论文部分内容阅读
摘 要：数控机床是技术密集的现代制造装备，是组成制造系统的基本单元。近年来，随着数控机床、特别是中高档数控机床功能的不断增强，先进功能的维持能力--可靠性问题越加重要。目前，国产数控机床的功能与国际先进水平的差距不断减小，但可靠性技术落后，差距明显，已经成为行业发展的瓶颈，同时也引起了行业和学术界的高度关注。本文阐述了数控机床的发展历程及国内外的研究现状，为相关专业科研人员研究提供了参考。
关键词：数控系统；机床；发展历程；
国际信息处理联盟（IFIP）对数控机床作了如下定义：数控机床是一个装有程序控制系统的机床。该系统能够逻辑的处理具有使用号码或其他符号编码指令规定的程序，定义中的控制系统即是数控系统。
1数控机床的发展历程
电子技术的进步带动了数控机床的行业发展。随着电子技术的不断更新，数控机床也发生着日新月异的变化，但是可靠性一直是困扰数控机床发展的主要问题之一。1952年，帕森斯公司与麻省理工学院为研制飞机螺旋桨叶片轮廓，成功试制了世界上第一台电子管三坐标数控铣床。自此，制造领域数控加工的时代拉开了帷幕。
在数控机床发展初期，机床主要控制单元是由大量电子管组成，而其电子管元件体积庞大，功耗较高，价格昂贵，可靠性差，除了在军工、航空部门使用，几乎没有在其他行业应用。
上世纪50年代末期，晶体管和印刷电路板的出現，使数控装置进入了第二代（即点位控制的数控机床），体积缩小，成本下降，使数控机床开始在民用机械制造业初步推广。此时的数控机床只能进行简易的加工，可靠性还有待提高。
1965年，集成电路代替了晶体管和印刷电路板，标志着数控机床进入了第三代，体积小、耗能低，性价比高，同时，可靠性较以往产品有所提高，这也促进了数控机床品种和产量的发展。值得一提的是，在这一时期还成功开发了世界上第一台加工中心，这是数控机床领域的重大发展，使加工复杂结构工件成为可能，截止到目前为止，工业发达国家的加工中心产量几乎占据数控机床产量的四分之一。
1974年，大规模集成电路技术将微处理器（CPU）直接用于数控系统变为现实，芯片的高度集成，将数控机床的从硬件控制带入了计算机控制的时代。计算速度的提高，推动了数控技术的发展，同时，也扩大了数控机床的功能，体积则缩小为原来的1/20，价格降低了3/4，可靠性也得到极大的提高。70年代后期，在数控加工中心的基础上，又发展了五面体加工中心，提高了复杂型面零件的加工精度，减少了切削准备时间和测量时间。
80年代初，计算机技术的发展，实现了友好的人机对话自动编程的数控系统，出现了柔性制造单元（FMC），它和柔性制造系统组成了最初计算机集成制造系统CIMS使以信息技术为核心的集成制造技术在工业领域发挥了作用。数控装置的体积缩小到直接可以安装在机床是，自动化程度进一步提高，使机床具有了自动监控自动检测等功能，作为数控机床的指挥中心——数控系统的MTBF已由70年代的大于3000h，提高到90年代初的大于30000h。
90年代至今，敏捷化制造系统作为机械加工装备的主体，为实现以虚拟技术为核心的数字制造技术成为可能。以数字化为特征的数控机床成为柔性化制造系统和敏捷化制造系统的基础装备，正朝着高精化、高效化、智能化、柔性化、复合化的趋势发展。
六杆数控机床（即虚拟轴机床）是20世纪数控机床结构的重大突破。个人计算机平台所操控的数控系统大大增加了控制轴的数量，而且，数控功能不止控制刀具运动轨迹和机床动作，还能完成自动编程、检测、故障诊断与通讯等多种功能。而在进入了日本远洲株式会社在2002年便提出为汽车行业提供的加工中心目标是MTBF达到5000小时以上。
21世纪以后，各企业对数控机床的可靠性要求则是已经上升到具体目标的阶段，如纵观数控机床60多年的历史，除了数控装置的快速发展，高性能功能部件的研发及专业生产，也成为了数控机床技术进步和品质提升的重要条件之一。电主轴、双摆主轴头、数控动力刀架、快速换刀装置等功能部件的出现，不仅缩短了机床开发周期，降低制造成本，还将促进数控机床复合化加工的扩展，推动新一代可重构机床的出现。但是，相比数控系统来说，结构件的可靠性则较低。
2数控机床的国内外发展现状
机床工业强，则国家强，反之则弱。美国、德国和日本，作为当今世界制造业发达国家的同时，也同时拥有最尖端的数控机床技术。他们凭借优厚的研发实力，严格的质量控制，精湛的产品品质，使本国的数控机床产品一直引领着该行业的发展。领先的数控机床水平，使这些国家的不管是军事产品，还是民用产品都处于世界领先地位。尤其是日本，数控机床行业经历了仅仅十几年时间，从起步到迅猛发展，从1978年到2008年，一直以高可靠性和高性价比的产品优势占据着数控机床年产量世界第一的位置。
中国机床工业是伴随着新中国的成立而起步的，经历了整整六十一年。1958年，我国初步开展了数控机床的开发与研制工作。自1980年改革开放以后，机床工业大量引进、消化和吸收了日德美先进数控机床技术，使我国数控机床在技术上、产量上得到迅猛发展和进步。特别是2001年以后，我国数控机床产量稳步上升，截止到2010年，数控机床产量已经达到22.39万台，与2001年1.75万台的产量相比，增长了将近13倍。即使在2008年，我国机床行业产量在一定程度上受到经济危机影响，可在随后的2年，生产量却奋起直追，尤其是在2010年，同比增长55.39%，使生产总量一跃成为世界第一。
虽然近30年来，我国数控机床产量上有较大提高，但是由于自主研发能力相对发达国家还有很大差距，并未深入系统的科研工作，没有充分掌握国外数控机床产品的关键技术，长期仿制的工作模式，使我国数控机床与工业发达国家的先进水平形成了鲜明的对比。而国产数控机床的可靠性与国外相比明显偏低，一度造成了中国机床的口碑较差的尴尬局面。从2009-2010年世界各国机床的进出口数据以及美国GardnerPublication公司的调查报告可以看出，德国和日本是机床出口大国，并且以高精尖高档数控机床为主；同时，国外机床大国新生产的机床有35%销往中国fall。而我国虽然有大量的机床消费量，但是，进口量占较大比例，即高档数控机床还是依赖与进口。究其根本原因，数控机床可靠性是造成该问题的主要因素。因此，为了改善中国机床所面临的难题，缩小与世界先进水平的差距，提高产品可靠性已刻不容缓。
参考文献：
[1]卜波.数控机床可靠性增长技术的应用研究[D].长春：吉林大学，2010.
[2]张英芝.数控车床主轴模糊故障树分析[J].吉林大学学报，2006，36（2）： 65-68.
[3]薛玉霞.数控机床可用性信息分析系统的开发与应用[J].制造业自动化，2009，31（4）：34-36.
关键词：数控系统；机床；发展历程；
国际信息处理联盟（IFIP）对数控机床作了如下定义：数控机床是一个装有程序控制系统的机床。该系统能够逻辑的处理具有使用号码或其他符号编码指令规定的程序，定义中的控制系统即是数控系统。
1数控机床的发展历程
电子技术的进步带动了数控机床的行业发展。随着电子技术的不断更新，数控机床也发生着日新月异的变化，但是可靠性一直是困扰数控机床发展的主要问题之一。1952年，帕森斯公司与麻省理工学院为研制飞机螺旋桨叶片轮廓，成功试制了世界上第一台电子管三坐标数控铣床。自此，制造领域数控加工的时代拉开了帷幕。
在数控机床发展初期，机床主要控制单元是由大量电子管组成，而其电子管元件体积庞大，功耗较高，价格昂贵，可靠性差，除了在军工、航空部门使用，几乎没有在其他行业应用。
上世纪50年代末期，晶体管和印刷电路板的出現，使数控装置进入了第二代（即点位控制的数控机床），体积缩小，成本下降，使数控机床开始在民用机械制造业初步推广。此时的数控机床只能进行简易的加工，可靠性还有待提高。
1965年，集成电路代替了晶体管和印刷电路板，标志着数控机床进入了第三代，体积小、耗能低，性价比高，同时，可靠性较以往产品有所提高，这也促进了数控机床品种和产量的发展。值得一提的是，在这一时期还成功开发了世界上第一台加工中心，这是数控机床领域的重大发展，使加工复杂结构工件成为可能，截止到目前为止，工业发达国家的加工中心产量几乎占据数控机床产量的四分之一。
1974年，大规模集成电路技术将微处理器（CPU）直接用于数控系统变为现实，芯片的高度集成，将数控机床的从硬件控制带入了计算机控制的时代。计算速度的提高，推动了数控技术的发展，同时，也扩大了数控机床的功能，体积则缩小为原来的1/20，价格降低了3/4，可靠性也得到极大的提高。70年代后期，在数控加工中心的基础上，又发展了五面体加工中心，提高了复杂型面零件的加工精度，减少了切削准备时间和测量时间。
80年代初，计算机技术的发展，实现了友好的人机对话自动编程的数控系统，出现了柔性制造单元（FMC），它和柔性制造系统组成了最初计算机集成制造系统CIMS使以信息技术为核心的集成制造技术在工业领域发挥了作用。数控装置的体积缩小到直接可以安装在机床是，自动化程度进一步提高，使机床具有了自动监控自动检测等功能，作为数控机床的指挥中心——数控系统的MTBF已由70年代的大于3000h，提高到90年代初的大于30000h。
90年代至今，敏捷化制造系统作为机械加工装备的主体，为实现以虚拟技术为核心的数字制造技术成为可能。以数字化为特征的数控机床成为柔性化制造系统和敏捷化制造系统的基础装备，正朝着高精化、高效化、智能化、柔性化、复合化的趋势发展。
六杆数控机床（即虚拟轴机床）是20世纪数控机床结构的重大突破。个人计算机平台所操控的数控系统大大增加了控制轴的数量，而且，数控功能不止控制刀具运动轨迹和机床动作，还能完成自动编程、检测、故障诊断与通讯等多种功能。而在进入了日本远洲株式会社在2002年便提出为汽车行业提供的加工中心目标是MTBF达到5000小时以上。
21世纪以后，各企业对数控机床的可靠性要求则是已经上升到具体目标的阶段，如纵观数控机床60多年的历史，除了数控装置的快速发展，高性能功能部件的研发及专业生产，也成为了数控机床技术进步和品质提升的重要条件之一。电主轴、双摆主轴头、数控动力刀架、快速换刀装置等功能部件的出现，不仅缩短了机床开发周期，降低制造成本，还将促进数控机床复合化加工的扩展，推动新一代可重构机床的出现。但是，相比数控系统来说，结构件的可靠性则较低。
2数控机床的国内外发展现状
机床工业强，则国家强，反之则弱。美国、德国和日本，作为当今世界制造业发达国家的同时，也同时拥有最尖端的数控机床技术。他们凭借优厚的研发实力，严格的质量控制，精湛的产品品质，使本国的数控机床产品一直引领着该行业的发展。领先的数控机床水平，使这些国家的不管是军事产品，还是民用产品都处于世界领先地位。尤其是日本，数控机床行业经历了仅仅十几年时间，从起步到迅猛发展，从1978年到2008年，一直以高可靠性和高性价比的产品优势占据着数控机床年产量世界第一的位置。
中国机床工业是伴随着新中国的成立而起步的，经历了整整六十一年。1958年，我国初步开展了数控机床的开发与研制工作。自1980年改革开放以后，机床工业大量引进、消化和吸收了日德美先进数控机床技术，使我国数控机床在技术上、产量上得到迅猛发展和进步。特别是2001年以后，我国数控机床产量稳步上升，截止到2010年，数控机床产量已经达到22.39万台，与2001年1.75万台的产量相比，增长了将近13倍。即使在2008年，我国机床行业产量在一定程度上受到经济危机影响，可在随后的2年，生产量却奋起直追，尤其是在2010年，同比增长55.39%，使生产总量一跃成为世界第一。
虽然近30年来，我国数控机床产量上有较大提高，但是由于自主研发能力相对发达国家还有很大差距，并未深入系统的科研工作，没有充分掌握国外数控机床产品的关键技术，长期仿制的工作模式，使我国数控机床与工业发达国家的先进水平形成了鲜明的对比。而国产数控机床的可靠性与国外相比明显偏低，一度造成了中国机床的口碑较差的尴尬局面。从2009-2010年世界各国机床的进出口数据以及美国GardnerPublication公司的调查报告可以看出，德国和日本是机床出口大国，并且以高精尖高档数控机床为主；同时，国外机床大国新生产的机床有35%销往中国fall。而我国虽然有大量的机床消费量，但是，进口量占较大比例，即高档数控机床还是依赖与进口。究其根本原因，数控机床可靠性是造成该问题的主要因素。因此，为了改善中国机床所面临的难题，缩小与世界先进水平的差距，提高产品可靠性已刻不容缓。
参考文献：
[1]卜波.数控机床可靠性增长技术的应用研究[D].长春：吉林大学，2010.
[2]张英芝.数控车床主轴模糊故障树分析[J].吉林大学学报，2006，36（2）： 65-68.
[3]薛玉霞.数控机床可用性信息分析系统的开发与应用[J].制造业自动化，2009，31（4）：34-36.