作两班的无人工厂而言，如果要求在16小时内连续正常工作，无故障率在P（t）99%以上，则数控机床的平均无故障运行时间MTBF就必须大于3000小时。我们只对一台数控机床而言，如主机与数控系统的失效率之比为10:1（数控的可靠比主机高一个数量级）。此时数控系统的MTBF就要大于33333.3小时，而其中的数控装置、主轴及驱动等的MTBF就必须大于10万小时。当前国外数控装置的MTBF值已达6000小时以上

24、，驱动装置达30000小时以上，但是，可以看到距理想的目标还有差距。4.4复合化 在零件加工过程中有大量的无用时间消耗在工件搬运、上下料、安装调整、换刀和主轴的升、降速上，为了尽可能降低这些无用时间，人们希望将不同的加工功能整合在同一台机床上，因此，复合功能的机床成为近年来发展很快的机种。数控机床向柔性自动化系统发展的趋势是：从点（数控单机、加工中心和数控复合加工机床）、线（FMC、FMS、FTL、FML）向面（工段车间独立制造岛、FA）、体（CIMS、分布式网络集成制造系统）的方向发展，另一方面向注重应用性和经济性方向发展。柔性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段，是各

25、国制造业发展的主流趋势，是先进制造领域的基础技术。其重点是以提高系统的可靠性、实用化为提，以易于联网和集成为目标；注重加强单元技术的开拓、完善；CNC单机向高精度、高速度和高柔性方向发展；数控机床及其构成柔性制造系统能方便地与CAD、CAM、CAPP、MTS联结，向信息集成方向发展；网络系统向开放、集成和智能化方向发展。4.5多轴化 随着5轴联动数控系统和编程软件的普及，5轴联动控制的加工中心和数控铣床已经成为当前的一个开发热点，由于在加工自由曲面时，5轴联动控制对球头铣刀的数控编程比较简单，并且能使球头铣刀在铣削3维曲面的过程中始终保持合理的切速，从而显着改善加工表面的粗糙度和大幅度提高加工

26、效率，而在3轴联动控制的机床无法避免切速接近于零的球头铣刀端部参予切削，因此，5轴联动机床以其无可替代的性能优势已经成为各大机床厂家积极开发和竞争的焦点。最近，国外还在研究6轴联动控制使用非旋转刀具的加工中心，虽然其加工形状不受限制且切深可以很薄，但加工效率太低一时尚难实用化。4.6智能化智能化是21世纪制造技术发展的一个大方向。智能加工是一种基于神经网络控制、模糊控制、数字化网络技术和理论的加工，它是要在加工过程中模拟人类专家的智能活动，以解决加工过程许多不确定性的、要由人工干预才能解决的问题。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的智能化，如自适应控制，工艺参数自

27、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、简化操作的智能化，如智能化的自动编程，智能化的人机界面等；智能诊断、智能监控，方便系统的诊断及维修等。世界上正在进行研究的智能化切削加工系统很多，其中日本智能化数控装置研究会针对钻削的智能加工方案具有代表性，（1）加工过程自适应控制技术 （2）加工参数的智能优化与选择（3）智能故障自诊断与自修复技术 （4）智能故障回放和故障仿真技术（5）智能化交流伺服驱动装置 （6）智能4M数控系统4.7网络化 数控机床的网络化，主要指机床通过所配装的数控系统与外部的其它控制系统或上位

28、计算机进行网络连接和网络控制。随着信息化技术的大量采用，越来越多的国内用户在进口数控机床时要求具有远程通讯服务等功能。机械制造企业在普遍采用CAD/CAM的基础上，越加广泛地使用数控加工设备。数控应用软件日趋丰富和具有人性化。虚拟设计、虚拟制造等高端技术也越来越多地为工程技术人员所追求。通过软件智能替代复杂的硬件，正在成为当代机床发展的重要趋势。在数字制造的目标下，通过流程再造和信息化改造，ERP等一批先进企业管理软件已经脱颖而出，为企业创造出更高的经济效益。结束语 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

29、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，反映了数控机床加工向网络化方向发

30、展的趋 势，以及数控机床技术的发展与应用也将更加广阔。致 谢 毕业设计是对毕业生所学专业知识的一个总结、归纳、深化的过程，其中包含了我们需要时时加强的东西：分析解决问题能力、查阅文献的能力、统筹编辑的能力、总结经验的能力等等。在毕业设计的数月期间，我得到了导师的细心指导和关怀，特别是在课题的程序设计过程中，对其中的各种技术问题和疑惑，导师都花费了大量的时间和精力一一为我解答，让我在这个过程中对数控机床控制等多方面的知识有了一次新的深入的学习和全面的提升，并能够逐渐将课本上所学的理论知识与工业生产中的实际问题相结合，从而为以后步入社会解决工作中遇到的实际问题打下良好的基础。在此，谨向导师表示最衷

31、心的感谢！在课题的研究设计期间，学院、图书馆为我们提供了良好的学习和静心研究的环境，同组成员也给予了我很多帮助与支持，在这里一同表示感谢：没有你们的支持、帮助和鼓励，我很难拿出这样的一份最终作品。当然由于时间和知识水平所限，论文中不可避免会出现纰漏和错误，恳请各位审阅老师悉心指正，在此不胜感激。参考文献1 王立新. 浅谈数控技术的发展趋势J. 赤峰学院学报. 2007.2 董淳. 数控系统技术发展的新趋势J. 可编程控制器与工厂自动化. 2006.3 张亚力. 简述数控发展的新趋势J. 国土资源高等职业教育研究. 2005.4 陈芳. 数控技术的发展和途径J. 科技资讯. 2008.5 唐怀斌.工业控制的进展与趋势J.自动化与仪器仪表,1996.7 马国华 监控组态软件及其应用M. 北京：清华大学出版社，2001.38 梁训王宣 ,周延佑.机床技术发展的新动向J.世界制造技术与装备市场，2001(3)：21-28.9中国机床工具工业协会 数控系统分会.CIMT2001巡礼J.世界制造技术与装备市场.