数控机床

数控机床

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中文名称：数控机床 外文名称：Computer numerical control machine tools 全称：数字控制机床 属性：自动化机床

数控机床是数字控制机床(Computer numerical control machine tools)的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。

数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，是一种柔性的、高效能的自动化机床，代表了现代机床控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品。

目录

主要特点

数控机床的操作和监控全部在这个数控单元中完成，它是数控机床的大脑。与普通机床相比，数控机床有如下特点:

1、对加工对象的适应性强，适应模具等产品单件生产的特点，为模具的制造提供了合适的加工方法;

2、加工精度高，具有稳定的加工质量;

3、可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件;

4、加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间;

5、机床本身的精度高、刚性大，可选择有利的加工用量，生产率高(一般为普通机床的3~5倍);

6、机床自动化程度高，可以减轻劳动强度;

7、有利于生产管理的现代化。数控机床使用数字信息与标准代码处理、传递信息，使用了计算机控制方法，为计算机辅助设计、制造及管理一体化奠定了基础;

8、对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高;

9、可靠性高。

数控机床与传统机床相比，具有以下一些特点。

1、具有高度柔性

在数控机床上加工零件，主要取决于加工程序，它与普通机床不同，不必制造，更换许多模具、夹具，不需要经常重新调整机床。因此，数控机床适用于所加工的零件频繁更换的场合，亦即适合单件，小批量产品的生产及新产品的开发，从而缩短了生产准备周期，节省了大量工艺装备的费用。

2、加工精度高

数控机床的加工精度一般可达0.05-0.1MM，数控机床是按数字信号形式控制的，数控装置每输出一脉冲信号，则机床移动部件移动一具脉冲当量(一般为0.001MM)，而且机床进给传动链的反向间隙与丝杆螺距平均误差可由数控装置进行曲补偿，因此，数控机床定位精度比较高。

3、加工质量稳定、可靠

加工同一批零件，在同一机床，在相同加工条件下，使用相同刀具和加工程序，刀具的走刀轨迹完全相同，零件的一致性好，质量稳定。

4、生产率高

数控机床可有效地减少零件的加工时间和辅助时间，数控机床的主轴声速和进给量的范围大，允许机床进行大切削量的强力切削。数控机床正进入高速加工时代，数控机床移动部件的快速移动和定位及高速切削加工，极大地提高了生产率。另外，与加工中心的刀库配合使用，可实现在一台机床上进行多道工序的连续加工，减少了半成品的工序间周转时间，提高了生产率。

5、改善劳动条件

数控机床加工前是经调整好后，输入程序并启动，机床就能有自动连续地进行加工，直至加工结束。操作者要做的只是程序的输入、编辑、零件装卸、刀具准备、加工状态的观测、零件的检验等工作，劳动强度大降低，机床操作者的劳动趋于智力型工作。另外，机床一般是结合起来，既清洁，又安全。

6、利用生产管理现代化

原图链接来源于马克波罗网

数控机床的加工，可预先精确估计加工时间，对所使用的刀具、夹具可进行规范化，现代化管理，易于实现加工信息的标准化，已与计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)有机地结合起来，是现代化集成制造技术的基础。

技术应用

数控机床是一种装有程序控制系统的自动化机床，能够根据已编好的程序，使机床动作并加工零件。它综合了机械、自动化、计算机、测量、微电子等最新技术，使用了多种传感器，在数控机床上应用的传感器主要有光电编码器、直线光栅、接近开关、温度传感器、霍尔传感器、电流传感器、电压传感器、压力传感器、液位传感器、旋转变压器、感应同步器、速度传感器等，主要用来检测位置、直线位移和角位移、速度、压力、温度等。

1、数控机床对传感器的要求

1)可靠性高和抗干扰性强;

2)满足精度和速度的要求;

3)使用维护方便，适合机床运行环境;

4)成本低。

不同种类数控机床对传感器的要求也不尽相同，一般来说，大型机床要求速度响应高，中型和高精度数控机床以要求精度为主。

2、感应同步器的应用

感应同步器是利用两个平面形绕组的互感随位置不同而变化的原理制成的。其功能是将角度或直线位移转变成感应电动势的相位或幅值，可用来测量直线或转角位移。按其结构可分为直线式和旋转式两种。直线式感应同步器由定尺和滑尺两部分组成，定尺安装在机床床身上，滑尺安装于移动部件上，随工作台一起移动;旋转式感应同步器定子为固定的圆盘，转子为转动的圆盘。感应同步器具有较高的精度与分辨力、抗干扰能力强、使用寿命长、维护简单、长距离位移测量、工艺性好、成本较低等优点。旋转式感应同步器则被广泛地用于机床和仪器的转台以及各种回转伺服控制系统中。

发展历史

数控机床是由美国发明家约翰·帕森斯上个世纪发明的。随着电子信息技术的发展，世界机床业已进入了以数字化制造技术为核心的机电一体化时代，其中数控机床就是代表产品之一。数控机床是制造业的加工母机和国民经济的重要基础。它为国民经济各个部门提供装备和手段，具有无限放大的经济与社会效应。欧、美、日等工业化国家已先后完成了数控机床产业化进程，而中国从20世纪80年代开始起步，仍处于发展阶段。

美国发展

美国政府重视机床工业，美国国防部等部门因其军事方面的需求而不断提出机床的发展方向、科研任务，并且提供充足的经费，且网罗世界人才，特别讲究"效率"和"创新"，注重基础科研。因而在机床技术上不断创新，如1952年研制出世界第一台数控机床、1958年创制出加工中心、70年代初研制成FMS、1987年首创开放式数控系统等。由于美国首先结合汽车、轴承生产需求，充分发展了大量大批生产自动化所需的自动线，而且电子、计算机技术在世界上领先，因此其数控机床的主机设计、制造及数控系统基础扎实，且一贯重视科研和创新，故其高性能数控机床技术在世界也一直领先。当今美国生产宇航等使用的高性能数控机床，其存在的教训是，偏重于基础科研，忽视应用技术，且在上世纪80代政府一度放松了引导，致使数控机床产量增加缓慢，于1982年被后进的日本超过，并大量进口。从90年代起，纠正过去偏向，数控机床技术上转向实用，产量又逐渐上升。

德国发展

德国政府一贯重视机床工业的重要战略地位，在多方面大力扶植。于1956年研制出第一台数控机床后，德国特别注重科学试验，理论与实际相结合，基础科研与应用技术科研并重。企业与大学科研部门紧密合作，对数控机床的共性和特性问题进行深入的研究，在质量上精益求精。德国的数控机床质量及性能良好、先进实用、货真价实，出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密数控机床。德国特别重视数控机床主机及配套件之先进实用，其机、电、液、气、光、刀具、测量、数控系统、各种功能部件，在质量、性能上居世界前列。

日本发展

日本政府对机床工业之发展异常重视，通过规划、法规(如"机振法"、"机电法"、"机信法"等)引导发展。在重视人才及机床元部件配套上学习德国，在质量管理及数控机床技术上学习美国，甚至青出于蓝而胜于蓝。自1958年研制出第一台数控机床后，1978年产量超过美国，至今产量、出口量一直居世界首位。战略上先仿后创，先生产量大而广的中档数控机床，大量出口，占去世界广大市场。在上世纪80年开始进一步加强科研，向高性能数控机床发展。

中国发展

作为现代工业基石的机床产业，是工业经济发展过程中无论如何都不能绕过一个关键性问题，中国机床产业由于先天不足，一直在中高端机床项目发展上落于国外主流水准，正处于一个追赶的过程当中。

中国数控机床仍然较为落后。中国数控机床市场巨大，与国外产品相比，中国的差距主要是机床的高速高效化和精密化上，中国正处于工业化中期，即从解决短缺为主的开放逐步向建设经济强国转变，从脱贫向致富转变，煤炭、汽车、钢铁、房地产、建材、机械、电子、化工等一批以重工业为基础的高增长行业发展势头强劲，构成了对机床市场尤其是数控机床的巨大需求。

中国机床行业加速转型面临四大制约因素。中国的数控机床技术现在目前最多只能做到五轴联动，并且据有关人士说这个五轴还是作秀成份居多，五轴以上几乎就是全部进口，并且在多点联动的技术上也和国外技术水准存在非常大的差距。

国内市场国际化竞争加剧:由于中低档数控机床市场萎缩和生产能力过剩，加之国外产品低价涌入，市场竞争将进一步加剧。而高档产品由于长期以来一直依赖进口，国内产品更加面临着国际化竞争的严峻挑战。

以技术领先的策略正在向以客户为中心的策略转变:经济危机往往会催生大规模的产业升级和企业转型，机床工具行业实现制造业服务化，核心在于要以客户为中心，积极提供客户需要的个性化服务。因此，从简单的卖产品转向提供整体解决方案、从以技术为中心向以客户为中心转变成为当今的趋势。

中国的产品与中国市场需求反差较大，产品结构亟待快速调整:中国机床行业虽然保持多年持续快速发展，但是产业和产品结构不合理的现象依然存在，整个行业大而不强，高档产品还大量依赖进口。国产机床的国内市场占有率虽然已经有一定的提高，但是高档数控机床、核心功能部件在国内市场占有率还很低，全行业替代进口的潜力非常巨大。

企业技术创新模式有待完善:由于中国机床企业的地位、工业化水平和品牌影响力在逐步提升，要成为工业强国，其技术的获得再也不能依赖别人。过去，中国走了一条从模仿到引进的道路，从现在开始必须走自主创新的道路。企业技术遇到新的封锁，建立自主、新型、战略性的产学研创新模式是支撑产品结构调整技术来源的惟一途径。

原图链接PLC与数控机床电气控制技术

中国数控机床行业将延续结构调整的势头，不断以新产品、新亮点占领更大市场。数控切割机床按切割方式可分为火焰切割和等离子切割两大类。随着下游行业需求的不断提高，对数控机床配件提出了更大的需求和更高的要求。

东北地区发展不快，其他地方的发展也比较缓慢。三是调结构促转型取得成效。专家认为面对金融危机，广大企业应不断调整结构、提高质量、增加品种及推动产业升级，再加上企业加强管理，降低费用，所以企业效益明显好转。数控切割机床装饰性发展趋势可见一斑，数控切割机床更多的是强调在机械性能、操作简便、价格经济、加工精度稳定等方面。在金属材料加工日益要求普及和批量化的今天，数控切割机床除了要满足上述功能性外，还要具有多切割方式的适用性。

国内数控机床企业为了提高自身实力，更快地拓展国际市场，将采取多种手段加快和国外企业的融合以提高产品质量、提高竞争力。在继续开拓美国、日本等国家市场的同时，在东南亚、中东、俄罗斯、欧洲、非洲等也全面开花。据了解，当前金属切割数控机床行业运行具有以下几个特点:一是外销企业困难较大。从规模以上企业来看，以内销为主的品牌企业发展势头较好。没有品牌的中小企业发展比较困难。二是各地区发展不够均衡，浙江、山东、河北、北京以及四川发展比较快，广东的民营企业发展也较快。

数控切割机床行业多数企业都是依靠降低产品售价来获得市场，造成的后果是产品价格低、附加值低、利润低，企业没有足够的资金持续发展。随着产业的发展和竞争的升级，提高产品技术含量，拥有自主的专利、设计，注重品牌的打造和营销才是企业长期发展的最佳选择。

中国机床行业在过去几年实现了持续超高速的发展，一直到2011年上半年，需求仍很旺盛，但是从下半年开始，需求增势明显趋缓，新增订单剧烈下滑，经济效益状况逐渐趋于严峻，利润率持续下降。

在"十二五"期间，国家实施积极的财政政策和稳健的货币政策，随着科技进步、产品升级以及国家重点工程、地方投资项目的不断推进，国民经济各行业对机床工具产品的需求水平将进一步提高，国防现代化对高水平机床的需求将更为迫切，市场需求将向更高层次发展，新一轮的市场竞争也将更加激烈。

由于行业景气度低迷，下游制造型企业对机床需求下降，所以我国机床行业一直处于低迷状态，升级转型成为行业近几年的关键词，经济型数控机床则成为振兴装备制造业的重点之一。

我国的铸造机床产业取得了一定的成绩，但是其发展仍然面临着许多制约性问题，技术创新一直是国内铸造机床行业的硬伤。与国外的铸造机床产业相比，我国的铸造机床产业在制造工艺水平上明显落后，这使得其在核心运行部件的技术水平和运行速度、产品精度保持性以及机床的可靠性上有着明显的不足。

我国铸造机床企业缺乏自主创新和基础理论研究的意识与能力，这就制约了我国铸造机床技术的发展，要改变这种现状，就要深入研究用户行业产品工艺的特点和要求，结合工艺特点开发出高水平加工设备，同时，还要注重基础理论工作的研究，这样才能让我国铸造机床产业在不久的将来有更好的发展。国家出台的一系列政策，大力建设新兴企业，高新技术企业，抓住了这一时机，企业内部出台了"调整与振兴"、"自主创新"等一系列政策，升级企业机床技术，严格保证产品质量，为加快铸造机床行业的发展提供了良好的环境跟市场。

机床工具行业作为国家基础性和战略性产业，在"十二五"规划中，已明确将自主创新战略作为最主要的一个组成部分，着重强调了要以技术创新工程来支撑和引领行业发展。我国机床工具行业的发展必须立足于自主创新，通过自主研发原始创新、引进技术消化吸收再创新、集成现有技术创新等方式，实现关键技术突破和产业升级。构建和完善以企业为主体、以市场为导向、产学研用相结合的技术创新体系;坚持加大研发费用投入;加强关键技术、共性技术的研究，力争在基础和共性技术攻关上有所突破，提高产品开发技术水平。

技术发展

高速、精密、复合、智能和绿色是数控机床技术发展的总趋势，近几年来，在实用化和产业化等方面取得可喜成绩。主要表现在:

1、机床复合技术进一步扩展随着数控机床技术进步，复合加工技术日趋成熟，包括铣-车复合、车铣复合、车-镗-钻-齿轮加工等复合，车磨复合，成形复合加工、特种复合加工等，复合加工的精度和效率大大提高。"一台机床就是一个加工厂"、"一次装卡，完全加工"等理念正在被更多人接受，复合加工机床发展正呈现多样化的态势。

2、数控机床的智能化技术有新的突破，在数控系统的性能上得到了较多体现。如:自动调整干涉防碰撞功能、断电后工件自动退出安全区断电保护功能、加工零件检测和自动补偿学习功能、高精度加工零件智能化参数选用功能、加工过程自动消除机床震动等功能进入了实用化阶段，智能化提升了机床的功能和品质。

3、机器人使柔性化组合效率更高机器人与主机的柔性化组合得到广泛应用，使得柔性线更加灵活、功能进一步扩展、柔性线进一步缩短、效率更高。机器人与加工中心、车铣复合机床、磨床、齿轮加工机床、工具磨床、电加工机床、锯床、冲压机床、激光加工机床、水切割机床等组成多种形式的柔性单元和柔性生产线已经开始应用。

4、精密加工技术有了新进展数控金切机床的加工精度已从原来的丝级(0.01mm)提升到微米级(0.001mm)，有些品种已达到0.05μm左右。超精密数控机床的微细切削和磨削加工，精度可稳定达到0.05μm左右，形状精度可达0.01μm左右。采用光、电、化学等能源的特种加工精度可达到纳米级(0.001μm)。通过机床结构设计优化、机床零部件的超精加工和精密装配、采用高精度的全闭环控制及温度、振动等动态误差补偿技术，提高机床加工的几何精度，降低形位误差、表面粗糙度等，从而进入亚微米、纳米级超精加工时代。

5、功能部件性能不断提高功能部件不断向高速度、高精度、大功率和智能化方向发展，并取得成熟的应用。全数字交流伺服电机和驱动装置，高技术含量的电主轴、力矩电机、直线电机，高性能的直线滚动组件，高精度主轴单元等功能部件推广应用，极大的提高数控机床的技术水平。

发展问题

国内数控机床的需求日益增长，数控机床的发展推动了数控机床功能部件的创新升级。目前我国高档数控机床关键功能部件工业还不能满足国内需要，国内数控功能部件产业主要存在以下问题。

1、适应性和满足度远达不到市场需求

从当前我国数控机床的发展趋势来看，国产功能部件的适应性和满足度远远达不到市场的需求。主要表现在:

1)我国功能部件的产品水平和国外有一定差距。我国生产的功能部件多数以劳动密集型为主，技术含量低，难以适应国产数控机床的发展速度和技术要求，特别是高档数控机床。

2)我国功能部件开发能力较弱，新产品开发速度慢，多数功能部件需要与国外合作开发、合作生产、合资经营，甚至只能组装。虽然这两年形势有显著变化，但高技术、最新型的功能部件，我国尚在研制过程中，市场占有率前景依然不容乐观。

2、我国数控功能部件生产企业的规模小

据统计我国固定资产达到1000万元以上的功能部件生产企业有70多家，占全部生产企业的10%以下。我国的功能部件生产企业的"出身"有4种:一是从研究院所、大专院校以技术支撑发展而来的企业，可称为"院所型"。这些企业的特点是:有一定技术基础和人才基础，有多项技术的发展潜力，但生产手段较弱，难以在短时间内形成产业规模，在成本、营销、服务等方面也存在一些差距;二是从主机厂逐步"独立"、"分离"出来的以生产某种功能部件为主发展起来的企业，可称之为"主厂型"。这些企业在生产能力、工艺水平和使用经验上都可以适应市场需求，在一定程度上可以形成规模，但由于其与原主机厂有着千丝万缕的联系，在竞争中往往让用户产生疑虑，影响其市场开拓，同时，其开发能力也有一定的局限性，所以难以形成著名品牌;三是在江浙一带大量涌现出的民营企业，可称之为"民企型"。这些企业主要以劳动密集型、单一品种为主，如护链罩、拖板、喷油管、排屑器、照明设备等。由于竞争激烈，其质量和价格都能满足中低档数控机床的市场需要。虽然这些品种的高档产品尚不能制造，还需依赖进口，但在很大程度上，适应了我国数控机床发展的总体需求;还有一部分外商合资企业或独资企业生产部分较高水平的功能部件，但批量较小，且没有独立的技术开发能力，难以成为功能部件的主体和主流。

3、核心零部件大量依靠进口

中国数控机床行业的发展令人瞩目，2008年中国数控机床工具工业完成工业总产值34723亿元，产品销售产值3348.3亿元，同比分别增长27.5%和26.0%。2002~2008年中国是世界机床第一消费国和第一进口国。但行业迅速发展的背后，一个不能忽视的事实是，我国关键零部件生产依然受制于人，出现了利润不高、产品缺乏核心竞争力的局面。

4、缺乏高技术含量威胁产业安全

原图链接图片来源于158机床网

我国机床出口连年保持增长的喜人态势，不过"量增价减"的尴尬直接反映出我们的技术水平。大量核心技术的缺乏和关键零部件的依赖直接影响到我国的机床产业安全。因此，我们需要强化预警工作意识，凝聚行业智慧和力量，维护产业安全。

电源要求

众所周知，高速加工技术发展迅速，而推动这种发展趋势的正是数控机床，如何合理利用好数控机床的各项性能和维护好机床的精度，就显得至关重要。

电源是维持系统正常工作的能源支持部分，它失效或故障的直接结果是造成系统的停机或毁坏整个系统。另外，数控系统部分运行数据，设定数据以及加工程序等一般存贮在RAM存贮器内，系统断电后，靠电源的后备蓄电池或锂电池来保持。因而，停机时间比较长，拔插电源或存贮器都可能造成数据丢失，使系统不能运行。

同时，由于数控设备使用的是三相交流380V电源，所以安全性也是数控设备安装前期工作中重要的一环，基于以上的原因，对数控设备使用的电源有以下的要求:

1、电网电压波动应该控制在+10%~-15%之间，而我国电源波动较大，质量差，还隐藏有如高频脉冲这一类的干扰，加上人为的因素(如突然拉闸断电等)。电高峰期间，例如白天上班或下班前的一个小时左右以及晚上，往往超差较多，甚至达到±20%。使机床报警而无法进行正常工作，并对机床电源系统造成损坏。甚至导致有关参数数据的丢失等。这种现象，在CNC加工中心或车削中心等机床设备上都曾发生过，而且出现频率较高，应引起重视。

建议在CNC机床较集中的车间配置具有自动补偿调节功能的交流稳压供电系统;单台CNC机床可单独配置交流稳压器来解决。

2、建议把机械电气设备连接到单一电源上。如果需要用其他电源供电给电气设备的某些部分(如电子电路、电磁离合器)，这些电源宜尽可能取自组成为机械电气设备一部分的器件(如变压器、换能器等)。对大型复杂机械包括许多以协同方式一起工作的且占用较大空间的机械，可能需要一个以上的引人电源，这要由场地电源的配置来定。

除非机械电气设备采用插头/插座直接连接电源处，否则建议电源线直接连到电源切断开关的电源端子上。如果这样做不到，则应为电源线设置独立的接线座。

电源切断开关的手柄应容易接近，应安装在易于操作位置以上0.6M~1.9M间。上限值建议为1.7M。这样可以在发生紧急情况下迅速断电，减少损失和人员伤亡。

3、数控设备对于压缩空气供给系统的要求数控机床一般都使用了不少气动元件，所以厂房内应接人清洁的、干燥的压缩空气供给系统网络。其流量和压力应符合要求。压缩空气机要安装在远离数控机床的地方。根据厂房内的布置情况、用气量大小，应考虑给压缩空气供给系统网络安装冷冻空气于煤机、空气过滤器、储气罐、安全阀等设备。

4、数控设备对于工作环境的要求精密数控设备一般有恒温环境的要求，只有在恒温条件下，才能确保机床精度和加工度。一般普通型数控机床对室温没有具体要求，但大量实践表明，当室温过高时数控系统的故障率大大增加。

潮湿的环境会降低数控机床的可靠性，尤其在酸气较大的潮湿环境下，会使印制线路板和接插件锈蚀，机床电气故障也会增加。因此中国南方的一些用户，在夏季和雨季时应对数控机床环境有去湿的措施。

1)工作环境温度应在0~35℃之间，避免阳光对数控机床直接照射，室内应配有良好的灯光照明设备。

2)为了提高加工零件的精度，减小机床的热变形，如有条件，可将数控机床安装在相对密闭的、加装空调设备的厂房内。

3)工作环境相对湿度应小于75%。数控机床应安装在远离液体飞溅的场所，并防止厂房滴漏。

4)远离过多粉尘和有腐蚀性气体的环境。

视频

数控机床的精细加工,实拍视频

数控车床面板操作

参考来源