現(xiàn)代機械制造中，精度要求較高和表面粗糙度要求較細(xì)的零件，一般都需在機床上用切削的方法進(jìn)行最終加工，機床在國民經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化的建設(shè)中起著重大作用。

　　數(shù)制機床（ Computer numerical control machine tools）是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規(guī)定的程序，并將其譯碼，從而驅(qū)使機床動作加工零件。與普通機床相比，數(shù)控機床加工精度高，具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量；可進(jìn)行多坐標(biāo)的聯(lián)動，能加工形狀復(fù)雜的零件；加工零件改變時，一般只需要更改數(shù)控程序，可節(jié)省生產(chǎn)準(zhǔn)備時間；機床本身的精度高、剛性大，可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)率高，一般為普通機床的 3 ～5 倍；機床自動化程度高，可以減輕勞動強度；對操作人員的素質(zhì)要求較高，對維修人員的技術(shù)要求更高。

　　數(shù)控機床是一種高度機電一體化的產(chǎn)品，適用于加工多品種小批量零件，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、精度要求較高的零件，需要頻繁改型的零件，價格昂貴不允許報廢的關(guān)鍵零件，要求精密復(fù)制的零件，需要縮短生產(chǎn)周期的急需零件以及要求100%檢驗的零件。數(shù)控機床的特點及其應(yīng)用范圍使其成為國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)發(fā)展的重要裝備。

　　一、數(shù)控機床的發(fā)展現(xiàn)狀

　　數(shù)控機床最早由美國制造出來。從1960年開始，一些工業(yè)國家，如德國、日本都陸續(xù)開發(fā)、生產(chǎn)及使用了數(shù)控機床。目前，歐、美、日等工業(yè)化國家已先后完成了數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

　　1、美國的數(shù)控機床發(fā)展

　　美國政府重視機床工業(yè)，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(fā)展方向、科研任務(wù)，并且提供充足的經(jīng)費，網(wǎng)羅世界級人才，特別講究“效率”與“創(chuàng)新”，注重基礎(chǔ)科研。因而在機床技術(shù)上不斷創(chuàng)新，如 1952 年研制出世界第一臺數(shù)控機床、1958 年創(chuàng)制出加工中心、70 年代初研制成 FMS、1987 年首創(chuàng)開放式數(shù)控系統(tǒng)等。由于美國首先結(jié)合汽車、軸承生產(chǎn)需求，充分發(fā)展了大量大批生產(chǎn)自動化所需的自動線，而且電子、計算機技術(shù)在世界上領(lǐng)先，因此其數(shù)控機床的主機設(shè)計、制造及數(shù)控系統(tǒng)基礎(chǔ)扎實，且一貫重視科研和創(chuàng)新，故其高性能數(shù)控機床技術(shù)在世界也一直領(lǐng)先。其存在的教訓(xùn)是，偏重于基礎(chǔ)科研，忽視應(yīng)用技術(shù)，且在上世紀(jì)80 年代政府一度放松了引導(dǎo)，致使數(shù)控機床產(chǎn)量增加緩慢，于1982年被后進(jìn)的日本超過，并大量進(jìn)口。從90年代起，糾正過去偏向數(shù)控機床技術(shù)轉(zhuǎn)向?qū)嵱?，產(chǎn)量又逐漸上升。

　　2、德國的數(shù)控機床發(fā)展

　　德國一直將機床工業(yè)放在重要的戰(zhàn)略地位，在多方面給予大力扶植，于 1956 年研制出第一臺數(shù)控機床后，德國特別注重科學(xué)試驗，理論與實際相結(jié)合，基礎(chǔ)科研與應(yīng)用技術(shù)科研并重。企業(yè)與大學(xué)科研部門緊密合作，對數(shù)控機床的共性和特性問題進(jìn)行深入的研究，在質(zhì)量上精益求精。德國的數(shù)控機床質(zhì)量及性能良好、先進(jìn)實用、貨真價實，出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密數(shù)控機床。德國特別重視數(shù)控機床主機及配套件的先進(jìn)實用，其機、電、液、氣、光、刀具、測量、數(shù)控系統(tǒng)、各種功能部件，在質(zhì)量、性能上居世界前列，如西門子公司的數(shù)控系統(tǒng)。

　　3、日本的數(shù)控機床發(fā)展

　　日本政府對機床工業(yè)之發(fā)展異常重視，通過規(guī)劃、法規(guī)引導(dǎo)發(fā)展。在重視人才及機床元部件配套上學(xué)習(xí)德國，在質(zhì)量管理及數(shù)控機床技術(shù)上學(xué)習(xí)美國，甚至青出于藍(lán)而勝于藍(lán)。自1958年研制出第一臺數(shù)控機床后，1978年產(chǎn)量（ 7，342 臺） 超過美國（ 5，688 臺） ，至今其產(chǎn)量、出口量一直居世界首位。戰(zhàn)略上先仿后創(chuàng)，先生產(chǎn)量大而廣的中檔數(shù)控機床，大量出口，占領(lǐng)世界廣大市場。在上世紀(jì) 80 年開始進(jìn)一步加強科研，向高性能數(shù)控機床發(fā)展。

　　二、數(shù)控機床的發(fā)展趨勢

　　　　據(jù)國際咨詢機構(gòu)預(yù)測，今后世界上數(shù)控機床將以較高的速度發(fā)展，在金切機床中幾乎所有品種均可實現(xiàn)數(shù)控化；數(shù)控系統(tǒng)向高度集成（采用64位CPU）、高分辨率（0.1um）、小型化方向發(fā)展。機械加工向工序復(fù)合化、智能化方向發(fā)展。未來工廠將廣泛應(yīng)用數(shù)控機床、柔性加工單元和柔性加工生產(chǎn)線，最終實現(xiàn)計算機集成制造系統(tǒng)。工廠可以靈活地根據(jù)用戶需要，在短時間內(nèi)設(shè)計、制造出全新的產(chǎn)品，實現(xiàn)更高精度、效率和效益。

　　1、高精度化

　　國外效控系統(tǒng)的設(shè)定單位由1um發(fā)展到0.1um和0.01um。1992年7月，日本FANUC公司在慶祝該公司成立二十周年的新成果展示會上，展示了實現(xiàn)納米加工的整套技術(shù)，實現(xiàn)了0.001um／脈沖的控制系統(tǒng)，能牘利執(zhí)行每個脈沖當(dāng)量為0．001um的伺服單元，伺服電機、氣浮絲杠、氣浮主軸等部件，能檢測納米級精度的高精度檢測反饋系統(tǒng)。據(jù)資料介紹，這是世界上第一個真正實現(xiàn)納米加工的成套技術(shù)。

　　2、高速化

　　快速行程已從24m／min提高到240m／min（當(dāng)設(shè)計單位為1um時），加工中心的切削進(jìn)給速度可達(dá)10m／min以上。數(shù)控系統(tǒng)已從16位微機發(fā)展到32位、64位機，或用40多個CPU 的結(jié)構(gòu)。FANUC公司開發(fā)的15B數(shù)控系統(tǒng)就采用了64位微機的RISC技術(shù)（壓縮、優(yōu)化程序、消除跟蹤誤差）。

　　3、高可靠性

　　FANUC公司的計算機數(shù)控系統(tǒng)的平均無故障工作時 （MTBF）是0.01次／月·臺，即實現(xiàn)了100個月里出現(xiàn)一次故障的高可靠性t從而使機器人也實現(xiàn)了0.013次／月·臺的高可靠性（另一種說法是國外數(shù)控系統(tǒng)的MTBF在1萬小時以上）。

　　4、系統(tǒng)化

　　在新廠籌建和老廠擴(kuò)建過程中，人們已注意到了耍在系統(tǒng)工程觀念指導(dǎo)下來添置數(shù)控機床、柔性加工單位及柔性制造系統(tǒng)、機器人等機電一體化產(chǎn)品。德國的維勒爾公司已經(jīng)給世界各國提供了上百條柔性制造系統(tǒng)。FANUC公司還在筑波科學(xué)城中按計算機集成制造系統(tǒng)（O1MS）的五層結(jié)構(gòu)建成CIMS模式的工廠。富士通公司建立了紹津CIMS工廠，富士電機也建立了吹上C1MS工廠}德國的西門子公司建立了CIMS數(shù)控系統(tǒng)制造廠。

　　5、微型化

　　FANUC公司由于采用了64位傲處理囂、RISC技術(shù)、SMT技術(shù)（表面涂裝技術(shù)），用液晶顯示器代替CRT及三維立體安裝等新技術(shù)．已將16、18等新數(shù)控系統(tǒng)鰭小到原有數(shù)控系統(tǒng)的1/3。同時，已開始與其它公司，政府部門合作，開展了徽型機器人的研制工作。用于醫(yī)學(xué)頓域的傲型機器人要能進(jìn)入人體，執(zhí)行打通血管阻塞的任務(wù)，還要在任務(wù)完成后自動退出人體。

　　6、智能化

　　視覺、觸覺、模糊邏輯控制等智能化工作仍在積極進(jìn)行。如FANUC公司展示的7軸雙腕智能化機器人。日本在無人化工廠的研制上長期保持l～2個示范工廠的狀態(tài)現(xiàn)已打破，目前已有7個無人化工廠。FANUC公司在無人化工廠的研制上每年投入1億美元的研制費。

　　7、由傳統(tǒng)的萬能機床向機床功能專用化和產(chǎn)品多樣化發(fā)展。由于機床的萬能性和多功能性，造成機床結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造周期長、成本也相應(yīng)提高。用戶往往只需要都分功能，但付出的卻是多功能的代價，功能浪費了，根不經(jīng)濟(jì)?，F(xiàn)在機l床制造業(yè)從品種少、批量大的生產(chǎn)轉(zhuǎn)換為多品種、專業(yè)化和小批量生產(chǎn)。對每一種具體的機床產(chǎn)品來說，它的功能應(yīng)該是有限的，適合用戶特定需要的，盡量步帶不必要的功能。

　　8、以模塊化設(shè)計實現(xiàn)產(chǎn)品多樣化，功能專用化，已成為當(dāng)前機床發(fā)展的主流。這類機床是較為專用化的機床。這類機床在機床鎊售額中所占的比重，過去5～10年為3%，現(xiàn)在已達(dá)到10%，再過5～lO年，將達(dá)到50%以上。生產(chǎn)企業(yè)要為每個不同的用戶專門設(shè)計機床，而規(guī)格和功能完全相同的機床將缸來愈少。甚至于以后有可能不再出現(xiàn)。

　　9、發(fā)展經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機床和加工中心也成為當(dāng)前數(shù)控機床發(fā)展的一種趨勢。經(jīng)濟(jì)型（國外多稱為廉價型）數(shù)控機床，加工中心，是美國、日本等國的機床業(yè)作為一個參與市場競爭的新策略而再現(xiàn)的。

　　10、“電子—— 機械”商品化

? ? ? ? 一般認(rèn)為機電一律化商品，機械部分成本較高。現(xiàn)在國際市場上機電一體化商品中的“電子”部分的比啻I不斷增加。FANUC公司正準(zhǔn)備將成本中的電子都分增加到占60%，機械部分占40%，即形成以“電子”為主，以“機械”為輔的機電一體化商品。

　　三、我國數(shù)控機床發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

　　我國數(shù)控機床發(fā)展現(xiàn)狀

　　我國數(shù)控機床的研制工作起步比較晚，于1958年由清華大學(xué)和北京第一機床廠合作研制了我國第一臺數(shù)控銑床，并于1958年開始試制成功第一臺電子管數(shù)控機床。1965年開始研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)，直到20世紀(jì)60年代末至70年代初成功研制。從1980年起，我國加大改革開放的力度，先后從日、德、美、西班牙等西方國家引進(jìn)CNC系統(tǒng)，對各種機、電、液、氣等基礎(chǔ)原件進(jìn)行合作生產(chǎn)，極大地提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。

　　總體來說，從1958年研制出第一臺數(shù)控機床到現(xiàn)在，我國數(shù)控機床的發(fā)展大體可以分為三個階段：1958至1979年為第一階段，在這一階段內(nèi)我國受到西方國家的封鎖和國內(nèi)環(huán)境的影響，數(shù)控機床的發(fā)展采用的是封閉式摸索前進(jìn)，數(shù)控機床的一些關(guān)鍵技術(shù)，如電、氣、液等核心技術(shù)達(dá)不到可靠性要求，故障常出；1980年至1995年為第二階段，我國提出了改革開放的政策，積極引進(jìn)國外的先進(jìn)數(shù)控技術(shù)，利用國外的先進(jìn)產(chǎn)品配置和技術(shù)，期間我國的數(shù)控機床取得了長足的發(fā)展，逐漸縮小與國外先進(jìn)國家的差距，但總體來說，這個階段屬于我國的仿制時期，自主研發(fā)的產(chǎn)品占少數(shù)。

　　1996年至今為第三階段，我國實施產(chǎn)業(yè)化的戰(zhàn)略，數(shù)控機床進(jìn)入自主研發(fā)的時期，數(shù)控機床的產(chǎn)值比重也逐漸增大，數(shù)控機床無論從數(shù)量上還是在質(zhì)量上都取得了較大的進(jìn)步，某些核心的關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)接近或者領(lǐng)先于世界水平。例如，2010年，世界28個主要機床生產(chǎn)國家和地區(qū)產(chǎn)值達(dá)663億美元，較2009年增長了21％，其中，中國機床占全球機床產(chǎn)值的31％。中國為世界機床第一大生產(chǎn)國，日本居第二位，德國位列第三位，但是排名世界前7位的數(shù)控機床生產(chǎn)企業(yè)我國沒有一家。

　　我國數(shù)控機床發(fā)展趨勢

　　20世紀(jì)90年代開始，我國數(shù)控機床系統(tǒng)完成了16位機向32位機轉(zhuǎn)變，伺服驅(qū)動從直流向交流全數(shù)字式轉(zhuǎn)化，系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)從封閉向開放轉(zhuǎn)變，控制系統(tǒng)由專用計算機向通用計算機轉(zhuǎn)變，加快了數(shù)控機床技術(shù)前進(jìn)的步伐，具體來說數(shù)控機床會朝著以下幾個方向發(fā)展。

　　1、 高速化

　　隨著新型刀具和其他關(guān)鍵部件的采用，數(shù)控機床進(jìn)入高速切削的時代。高速加工采用遠(yuǎn)高于常規(guī)加工切削速度進(jìn)給速度，不僅可提高加工效率，縮短加工工時，同時還可獲得很高加工精度。高速切削機床是實現(xiàn)高速切削加工的前提和關(guān)鍵，具有高精度的高轉(zhuǎn)速主軸，具有控制精度高的高軸向進(jìn)給速度和進(jìn)給加速度的軸向進(jìn)給系統(tǒng)，是實現(xiàn)高速切削的關(guān)鍵。例如，現(xiàn)在數(shù)控機床的主軸轉(zhuǎn)速由原來的幾千轉(zhuǎn)提高到現(xiàn)在的上萬轉(zhuǎn)，甚至幾十萬轉(zhuǎn)；進(jìn)給速度由原來的每分鐘幾米提高到現(xiàn)在100～200m/min；換刀的時間也越來越短，從原來的十幾秒降到現(xiàn)在的1ms，這些都極大地提高了生產(chǎn)率。

　　2、 精密與超精密化

　　精密與超精密加工是今后金屬切削加工的發(fā)展方向。近幾年，隨著數(shù)控機床關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展，通過機床結(jié)構(gòu)優(yōu)化、制造和裝配的精化，數(shù)控系統(tǒng)和伺服控制的精密化，高精度功能部件的采用和溫度、振動誤差補償技術(shù)的應(yīng)用等，從而提高數(shù)控機床加工的幾何精度、運動精度，減少形位誤差、表面粗糙度。據(jù)資料分析，數(shù)控機床加工精度平均每8年提高1倍，從數(shù)控機床的產(chǎn)生到現(xiàn)在，數(shù)控機床的加工精度提高了大約了100倍。近10多年來，精密級加工中心的加工精度則從（±3～5）μm提高到（±1～1.5）μm。

　　3、開放化

　　基于通用計算機的開放式體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控機床系統(tǒng)已經(jīng)成為其發(fā)展的主要方向，開放化的系統(tǒng)可以使數(shù)控機床應(yīng)用于不同的平臺之上，可以與其他不同的系統(tǒng)相互操作，增加數(shù)控機床系統(tǒng)的兼容性，這種開放的、交互的數(shù)控機床具有操作簡便、維護(hù)方便等特點，提高了數(shù)控機床在企業(yè)中的普及率。

　　4、技術(shù)集成化和技術(shù)復(fù)合化

　　技術(shù)集成和技術(shù)復(fù)合是今后數(shù)控機床發(fā)展的另一趨勢。為了提高生產(chǎn)率，出現(xiàn)復(fù)合加工機床，復(fù)合加工機床突出體現(xiàn)了工件在一次裝卡中完成大部分或全部加工工序，從而達(dá)到減少機床和夾具、免去工序間的搬運和儲存、提高工件加工精度、縮短加工周期和節(jié)約作業(yè)面積的目的。這類機床可以進(jìn)行復(fù)合工序的操作，例如車、銑、鉆、鏜、磨、齒輪加工技術(shù)復(fù)合，甚至還可以跨加工類別的技術(shù)復(fù)合，如激光-沖壓、金屬切割-激光等技術(shù)復(fù)合，這類復(fù)合加工機床的出現(xiàn)極大地縮短了輔助時間，提高了生產(chǎn)率。

　　5、智能化

　　智能化指工作過程智能化，利用計算機、信息、網(wǎng)絡(luò)等智能化技術(shù)有機結(jié)合，對數(shù)控機床加工過程實行智能監(jiān)控和人工智能自動編程等。智能監(jiān)控是指在加工過程中，數(shù)控機床可以實現(xiàn)對工件的自動找正、自動換刀、自動補償以及對加工過程出現(xiàn)的故障問題等自動解決，而人工智能編程是指數(shù)控機床可以根據(jù)設(shè)定程序自動加工出所需要的零件。隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)控制（遠(yuǎn)程控制）已經(jīng)成為數(shù)控機床可持續(xù)發(fā)展的新方向之一。

　　6、綠色化

　　人口、資源和環(huán)境已經(jīng)成為制約人類發(fā)展的三大問題。為尋求符合環(huán)保要求的機床，干式和微量冷卻類型數(shù)控機床應(yīng)用越來越廣泛。操作工人的環(huán)境、加工材料、冷卻液的使用會成為衡量數(shù)控機床的綠色水平，因此綠色清潔的數(shù)控機床成為今后數(shù)控機床的主導(dǎo)方向。