国内数控机床现状篇（1）

中图分类号：TH11 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）07（c）-0227-01

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，它是传统机械制造技术、计算机技术、现代控制技术、传感检测技术等于一体的现代制造业基础技术，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。数控技术水平高低和装备拥有量的多少是衡量一个国家工业现代化的重要标志。现对国内外数控机床产业现状进行介绍，并对产业竞争力和战略发展进行研究。

1 国外数控机床产业现状及发展趋势

从世界范围来看，数控机床发展的强国首推德国和日本。德国的数控机床精度高，稳定性好，自动化程度高，出口遍及世界。而日本十分重视发展批量生产自动化，并大力发展中小批柔性生产自动化的数控机床。

数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，对国计民生的一些重要行业的发展起着越来越重要的作用。目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，主要体现几个方面。

1.1 智能、高速、高精度化

随科学技术的发展，计算机系统及其应用软件的复杂化，使得机床系统及其硬件结构简化，数控机床的智能化程度日趋提高。如果重复定位精度能达到0.005 mm，为高精度机床，在0.005 mm以下，是超高精度机床。高精度的机床，要有最好的轴承、丝杠。随着电脑辅助制造（CAM）系统的发展，精密度已达到微米级。

1.2 设计、制造绿色化

绿色设计是一种综合考虑了产品设计、制造、使用和回收等整个生命周期的环境特性和资源效率的先进设计理论和方法。它在不牺牲产品功能、质量和成本的前提下，系统考虑产品开发、制造及其活动对环境的影响，从而使得产品在整个生命周期中对环境的负面影响最小，资源利用率最高。数控机床作为装备制造业的核心，能否顺应环保趋势，加大绿色设计与制造的研制，将是影响经济发展的重要要素之一。

1.3 复合化与系统化

根据数控机床具有数字化控制机床运动的这一特点，可实现工件一次装夹，完成多种工序复合加工，从而大大提高生产效率和加工精度。产品开发周期的缩短，制造速度也得到相应提高。而且随着产品对外观曲线要求的提高，机床五轴加工、六轴加工已日益普及，机床加工的复合化已是不可避免的发展趋势。

2 国内数控机床产业现状及发展趋势

1958年我国研制出第一台数控机床，随后经历五个发展阶段，直至21世纪，数控机床发展速度远高于机床工具工业平均发展速度，我国数控机床实现了超高速、飞速发展。

当今世界机床制造业的水平集中表现在数控机床的开发、生产能力上，数控机床已成为制造业的主流设备，一个国家所拥有的数控机床多少、水平高低已成为衡量一个国家综合实力的重要标志。要实现我国从一个机床大国转变为机床生产强国的目标，必须加快调整步伐，加大新产品开发力度，必须关注机床产业相关的新技术及发展趋势。

随着信息技术的日新月异，高新技术日趋成熟并广泛应用到机床上，高速、高效、高精度、复合加工、环保是今后机床产品发展的主流。数控机床替代普通机床，机床技术的复合化、智能化生产的日趋成熟，极大提高生产效率和机床生产的自动化水平，缩短交货周期，降低生产成本，并且能够快速反应市场。例如：在产品复合技术方面，具有代表性的德国WFL公司研制的MILLTURNS系列车铣复合加工中心，该机床可完成车、铣、钻、镗、攻丝、滚齿、磨削等多道工序加工。德国TBT公司的MULTI.CRANK，最多有十个控制轴，可完成复杂曲轴类零件的复合加工。

3 我国数控机床产业的战略选择与实施

虽然目前市场对高档和大型机床需求量很大，但是中小型和普通机床已出现库存迹象。因此对于这两种供需矛盾的突出问题，必须通过加快调整产品结构来解决。企业要针对市场需求和本企业特色、产品特色进行产品结构调整。逐步增加大型重型以及多轴控制，高柔性、高自动化程度机床制造能力和市场占有比重，同时不断完善内部管理机制，培养人才，提高劳动生产率，重视产品质量和服务，在提高产品的稳定性和可靠性上下功夫；同时，完善管理机制，提高管理水平也是企业增强竞争力的必备条件。

目前国内排名在前列的主要机床制造企业均为国有企业，如沈阳机床集团，大连机床集团，北京第一机床等等。这些国有大型企业机床产量占据国内机床总产值的70%以上，处于绝对主导地位。并且这些企业占有国家更多的资源，容易得到国家扶植。在这些企业的国有企业股权结构中，国有股比重过高。股权过于集中，不利于股权分散和公司产权独立化，不利于投资主体多元化和形成多元产权主体制衡机制。因此，合理配置股权，优化股权结构是完善国有企业治理结构的关键环节。

从2009年至今，中国机床产值已稳居世界第一，但其中经济型数控机床占比相当大，高档数控机床与国外仍有很大差距。因此，必须提高开发能力，发展高档数控机床。而且我国重型机床行业虽然取得了可喜的成就，但是与工业发达国家相比，还存在不小差距。目前，国产重型机床与世界一流水平的差距主要是可靠性和制造工艺等方面，要加速缩小与国外的差距，不断提高国产重型机床的水平，就要不断提高自主创新能力，开发自己的核心技术。

目前，我国龙头机床制造商已经形成了并正在扩大自己产业集群。如大连机床在大连高新区构建其产业集群等等，并积极引入国际高端机床零部件制造企业及机床配套供应企业，提高产品供应效率，与供应商共同合作增强企业研发能力，最终达到增强产业链条，提高综合竞争实力的目的。

4 结论

数控机床作为实现机械制造自动化的关键，直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。机床行业要进一步深化改革，适应市场需求，积极调整产业和产品结构，转变经济增长方式，加速数控机床产业化步伐，增强自主创新能力，加快高档数控机床和大型重型机床及其功能部件的研发和市场开拓，从而提高市场竞争力，在国家的政策和措施的支持下，机床产业竞争力将会得到迅速的提升。

参考文献

[1] 中国社会经济调查研究中心.2008年数控机床行业分析报告[R].5-22.

[2] 曹伟.我国数控机床的发展现状与对策[J].现代经济信息，2008（4）.

国内数控机床现状篇（2）

中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1006-3315(2011)11-179-001

数控系统是一种利用数字信号对执行机构的位移、速度、加速度和动作顺序等实现自动控制的控制系统。从1952年美国麻省理工学院研制出第1台实验性数控系统，到现在已走过了半个世纪。数控系统也由当初的电子管式起步，发展到了今天的开放式数控系统。

数控系统确保了数控机床具有高精、高速、高效的功能，可以使装备制造业实现数字化、柔性化和网络化制造。随着我国航空航天、船舶、汽车、电站设备和国防工业等制造业的高速发展，数控机床在装备制造业中的重要性愈来愈明显，中高档数控系统的需求也越来越大。以往中高档数控系统基本被国外厂商占领，因此我国中高档数控系统技术必须加快发展。

一、国外数控系统现状

在国际市场，德国、美国、日本等几个国家基本掌控了中高档数控系统。国外的主要数控系统制造商有西门子（Siemens）、发那克（FANUC）、三菱电机（Mitsubishi Electric）、海德汉（HEIDENHAIN）、博世力士乐（Bosch Rexroth）、日本大隈（Okuma）等。

1.纳米插补与控制技术已走向实用阶段

纳米插补将产生的以纳米为单位的指令提供给数字伺服控制器，使数字伺服控制器的位置指令更加平滑，从而提高了加工表面的平滑性。将“纳米插补”应用于所有插补之后，可实现纳米级别的高质量加工。在两年一届的美国芝加哥国际制造技术（机床）展览会（IMTS 2010）上，发那克就展出了30i/31i/32i/35i-MODEL B数控系统。除了伺服控制外，“纳米插补”也可以用于Cs轴轮廓控制；刚性攻螺纹等主轴功能。西门子展出的828D所独有的80bit浮点计算精度，可使插补达到很高的轮廓控制精度，从而获得很好的工件精度。此外，三菱公司的M700V系列的数控系统也可实现纳米级插补。[1]

2.机器人使用广泛

未来机床的功能不仅局限于简单的加工，而且还具有一定自主完成复杂任务的能力。机器人作为数控系统的一个重要应用领域，其技术和产品近年来得到快速发展。机器人的应用领域，不仅仅局限于传统的搬运、堆垛、喷漆、焊接等岗位，而且延伸到了机床上下料、换刀、切削加工、测量、抛光及装配领域，从传统的减轻劳动强度的繁重工种，发展到IC封装、视觉跟踪及颜色分检等领域，大大提高了数控机床的工作效率。典型的产品有德国的KUKA，FANUC公司的M-1iA、M-2000iA、M-710ic。[2]

3.智能化加工不断扩展

随着计算机领域中人工智能的不断渗透和发展，数控系统的智能化程度也得到不断提高。应用自适应控制技术数控系统能够检测到过程中的一些重要信息，并自动调整系统中的相关参数，改进系统的运行状态；车间内的加工监测与管理可实时获取数控机床本身的状态信息，分析相关数据，预测机床状态，使相关维护提前，避免事故发生，保证其不稳定工况下生产的安全，减少机床故障率，提高机床利用率。应用先进的伺服控制技术，伺服系统能通过自动识别由切削力导致的振动，产生反向的作用力，消除振动。应用主轴振动控制技术，在主轴嵌入位移传感器，机床可以自动识别当前的切削状态，一旦切削不稳定，机床会自动调整切削参数，保证加工的稳定性。

4.CAD/CAM技术的应用

当前，为了使数控机床操作者更加便利地编制数控加工程序，解决复杂曲面的编程问题，国际数控系统制造商将图形化、集成化的编程系统作为扩展数控系统功能、提高数控系统人机互动性的主要途径。最新的CAD/CAM技术为多轴多任务数控机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软件公司的产品除了具备传统的CAM软件功能模块，还开发了多任务编程、对加工过程的动态仿真等新的功能模块。

二、国内数控系统现状

随着国际学术及产业界对开放式数控系统研究的日益推进，我国的相关研究也越来越受到重视。经过几十年的发展，我国机床行业也形成了具有一定生产规模和技术水平的产业体系，国产数控系统产业发展迅速，在质与量上都取得了飞跃。

国内数控系统基本占领了低端数控系统市场，在中高档数控系统的研发和应用上也取得了一定的成绩。其中，武汉华中数控股份有限公司、北京机电院高技术股份有限公司、北京航天数控系统有限公司和上海电气（集团）总公司等已成功开发了五轴联动的数控系统，分别应用于数控加工中心、数控龙门铣床和数控铣床。近期，武汉重型机床集团有限公司应用华中数控系统，成功开发了CKX5680数控七轴五联动车铣复合加工机床。国内主要数控系统生产基地有华中数控、航天数控、广州数控和上海开通数控等。[3]

国内的数字化交流伺服驱动系统产品也有了很大的发展，已能满足一般的应用，并能与进口产品竞争，占领了国内的大部分市场。伺服系统和伺服电机生产基地主要有兰州电机厂、华中数控、广州数控、航天数控和开通数控等。

然而，由于我国原有数控系统的封闭性及数控软硬件研究开发的基础较差，技术积累较少，研发队伍的实力较弱，研发的投入力度不够，国产中高档数控系统在性能、功能和可靠性方面与国外相比仍有较大的差距，限制了数控系统的发展。为此需要政府、科研院所和制造商共同努力，推进我国中高档数控系统的发展。

参考文献：

[1]彭芳喻等.从IMTS 2010展看我国数控系统未来发展之路[J]，金属加工，2011第4期：8-11

国内数控机床现状篇（3）

 数控系统是一种利用数字信号对执行机构的位移、速度、加速度和动作顺序等实现自动控制的控制系统。从1952年美国麻省理工学院研制出第1台实验性数控系统，到现在已走过了半个世纪。数控系统也由当初的电子管式起步，发展到了今天的开放式数控系统。 

 数控系统确保了数控机床具有高精、高速、高效的功能，可以使装备制造业实现数字化、柔性化和网络化制造。随着我国航空航天、船舶、汽车、电站设备和国防工业等制造业的高速发展，数控机床在装备制造业中的重要性愈来愈明显，中高档数控系统的需求也越来越大。以往中高档数控系统基本被国外厂商占领，因此我国中高档数控系统技术必须加快发展。 

一、国外数控系统现状 

 在国际市场，德国、美国、日本等几个国家基本掌控了中高档数控系统。国外的主要数控系统制造商有西门子（siemens）、发那克（fanuc）、三菱电机（mitsubishi electric）、海德汉（heidenhain）、博世力士乐（bosch rexroth）、日本大隈（okuma）等。 

1.纳米插补与控制技术已走向实用阶段 

 纳米插补将产生的以纳米为单位的指令提供给数字伺服控制器，使数字伺服控制器的位置指令更加平滑，从而提高了加工表面的平滑性。将“纳米插补”应用于所有插补之后，可实现纳米级别的高质量加工。在两年一届的美国芝加哥国际制造技术（机床）展览会（imts 2010）上，发那克就展出了30i/31i/32i/35i-model b数控系统。除了伺服控制外，“纳米插补”也可以用于cs轴轮廓控制；刚性攻螺纹等主轴功能。西门子展出的828d所独有的80bit浮点计算精度，可使插补达到很高的轮廓控制精度，从而获得很好的工件精度。此外，三菱公司的m700v系列的数控系统也可实现纳米级插补。[1] 

2.机器人使用广泛 

 未来机床的功能不仅局限于简单的加工，而且还具有一定自主完成复杂任务的能力。机器人作为数控系统的一个重要应用领域，其技术和产品近年来得到快速发展。机器人的应用领域，不仅仅局限于传统的搬运、堆垛、喷漆、焊接等岗位，而且延伸到了机床上下料、换刀、切削加工、测量、抛光及装配领域，从传统的减轻劳动强度的繁重工种，发展到ic封装、视觉跟踪及颜色分检等领域，大大提高了数控机床的工作效率。典型的产品有德国的kuka，fanuc公司的m-1ia、m-2000ia、m-710ic。[2] 

3.智能化加工不断扩展 

 随着计算机领域中人工智能的不断渗透和发展，数控系统的智能化程度也得到不断提高。应用自适应控制技术数控系统能够检测到过程中的一些重要信息，并自动调整系统中的相关参数，改进系统的运行状态；车间内的加工监测与管理可实时获取数控机床本身的状态信息，分析相关数据，预测机床状态，使相关维护提前，避免事故发生，保证其不稳定工况下生产的安全，减少机床故障率，提高机床利用率。应用先进的伺服控制技术，伺服系统能通过自动识别由切削力导致的振动，产生反向的作用力，消除振动。应用主轴振动控制技术，在主轴嵌入位移传感器，机床可以自动识别当前的切削状态，一旦切削不稳定，机床会自动调整切削参数，保证加工的稳定性。 

4.cad/cam技术的应用 

 当前，为了使数控机床操作者更加便利地编制数控加工程序，解决复杂曲面的编程问题，国际数控系统制造商将图形化、集成化的编程系统作为扩展数控系统功能、提高数控系统人机互动性的主要途径。最新的cad/cam技术为多轴多任务数控机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软件公司的产品除了具备传统的cam软件功能模块，还开发了多任务编程、对加工过程的动态仿真等新的功能模块。 

二、国内数控系统现状 

 随着国际学术及产业界对开放式数控系统研究的日益推进，我国的相关研究也越来越受到重视。经过几十年的发展，我国机床行业也形成了具有一定生产规模和技术水平的产业体系，国产数控系统产业发展迅速，在质与量上都取得了飞跃。 

 国内数控系统基本占领了低端数控系统市场，在中高档数控系统的研发和应用上也取得了一定的成绩。其中，武汉华中数控股份有限公司、北京机电院高技术股份有限公司、北京航天数控系统有限公司和上海电气（集团）总公司等已成功开发了五轴联动的数控系统，分别应用于数控加工中心、数控龙门铣床和数控铣床。近期，武汉重型机床集团有限公司应用华中数控系统，成功开发了ckx5680数控七轴五联动车铣复合加工机床。国内主要数控系统生产基地有华中数控、航天数控、广州数控和上海开通数控等。[3] 

 国内的数字化交流伺服驱动系统产品也有了很大的发展，已能满足一般的应用，并能与进口产品竞争，占领了国内的大部分市场。伺服系统和伺服电机生产基地主要有兰州电机厂、华中数控、广州数控、航天数控和开通数控等。 

 然而，由于我国原有数控系统的封闭性及数控软硬件研究开发的基础较差，技术积累较少，研发队伍的实力较弱，研发的投入力度不够，国产中高档数控系统在性能、功能和可靠性方面与国外相比仍有较大的差距，限制了数控系统的发展。为此需要政府、科研院所和制造商共同努力，推进我国中高档数控系统的发展。 

参考文献： 

[1]彭芳喻等.从imts 2010展看我国数控系统未来发展之路[j]，金属加工，2011第4期：8-11 

国内数控机床现状篇（4）

前言：近些年来，网络的应用范围越来越广，数字化的应用更是给人们的生活带来便利。而将网络及数字化与机械领域发展结合在一起，则从最大程度上能够提升生产的进步，促进生产的发展。就机械制造领域来说，传统的机械加工方法已经无法适应当前的社会生产需要，其同样需要计算机技术的应用，需要通过数字化的控制，达到改善机械制造生产效率和质量的现状。因此，立足于数控机床当前的发展现状，探究数控机床技术提升的措施，探究其未来发展的策略就显得非常重要，只有这样，才能够最大化促进机械生产工业的可持续发展，才能够让数控机床更好地促进国家基础建设。

一、数控机床现况

数控机床是我国工业、国防、科技等领域必不可少的加工工具，为我国国民经济发展，国防力量提升做出了巨大的贡献。数控机床具有柔性自动化的性能、优异而稳定的精度、灵捷而多样化的功能，它代表着先进制造技术的核心。近几年来我国数控机床产量逐年爬升，持续快速发展。但是由于市场越来越多的对加工精度和高性能大型数控机床的需求增加，使得国内市场消费份额比重下降。虽然我国的数控机床发展时间落后于西方发达国家，但是我国数控机床的发展已经取到了不错的成绩，已经掌握了数控系统、伺服驱动、数控主机等基础技术，其中一些技术已经实现了产业化发展。但是在一些加工技术上，我国机床技术仍存在很多问题。比如，在数控机床加工过程中一旦出现故障后，没有依据来修理机床，导致生产效率下降；数控机床整体的生产效率不高；机床在控制方面缺乏人性化的设计。所以我国数控机床技术仍有很长的路要走，未来数控机床应该具有的特点：高速化与高精度化、驱动并联化、智能化、网络化等等。综上，我们必须看到，我国当前的数控机床应用现状并没有达到十分令人满意的程度，市场的需求和社会的发展都对数控机床的应用提出了新的要求，都需要全新的数控技术提升来给予更大的支持。

二、数控机床技术发展策略

1.以高速化为先导，提高数控机床的综合性能

数控机床的高速化发展，首先高速化要与机床的结构和控制性能相匹配，因为主轴转速和进给速度的提高，使机床结构和测量系统的热变形和位置控制的跟踪误差随之增大。数控机床的高速化是提高效柔性和高精化重要方法，在过去的数控机床高速化发展历史中，数控机床的主轴运转速率正以没10年增长一倍的速率增加。因为主轴转速和进给速度的提高会引起一些负面影响，所以高速化要与机床的结构和控制性能相匹配，应用热误差补偿、进给速度前瞻控制、位置环前馈控制和加减速平稳控制、抑制颤振的多点自动跟踪滤波器等等一系列先进控制信息技术，促使在高速控制条件下改进加工精度，有效率的提高生产能力。所以高速化发展，提高数控机床的综合性能是数控机床发展历程中的必经之路。

2.发展复合加工数控机床、缩短制造过程链

单一功能的数控机床由于生产效率低，时常要进行换刀调动工件等麻烦，所以加快加快复合数控机床的发展速度，提高工序的集中度，使加工过程链集约化，可以提高多品种单件和中小批量加工的工效，也利于加工精度的稳定。复合数控机床可以减少生产工序，降低下料时间。因此，复合数控机床具有明显的技术效果。对于大重型数控机床应用复合加工技术更有其重要作用。所以通过创新技术扩大功能部件的适用面来简化结构，发展模块化和可重构化的数控机床，可以避免复合机床因功能的扩展而过多地引起结构的复杂化和成本的增加。因此，复合数控机床具有明显的技术效果。对于大重型数控机床应用复合加工技术更有其重要作用。

3.加快高性能数控功能部件的研发，提升数控机床品质

加快高性能数控功能部件的研发是提高数控机床品质的主要手段。目前国内常用的数控机床在其制造装备的功能上储备通常比较多，但是当数控机床需要加工的产品根据市场需求的变化，需要作出很大的更改时，这样就耗费大量资金还有精力。所以，国内主要是借鉴国际上的做法，获得了不小得成就。国际上于1995年开始研究的在可重构制造技术支持下，构建具有适应大批量高效柔性化生产的快速重组制造系统是一个值得注意的发展动向。其核心为制造系统能物理组态，即根据加工对象的变化方便地进行布局和设备配置的调整。高性能的功能部件将具有智能化接口，能与整机协调匹配，并与数控系统构成分布式控制，因此加强为主机厂的核心高性能数控部件研发，来提供满足主机的个性化需求，以便于提高其竞争力。发展能对多变的市场需求作出合理的配置规划和易于调整的布局方式、适应重构的控制软件、开放式控制系统和标准化接口以及能快速提升系统重组后制造质量的诊断系统等技术，使其具有专用生产线的高效性能和适用的柔性以取得更佳的经济性。目前看来，国内已在数控加工中取得了初步成功。功能部件向功能多样化、运行高可靠性化和结构紧凑化的发展也将促进数控机床复合化加工的扩展并推动新一代可重构机床的出现。

4.发展网络化制造单元，推进企业制造能力的高效柔性化

随着网络的普及，工业领域的网络应用已经不足为奇，发展网络化的制造单元，能够推进企业制造能力的高效柔性化，实现高效的柔性化生产。数控机床多发的故障率一直是影响我国数控机床品质的一个重要问题，因此发展网络化制造单元可以提高故障修复的时间，在最短的时间内更换网络制造单元，以降低生产成本，加快生产节奏。目前国际上普遍都采用先进的企业管理系统如ERP、PDM、CRM、SCM等与数控机床技术向集成管理，解决其中出现的矛盾和问题，提高机床的利用率，从而实现高效的柔性生产。

结语：

综上所述，数控技术在机械领域中的应用依然存在很多问题，其提升的空间依然非常广泛。相关人员应当积极探索数控技术发展的方式，探究其提升的路径，并注重与先进国家或者技术的沟通和交流，才能够真正提升数控技术的应用范围，才能够让数控技术得到进一步的发展，才能够让数控技术日益完善，从而为国家机械制造业的发展增砖添瓦。

参考文献：

[1]孔庆涛. 数控机床的现状及技术发展策略分析[J]. 中小企业管理与科技（中旬刊），2014，12：306.

[2]万军，吕值敏，杨代强. 无线通信在机器人及数控机床中的应用研究[J]. 科技风，2016，15：47.

国内数控机床现状篇（5）

引言

数控技术和数控装备是各个国家工业现代化的重要基础。我国数控技术与世界先进国家。相比还有一定的差距，因此了解数控技术国内外的发展状况对我国数控领域的发展有非常重要的意义。

数控技术（简称NC即NumericalContro1）应用于生产中已有二十多年的历史了，它使传统的制造业发生了质的变化，尤其是近年来.微电子技术和计算机技术的发展给NC技术带来了新的活力。数控机床是现代制造业的主流设备，是体现现代机床技术水平、现代机械制造业工艺水平的重要标志，是关系国计民生、国防尖端建设的战略物资。因此世界上各工业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业。

1.数控车床的发展趋势

根据2004年10月，完成的《数控机床产业发展专项规划》。国内数控机床大致发展趋势表现在以下几方面：

1.1智能、高速、高精度化

新一代数控机床为提高生产效率，向超高速方向发展，采用新型功能部（如电主轴、直线电机、LM直线滚动系统等）主轴转速达15，000r/min以上。计算机技术及其软件控制技术在机床产品技术中占的比重越来越大，计算机系统及其应用软件的复杂化，带来了机床系统及其硬件结构的简化，数控机床的智能化程度日趋提高。

1.2设计、制造绿色化

绿色设计是一种综合考虑了产品设计、制造、使用和回收等整个生命周期的环境特性和资源效率的先进设计理论和方法。它在不牺牲产品功能、质量和成本的前提下，系统考虑产品开发、制造及其活动对环境的影响，从而使得产品在整个生命周期中对环境的负面影响最小，资源利用率最高。数控机床在设计时要考虑：绿色材料设计;可拆卸性设计;节能性设计;可回收性设计;模块化设计;绿色包装设计等。绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源消耗的现代制造模式，通过绿色生产过程生产出绿色产品。

1.3复合化与系统化

工件一次装夹，能进行多种工序复合加工，可大大地提高生产效率和加工精度，是机床一贯追求的。由于产品开发周期愈来愈短，对制造速度的要求也相应提高，机床也朝高效能发展。机床已逐渐发展成为系统化产品，用一台电脑控制一条生产线的作业。产品对外观曲线要求的提高，机床五轴加工、六轴加工已日益普及，机床加工的复合化已是不可避免的发展趋势。

1.4数控系统控制性能向智能化方向发展

随着人工智能在计算机领域的渗透和发展，数控系统引入了自适应控制、模糊系统和神经网络的控制机理，不但具有自动编程、前馈控制、模糊控制、学习控制、自适应控制、工艺参数自动生成、三维刀具补偿、运动参数动态补偿等功能，而且人机界面极为友好，并具有故障诊断专家系统，使自诊断和故障监控功能更趋完善。

1.5数控系统向网络化方向发展

数控系统的网络化，主要指数控系统与外部的其他控制系统或上位计算机进行网络连接和网络控制。数控系统一般首先面向生产现场和企业内部的局域网，然后再经由因特网通向企业外部，这就是所谓的Intranet技术。随着网络技术的成熟和发展，最近业界又提出了数字制造的概念。数字制造，又称“E一制造”，是机械制造企业现代化的标志之一，也是国际先进机床制造商当今标准配置的供货方式。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。

1.6数控系统向高可靠性方向发展

随着数控机床网络化应用的日趋广泛，数控系统的高可靠性已经成为数控系统制造商追求的目标。对于每天工作两班的无人工厂而言，如果要求在16h内连续正常工作，无故障率在99%以上，则数控机床的平均无故障运行时间（MTBF）就必须大于3000h。如主机与数控系统的失效率之比为10：l（数控的可靠比主机高一个数量级），数控系统的MTBF就要大于3h，而其中的数控装置、主轴及驱动等的MTBF就必须大于105h。对整条生产线而言，可靠性要求还要更高。

1.7数控系统向复合化方向发展

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、换刀和主轴的升速、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，因此具有复合功能的机床成为近年来发展很快的机种。柔性制造范畴的机床复合加工概念是指将工件一次装夹后，机床便能按照数控加工程序自动进行同一类工艺方法或不同类工艺方法的多工序加工，以完成一个复杂形状零件的主要乃至全部加工工序。

1.8数控系统向多轴联动化方向发展

加工自由曲面时，三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与切削，进而对工件的加工质量造成破坏性影响，而五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三维曲面的过程中始终保持合理的切速，从而显著改善加工表面的粗糙度，大幅度提高加工效率。因此多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。

2.结语

目前，数控机床的发展日新月异，高速化、高精度化、复合化、智能化、开放化、并联驱动化、网络化、极端化、绿色化已成为数控机床发展的趋势和方向。中国作为一个制造大国，主要还是依靠劳动力、价格、资源等方面的比较优势，而在产品的技术创新与自主开发方面与国外同行的差距还很大。中国的数控产业不能安于现状，应该抓住机会不断发展，努力发展自己的先进技术，加大技术创新与人才培训力度，提高企业综合服务能力，努力缩短与发达国家之间的差距。力争早日实现数控机床产品从低端到高端、从初级产品加工到高精尖产品制造的转变，实现从中国制造到中国创造、从制造大国到制造强国的转变。

参考文献：

国内数控机床现状篇（6）

因此，为了实现实际的快速切削，数控机床必须朝着高速化、高精度、灵活性、开放控制系统、控制系统辅助软件、工厂生产数据管理的方向移动，以满足现代制造业快速发展的需要。为了完全发挥数控机床的最大价值，我们必须关注数控机床的故障排除问题，了解数控机床的一般机械问题，掌握故障诊断和维护方法，充分发挥数控机床的最大适用价值，提高故障诊断效率，利用科技驱动提高生产效率，确保工业生产活动顺利发展。

二、国内外发展现状

2.1设备故障诊断的国内外研究现状

(1) 国外故障诊断的研究现状

设备状态监测与故障诊断在美国、日本、英国等国家得到了高度重视, 各国竞相开展相关技术。美国是最早开展设备故障诊断工作的国家之一, 自1961 年美国的阿波罗计划执行后, 由设备出现的一系列的设备故障造成的悲剧促使了美国机械故障预防小组 (MFPG) 的成立, 开始对故障诊断技术进行有组织、有计划的研究。随着故障诊断技术的发展, 美国西屋公司、Bently、HP等公司的监测技术代表了当今诊断技术的最高水平, 其完善的监测功能和较强的诊断功能使之广泛应用于宇宙、军事、化工等领域;上世纪六七十年代, 英国以R.A.Collacott为首的机械保健中心和状态监测协会开始对故障诊断技术进行研究, 其在汽车、摩擦磨损、飞机发动机等方面的监测和诊断研究对国内外故障诊断的研究有着指导性意义;日本开展的诊断技术研究工作主要集中在两个层面:一是高等院校, 比如在东京大学、京都大学、早稻田大学高等学府均发表了不少基础性的研究报告;二是在在企业, 如三菱重工的“机械保健系统”对汽轮发电机组故障监测和诊断起到了推动作用, 日本的故障诊断技术在钢铁、化工、铁路等行业发展较快;欧洲其他国家的故障诊断技术在某一方面具有特色或占有领先地位, 瑞典SPM公司的轴承监测技术、AGEMA公司的红外热像技术、挪威的船舶诊断技术、丹麦的B&K公司的振动及噪声监测技术等技术都各有千秋。

(2) 国内故障诊断研究现状

国内关于故障诊断技术发展起步晚, 始于70 年代末, 而真正起步应该从1983 年南京首届设备诊断技术专题座谈会开始, 国家政府有关部门对关于故障诊断技术的研究给予重视和支持, 尤其在技术引进、技术改造、科研开发等方面给予高度重视。近年来, 国内包括西安交通大学, 浙江大学, 北京理工大学、清华大学、东北化工大学、中国科学院等在内的众多大专科院校、科研机构、学术机构等都在故障诊断方面做了大量的研究。这些研究都注重结合当代各种先进故障诊断技术, 应用于很多大型设备中,并取得了巨大的成果。透平发电机、压缩机的诊断技术已列入国家重点攻关项目并受到高度重视;西安交通大学研发的“大型旋转机械计算机状态监测与故障诊断系统”,哈尔滨工业大学的“机组振动微机监测和故障诊断系统”;东北大学设备诊断工程中心的“轧钢机状态监测诊断系统”以及“风机工作状态监测诊断系统”均取得了可喜的成果, 为国内故障诊断的发展奠定了坚实的理论基础和实践经验。与国外理论基础雄厚、研究深入的故障诊断技术相比, 我国的设备状态监测与故障诊断技术水平同发达国家的差距已大大缩短, 但仍然存在一定差距。

2.2 故障诊断系统的研究现状

随着智能诊断系统的发展, 基于知识的诊断推理目前是国内外研究的热点, 对智能故障诊断推理技术及用于智能推理的知识表示方式的研究取得了很多成果, 另外, 随着网络技术、关于信息同步相关技术的研究也迅速发展起来, 随着故障诊断研究与发展, 出现了大量故障诊断系统应用与数控机床诊断故障诊断模式, 先后出现的有现场诊断模式和远程诊断模式, 现场诊断模式当故障发生后, 企业必须派售后服务人员到现场故障诊断, 国内多数企业对故障诊断仍然依靠传统的故障诊断维修方式;远程网络化故障诊断在数控机床领域得到很深入的研究。

故障诊断经历了三个阶段, 即人工诊断, 常规诊断以及智能诊断, 智能诊断是目前国内外研究的热点, 关于智能诊断诊断的研究国内外专家学者都进行了大量的理论和实验研究,得到了许多有价值的成果, 基于人工神经网络、模糊模型、粗糙集理论、故障树等诊断方法以及基于本体、规则推理RBR和基于案例推理CBR的专家系统在数控机床故障诊断中得到很好地发展, 并都取得了一定的成果, 其中基于知识的专家系统在人工智能中的应用最广泛[2]。为了提高故障诊断的效率和精度, 多方法集成的故障诊断引起了人们对高度重视, 将RBR和CBR串行结合, 利用一种推理方式来解决先导方式推理产生的问题, 当两者都得不到故障诊断的结果时, 采用人工诊断得出故障诊断结果。

智能诊断是基于知识的诊断方法, 因此智能诊断的发展与知识的表示密切相关, 关于故障知识表示的研究主要有基于规则、框架、对象等方式, 对基于本体表示的方式进行了研究。随着分布式计算机管理的出现, 一个关键的技术——信息同步技术也有了广泛的研究, 提出了一个基于Petri网的信息同步模型, 提出了基于该模型的信息预取、状态估算、系统时间同步等控制策略研究了分布式虚拟现实系统的信息同步, 信息同步在分布式环境下多媒体的得到研究。

三、 数控机床机械故障诊断方法

3.1 人工诊断法

人工诊断方法是基于操作员的经验，分为外观故障检查、软失误检查、连接器接线、电缆检查、机床数据检查等。外观检查是操作员使用自己的嗅觉，视觉等，判断机床是否故障。软失误检查法是指操作员使用外观检查方法确认机床最近的维护记录，了解最近的机床工作，确认机床的潜在危险性。连接器接线及电缆检查方法是指使用确认机床各部分连接的指示的操作员。同时，需要仔细检查零件之间的配线连接。机床的数据检查是通过分析机床的故障现象，参照机床相关的故障数据来检查和纠正机床数据。但是，这些方法的缺点是带有强烈的主观性，不可靠的诊断结果和低诊断效率。

3.2 智能诊断法

目前，数控机床故障诊断的主流方法是在故障诊断领域应用计算机、人工智能等技术的智能诊断方法[3]，主要分为以下几种方法：

（1）容错树分析法：容错树分析法是分析和调查使机器工具的故障从本地逐渐减少的原因。容错树分析方法不仅检查了系统软件的故障和硬件故障，而且检查了由一个组件引起的系统故障的原因，还可以检查人的因素也可以分析由两个以上的组件引起的系统故障的原因。这是一种综合考虑系统故障原因的分析方法。[4]但是缺点是故障机制不明确，构成故障树的冗余量复杂而困难，适合以往的故障诊断，找不到各个特殊故障。

（2）单个功能监测方法：单个功能监测方法在操作过程中收集机床的各个部分的信号，例如温度、功率、声发射、振动等，建立相应的数学模型，分析信号提取故障特性信号[5]。然后，判断机床是否有故障和断层的位置。其缺点是传感器容易受到环境干扰的接收故障信号复杂，不全面，信号处理效率不高。容易弄错或判断机床的故障。

（3）模式识别和训练模型的应用：模式识别和训练模型的应用是建立数控机床的故障样品库，使用数控机床的已知故障因子建立实验样品，神经网络的训练支持向量机和其他模型以及模式识别和训练模型的应用：模式识别和训练模型的应用意味着使用数控机床已知的故障因素建立数控机床的故障样本库。我们训练了神经网络和支持向量机模型。

四、数控机床机械故障类型

4.1主轴运行中的故障

（1）精度和设计不符合相关要求。

数控机床对精度要求很高。如果精度在处理过程中不满足所需条件，主轴总是处于影响状态，结果无法保证后续安装的牢固性[6]。数控机床对精度要求很高。如果精度在处理过程中不满足所需条件，主轴总是处于影响状态，结果无法保证后续安装的牢固性。

（2）过度的切削振动。

数控机床的运行中发生的结构问题主要有：无法确保轴线，中间距离过大，主轴承和主轴的安装不符合标准要求，主轴箱的柱子和架子分离等[7]。为了解决这些问题，有必要针对实际情况采取相应对策，例如及时更换传送带或轴承。

4.2运动系统的故障

（1）滚珠丝杠的副噪声的问题。

滚珠丝杠滚动球的损伤、滚珠丝杠的润滑效果、螺丝支撑轴承的损伤等滚珠丝杠的噪音有很多原因[7]。鉴于这样的缺点，为了确保轴承部的紧固，必须配置特别的人员进行轴承盖的调整等维护管理。另外，要做好润滑和维护工作，及时更换新的球。

（2）滚珠丝杆的灵敏度在运行中不好。

此类问题出现的原因为其负载过高，致使导轨以及丝杠无法处于平行状态。针对此类问题，应调整对轴向的间隙，强化滚珠丝杠的负载力，确保导轨以及丝杠处于平行的状态。

4.3导轨运行中的故障

（1）轨道磨削不良。如果数控机床损坏，机器的床位和基础会受到装置长期操作的影响。另外，如果在短时间内适用数控机床的话，那又会造成损失。由于这样的问题[8]，在导轨的维护管理中必须做良好的工作，使用用于维持数控机床的润滑油，保证良好的运转，避免损伤问题。

（2）运行导轨时，存在零部件涂抹效果差等问题。考虑到这种问题，通过结合现实，可以分析特定的问题，控制容许度，选择质量好的部件。

五、研究难点及可能的解决方案

数控机床是复杂而精密的大型设备，受各种因素的影响，有故障倾向。操作员不恰当工作时，工件加工困难，处理环境恶劣，数控机床就会产生各种故障。从目前的研究观点来看，人工诊断法的效率低，精度低，不能及时准确地找到故障部位，因此逐渐被取代。智能诊断法因更有效的诊断速度和准确可靠的诊断效果而受到越来越多的企业的青睐。目前，智能诊断技术尚未成熟，但还有很多缺点，可以从以下几方面进行改进：

（1）为了解决构建容错树的复杂和困难的问题，可以有机地集成模糊理论，专家系统和容错树。首先，使用减少现有知识基础的规则数，提高知识基础知识应用的灵活性和适应性的模糊推论法[9]。然后，建立容错树与专家系统知识基础的关系，通过推论来确定系统的故障模式。

（2）为了解决单功能监视方式的传感器容易受到环境的干扰，收集的信号不完整的问题，采用了通过多个传感器收集机床各部分操作信息的多传感器融合技术。另外，通过合成多个信息源来改善故障判定的概率，建立信息处理的有效数学模型，提高信号处理的效率，提取正确的故障信号特征。

（3）为了应用模式识别和训练模型，解决找不到机床故障部位的少数样品的问题，可以使用多方法融合故障诊断，即机床故障的多方法综合诊断。首先，创建共享故障样本数据库，使用训练模型来判断机床是否出现时间故障[10]。接着，使用功能监视法和fort树法等对应的方法来确定机床的故障部位。这样，可以高效准确地诊断机床的故障。

六、未来的发展趋势

数控机床今后的发展会更加蓬勃，而数控机床的故障诊断技术在其中发挥着重要作用[11]。在人工智能的持续发展中，智能诊断技术会更加成熟，识别结果会更加准确。数控机床的故障诊断技术今后的发展，可从以下几个方面入手：

（1）建立故障诊断系统的知识结构和知识基础。

国内数控机床现状篇（7）

中图分类号：C35文献标识码： A

引言

工业发达国家把提高制造业的水平作为其提高综合实力和竞争力的重要手段，数控机床是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础。随着科学技术的迅猛发展，制造业正在向自动化、柔性化、集成化、智能化方向发展，CAD/CAM、FMS、CIMS、IMS等先进制造技术正日益在制造业中得到广泛而深入的应用。而这些技术和系统均是以数控技术和数控机床为基础的。因此，数控机床是先进制造技术的重要载体，数控机床的技术水平，尤其是高精尖产品的技术水平，已成为衡量一个国家综合国力的重要组成部分。从技术指标方面介绍了国内外数控机床技术的现状和发展动向。数控机床技术在我国已进入高速发展时期，国产数控机床已占有较大市场份额，但在中高档领域还主要靠进口，高精尖数控技术方面仍处于模仿阶段。

一、数控机床和数控技术的产生

随着社会的发展与制造业对生产设备要求的不断提高，数控机床作为一种以数字指令形式控制机床运行的新型加工设备应运而生。其发展历程大致如下：1940年，位于美国密歇根州的一家飞机制造企业为了加工飞机的叶片，对生产设备的加工轨迹进行设计，并进行了数据的分析处理，这是早期的数控思想的萌芽。1948年，美国首先提出使用脉冲信号对机床的运动轨迹进行控制，并于1952年由Parsons公司和M.I.T合作，率先研制出世界上的第一台数控机床。它采用的是电子管元件，体积庞大。但作为世界上的第一台综合计算机、自动控制、伺服驱动以及测量技术等新型机床，开辟了数字化加工的新时代。1959年，数控机床的硬件发生改变，晶体管元件和印刷电路板取代了之前的电子管元件和硬接线板，机床的体积大大缩小，并且在这一时期出现了带有自动换刀装置的数控机床（加工中心），数控机床进入另一个时代。1965年小规模的集成电路应用于数控装置，不仅使机床的体积更小、能耗低、可靠性高，而且价格也更低，这促进了数控机床的产量发展。19世纪60年代末期，出现了多台机床由一台计算机直接控制的系统（DNC），以及使用小型计算机控制数控系统的形式（CNC），使数控机床进入采用小型计算机控制的第四代。1974年，出现了第五代数控系统，它是使用微处理器和半导体存贮器的数控系统（MNC）。数控技术近几十年的发展历程可以分为硬件数控（NC）和软件数控（CNC）两个阶段。硬件数控阶段主要从1952年的电子管到1965年的小规模集成电路，由于其数控功能均由硬件实现，因此称为硬件数控；软件数控是指1970年以后，数控系统由小型计算机到微处理器，再到基于PC机的几个阶段。

二、数控机床和数控技术的发展现状

1、国内发展现状

我国在数控技术这一块起步和发展都相对铰慢，20世纪50年代末期经历了封闭式开发阶段，“六五”、“七五”期间是引进技术和消化吸收阶段，“八五”、“九五”分别经历了国产化和产业化阶段，如今已初步形成自己的数控产业，并拥有自己的一批数控专业人才。目前国内数控技术企业做的比较成熟的有广州数控、华中数控等，它们主要的产品是经济型和普及型的数控机床和系统。但同时国内的数控产品比较低端，技术含量不高，产生的附加价值比较低，还远远比不上国外的先进设备，因此只能在低端市场徘徊。国内数控技术的研究主要是参照国外开发的一些模式，比较依赖国外的技术，自主创新的成分不多。技术引进无疑是提高技术水平的一种很好的方式，但是过分依赖，以及创新很少的情况极大的限制了我国数控技术发展。因此，提高自主创新能力是提高我国数控技术的最重要的途径。另外，在企业竞争的大环境中，由于国内的法律法规对知识产权的保护做的还不够好，各种仿制山寨大行其道，这也大大降低了企业提高自主创新的动力。相对于国外数控机床，国内产品有几点不足：产品可靠性不高：国产数控系统的平均无故障时间大约为3000~6000小时，而国外产品的平均无故障时间能够达到10000小时以上。这种可靠性的差异必然导致产品的价值和市场占有率的偏低。网络化程度不够：国内机床NC程序的传送主要采用串口通讯，其集成化、远程诊断和网络化水平还较低。体系结构开放性不够：数控系统的体系结构不够开放，用户无法根据实际需要，改变数控系统数据结构，这使得数控系统失去了很多改进、技术创新的机会。

2、国外发展现状

在数控技术比较发达的国家，数控机床产家生产的数控系统已经采用64位的操作系统，而国内产家由于技术水平还跟不上技术发达国家，数控机床通常使用32位的操作系统，这使得国内机床在性能和功能上的不足很明显。在国外，数控机床如加工中心或者数控车削中心，都能够满足复杂零件的加工要求和精度要求。其强大的地方体现在机床一般具有4~5轴联动，能够一次装夹即实现整个的复杂零件的全部加工。通过编程，能够进行主轴立、卧转换，而且转换后的主轴能够实现自动换刀，5轴联动机床能够轻松的完成六面体中五个面的加工，而一些带有自动定位和装夹功能的数控机床甚至能够完成六个面的全部加工（如德玛吉加工中心）。随着数控技术的不断发展，国外的数控机床和系统总体的发展趋势有：数控系统朝PC化和开放性的体系方向发展；驱动装置的供电系统由直流电向交流电发展；越来越趋于网络化的通信功能；控制系统的智能化和柔性化。

三、数控技术的发展趋势

在现代化的制造系统中，数控技术作为关键技术，在生产的过程中，特别是精密仪器和设备的生产中起着至关重要的作用。数控技术领域的覆盖面很广，如机械制造、信息处理、传输技术、自动控制技术、传感技术、伺服驱动技术和软件技术等。从目前数控技术发展的大环境来看，其研究方向可以从几个方面来进行描述。

1、高速高精化

在生产过程中，高速切削一方面能够提高生产效率，另一方面还可以降低表面粗糙度，提高产品的表面加工质量，因此生产高速高精化的数控机床也是数控技术的重要发展趋势。高速加工要求机床的主轴转速能够达到12000~40000r/min；工作台的最大进给速度能够达到40~60m/min；关键的机械零部件具有高刚度和高稳定性；精确的热补偿加工系统；以及能够高速处理数据的控制系统。

2、开放智能化

数控机床的开放性研究是目前很多国家都非常感兴趣的方向，如美国的NGC、日本的OSEC和欧洲的OSACA，以及我们国内的ONC等都有做这方面的研究。数控机床的开放性是指能够实现在同一个运行平台上，面对产商和终端用户，通过修改数控机床的数据结构，将用户的特殊要求和应用集成于控制系统中，实现不同品种、不同档次的开放式数控机床的个性化和专业化。一般而言，机床的开放性应该具备以下特点：由一系列逻辑上独立的要素组成；建立并提供系统各个构成要素与系统接口之间的标准，这样来自不同的产商的系统能够构成一个完整的数控系统；能够动态改变系统的拓扑结构；能够实现与其他自动化系统模块的交互；良好的人机界面。智能化的要求体现在数控系统的各个方面，如提高加工效率与质量的智能化，体现在加工过程的自适应控制，工艺参数的自动生成；简化编程与操作方面的智能化体现在机床能够自动编程；还有机床故障诊断与监控方面的智能化能够缩短

机床的诊断和维护时间等。

3、节能环保化

制造业作为工业国家的支柱产业，产生巨大经济效益的同时也消耗了大量的能源，并且对环境造成重大的影响。美国能源部的调查结果表明，美国能源消耗的31%来源于制造业生产的工业活动中。节能减排是全世界都在研究的热点，因此，研究更低能耗的数控机床也是未来机床研究的一个重要方向。机械加工过程中使用切削液进行冷却，而切削液一般由多种化学原料制成，使用切削液的加工不但增加生产的经济成本，还会造成环境的污染。随着可持续发展战略的提出和人们越来越强的环保意识，绿色机械加工成为制造领域的新焦点。绿色机械加工主要包括三个方面：高速与超高速干式切削，具有低能耗、无污染的特点；研制

对环境无污染的绿色切削液；在高速与超高速干式切削过程中使用无污染或低污染的冷却技术。

结束语

数控加工技术对于制造业的重要性不言而喻，其对一国经济、国防、综合实力和国际地位的推动作用是十分突出的。目前我国的制造行业还落后于发达国家，需要对机械制造技术特别是数控加工技术的深入研究，在引进技术的同时也要积极创新，摆脱对发达国家数控技术的依赖，自主研发具有世界先进水平的数控机床。实现由制造大国到制造强国的战略转变。

参考文献

国内数控机床现状篇（8）

中国作为全球的制造业大国，装备制造业在国民经济中占有很大的比重。伴随中国的工业化、城镇化进程，装备工业有了迅猛发展，作为装备制造业的核心和基础，机床行业备受重视，机床工业无论地位、产值、技术、市场等各个方面均有了飞速发展，但和国际机床行业强国德国、日本比较还有一定差距，伴随我国科学、技术进步和工业化、城镇化的发展，机床行业具有光辉的发展前景。本文主要从中国机床工业的发展规律及驱动因素上分析机床工业的发展前景。

一、国际机床行业的发展规律和现状

1、机床工业的生产状况

全球28个主要机床生产国家和地区2012年产值为932亿美元，中国约占30%，位居第一位。机床生产前8位国家和地区依次是中国、日本、德国、意大利、瑞士、美国、韩国和中国台湾。进入世界机床产值最大20家企业中，日本和德国最多，分别达6家，中国、美国和韩国排在其后，分别有2家，瑞士1家排在第6位。美、德 、日仍然是美、欧、亚三洲机床生产强国。

2、全球机床行业的消费情况

中、德、日、美、意是世界机床重点消费大国，占全球消费总量的73%。2013年中国机床消费381亿美元，涨幅近12%，占全球消费量的30%，仍然居世界第一，其中中国金属加工机床消费则占据全球市场的45%。美国、德国、日本机床消费增长已成定势，而且以中高档数控机床为消费主流。以欧元计算，各地区占比基本未变，亚洲占全球机床产值的57.7%，欧洲占比为34.7%，美洲占比为7.6%。其中2012年前十位机床消费国占全球市场80%。

3、全球机床行业的特点和分布格局

欧美机床企业集团化趋势加强，控制着机床行业高端技术。美国企业重点发展高精尖机床技术，生产飞机、宇航、汽车工业所需高精度、高效、高自动化、高性能机床。德国企业对加工工艺研究投资不遗余力，尤以重型机床、大型精密机床著称，精度及使用寿命最好。瑞士机床企业以中小精密机床技术著称于世，擅长将现代电子技术应用于机床系统。意大利机床企业擅长生产单台定制，个性化显著的机床，机床的柔性化程度高。韩国、日本、台湾擅长生产经济实用性较强的中高档机床，其中日本企业对机床寿命设计有特别的独到技术。

4、机床行业在全球进行技术转移

产业转移的重要理论依据是比较优势，由于各个国家的劳动力成本、产业配套、法律法规、教育体系等各个方面的不同，同样的产品在各个国家中成本有明显差异，而发展中国家在制造业和一些低端产品具有明显优势，成为产业转移的理想目的地。发达国家将传统成熟产业有计划、有步骤地向发展中国家转移。造船行业、港口机械、工程机械等劳动密集型产业由于技术含量较低、运输成本高、环保压力大等因素成为发达国家的主要转移领域。中国机床行业由于中国的第一消费大国地位和生产成本、人员工资、工业配套等因素成为机床产业转移的第一大国。高端制造主要集中在发达国家，高端装备制造不但体现在技术档次高、系统复杂成套、大型重型化、高速精密等科技水平和技术参数，更体现在售后服务复杂和更新换代快。总体表现为：投入巨大、成套复杂，规模庞大、研发周期长等方面。所以国内在重型设备等方面进步明显，比如港口机械、船舶、发电设备等，而精密机械等方面突破较慢。

二、我国机床行业的现状和发展趋势

在国家经济增长的拉动和国内市场国际化促动下，中国机床行业从2002年（入关后）起，机床消费总量呈加速增长趋势，“十五”以来，我国市场机床消费总额、进口额已连续居世界第一，数控机床更是以两位数以上的增长速度快速发展，成为排名第一的机床消费大国。2012年机床全行业总产值为8000亿元。预计2015年年消费额将近8500亿元左右。国内机床消费市场竞争国际化，世界机床制造基地移地中国化成为大趋势，国家建立装备制造业基地如上海、沈阳、大连、浙江等。目前我国机床行业产品覆盖国民经济的各个领域，满足各个行业的基本需求，在我国经济发展中需要的装备制造业机床，我国均能自行生产，基本没有空白。

1、我国机床工业的历史发展规律

中国机床消费总量呈加速增长趋势，消费的增长导致了进口的快速增长，消费增长主要是受到固定资产投资增长、产业升级和跨国公司加大对中国投资建厂和合资生产的影响。这也是我国装备制造业的产业升级的路线图和升级进化过程，作为制造业核心的机床也经历了同样的发展历程，随着经济和科技的发展，机床行业形成了低端到高端的历史发展进程。

2、我国机床产业的技术现状及存在问题

国内机床行业面临的产品结构不合理问题突出。首先是粗加工机床占总产量的40%以上，机床产值数控化率低（32.7%），其次，数控机床低档产品所占比例高（75%），数控化水平与国际差距较大。国产数控机床高、中、低档比例为3：22：75。国产经济型数控机床基本满足了国内需求，中档数控机床具备了一定的生产能力，小批量的国产高端数控机床已投入使用。

国内机床行业存在的问题是：机床精度普遍较低，缺少刚度实验，很少采用软件补偿、温度变形补偿、高速主轴系统动平衡技术等保证定位精度，仅有少数几种产品可达欧洲标准定位精度；基础材料性能弱，很少普及高强度密烘铸铁（树脂砂技术），无重大新材料开发；机床结构开发性能差，高速机床需要强化结构刚性，减轻移动件重量，机床整体结构突破传统结构的能力差；技术差距大，国外普及的远程服务技术、交钥匙工程、高速机床硬切削、干切削及其机理研究空白，基本无切削软件包供应；关键配套件性能不足，电主轴、高速滚珠丝杠副、直线电机、高速高精度数控系统，高精度位置检测系统等普遍处于低水平状态。

3、机床行业的市场分析

（1） 普通制造业。普通机械加工业中五金、电力设备、模具加工、矿山机械、冶金设备、建材设备、石油化工设备是带动机床消费增长的主要因素。

（2）汽车行业。汽车工业对机床装备的需求具有多层次、宽领域、快节奏、高质量、数量大的特点，柔性加工生产线、各种数控专用机床将是日后国内机床工业向汽车工业领域渗透的重点。中国汽车零部件配套行业的实力与主机厂的需求差距还相当大，汽车配套企业必须扩充、提高装备能力，才能谋求其未来的生存发展。

（3）航空、航天、船舶、军工行业。航空、航天、船舶、军工产业是高端机床市场需求的大户。随着国家综合国力的增强和国防现代化的升级，国家将会加大对国防装备的投入（预计由目前占国内生产总值的2.5%提高到2025年的5%）。

（4）电子信息产业。电子信息产业是精密机床的主要市场。电子信息技术水平是国家现代化程度的重要标志。我国电子信息行业近几年固定资产投资规模以年均16%速度增长。

4、数控机床是机床发展的主流

国内数控机床可供品种超过1500余种，特别是五轴（及以上）联动数控机床已经成功开发，包括最关键的万能自动镗铣头在内，只是精度、性能与国际水平还有差距。技术差距主要体现在整体加工精度、高速运行稳定性、持续无故障运行时间、后勤远程维护等与国外产品有较大差距。核心部件数控化率不高，自动化程度低。数控机床的性能主要由关键功能件所决定，数控机床价值的60%由关键功能件所决定，国内数控机床功能件产业规模小，集中度小，产品性能水平与国外差距较大。国内数控机床产品刚开始产业化、水平质量一般。高档次的系统全都是进口，中高档机床用的数控系统、滚珠丝杠、高速电主轴、刀库机械手、全功能数控刀架、数控回转工作台和高速防护装置等，很多是以进口为主。

三、机床行业发展的驱动因素

1、国家的产业政策支持

机床工业是装备制造业的基础和核心，2010年10月，国务院出台的《加快培育和发展战略性新兴产业的决定》也明确指出，要积极发展以数字化、柔性化及系统集成技术为核心的智能制造装备，其中高档数控机床成为了发展的重中之重。在“十二五”规划中，明确提出要重点发展四大主机（金属切削机床、金属成型机床、铸造机械、木工机床）。高端装备制造业升级换代，和工业化、重工化的历史发展机遇将在很大程度上推动机床行业快速增长。到2020年，航空航天、船舶、汽车、发电设备制造等相关行业所需要的高档数控机床的大部分供应将立足国内，未来我国机床行业发展空间十分广阔。

2、随着装备制造业和工业化、信息化的兴起，机床行业发展后劲十足，前景广阔

经过多年的积累和技术进步，我国工业特备是装备制造业获得快速发展，中国目前已经成为世界主要的机械装备生产国和消费国家，技术含量和工艺水平大大提高，产品质量仅次于美国、日本和德国，领先于意大利和英国。我国装备制造业的快速发展和国家崛起，必然导致基础工业机床行业的快速发展。

3、机床行业高速发展具有一定稳定性

随着高速、高效、高精度机床的技术成熟和大批量生产，欧美、日本、韩国等发达国家和地区机床更新换代加速，中国经济的持续高速发展和世界制造业向中国的转移，未来国内产品方向重点是高度数控化、高效、精密、大型化、功能复合化。预计十二五期间，国内数控机床增长率保持在30%以上，国内市场占有率达到70%以上。中高档数控机床将成为市场消费的主流。机床行业的重点用户分布在电力工业、航空、航天工业、造船工业、铁路机车工业、国防工业、机械工业和汽车工业七大行业领域，随着中高档数控产量提高，该行业收益水平将进一步提高。同时随着机床行业体制改革和国家政策支持力度加大，行业赢利水平必将大幅度提高。同相关行业比较，机床行业的毛利率较高，尤其高于普通机械加工行业水平。随着机床产品数控化率的提高，该行业收益水平将进一步提高，机床用户分布广泛，各个国家工业发展的差异化、各个行业发展的差异性、机床产品的差异性和技术更新的快速性，使得机床行业的发展保持较高的稳定性。中国机床不会出现明显的行业跟随周期。目前约有30%机床提供给汽车、工程机械等相关行业，20%供给军工、轮船、IT等行业，50%供给通用机械加工行业。机床用户分布广泛，各个行业发展的差异性和不均衡性将使得中国机床行业发展保持较高的稳定性。

4、大规模的基本建设是机床工业高速发展的保证

中国大规模的港口建设，特别是集装箱港口建设推动中国的集装箱、集装箱起重机行业快速崛起，并一举奠定了全球行业的主导地位。目前国内集装箱港口吞吐量跃居全球首位。在十二五期间，中国国内投资仍然非常旺盛，主要包括：高速公路、高速铁路、城市轨道交通、机场、港口、场馆、住宅建设仍将是全球最活跃的区域，工程项目难度大，相应的消耗施工机械强度将保持稳定。超高压输变电项目、铁路提速、国油国运、航空航天领域国家采购等使得国内需求仍构成了全球需求中举足轻重的部分。固定资产投资和汽车、航空航天、模具等工业的发展是刺激机床行业起飞的主要因素。我国固定资产每投入100亿元，将会带动0.8―1.1亿元的机床市场消费额，轿车产量每增减1%，数控机床消费量就变动0.54%。发电设备、船舶、冶金等大型和重型工业也是机床的主要消费者。

【参考文献】

[1] 中国机床商务网[OL].2010-2013.http：//.

[2] 中国统计年鉴网[OB/OL].2010-2013.

国内数控机床现状篇（9）

1发生与开展的社会、经济基础

我国现有的、数以万计的新鲜、落后的机床是机床大修与数控化改造行业发生的理想基础。我国是一个开展中国度,由于临时自身机制的不顺应性,经济实力过低、技术落后、设备新鲜,极大地制约着国民经济的开展。为尽快改动我国机械制造业的落后形状,近二十多年来,我们在困难地开展民族机床制造业的同时,积极地引进了世界先进技术与设备。一方面与世界先进机床制造厂协作,不时消费出具有世界先进水平的各类机床;另一方面直接购进了少量的各类机床。这一切都为我国国民经济的快速开展起到了庞大的作用。

但是,机床临时运转甚至超负荷运用,同时又缺少仔细的维修与保养,形成机床严重磨损,丧失了精度;有些机床则由于企业人员及产品结构的改动,或由于技术力气缺乏而被临时闲置,需求运用时却发现早已锈迹斑斑,电控系统不能起动;由于新产品制造的需求,原无机床功用已不能满足运用要求,急需更新晋级改造;由于世界计算机及网络技术的飞速开展,形成数控系统、驱动系统厂的产品更新加快,原有产品过早停产,给备件改换与维修带来一定困难;况且数控系统的运用寿命普通在5～10年,而我国大少数机床都在超期退役。这些诸多要素都需求对机床停止大修及数控化晋级改造。

清楚的经济效益是机床大修及数控化改造行业的开展动力。关于机床拥有者来说,只需破费购置相反新机床30%以下的费用即可取得相反的运用效果,依据国际该行业的记载,即使将原机床的结构功用停止彻底改造晋级,也只需破费购置新机床60%左右的价钱。

旧机床的大修、创新、晋级改造与购置新机床相比,具有下列优势:①交货期短。尤其是大型机床和特殊公用机床优势愈加清楚。②功用更动摇。各基础件经临时时效,简直不会发生应力变形而影响精度;各功用部件经临时磨合,功用动摇性牢靠性好。③设计风险小。新机床设计中带来的技术、方案风险在大修正造中简直不存在。④可以更充沛地表现用户的志愿。用户与维修人员可以依照实践需求和机床临时运用状况,在大修正造中提出对机床功用、操作与维修等方面的改良(包括增、改)意见,有权选择机械零部件、数控系统等电气设备的规格、型号、功用等。⑤更有利于运用与维护。由于用户、维修人员不只可以直接参与改造方案的制定,而且可以参与改造的全进程,可以直接获取各种技术信息,更深化地把握机床的结构及功用特点,从而增强运用与维修的自动才干。⑥可以更快地获取最新的更适用的备件。⑦节省少量投资。⑧降低投资风险。

社会化、专业化趋向是机床大修及数控化改造行业的殊途同归。旧机床的数控化改造和创新不只仅是以后经济转轨时期必要和重要的行为,而且是一个企业临时开展的战略措施。

2大修正造方案的选择

2.1前期立项预备任务

2.1.1技术可行性分析。主要是瞄准改造目的及加工对象,对被改造机床停止结构、功用、精度等技术状况的片面分析。其中包括机床原来的结构设计能否合理;机床的基础部件和结构件能否依然完整;普通机床改为数控机床,要调查各坐标轴的机械传动结构及导轨副的方式等能否适用;测量机床目前的各项精度与出厂精度停止对比,能否存在差距;综合总结目前机床存在的一切缺点和历史上出现过的严重缺点。针对上述效果,对照改造目的和典型工件,编写改造义务书,做到改造后的机床到达一定的先进性和适用性。

2.1.2经济可行性分析。从实践可操作性动身列出几种应思考的状况:从机床自身的价值思考,分析要到达改造目的所需投入能否偏高;从该机床在本单位产品制造中的位置和重要水平来分析改造价值;从该机床的投入产出率预算,能否能较快收回投资,然后迅速发生较好效益;机床改造后提高了机床精度,添加了功用,能否能使本单位产品提高水平,或许能有利于开发新产品,从而取得附加效益。改造资金来源牢靠。

2.2技术方案预备

2.2.1机械及液压系统作为机床的最终用户,厂方必需首先要确认,该机床机械及液压系统的状况。如:目前机床的精度,机械传动链的状况,丝杠、导轨的状况,有无严重缺点等,以确定机床是大修、项修。假设是非数控机床要改为数控机床,首先要思考机械改装的可行性,最重要的是导轨的方式及滚珠丝杠的装置。再有就是机械传动机构的传动间隙与传动刚度能否契合数控机床的要求。

2.2.2电气系统在做数控机床改造方案时,用户可以依据机床的形状及工艺要求来选择数控系统。其一,是选择数控制造厂商,目前世界上功用及信誉较好的有西门子(德国)、发那科(日本)、三菱(日本)、NUM(法国)、FAGOR(西班牙)等。用户可在具体了解上述厂商数控系统的特点及功用价钱比等目的的基础上,与实施改造的工程公司一道,选择一个比拟适宜的数控系统(NC)。其二,是依据机床的功用要求选择相应控制系统的类型,做到既能满足机床全部功用要求又不提高规范。

2.2.3关于机床测量系统,目前数控系统的要求是增量式脉冲编码输入,所以老机床所配的感应同步尺或旋转变压器等测量元件均需用增量式脉冲编码器、光栅尺替代。

2.2.4关于电路,改造可采取的方案有两种:“接口型改造”,即保管继电器电路,只对NC、PLC停止改造,新PLC不参与电路控制,只处置NC所需的指令信号。此方案改造设计、调试任务量较小。另一种是“彻底改造”,在继电器逻辑较复杂,缺点率较高,用户又能提供清楚逻辑图的状况下,可用新NC所带的PLC将电路全部改造,简化了电路,又合理应用了PLC的控制才干。此方案可大大简化硬件电路,大大提高牢靠性,但改造设计、调试任务量较大。

2.3各局部装置方式确实定

2.3.1控制系统的装置罕见的有悬挂式、柜式、台式等。装置方式的选定,直接决议各种衔接电缆的走线方式和电缆长度,也关系到操作与维修的方便性。

2.3.2驱动系统的装置,准绳上只能采取电气柜内装置这一种方式,应思考的要素有通风冷却,电缆走线方式及长度,对其他电器的搅扰等。

国内数控机床现状篇（10）

1 数控机床技术在我国的发展现状及存在的问题

社会经济的不断发展，使人们的生活水平得到了显著提高，而对于产品的质量也有了更高要求。为了满足消费者的需求，提高产品的质量，许多企业开始使用数控技术来辅助产品的生产与制造。与国外发达国家相比，我国关于数控机床技术的研究时间较短，技术也相对落后，对于数控机床技术在制造业中的应用还处在初级阶段，无法彻底的将数控机床技术的优势发挥出来，在实际的使用当中也存在一些问题，对我国制造业企业的发展造成了不利影响。

1.1 数控机床技术在我国的发展现状

从我国目前的情况来看，制造业企业的竞争越来越激烈，企业除了在质量上要满足消费者的需求以外，在生产数量上也要满足市场的需要，否则就会出现供不应求的尴尬局面，影响企业实现经济收益的最大化。因此，数控机床技术便被应用于制造业企业的生产当中。由于产品加工数量的不断增多，对于产品加工工艺的要求也越来越多，对于数控加工设备的依赖也就越来越严重。具有关数据表明，当前我国的制造业企业生产过程中，有90%以上的零件都是采用数控技术来进行加工的，甚至有的零件数控机床加工技术的使用率达到了100%。尤其是在数控机床技术逐渐被人们所熟知的今天，该项技术的使用率越来越高，有效的提高了产品的生产质量与生产效率。

1.2 数控机床技术在发展中存在的问题

1.2.1 存在着“三缺”的问题

所谓的“三缺”是指：在数控机床技术在使用的过程中，缺乏相关的数据参数；在实践的过程中，缺乏足够的理论指导；在技术创新的过程中，缺乏研究发展的平台；相关数据参数的缺乏，使得我国在使用数控机床技术进行生产制造的过程中，无法对该项技术进行更加深入的了解，无法将其的优势完全发挥出来，产生的优势效果有限，无法最大限度的提高企业的生产效率与经济收益。数控机床技术作为一项高科技技术，需要拥有强大数据库做支持。以我国目前的情况来看，数控机床加工数据库的建立还有待于完善。因此，对于数据库的使用范围也是十分的有限，制约了我国数控机床技术的发展。

1.2.2 存在着“一低”的现象

所谓的“一低”指的是数控加工技术的总体效率较低，产品加工生产的质量关系到消费者对产品的购买意向，产品加工生产的效率，则关系到企业能否最大限度的实现经济效益。数控机床技术中“一低”的现象，严重影响到企业的经济效益。目前，国家已经针对该现象展开了专项研究，并取得了一定的成果。在数控机床技术未来的发展中，必将起到良好的促进作用，进一步提升我国制造业企业的经济收益。

2 我国数控机床技术问题对策

2.1 重视数控机床理论探索

由于数控机床技术发展的时间比较短，相应的专业人才也比较短缺，使得机床技术的研究理论成果比较少，试验的环境不够完善。针对我国数控机床技术理论上的落后，我们必须提高这方面的投入，特别是人才的培养，在高校中设置这门学科，培养该学科的实践能力，并能够从实践中总结出理论经验，在实际的工作中，能够利用有限的理论资源来提高生产效率，建立一定规模的研究机构，实现对机床技术各个方面的理论探索。

2.2 提高数控机床开发设计能力

数控机床是集电机、电子、机械等多个学科为一体的高科技设备，当前我国在数控机床自主研发、设计方面还有很大的差距，主要表现在设计没有对相关零部件进行整合、以静态设计模式为主、设计没有充分的论证仅仅依靠以往的经验进行定型化设计等。这种设计往往导致零件加工同质化现象严重，缺乏创新，有关零件细分产品较少很难满足现代市场的需求。因此，在现代数控机床设计时应注重探索数控技术设计理论，提高机床性能和功能的创新意识，不断优化在数控机床方面的探究和应用，逐渐实现油静态设计到动态设计模式的转化。

2.3 加强数控机床可靠性探究

数控机床工作性能是判定机床质量的重要指标，是用户比较关心的重要内容。数控机床稳定性一般使用平均故障时间间隔来判定，该参数不但描述了产品质量时间度量值，而且还综合反映了机床生产企业的综合实力。因此，应加强数控机床可靠性方面的研究，建立和完善机床可靠性评价体系，熟悉机床故障发生的模式，在设计时采用相关措施加以避免，全面提高数控机床的可靠性能。

3 数控机床的发展趋势

随着制造业对数控机床的依赖程度越来越大，以及现代计算机技术水平的飞速发展为数控机床功能的扩展提供了坚实的技术支撑，使数控机床的应用范围不断扩大，而且逐渐向智能化、高精度化以及网络化的趋势发展。数控技术控制智能化主要通过执行相关算法对加工的产品进行识别，从而选择合理的加工参数。智能化功能的实现极大的提高零件加工的精读，提高机床的工作效率。因此，能够在同条件下完成多个零件的加工。数控机床的网络化是未来发展的主要特点之一，通过网络能够保证加工参数在各个车间进行传递，既能达到数据之间的共享还能对数控机床进行远程监控，因此大大提高了机床的操作效率。

4 总结

综上所述，数控机床技术在我国具有较大的应用市场，在未来的发展过程中，必将成为制造业企业不可获取的技术之一。虽然，数控机床技术在实际的应用中，还存在着一系列的问题有待于完善。但是，数控机床技术对于制造业企业的重要性是不言而喻的。因此，我们要抓住世界经济一体化的机遇，学习国外先进的技术理论，并将其应用到我国的数控机床技术创新中来，促进我国数控机床技术的发展，使我国不仅能成在制造数量上达到世界先进水平，在制造技术和质量上也达到世界先进的水平。