作者簡介：楊利勇（1976.12-），男，甘肅酒泉人，主任，本科，研究方向：化工。

摘 要： 本文以數(shù)控機床為研究對象，首先闡述了數(shù)控機床的發(fā)展歷程，尤其對其進給伺服系統(tǒng)和機械傳動系統(tǒng)的發(fā)展過程進行了詳細描述，接下來對我國數(shù)控機床的發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢進行了介紹，并分析了其存在的問題，最后提出了針對我國數(shù)控機床的發(fā)展策略。

關鍵詞： 數(shù)控機床;進給伺服系統(tǒng);機床加工程序

【中圖分類號】TG659 【文獻標識碼】A 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.31.150

1 數(shù)控機床的發(fā)展進程

自上世紀50年代以來，世界數(shù)控機床主要經歷了數(shù)控NC（Numerical Control）和計算機數(shù)控CNC（Computer Numerical Control）2個階段[2]。

數(shù)控NC階段主要經歷了以下3代：

第1代數(shù)控系統(tǒng)，始于50年代初年，系統(tǒng)全部采用電子管元件，邏輯運算與控制采用硬件電路完成。

第2代數(shù)控系統(tǒng)，始于50年代末，以晶體管元件和印刷電路板廣泛應用于數(shù)控系統(tǒng)為標志。

第3代數(shù)控系統(tǒng)，始于60年代中期，由于小規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，使其體積變小、功耗降低，可靠性提高，推動了數(shù)控系統(tǒng)的進一步發(fā)展。

計算機數(shù)控CNC階段也經歷了3代：

第4代數(shù)控系統(tǒng)，始于70年代，當首個采用小型計算機的CNC裝置芝加哥展覽會上露面時，標志著CNC技術的問世。

第5代數(shù)控系統(tǒng)，70年代后期，中、大規(guī)模集成電路技術所取得成就，促使價格低廉、體積更小、集成度更高、工作可靠的微處理器芯片的產生，并逐步應用于數(shù)控系統(tǒng)。

2 數(shù)控機床發(fā)展中所存在的問題

由于我國的技術水平和基礎工業(yè)相對其他發(fā)達國家相比比較落后，數(shù)控機床的性能、水平和可靠性與工業(yè)發(fā)達國家相比差距還很大。因此，加速進行中國數(shù)控系統(tǒng)的工程化、商品化攻關，盡快建成與完善我國數(shù)控機床和數(shù)控產業(yè)成了我國的主要任務[5]。目前，我國在發(fā)展數(shù)控機床業(yè)中存在的主要問題主要有以下幾點：

1）缺乏實事求是的科學精神，忽視了數(shù)控機床本身的技術特點、發(fā)展規(guī)律，沒有實事求是地制定數(shù)控機床發(fā)展的規(guī)劃，盲目性大。

2）缺乏系統(tǒng)深入的科研工作難以對各種技術資料進行積累，設計方法陳舊，僅靠類比模仿進行產品設計，既缺乏機床創(chuàng)新的基本理論，又缺乏豐富的生產實際經驗，對高效自動化機床、數(shù)控機床的剛度、振動、熱變形、噪聲、精度補償?shù)然A技術缺乏深入研究，對各類機床加工工藝、布局、結構、導軌、卡軸、卡具等應用技術又缺乏認真試驗，難以創(chuàng)新設計出優(yōu)質適銷的先進產品。

3）沒有合理地運用資源這主要表現(xiàn)在兩點，第一，對于所涉及到的研究所、廠房等沒有綜合應用、取長補短，往往見到的是他們孤軍作戰(zhàn)，而且各單位忙于生存，普遍缺乏深入系統(tǒng)的科研工作，更沒有做到生產一代、研制一代、預研一代等可持續(xù)的發(fā)展;第二，機床行業(yè)人員素質低，缺乏各方而人才，而且各研究單位、企業(yè)、人才流失嚴重，科研、設計力量十分虛弱，往往呈現(xiàn)低效運行狀態(tài)。

4）我國制造業(yè)大環(huán)境的制約。由于沒有在全國范圍內發(fā)展大量大批生產自動化，對高效自動化機床的卞機設計的基本功較差，而機床的品種結構發(fā)展，全靠主機設計本領加以變化，因此，依靠引進和合作生產來發(fā)展各類卞機，至今我國許多高性能、新結構的數(shù)控機床大都為合作產品，基本處于仿制階段。

3 數(shù)控機床的發(fā)展策略

從上世紀80年代起，我國機床制造業(yè)對數(shù)控技術和數(shù)控機床一直給予較大的關注。但是由于我們的數(shù)控技術與其他工業(yè)發(fā)達國家差距較大，與國外一些先進產品相比，仍存在著很大劣勢，使得我們總是處于技術跟蹤階段。面對這種情況，為了加速振興我國的機床制造業(yè)，提高我國的數(shù)控機床技術，應當加強以下幾個方面的研究工作：

1）以高速化為先導，提高數(shù)控機床的綜合性能：數(shù)控機床的高速化是提高其高效柔性和高精化的一個重要措施。分析中型加工中心的高速化與高精化的發(fā)展歷程，可以得出，作為表征其切削運動高速化的主軸最高轉速和最大進給速度，大致持續(xù)地以每10年增長1倍的比率上升，而表征壓縮機床輔助時間的快移速度（指以滾珠絲杠和旋轉伺服電機驅動）和自動換刀/工作臺轉位速度，基本上以每12～15年翻一番的速度增長，1993年后逐步推廣用直線電動機直接驅動的新技術，使加工中心的快移速度比用滾珠絲杠副驅動時又提高了1倍。高速化的發(fā)展還要多注意2個問題：從先進適用出發(fā)確定高速范圍;高速化要和機床的結構和控制性能相匹配。

2）推進μm 工程，研制高效精密數(shù)控機床：目前國內生產的數(shù)控機床尚缺少高效、高可靠性且加工精度達微米級的產品。為此，需研發(fā)一些能兼顧高效化和高精化的數(shù)控制造裝備以適應汽車制造業(yè)加工關鍵零件的需求。由于這些數(shù)控制造裝備的加工精度主要在微米級（μm）范圍內，因此可稱為μm級制造裝備及技術研究，簡稱“μm 工程”。

3）發(fā)展復合加工數(shù)控機床、縮短制造過程鏈：加快復合數(shù)控機床的發(fā)展步伐，提高工序的集中度，使加工過程鏈集約化，可以提高多品種單件和中小批量加工的工效，也有利于加工精度的穩(wěn)定性。復合數(shù)控機床可以減少在不同數(shù)控機床間進行工序的轉換而引起的待工以及多次上下料等時間。通常這些時間占零件整個生產周期的40%～60%，即使在信息管理良好的情況下，仍將占20%左右。因此，復合數(shù)控機床具有明顯的技術效果。為了避免復合機床因功能的擴展而過多地引起結構的復雜化和成本的增加，還需要探求兩個問題：通過創(chuàng)新技術擴大功能部件的適用面來簡化結構;發(fā)展模塊化和可重構化的復合機床。

4）高效柔性化的新一代制造系統(tǒng)：1995年開始研究的在可重構制造技術支持下，構建具有適應大批量高效柔性化生產的可重組制造系統(tǒng)（RMS）是一個值得注意的發(fā)展動向。其核心為制造系統(tǒng)能物理組態(tài)，即根據加工對象的變化方便地進行布局和設備配置的調整，發(fā)展了能對多變的市場需求做出合理的配置規(guī)劃和易于調整的布局方式、適應重構的控制軟件、開放式控制系統(tǒng)和規(guī)范化接口以及能快速提升系統(tǒng)重組后制造質量的診斷系統(tǒng)等技術，使其兼具專用生產線的高效性能和適用的柔性以取得更佳的經濟性，已在生產中取得了初步成功的應用。

5）發(fā)展網絡化制造單元，推進企業(yè)制造能力的高效柔性化：當前，國內外一些機床和數(shù)控系統(tǒng)制造企業(yè)在從分布式網絡化聯(lián)盟制造的角度出發(fā)研究相適應的制造單元，強化其自治管理能力，能與企業(yè)的資源計劃（ERP），產品數(shù)據管理（PDM）和計算機輔助設計/計算機輔助制造/計算機輔助工程（CAD/CAPP/CAM）的信息集成，進而通過與客戶關系管理（CRM）和供應鏈管理（SCM）的聯(lián)系做出智能決策，實施并行工程、可視化監(jiān)控等以提高機床利用率，實現(xiàn)高效的柔性生產。