数控车床的现状及发展趋势

1、学生毕业设计（论文）报告毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目 数控车床的现状及发展趋势一、 选题的背景和意义：数控机床是集机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为一体的机电一体化产品。是机械制造设备中具有高精度、高效率、高自动化和高柔性化等优点的工作母机。数控机床的技术水平高低及其在金属切削加工机床产量和总拥有量的百分比是衡量一个国家国民经济发展和工业制造整体水平的重要标志之一。数控车床是数控机床的主要品种之一，它在数控机床中占有非常重要的位置，几十年来一直受到世界各国的普遍重视。 数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发

2、展和应用领域的扩大，它对国计民生的一些重要行业(IT、汽车、轻工、医疗等)的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。二、 课题研究的主要内容：1 分析我国数控机床的现状2 分析现在数控机床的各部分的组成及优劣3 当前数控机床的发展趋势4 市场对数控机床的需求情况5 推进UM工程，研制高效精密数控机床6 例举西门子SINUMERIK 840D数控系统介绍三、主要研究（设计）方法论述：本课题主要是在所掌握的关于数控车床知识的基础之上，通过大量的资料了解数控车床的结构及相关专业知识，并了解其现状及发展趋势。首先分析现在数控机床的发展情况，相比较出机床各组成部分的优

3、劣。而后通过网上了解当前数控机床的发展趋势，调查市场各个行业对数控机床的产品的综合要求。深度探索数控机床的产品对精度的要求，发展复合加工数控机床，缩短制造过程链。最后例举西门子SINUMERIK 840D数控系统及介绍。 四、设计（论文）进度安排：时间（迄止日期）工 作 内 容8.18.2选题，熟悉课题，明确任务要求，查找、收集、分析资料。8.38.5完成开题报告，并提交指导老师。8.68.9阐述机电一体化技术和办公自动化的发展历程以及发展趋势。8.108.13对办公自动化的发展现状和趋势提出实际需求8.148.17以办公实际需求为目标将机电一体化技术应用到办公自动化设备中8.188.21展望

4、机电一体化技术在办公自动化设备中的应用8.228.25总结并整理所有资料，规范论文格式8.268.27在指导老师的帮助下进行修改，进一步完善初稿。8.288.30翔实相关论点、论据，准备毕业设计的答辩。五、指导教师意见： 指导教师签名： 年 月 日六、系部意见： 系主任签名： 年 月 日数控机床的现状及发展趋势目 录第一章 绪论71.1 课题研究的目的和意义71.2 国内外数控系统的发展概况81.3 本课题研究的主要内容9第二章 数控机床的现状92.1现代数控机床的两个基本评定指标92.2 中国数控机床现状102.2.1数控机床的现状102.2.2 中国发展数控机床存在的主要问题11

5、2.3 分析现代数控机床的组成112.3.1床身和导轨112.3.2.主轴变速系统122.3.3.刀架系统122.3.4.进给传动系统13第三章 数控机床的发展趋势143.1 数控机床的发展趋势143.1.1 高速、高精密化143.1.2 高可靠性143.1.3 数控车床设计CAD化、结构设计模块化143.1.4 功能复合化143.1.5 智能化、网络化、柔性化和集成化153.2 国内对到数控机床需求15第四章 数控机床发展点1741推进µm，工程研制高效精密数控机床1742发展复合加工数控机床、缩短制造过程链1743高效柔性化的新一代制造系统1844发展网络化制造单元，推进企业制造

6、能力的高效柔性化1945西门子SINUMERIK 840D数控系统介绍19第五章 结束语21答谢词22参考文献23数控机床的现状及发展趋势摘要：从20世纪中叶数控技术出现以来，数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。数控机床是一种高度机电一体化的产品，适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要求较高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的关键零件、要求精密复制的零件、需要缩短生产周期的急需零件以及要求100%检验的零件。数控机床的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。  随着制造业对数控机床的大量需求以及计算机技术和现代设计技术的飞速进步，数

7、控机床的应用范围还在不断扩大，并且不断发展以更适应生产加工的需要。本文简要分析了数控机床高速化、高精度化、复合化、智能化、开放化、网络化、多轴化、绿色化等发展趋势。关键词：数控车床；现状；发展趋势NC Machine Tool Status Quo And Development TrendABSTRACT：From the middle of the 20th century since the emergence of CNC technology, CNC machine tools to machine manufacturing industry has brought a revo

8、lutionary change. CNC machine tools is a highly integrated mechanical and electrical products, applicable to processing multi-variety low-volume parts, the structure of more complex, high precision parts, the need for frequent modifications of the parts, the high cost of scrap key parts are not allo

9、wed to require replication precision parts, the need to shorten the production cycle of the urgent need for spare parts as well as the requirements of parts 100% inspection. The characteristics of CNC machine tools and their application into the national economy and national defense construction, an

10、d equipment development. With the manufacturing of CNC machine tools, as well as the high demand of computer technology and modern design techniques of rapid progress, the scope of application of CNC machine tools is also growing, and the continuous development of more adapted to the needs of produc

11、tion and processing. This paper analyzes the high-speed CNC machine tools, precision, complex and intelligent, open, network-based, multi-axis, and the development trend of green, and so on.Keywords：CNC Lathe；current situation；Development trends第一章 绪论1.1 课题研究的目的和意义 数控系统对于国家经济发展具有重大意义，客观地审视我国数控系

12、统当前的形势，结合我国当前宏观经济运行的环境和条件，正确分析行业特点和产业特性，采取正确的方针和措施，是我国数控系统产业进一步发展的基础。 客观地审视我国数控系统当前的形势，结合我国当前宏观经济运行的环境和条件，正确分析行业特点和产业特性，采取正确的方针和措施，是我国数控系统产业进一步发展的基础。 国产数控系统行业要发展起来，不是简单的某一家数控企业发展起来，而是中国数控系统行业整体共同进步。用户对国产数控系统信心不足，不是对哪一家，而是对整个国产数控系统不认可。现在的状况是国产数控系统企业都在低端市场杀得你死我活，而不能凝聚在一起，在中、高端市场与国外系统抗衡。我们认为，只有国产的数控系统企

13、业团结一致，才有实力与国外系统竞争。在国家提倡自主创新的大环境氛围下，用户都觉得支持国产数控产业是自己的义务，从被动变为主动地选用国产数控系统。有了用户的支持，国产数控系统才可以快速发展起来。在支持民族产品还是使用洋品牌的问题上，国人进行着不断的争论。在数控系统方面，耳熟能详的西门子、三菱、松下、施奈德、AB等等占据着大量市场和机械制造商的大脑，信赖国际品牌，降低自己售后风险，提升自己产品品味依然是很多商家的思路。民族品牌在此艰险的环境中不断慢慢壮大。在这种情况下，笔者了解了广州正腾数控技术有限公司，这个在印刷机械数控系统领域起步，依托广东工业大学自动化学院慢慢成长，依靠自己稚嫩的肩膀，从间歇

14、式（全轮转）印刷机控制系统研发成功并推广开始，就不断与众多世界知名品牌产品相抗衡至今，深深体会到在这个环境中发展自己品牌的艰辛。付出终有收获，广州正腾数控这个新兴数控企业会不断完善自己，向更多领域迈进，肯定会随着民族数控业的发展而更加壮大。 数控系统是先进制造业机械的灵魂和大脑，对于国家经济发展具有超越其巨大经济价值的战略意义。数控系统涉及面非常广，从数控机床到专业数控机械，印刷、包装、纺织、各类产品制造等等，如此巨大市场就是国内外数控企业不断明争暗斗的原因。过去数十年间我国也曾投入数亿元开展数控攻关，但总体思路还是引进国外技术，而国外对我国却一直采取技术封锁、高档产品限制、低档产品倾销的歧视

15、政策。盲目效仿国外，只会落后挨打，受制于人，中国数控产业的唯一出路，就是走自主创新之路，用中国人自己的核心技术振兴中国数控产业。创新的技术和产品，意味着新生事物，要被行业和用户认同是一个非常艰难的过程。有很多具有非常好市场前景的创新科研成果，由于创新者没有坚持不懈地排除科技成果转化和产业化过程中的艰难险阻，最终被束之高阁。科技成果是在实验室环境下，着重于技术功能的实现;产品化则要求面对恶劣的使用环境和千变万化的应用对象，满足用户对稳定性、可靠性、实用型、宜用性和高性价比的要求;产业化则要求产品在规模化生产过程中，建立生产工艺、质量保证体系和售前售后服务网络，最终占领市场。1.2 国内外数控系统

16、的发展概况随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，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。目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工

17、过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理。长期以来，我国的数控系统为传统的封闭式体系结构，CNC只能作为非智能的机床运动控制器。加工过程变量根据经验以固定参数形式事先设定，加工程序在实际加工前用手工方式或通过CAD/CAM及自动编程系统进行编制。CAD/CAM和CNC之间没有反馈控制环节，整个制造过程中CNC只是一个封闭式的开环执行机构。在复杂环境以及多变条件下，加工过程中的刀具组合、工件材料、主轴转速、进给速率、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加工参数，无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整，更无法通过反馈控制环节随机修正CAD/CAM中的设定量

18、，因而影响CNC的工作效率和产品加工质量。由此可见，传统CNC系统的这种固定程序控制模式和封闭式体系结构，限制了CNC向多变量智能化控制发展，己不适应日益复杂的制造过程，因此，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为我们国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。1.3 本课题研究的主要内容1分析我国数控机床的现状2分析现在数控机床的各部分的组成及优劣3当前数控机床的发展趋势4市场对数控机床的需求情况5数控车床的发展点第二章 数控机床的现状2.1现代数控机床的两个基本评定指标成本、质量、生产率和产量、交货期是衡量企业生产能力和市场竞争能力的4 个要素，采用传统的非数控生产方式只有达

19、到一定阈值的大批量的规模生产才能取得上述4 个方面的统一。但在当前激烈的市场竞争环境下，以生产为中心，企业为主导的卖方市场已转向以市场需求为中心、用户为主导的买方市场，产品需求呈现多样化和个性化，且产品经济寿命大大缩短，这首先将形成以多品种变批量的生产方式为主流的生产环境；其次，衡量企业竞争力的首位因素也由成本转为交货期。为此，发展柔性结构体系的数控制造装备及制造系统是实现在快速多变的市场环境中对用户驱动的市场需求作出灵活、快速响应的关键。所谓制造装备及制造系统的柔性化是指当产品的品种的需求发生变化时，它们仍能在满足经济性的前提下，实现及时转换生产的适应能力。同时持续地提高经济加工精度也是适应

20、市场竞争的另一个主要目标。因而作为评定数控机床及系统效能的基本指标也将由传统的工作精度和切削能力改为用高效柔性和高精化的程度来衡量。高效柔性化和高精化分别反映了制造业在竞争激烈的市场环境下的两个最主要的要求，即产品生产变换的灵捷性和产品质量的持续提高。（1） 高效柔性化 虽然传统的非数控机床也具有一定的柔性，但它不能获得高的效能和稳定的精度，更不适应复杂型面的加工。因此，基于数控技术的高效柔性化的制造装备及制造系统需兼具下列特性：高度的灵活性和多品种生产的快速适应性。高效的生产能力，包括：高生产率，借助于高速化和提高金属切除率等途径。高稳定性，对于光机电集成的数控机床，着重要求其降低故障率，提

21、高可靠性，以提高制造装备及系统的开动率（利用率）。制造装备及其系统高效柔性化的具体指标的内涵如表1所示基本指标指标组成项目影响因素高效高的机床利用率高生产效高金属切除率高速强力切削高功率空载快速运动高机床刚度和抗振性缩短辅助时间高运行稳定低的故障率和短的修复时间可靠性增长技术和健壮性设计智能化和适应控制技术无人环境下的连续工作能力柔性短的新产品上市期多品种生产变换的敏捷性经济可承受性缩短调整和试切周期扩大加工零件族（组）的能力技术准备和生产安排的及时性低重构成本品种变化所需调整和运行时间工夹刀具供应的快速性制造设备及系统的重构技术大批量定制化生产技术优化工和物流及信息流表1 高效柔性化指标的内

22、涵（2） 高精化产品的加工精度直接影响到其工作性能、寿命、能耗和噪声等，因此数控机床的高精化是市场需求和技术发展的必然结果。分析汽车的某些关键件的精度需求，如发动机的缸体、缸盖、曲轴、凸轮轴、连杆、化油器、制动器、减震器的阀体、泵体、盘类以及模具等在近十几年内有明显的提高，如表2 所示。20世纪70-80年代20世纪90年代尺寸精度/mmIT7-IT8级IT-IT6级圆度/mm0.015-0.0200.005-0.010同轴度/mm0.020-0.0300.015-0.020孔距精度/mm0.030-0.0500.010-0.015车铣加工表面粗糙度Ra/um1.6-3.20.8-1.2表2

23、汽车零件关键配合部位的精度提升统计自上世纪80 年代至2002 年国内外先进水平数控机床的工作精度提高的过程，平均每年提升10% ，即每隔8年误差约减小一半。2.2 中国数控机床现状2.2.1 数控机床的现状目前，中国机床工业厂多人众。2000年，金切机床制造厂约358家(20.6万人)，成形机床制造厂191家(约6.5万人)，共计549家(27.1万人)。其中生产数控金切机床的约150家，生产数控成形机床的约30家，共计约180家，占厂家总数的1/3。2001年金切机床产量19.2万台，内数控金切机床17,521台，约占9%。 总的来说：数控机床产量不断增长，2001年为1991年

24、的3.6倍；进口量增长较快，达29倍，出口量有所增加，但数目较小，为4.8倍；数控机床消费量增加较快，达7.9倍。产量满足不了社会发展的需求。从金额上看，2001年数控机床进口17,679台，计14.1亿美元，出口2,509台，计0.44亿美元，进口额为出口额之32倍。进口大、出口小。2.2.2 中国发展数控机床存在的主要问题 中国於1958年研制出第一台数控机床，发展过程大致可分为两大阶段。在19581979年间为第一阶段，从1979年至今为第二阶段。第一阶段中对数控机床特点、发展条件缺乏认识，在人员素质差、基础薄弱、配套件不过关的情况下，一哄而上又一哄而下，曾三起三落、终因表现欠

25、佳，无法用於生产而停顿。主要存在的问题是盲目性大，缺乏实事求是的科学精神。在第二阶段从日、德、美、西班牙先後引进数控系统技术，从日、美、德、意、英、法、瑞士、匈、奥、韩国、台湾省共11国(地区)引进数控机床先进技术和合作、合资生产，解决了可靠性、稳定性问题，数控机床开始正式生产和使用，并逐步向前发展。在20余年间，数控机床的设计和制造技术有较大提高，主要表现在三大方面：培训一批设计、制造、使用和维护的人才；通过合作生产先进数控机床，使设计、制造、使用水平大大提高，缩小了与世界先进技术的差距；通过利用国外先进元部件、数控系统配套，开始能自行设计及制造高速、高性能、五面或五轴联动加工的数控机床，供

26、应国内市场的需求，但对关键技术的试验、消化、掌握及创新却较差。至今许多重要功能部件、自动化刀具、数控系统依靠国外技术支撑，不能独立发展，基本上处於从仿制走向自行开发阶段，与日本数控机床的水平差距很大。存在的主要问题包括：缺乏象日本“机电法”、“机信法”那样的指引；严重缺乏各方面专家人才和熟练技术工人；缺少深入系统的科研工作；元部件和数控系统不配套；企业和专业间缺乏合作，基本上孤军作战，虽然厂多人众，但形成不了合力。 2.3 分析现代数控机床的组成2.3.1 床身和导轨1.床身机床的床身是整个机床的基础支承件，是机床的主体，一般用来放置导轨、主轴箱等重要部件。床身的结构对机床的布局有很

27、大的影响。按照床身导轨面与水平面的相对位置，床身有图1所示的5种布局形式。一般来说，中、小规格的数控车床采用斜床身和平床身斜滑板的居多，只有大型数控车床或小型精密数控车床才采用平床身，立床身采用的较少。平床身工艺性好，易于加工制造。由于刀架水平放置，对提高刀架的运动精度有好处，但床身下部空间小，排屑困难；刀架横滑板较长，加大了机床的宽度尺寸，影响外观。平床身斜滑板结构，再配置上倾斜的导轨防护罩，这样既保持了平床身工艺性好的优点，床身宽度也不会太大。斜床身和平床身斜滑板结构在现代数控车床中被广泛应用，是因为这种布局形式具有以下特点：(1) 容易实现机电一体化；(2) 机床外形整齐、美观，占地面积

28、小；(3) 容易设置封闭式防护装置；(4) 容易排屑和安装自动排屑器；(5) 从工件上切下的炽热切屑不至于堆积在导轨上影响导轨精度；(6) 宜人性好，便于操作；2.导轨车床的导轨可分为滑动导轨和滚动导轨两种。滑动导轨具有结构简单、制造方便、接触刚度大等优点。但传统滑动导轨摩擦阻力大，磨损快，动、静摩擦系数差别大，低速时易产生爬行现象。目前，数控车床已不采用传统滑动导轨，而是采用带有耐磨粘贴带覆盖层的滑动导轨和新型塑料滑动导轨。它们具有摩擦性能良好和使用寿命长等特点。导轨刚度的大小、制造是否简单、能否调整、摩擦损耗是否最小以及能否保持导轨的初始精度，在很大程度上取决于导轨的横截面形状。车床滑动导

29、轨的横截面形状常采用山形截面和矩形截面。山形截面。这种截面导轨导向精度高，导轨磨损后靠自重下沉自动补偿。下导轨用凸形有利于排污物，但不易保存油液。矩形截面，这种截面导轨制造维修方便，承载能力大，新导轨导向精度高，但磨损后不能自动补偿，需用镶条调节，影响导向精度。2.3.2 主轴变速系统经济型数控车床大多数是不能自动变速的，需要变速时，只能把机床停止，然后手动变速。而全功能数控车床的主传动系统大多采用无级变速。目前，无级变速系统主要有变频主轴系统和伺服主轴系统两种，一般采用直流或交流主轴电机，通过带传动带动主轴旋转，或通过带传动和主轴箱内的减速齿轮(以获得更大的转矩)带动主轴旋转。由于主轴电机调

30、速范围广，又可无级调速，使得主轴箱的结构大为简化。主轴电机在额定转速时可输出全部功率和最大转矩。2.3.3 刀架系统数控车床的刀架是机床的重要组成部分。刀架用于夹持切削用的刀具，因此其结构直接影响机床的切削性能和切削效率。在一定程度上，刀架的结构和性能体现了机床的设计和制造技术水平。随着数控车床的不断发展，刀具结构形式也在不断翻新。刀架是直接完成切削加工的执行部件，所以，刀架在结构上必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工时的切削抗力。由于切削加工精度在很大程度上取决于刀尖位置，所以要求数控车床选择可靠的定位方案和合理的定位结构，以保证有较高的重复定位精度。此外，刀架的设计还应满足换刀时间短、结

31、构紧凑和安全可靠等要求。按换刀方式的不同，数控车床的刀架系统主要有回转刀架、排式刀架和带刀库的自动换刀装置等多种形式。2.3.4 进给传动系统数控车床的进给传动系统一般均采用进给伺服系统。这也是数控车床区别于普通车床的一个特殊部分。数控车床的伺服系统一般由驱动控制单元、驱动元件、机械传动部件、执行件和检测反馈环节等组成。驱动控制单元和驱动元件组成伺服驱动系统。机械传动部件和执行元件组成机械传动系统。检测元件与反馈电路组成检测系统。进给伺服系统按其控制方式不同可分为开环系统和闭环系统。闭环控制方式通常是具有位置反馈的伺服系统。根据位置检测装置所在位置的不同，闭环系统又分为半闭环系统和全闭环系统。

32、半闭环系统具有将位置检测装置装在丝杠端头和装在电机轴端两种类型。前者把丝杠包括在位置环内，后者则完全置机械传动部件于位置环之外。全闭环系统的位置检测装置安装在工作台上，机械传动部件整个被包括在位置环之内。开环系统的定位精度比闭环系统低，但它结构简单、工作可靠、造价低廉。由于影响定位精度的机械传动装置的磨损、惯性及间隙的存在，故开环系统的精度和快速性较差。全闭环系统控制精度高、快速性能好，但由于机械传动部件在控制环内，所以系统的动态性能不仅取决于驱动装置的结构和参数，而且还与机械传动部件的刚度、阻尼特性、惯性、间隙和磨损等因素有很大关系，故必须对机电部件的结构参数进行综合考虑才能满足系统的要求。

33、因此全闭环系统对机床的要求比较高，且造价也较昂贵。闭环系统中采用的位置检测装置有：脉冲编码器、旋转变压器、感应同步器、磁尺、光栅尺和激光干涉仪等。数控车床的进给伺服系统中常用的驱动装置是伺服电机。伺服电机有直流伺服电机和交流伺服电机之分。交流伺服电机由于具有可靠性高、基本上不需要维护和造价低等特点而被广泛采用。第三章 数控机床的发展趋势3.1 数控机床的发展趋势数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对国计民生的一些重要行业(IT、汽车、轻工、医疗等)的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现

34、代发展的大趋势。当前数控车床呈现以下发展趋势。3.1.1 高速、高精密化高速、精密是机床发展永恒的目标。随着科学技术突飞猛进的发展，机电产品更新换代速度加快，对零件加工的精度和表面质量的要求也愈来愈高。为满足这个复杂多变市场的需求，当前机床正向高速切削、干切削和准干切削方向发展，加工精度也在不断地提高。另一方面，电主轴和直线电机的成功应用，陶瓷滚珠轴承、高精度大导程空心内冷和滚珠螺母强冷的低温高速滚珠丝杠副及带滚珠保持器的直线导轨副等机床功能部件的面市，也为机床向高速、精密发展创造了条件。数控车床采用电主轴，取消了皮带、带轮和齿轮等环节，大大减少了主传动的转动惯量，提高了主轴动态响应速度和工作

35、精度，彻底解决了主轴高速运转时皮带和带轮等传动的振动和噪声问题。采用电主轴结构可使主轴转速达到10000r/min以上。直线电机驱动速度高，加减速特性好，有优越的响应特性和跟随精度。用直线电机作伺服驱动，省去了滚珠丝杠这一中间传动环节，消除了传动间隙(包括反向间隙)，运动惯量小，系统刚性好，在高速下能精密定位，从而极大地提高了伺服精度。直线滚动导轨副，由于其具有各向间隙为零和非常小的滚动摩擦，磨损小，发热可忽略不计，有非常好的热稳定性，提高了全程的定位精度和重复定位精度。通过直线电机和直线滚动导轨副的应用，可使机床的快速移动速度由目前的1020m/mim提高到6080m/min，甚至高达120

36、m/min。3.1.2 高可靠性数控机床的可靠性是数控机床产品质量的一项关键性指标。数控机床能否发挥其高性能、高精度和高效率，并获得良好的效益，关键取决于其可靠性的高低。3.1.3 数控车床设计CAD化、结构设计模块化随着计算机应用的普及及软件技术的发展，CAD技术得到了广泛发展。CAD不仅可以替代人工完成繁琐的绘图工作，更重要的是可以进行设计方案选择和大件整机的静、动态特性分析、计算、预测及优化设计，可以对整机各工作部件进行动态模拟仿真。在模块化的基础上在设计阶段就可以看出产品的三维几何模型和逼真的色彩。采用CAD，还可以大大提高工作效率，提高设计的一次成功率，从而缩短试制周期，降低设计成本

37、，提高市场竞争能力。通过对机床部件进行模块化设计，不仅能减少重复性劳动，而且可以快速响应市场，缩短产品开发设计周期。3.1.4 功能复合化功能复合化的目的是进一步提高机床的生产效率，使用于非加工辅助时间减至最少。通过功能的复合化，可以扩大机床的使用范围、提高效率，实现一机多用、一机多能，即一台数控车床既可以实现车削功能，也可以实现铣削加工；或在以铣为主的机床上也可以实现磨削加工。宝鸡机床厂已经研制成功的C X 2 5 Y数控车铣复合中心，该机床同时具有X、Z轴以及C轴和Y轴。通过C轴和Y轴，可以实现平面铣削和偏孔、槽的加工。该机床还配置有强动力刀架和副主轴。副主轴用内藏式电主轴结构，通过数控系

38、统可直接实现主、副主轴转速同步。该机床工件一次装夹即可完成全部加工，极大地提高了效率。·21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统。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方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方面的智能化，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、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控等方面的内容，以方便系统技术的诊断及维修等。网络化数控装备是近年来机床发展的一个热点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造

39、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。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(F M C、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、实用化为前提，以易于联网和集成为目标，注重加强单元技术的开拓和完善。CNC单机向高精度、高速度和高柔性方向发展。数控机床及

40、其构成柔性制造系统能方便地与CAD、CAM、CAPP及MTS等联结，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。3.2 国内对到数控机床需求未来几年，我国数控机床市场需求量将继续按年平均增长率10-15%增长，到2010年，全国需求数控机床将达10万台以上，消费将超过60亿美元，主要体现在以下一个方面：1汽车产业将成为机床工具行业的主要用户。随着我国向全面小康社会目标迈进和经济不断发展、人民生活水平进一步提高，汽车的需求量将继续保持一定增长，汽车工业尤其是汽车零部件产业仍将得到新的发展，该产业必将继续成为机床工具行业第一重要用户。2高新技术产业和国防军工行业的快速发展将增加对高档

41、机床工具产品的需求。信息产业、新材料、新能源、自动化等高新技术产业将成为我国经济发展中增长速度最快的先导产业和经济发展的新亮点。为了满足国防现代化需要，国防军工行业将快速发展。高新技术产业和国防军工行业对高档机床工具产品的需求不断增加，需要大量高速、复合、精密、智能、多轴、自动化的高档机床。 3传统产业需求增势明显。入世后，我国融入全球经济一体化的进程加快，国内外市场竞争进一步加剧。机械、纺织、冶金等传统产业为了提高国际竞争实力，都力图通过加强国际合作、采用先进技术和装备，加速产品结构的调整，以品牌、质量、价格来参与竞争，争夺市场。企业新一轮技术改造的热潮正在形成。原来对普通机床和经济型数控机

42、床的大量需求将逐渐上升到对普及型数控机床和高档数控机床的需求。4东北等老工业基地改造、西部大开发等重大建设工程项目的实施，将为机床工具行业打开新的市场。“十一五”期间，老工业基地改造和西部大开发等将深入发展，对数控机床的需求日益增长。国家将出台一系列优惠政策，促进我国装备制造业的发展，国产数控机床的市场空间将得到进一步扩大。5国际市场将进一步得到拓展。随着国内外市场一体化以及我国机床工具产品水平的提高，出口产品结构将进一步改善。数控机床、大型机械压力机、树脂磨具、涂附磨具、超硬磨具以及高强度精密铸件等具有一定技术附加值的商品，将逐渐进入国际市场。我国普通机床和中低档数控机床已具有一定竞争优势，

43、出口将出现平稳、持续增长。此外，合资企业产品出口的潜力也很大。预计“十一五”期间我国机床工具产品出口将有较大发展。6国家宏观调控将对机床工具市场产生深远影响。当前，为了保证国民经济持续稳定增长，国家做出了加强宏观调控、坚决遏制投资膨胀的重要决策。制止部分行业的过度投资行为，对调整和优化产业结构，避免国民经济大起大落具有重要意义。这些决策的进一步落实，会对普通机床市场产生影响，今后几年普通机床的市场需求增长将趋于缓慢，甚至会出现下降趋势。第四章 数控机床发展点4.1 推进µm，工程研制高效精密数控机床目前国内生产的数控机床尚缺少高效微米精度级的产品，图3示出了汽车零件加工需求与国产加工

44、中心，CNC铣床,车削中心和CNC车床等满足度现状的比较。从图3中可看出现有的数控机床产品（见图中A、B、C区）大多不能同时满足作为典型的支柱产业的汽车制造业对数控制造装备的高效和高精的综合要求图3 备差距比较为此,需研发一些能兼顾高效化和高精化的数控制造装备以适应汽车制造业加工关键零件的需求,它们的性能用图3中D区域来表示。由于这些数控制造装备的加工精度主要在微米级(um)范围内，因此可称为“um 级制造装备及技术研究”，简称“um 工程”(Micro Precision Machine Tool Engineering)。4.2 发展复合加工数控机床、缩短制造过程链多功能复合加工数控机床简

45、称复合机床，或称为多功能加工或完全加工机床。复合机床的含义是在1台机床上实现或尽可能完成从毛坯至成品的全部加工.从20 世纪70 年代以来，出现了以旋转刀具作主切削运动的主要用于镗铣加工的加工中心和以工件旋转作主运动的主要用于车加工的车削中心，这两类多功能的数控机床在推进数控机床的工序集中的工艺方法上发挥了重要的作用。但对于这较复杂的零件它的功能范围尚不足以完成从毛坯至成品的全部工序加工，因而还不能充分提高在单件和中小批量生产条件下的生产效率，且由于工件在多台机床间的转移增加了安装误差，也不利于加工精度的稳定性。为此，加快复合数控机床的发展步伐，提高工序的集中度，使加工过程链集约化，可以提高多

46、品种单件和中小批量加工的工效。复合数控机床可以减少在不同数控机床间进行工序的转换而引起的待工以及多次上下料等时间。通常这些时间占零件整个生产周期的40% 60%， 即使在信息管理良好的情况下,仍将占20%左右。因此复合数控机床具有明显的技术效果。复合数控机床根据其结构特点，可以分为如下两类：（1） 跨加工类别的工艺复合数控加工机床 该类机床主要体现为刀具回转加工、工件回转加工或特种加工等多类功能的复合。因而在机床结构上要体现对不同加工方式的需求。目前常见的有车铣中心、铣车中心和铣削激光加工机床等。（2） 多面多轴联动加工的工序复合数控机床。4.3 高效柔性化的新一代制造系统在可重构制造(Rec

47、onfigurable Manufacturing)技术支持下，构建具有适应大批量高效生产的柔性化制造系统是一个值得注意的发展动向。目前常用的FMS/FML 其制造装备的功能储备通常较多在大批量生产条件下，往往仅能应用其中20%左右的功能，因此用扩大功储备以备不时之需的做法，既是对资源的浪费，也是增大投资的不经济之举。另一方面，当加工的产品由于市场需求的变化要作较大的调整时，往往既费时又耗费资金。为此美国Y.Koren 教授于1995 年提出了发展可重构制造系统(RMS)的构想。我国从1997 年起在国家自然科学基金和“十五”863 计划资助下，对可重构制造技术以及构建快速重组制造系统（RRM

48、S）的理论与方法进行研究，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调整。为了能在制造系统的设计与规划集成与整合以及运动与决策等3方面实现组态，需要解决图4 所示外圈的6个关键技术，使其兼具专用生产线的高效性能和适用的柔性所取得的经济性。为此发展了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、开放式控制系统和规范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，并取得了初步成功的应用。图4 RRMS的6项基础原理及其对物理组态的作用4.4 发展网络化制造单元，推进企业制造能力的高效柔性化在信息化技术蓬勃发展的推动下，制造业正面临着一个以提升

49、竞争能力为目标的构建全企业数字化时代。作为主要制造装备的数控机床及其组成的制造系统也将积极地向数字化制造迈进，它将成为一个信息集成和快速实施的制造单元，其主要特征可归结为3F、3I和3S，即：3F：柔性化、联盟化和新颖化3I：集成化、信息化和智能化3S：系统化、软件化和个性化当前，国内外一些机床和数控系统制造企业在从分布式网络化联盟制造的角度出发研究相适应的制造单元，它将能与企业ERP、PDM和CAD/CAPP/CAM的信息集成进而通过与客户关系管理（CRM）和供应链管理（SCM）的联系作出智能决策，实施并行工程、可视化监控等以提高机床利用率，实现高效的柔性生产。4.5 西门子SINUMERI

50、K 840D数控系统介绍SINUMERIK 840D是西门子公司20世纪90年代推出的高性能数控系统。它保持西门子前两代系统SINUMERIK 880和840C的三CPU结构：人机通信CPU（MMC-CPU）、数字控制CPU（NC-CPU）和可编程逻辑控制器CPU（PLC-CPU）。三部分在功能上既相互分工，又互为支持。在物理结构上，NC-CPU和PLC-C P U合为一体，合成在N C U（Numerical Control Unit）中，但在逻辑功能上相互独立。相对于前几代系统，SINUMERIK840D具有以下几个特点：（1）数字化驱动在SINUMERIK 840D中，数控和驱动的接口信

51、号是数字量，通过驱动总线接口，挂接各轴驱动模块。（2）轴控规模大最多可以配31个轴，其中可配10个主轴。（3）可以实现五轴联动SINUMERIK 840D可以实现X、Y、Z、A、B五轴的联动加工，任何三维空间曲面都能加工。（4）操作系统视窗化SINUMERIK 840D采用Windows95作为操作平台，使操作简单、灵活，易掌握。（5）软件内容丰富功能强大SINUMERIK 840D可以实现加工（Machine）、参数设置（Parameter）、服务（Services）、诊断（Diagnosis）及安装启动（Start-up）等几大软件功能。（6）具有远程诊断功能如现场用PC适配器、MODEM卡，通过电话线实现SINUMERIK 840D与异域PC机通信，完成修改PLC程序和监控机床状态等远程诊断功能。（7）保护功能健全SINUMERIK 840D系统软件分为西门子服务级、机床制造厂家级、最终用户级等7个软件保护等级，使系统更加安全可靠。（8）硬件高度集成化SIN