數控機床

數控機床

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中文名稱：數控機床 外文名稱：Computer numerical control machine tools 全稱：數字控制機床 屬性：自動化機床

數控機床是數字控制機床(Computer numerical control machine tools)的簡稱，是一種裝有程序控制系統的自動化機床。該控制系統能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規定的程序，並將其譯碼，用代碼化的數字表示，通過信息載體輸入數控裝置。經運算處理由數控裝置發出各種控制信號，控制機床的動作，按圖紙要求的形狀和尺寸，自動地將零件加工出來。

數控機床較好地解決了複雜、精密、小批量、多品種的零件加工問題，是一種柔性的、高效能的自動化機床，代表了現代機床控制技術的發展方向，是一種典型的機電一體化產品。

目錄

主要特點

數控機床的操作和監控全部在這個數控單元中完成，它是數控機床的大腦。與普通機床相比，數控機床有如下特點:

1、對加工對象的適應性強，適應模具等產品單件生產的特點，為模具的製造提供了合適的加工方法;

2、加工精度高，具有穩定的加工質量;

3、可進行多坐標的聯動，能加工形狀複雜的零件;

4、加工零件改變時，一般只需要更改數控程序，可節省生產準備時間;

5、機床本身的精度高、剛性大，可選擇有利的加工用量，生產率高(一般為普通機床的3~5倍);

6、機床自動化程度高，可以減輕勞動強度;

7、有利於生產管理的現代化。數控機床使用數字信息與標準代碼處理、傳遞信息，使用了計算機控制方法，為計算機輔助設計、製造及管理一體化奠定了基礎;

8、對操作人員的素質要求較高，對維修人員的技術要求更高;

9、可靠性高。

數控機床與傳統機床相比，具有以下一些特點。

1、具有高度柔性

在數控機床上加工零件，主要取決於加工程序，它與普通機床不同，不必製造，更換許多模具、夾具，不需要經常重新調整機床。因此，數控機床適用於所加工的零件頻繁更換的場合，亦即適合單件，小批量產品的生產及新產品的開發，從而縮短了生產準備周期，節省了大量工藝裝備的費用。

2、加工精度高

數控機床的加工精度一般可達0.05-0.1MM，數控機床是按數字信號形式控制的，數控裝置每輸出一脈衝信號，則機床移動部件移動一具脈衝當量(一般為0.001MM)，而且機床進給傳動鏈的反向間隙與絲杆螺距平均誤差可由數控裝置進行曲補償，因此，數控機床定位精度比較高。

3、加工質量穩定、可靠

加工同一批零件，在同一機床，在相同加工條件下，使用相同刀具和加工程序，刀具的走刀軌跡完全相同，零件的一致性好，質量穩定。

4、生產率高

數控機床可有效地減少零件的加工時間和輔助時間，數控機床的主軸聲速和進給量的範圍大，允許機床進行大切削量的強力切削。數控機床正進入高速加工時代，數控機床移動部件的快速移動和定位及高速切削加工，極大地提高了生產率。另外，與加工中心的刀庫配合使用，可實現在一台機床上進行多道工序的連續加工，減少了半成品的工序間周轉時間，提高了生產率。

5、改善勞動條件

數控機床加工前是經調整好後，輸入程序並啟動，機床就能有自動連續地進行加工，直至加工結束。操作者要做的只是程序的輸入、編輯、零件裝卸、刀具準備、加工狀態的觀測、零件的檢驗等工作，勞動強度大降低，機床操作者的勞動趨於智力型工作。另外，機床一般是結合起來，既清潔，又安全。

6、利用生產管理現代化

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數控機床的加工，可預先精確估計加工時間，對所使用的刀具、夾具可進行規範化，現代化管理，易於實現加工信息的標準化，已與計算機輔助設計與製造(CAD/CAM)有機地結合起來，是現代化集成製造技術的基礎。

技術應用

數控機床是一種裝有程序控制系統的自動化機床，能夠根據已編好的程序，使機床動作並加工零件。它綜合了機械、自動化、計算機、測量、微電子等最新技術，使用了多種傳感器，在數控機床上應用的傳感器主要有光電編碼器、直線光柵、接近開關、溫度傳感器、霍爾傳感器、電流傳感器、電壓傳感器、壓力傳感器、液位傳感器、旋轉變壓器、感應同步器、速度傳感器等，主要用來檢測位置、直線位移和角位移、速度、壓力、溫度等。

1、數控機床對傳感器的要求

1)可靠性高和抗干擾性強;

2)滿足精度和速度的要求;

3)使用維護方便，適合機床運行環境;

4)成本低。

不同種類數控機床對傳感器的要求也不盡相同，一般來說，大型機床要求速度響應高，中型和高精度數控機床以要求精度為主。

2、感應同步器的應用

感應同步器是利用兩個平面形繞組的互感隨位置不同而變化的原理製成的。其功能是將角度或直線位移轉變成感應電動勢的相位或幅值，可用來測量直線或轉角位移。按其結構可分為直線式和旋轉式兩種。直線式感應同步器由定尺和滑尺兩部分組成，定尺安裝在機床床身上，滑尺安裝於移動部件上，隨工作檯一起移動;旋轉式感應同步器定子為固定的圓盤，轉子為轉動的圓盤。感應同步器具有較高的精度與分辨力、抗干擾能力強、使用壽命長、維護簡單、長距離位移測量、工藝性好、成本較低等優點。旋轉式感應同步器則被廣泛地用於機床和儀器的轉台以及各種迴轉伺服控制系統中。

發展歷史

數控機床是由美國發明家約翰·帕森斯上個世紀發明的。隨着電子信息技術的發展，世界機床業已進入了以數字化製造技術為核心的機電一體化時代，其中數控機床就是代表產品之一。數控機床是製造業的加工母機和國民經濟的重要基礎。它為國民經濟各個部門提供裝備和手段，具有無限放大的經濟與社會效應。歐、美、日等工業化國家已先後完成了數控機床產業化進程，而中國從20世紀80年代開始起步，仍處於發展階段。

美國發展

美國政府重視機床工業，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展方向、科研任務，並且提供充足的經費，且網羅世界人才，特別講究"效率"和"創新"，注重基礎科研。因而在機床技術上不斷創新，如1952年研製出世界第一台數控機床、1958年創製出加工中心、70年代初研製成FMS、1987年首創開放式數控系統等。由於美國首先結合汽車、軸承生產需求，充分發展了大量大批生產自動化所需的自動線，而且電子、計算機技術在世界上領先，因此其數控機床的主機設計、製造及數控系統基礎紮實，且一貫重視科研和創新，故其高性能數控機床技術在世界也一直領先。當今美國生產宇航等使用的高性能數控機床，其存在的教訓是，偏重於基礎科研，忽視應用技術，且在上世紀80代政府一度放鬆了引導，致使數控機床產量增加緩慢，於1982年被後進的日本超過，並大量進口。從90年代起，糾正過去偏向，數控機床技術上轉向實用，產量又逐漸上升。

德國發展

德國政府一貫重視機床工業的重要戰略地位，在多方面大力扶植。於1956年研製出第一台數控機床後，德國特別注重科學試驗，理論與實際相結合，基礎科研與應用技術科研並重。企業與大學科研部門緊密合作，對數控機床的共性和特性問題進行深入的研究，在質量上精益求精。德國的數控機床質量及性能良好、先進實用、貨真價實，出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密數控機床。德國特別重視數控機床主機及配套件之先進實用，其機、電、液、氣、光、刀具、測量、數控系統、各種功能部件，在質量、性能上居世界前列。

日本發展

日本政府對機床工業之發展異常重視，通過規劃、法規(如"機振法"、"機電法"、"機信法"等)引導發展。在重視人才及機床元部件配套上學習德國，在質量管理及數控機床技術上學習美國，甚至青出於藍而勝於藍。自1958年研製出第一台數控機床後，1978年產量超過美國，至今產量、出口量一直居世界首位。戰略上先仿後創，先生產量大而廣的中檔數控機床，大量出口，占去世界廣大市場。在上世紀80年開始進一步加強科研，向高性能數控機床發展。

中國發展

作為現代工業基石的機床產業，是工業經濟發展過程中無論如何都不能繞過一個關鍵性問題，中國機床產業由於先天不足，一直在中高端機床項目發展上落於國外主流水準，正處於一個追趕的過程當中。

中國數控機床仍然較為落後。中國數控機床市場巨大，與國外產品相比，中國的差距主要是機床的高速高效化和精密化上，中國正處於工業化中期，即從解決短缺為主的開放逐步向建設經濟強國轉變，從脫貧向致富轉變，煤炭、汽車、鋼鐵、房地產、建材、機械、電子、化工等一批以重工業為基礎的高增長行業發展勢頭強勁，構成了對機床市場尤其是數控機床的巨大需求。

中國機床行業加速轉型面臨四大制約因素。中國的數控機床技術現在目前最多只能做到五軸聯動，並且據有關人士說這個五軸還是作秀成份居多，五軸以上幾乎就是全部進口，並且在多點聯動的技術上也和國外技術水準存在非常大的差距。

國內市場國際化競爭加劇:由於中低檔數控機床市場萎縮和生產能力過剩，加之國外產品低價湧入，市場競爭將進一步加劇。而高檔產品由於長期以來一直依賴進口，國內產品更加面臨着國際化競爭的嚴峻挑戰。

以技術領先的策略正在向以客戶為中心的策略轉變:經濟危機往往會催生大規模的產業升級和企業轉型，機床工具行業實現製造業服務化，核心在於要以客戶為中心，積極提供客戶需要的個性化服務。因此，從簡單的賣產品轉向提供整體解決方案、從以技術為中心向以客戶為中心轉變成為當今的趨勢。

中國的產品與中國市場需求反差較大，產品結構亟待快速調整:中國機床行業雖然保持多年持續快速發展，但是產業和產品結構不合理的現象依然存在，整個行業大而不強，高檔產品還大量依賴進口。國產機床的國內市場占有率雖然已經有一定的提高，但是高檔數控機床、核心功能部件在國內市場占有率還很低，全行業替代進口的潛力非常巨大。

企業技術創新模式有待完善:由於中國機床企業的地位、工業化水平和品牌影響力在逐步提升，要成為工業強國，其技術的獲得再也不能依賴別人。過去，中國走了一條從模仿到引進的道路，從現在開始必須走自主創新的道路。企業技術遇到新的封鎖，建立自主、新型、戰略性的產學研創新模式是支撐產品結構調整技術來源的惟一途徑。

原圖鏈接PLC與數控機床電氣控制技術

中國數控機床行業將延續結構調整的勢頭，不斷以新產品、新亮點占領更大市場。數控切割機床按切割方式可分為火焰切割和等離子切割兩大類。隨着下遊行業需求的不斷提高，對數控機床配件提出了更大的需求和更高的要求。

東北地區發展不快，其他地方的發展也比較緩慢。三是調結構促轉型取得成效。專家認為面對金融危機，廣大企業應不斷調整結構、提高質量、增加品種及推動產業升級，再加上企業加強管理，降低費用，所以企業效益明顯好轉。數控切割機床裝飾性發展趨勢可見一斑，數控切割機床更多的是強調在機械性能、操作簡便、價格經濟、加工精度穩定等方面。在金屬材料加工日益要求普及和批量化的今天，數控切割機床除了要滿足上述功能性外，還要具有多切割方式的適用性。

國內數控機床企業為了提高自身實力，更快地拓展國際市場，將採取多種手段加快和國外企業的融合以提高產品質量、提高競爭力。在繼續開拓美國、日本等國家市場的同時，在東南亞、中東、俄羅斯、歐洲、非洲等也全面開花。據了解，當前金屬切割數控機床行業運行具有以下幾個特點:一是外銷企業困難較大。從規模以上企業來看，以內銷為主的品牌企業發展勢頭較好。沒有品牌的中小企業發展比較困難。二是各地區發展不夠均衡，浙江、山東、河北、北京以及四川發展比較快，廣東的民營企業發展也較快。

數控切割機床行業多數企業都是依靠降低產品售價來獲得市場，造成的後果是產品價格低、附加值低、利潤低，企業沒有足夠的資金持續發展。隨着產業的發展和競爭的升級，提高產品技術含量，擁有自主的專利、設計，注重品牌的打造和營銷才是企業長期發展的最佳選擇。

中國機床行業在過去幾年實現了持續超高速的發展，一直到2011年上半年，需求仍很旺盛，但是從下半年開始，需求增勢明顯趨緩，新增訂單劇烈下滑，經濟效益狀況逐漸趨於嚴峻，利潤率持續下降。

在"十二五"期間，國家實施積極的財政政策和穩健的貨幣政策，隨着科技進步、產品升級以及國家重點工程、地方投資項目的不斷推進，國民經濟各行業對機床工具產品的需求水平將進一步提高，國防現代化對高水平機床的需求將更為迫切，市場需求將向更高層次發展，新一輪的市場競爭也將更加激烈。

由於行業景氣度低迷，下游製造型企業對機床需求下降，所以我國機床行業一直處於低迷狀態，升級轉型成為行業近幾年的關鍵詞，經濟型數控機床則成為振興裝備製造業的重點之一。

我國的鑄造機床產業取得了一定的成績，但是其發展仍然面臨着許多制約性問題，技術創新一直是國內鑄造機床行業的硬傷。與國外的鑄造機床產業相比，我國的鑄造機床產業在製造工藝水平上明顯落後，這使得其在核心運行部件的技術水平和運行速度、產品精度保持性以及機床的可靠性上有着明顯的不足。

我國鑄造機床企業缺乏自主創新和基礎理論研究的意識與能力，這就制約了我國鑄造機床技術的發展，要改變這種現狀，就要深入研究用戶行業產品工藝的特點和要求，結合工藝特點開發出高水平加工設備，同時，還要注重基礎理論工作的研究，這樣才能讓我國鑄造機床產業在不久的將來有更好的發展。國家出台的一系列政策，大力建設新興企業，高新技術企業，抓住了這一時機，企業內部出台了"調整與振興"、"自主創新"等一系列政策，升級企業機床技術，嚴格保證產品質量，為加快鑄造機床行業的發展提供了良好的環境跟市場。

機床工具行業作為國家基礎性和戰略性產業，在"十二五"規劃中，已明確將自主創新戰略作為最主要的一個組成部分，着重強調了要以技術創新工程來支撐和引領行業發展。我國機床工具行業的發展必須立足於自主創新，通過自主研發原始創新、引進技術消化吸收再創新、集成現有技術創新等方式，實現關鍵技術突破和產業升級。構建和完善以企業為主體、以市場為導向、產學研用相結合的技術創新體系;堅持加大研發費用投入;加強關鍵技術、共性技術的研究，力爭在基礎和共性技術攻關上有所突破，提高產品開發技術水平。

技術發展

高速、精密、複合、智能和綠色是數控機床技術發展的總趨勢，近幾年來，在實用化和產業化等方面取得可喜成績。主要表現在:

1、機床複合技術進一步擴展隨着數控機床技術進步，複合加工技術日趨成熟，包括銑-車複合、車銑複合、車-鏜-鑽-齒輪加工等複合，車磨複合，成形複合加工、特種複合加工等，複合加工的精度和效率大大提高。"一台機床就是一個加工廠"、"一次裝卡，完全加工"等理念正在被更多人接受，複合加工機床發展正呈現多樣化的態勢。

2、數控機床的智能化技術有新的突破，在數控系統的性能上得到了較多體現。如:自動調整干涉防碰撞功能、斷電後工件自動退出安全區斷電保護功能、加工零件檢測和自動補償學習功能、高精度加工零件智能化參數選用功能、加工過程自動消除機床震動等功能進入了實用化階段，智能化提升了機床的功能和品質。

3、機器人使柔性化組合效率更高機器人與主機的柔性化組合得到廣泛應用，使得柔性線更加靈活、功能進一步擴展、柔性線進一步縮短、效率更高。機器人與加工中心、車銑複合機床、磨床、齒輪加工機床、工具磨床、電加工機床、鋸床、衝壓機床、激光加工機床、水切割機床等組成多種形式的柔性單元和柔性生產線已經開始應用。

4、精密加工技術有了新進展數控金切機床的加工精度已從原來的絲級(0.01mm)提升到微米級(0.001mm)，有些品種已達到0.05μm左右。超精密數控機床的微細切削和磨削加工，精度可穩定達到0.05μm左右，形狀精度可達0.01μm左右。採用光、電、化學等能源的特種加工精度可達到納米級(0.001μm)。通過機床結構設計優化、機床零部件的超精加工和精密裝配、採用高精度的全閉環控制及溫度、振動等動態誤差補償技術，提高機床加工的幾何精度，降低形位誤差、表面粗糙度等，從而進入亞微米、納米級超精加工時代。

5、功能部件性能不斷提高功能部件不斷向高速度、高精度、大功率和智能化方向發展，並取得成熟的應用。全數字交流伺服電機和驅動裝置，高技術含量的電主軸、力矩電機、直線電機，高性能的直線滾動組件，高精度主軸單元等功能部件推廣應用，極大的提高數控機床的技術水平。

發展問題

國內數控機床的需求日益增長，數控機床的發展推動了數控機床功能部件的創新升級。目前我國高檔數控機床關鍵功能部件工業還不能滿足國內需要，國內數控功能部件產業主要存在以下問題。

1、適應性和滿足度遠達不到市場需求

從當前我國數控機床的發展趨勢來看，國產功能部件的適應性和滿足度遠遠達不到市場的需求。主要表現在:

1)我國功能部件的產品水平和國外有一定差距。我國生產的功能部件多數以勞動密集型為主，技術含量低，難以適應國產數控機床的發展速度和技術要求，特別是高檔數控機床。

2)我國功能部件開發能力較弱，新產品開發速度慢，多數功能部件需要與國外合作開發、合作生產、合資經營，甚至只能組裝。雖然這兩年形勢有顯著變化，但高技術、最新型的功能部件，我國尚在研製過程中，市場占有率前景依然不容樂觀。

2、我國數控功能部件生產企業的規模小

據統計我國固定資產達到1000萬元以上的功能部件生產企業有70多家，占全部生產企業的10%以下。我國的功能部件生產企業的"出身"有4種:一是從研究院所、大專院校以技術支撐發展而來的企業，可稱為"院所型"。這些企業的特點是:有一定技術基礎和人才基礎，有多項技術的發展潛力，但生產手段較弱，難以在短時間內形成產業規模，在成本、營銷、服務等方面也存在一些差距;二是從主機廠逐步"獨立"、"分離"出來的以生產某種功能部件為主發展起來的企業，可稱之為"主廠型"。這些企業在生產能力、工藝水平和使用經驗上都可以適應市場需求，在一定程度上可以形成規模，但由於其與原主機廠有着千絲萬縷的聯繫，在競爭中往往讓用戶產生疑慮，影響其市場開拓，同時，其開發能力也有一定的局限性，所以難以形成著名品牌;三是在江浙一帶大量湧現出的民營企業，可稱之為"民企型"。這些企業主要以勞動密集型、單一品種為主，如護鏈罩、拖板、噴油管、排屑器、照明設備等。由於競爭激烈，其質量和價格都能滿足中低檔數控機床的市場需要。雖然這些品種的高檔產品尚不能製造，還需依賴進口，但在很大程度上，適應了我國數控機床發展的總體需求;還有一部分外商合資企業或獨資企業生產部分較高水平的功能部件，但批量較小，且沒有獨立的技術開發能力，難以成為功能部件的主體和主流。

3、核心零部件大量依靠進口

中國數控機床行業的發展令人矚目，2008年中國數控機床工具工業完成工業總產值34723億元，產品銷售產值3348.3億元，同比分別增長27.5%和26.0%。2002~2008年中國是世界機床第一消費國和第一進口國。但行業迅速發展的背後，一個不能忽視的事實是，我國關鍵零部件生產依然受制於人，出現了利潤不高、產品缺乏核心競爭力的局面。

4、缺乏高技術含量威脅產業安全

原圖鏈接圖片來源於158機床網

我國機床出口連年保持增長的喜人態勢，不過"量增價減"的尷尬直接反映出我們的技術水平。大量核心技術的缺乏和關鍵零部件的依賴直接影響到我國的機床產業安全。因此，我們需要強化預警工作意識，凝聚行業智慧和力量，維護產業安全。

電源要求

眾所周知，高速加工技術發展迅速，而推動這種發展趨勢的正是數控機床，如何合理利用好數控機床的各項性能和維護好機床的精度，就顯得至關重要。

電源是維持系統正常工作的能源支持部分，它失效或故障的直接結果是造成系統的停機或毀壞整個系統。另外，數控系統部分運行數據，設定數據以及加工程序等一般存貯在RAM存貯器內，系統斷電後，靠電源的後備蓄電池或鋰電池來保持。因而，停機時間比較長，拔插電源或存貯器都可能造成數據丟失，使系統不能運行。

同時，由於數控設備使用的是三相交流380V電源，所以安全性也是數控設備安裝前期工作中重要的一環，基於以上的原因，對數控設備使用的電源有以下的要求:

1、電網電壓波動應該控制在+10%~-15%之間，而我國電源波動較大，質量差，還隱藏有如高頻脈衝這一類的干擾，加上人為的因素(如突然拉閘斷電等)。電高峰期間，例如白天上班或下班前的一個小時左右以及晚上，往往超差較多，甚至達到±20%。使機床報警而無法進行正常工作，並對機床電源系統造成損壞。甚至導致有關參數數據的丟失等。這種現象，在CNC加工中心或車削中心等機床設備上都曾發生過，而且出現頻率較高，應引起重視。

建議在CNC機床較集中的車間配置具有自動補償調節功能的交流穩壓供電系統;單台CNC機床可單獨配置交流穩壓器來解決。

2、建議把機械電氣設備連接到單一電源上。如果需要用其他電源供電給電氣設備的某些部分(如電子電路、電磁離合器)，這些電源宜儘可能取自組成為機械電氣設備一部分的器件(如變壓器、換能器等)。對大型複雜機械包括許多以協同方式一起工作的且占用較大空間的機械，可能需要一個以上的引人電源，這要由場地電源的配置來定。

除非機械電氣設備採用插頭/插座直接連接電源處，否則建議電源線直接連到電源切斷開關的電源端子上。如果這樣做不到，則應為電源線設置獨立的接線座。

電源切斷開關的手柄應容易接近，應安裝在易於操作位置以上0.6M~1.9M間。上限值建議為1.7M。這樣可以在發生緊急情況下迅速斷電，減少損失和人員傷亡。

3、數控設備對於壓縮空氣供給系統的要求數控機床一般都使用了不少氣動元件，所以廠房內應接人清潔的、乾燥的壓縮空氣供給系統網絡。其流量和壓力應符合要求。壓縮空氣機要安裝在遠離數控機床的地方。根據廠房內的布置情況、用氣量大小，應考慮給壓縮空氣供給系統網絡安裝冷凍空氣於煤機、空氣過濾器、儲氣罐、安全閥等設備。

4、數控設備對於工作環境的要求精密數控設備一般有恆溫環境的要求，只有在恆溫條件下，才能確保機床精度和加工度。一般普通型數控機床對室溫沒有具體要求，但大量實踐表明，當室溫過高時數控系統的故障率大大增加。

潮濕的環境會降低數控機床的可靠性，尤其在酸氣較大的潮濕環境下，會使印製線路板和接插件鏽蝕，機床電氣故障也會增加。因此中國南方的一些用戶，在夏季和雨季時應對數控機床環境有去濕的措施。

1)工作環境溫度應在0~35℃之間，避免陽光對數控機床直接照射，室內應配有良好的燈光照明設備。

2)為了提高加工零件的精度，減小機床的熱變形，如有條件，可將數控機床安裝在相對密閉的、加裝空調設備的廠房內。

3)工作環境相對濕度應小於75%。數控機床應安裝在遠離液體飛濺的場所，並防止廠房滴漏。

4)遠離過多粉塵和有腐蝕性氣體的環境。

視頻

數控機床的精細加工,實拍視頻

數控車床面板操作

參考來源