数控技术及装备的发展趋势浅析

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，数控装备是以数控技术为
代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字

化装备，其技术范围覆盖很多领域：(1)机械制造技术；(2)信息处理、加工、传输技术；(3)

自动控制技术；(4)伺服驱动技术；(5)传感器技术；(6)软件技术等。

1 数控技术的发展趋势

    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，他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。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以
下几个方面［1～4］。

1．1 高速、高精加工技术及装备的新趋势

    效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的

质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为 5 大

现代制造技术之一，国际生产工程学会（CIRP）将其确定为 21 世纪的中心研究方向之一。

    在轿车工业领域，年产 30 万辆的生产节拍是 40 秒/辆，而且多品种加工是轿车装备必须

解决的重点问题之一；在航空和宇航工业领域，其加工的零部件多为薄壁和薄筋，刚度很
差，材料为铝或铝合金，只有在高切削速度和切削力很小的情况下，才能对这些筋、壁进

“

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行加工。近来采用大型整体铝合金坯料 掏空 的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多
个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装，使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。

这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。

    从 EMO2001 展会情况来看，高速加工中心进给速度可达 80m/min，甚至更高，空运行速

度可达 100m/min 左右。目前世界上许多汽车厂，包括我国的上海通用汽车公司，已经采用

以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国 CINCINNATI 公司的 HyperMach 机

床进给速度最大达 60m/min，快速为 100m/min，加速度达 2g，主轴转速已达 60 000r/min。

加工一薄壁飞机零件，只用 30min，而同样的零件在一般高速铣床加工需 3h，在普通铣床

加工需 8h；德国 DMG 公司的双主轴车床的主轴速度及加速度分别达 12*!000r/mm 和 1g。

    在加工精度方面，近 10 年来，普通级数控机床的加工精度已由 10μm 提高到 5μm，精密

级加工中心则从 3～5μm，提高到 1～1.5μm，并且超精密加工精度已开始进入纳米级
(0.01μm)。

    在可靠性方面，国外数控装置的 MTBF 值已达 6 000h 以上，伺服系统的 MTBF 值达到
30000h 以上，表现出非常高的可靠性。

    为了实现高速、高精加工，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，

应用领域进一步扩大。

1.2  5 轴联动加工和复合加工机床快速发展

    采用 5 轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅光洁度高 ，

而且效率也大幅度提高。一般认为，1 台 5 轴联动机床的效率可以等于 2 台 3 轴联动机床，

特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时， 5 轴联动加工可比 3

轴联动加工发挥更高的效益。但过去因 5 轴联动数控系统、主机结构复杂等原因，其价格要

比 3 轴联动数控机床高出数倍，加之编程技术难度较大，制约了 5 轴联动机床的发展。

    当前由于电主轴的出现，使得实现 5 轴联动加工的复合主轴头结构大为简化，其制造难

度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型 5 轴联动机

床和复合加工机床（含 5 面加工机床）的发展。