時間：2023-05-30 10:09:50
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇機床數控系統，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
關鍵詞：國產數控系統；普通機床；數控化改造
1 問題提出
我國自改革開放三十多年以來，從一個制造小國、弱國發展成舉世注目的制造大國，而奠定制造大國基礎的生產母機—機床也從改革開放時的幾十萬臺增長到現在的700萬臺左右，但這700萬臺機床其數控化率還不到40%，與歐美、日本主要發達國家機床數控化率70~80%有較大差距。因此，我國要從制造大國躍進到制造強國，機床數控化率還需要加快提升。
2 普通機床數控化改造方向
2.1機床數控化的途徑。對于機床數控化率的大力提升，僅靠國內機床企業生產和從國外進口是短時期無法達到，也不現實。一是國內數控機床年生產量僅為20萬臺左右，僅從數量就無法滿足國內需求；二是進口數控機床也有限，各企業也只進口少數高端的、國內還無法生產的數控機床；三是國內各制造企業，尤其是中小企業還無法通過購買數控機床來淘汰普通機床。因此，普通機床數控化改造就是提升機床數控化率的重要途徑，同時，從經濟上看，普通機床數控化改造費用為購買新的數控機床投資的1/3~1/4。
2.2機床數控化改造方向。一是用國外數控系統，如SINUMERIK、FANUC系統改造普通機床；二是用國內數控系統，如廣州數控、華中數控等改造普通機床。從經濟性上看，國內數控系統價格是國外數控系統價格的1/2~1/3左右；從性能上分析，目前中低檔數控系統國內與國外已無明顯差距，中高檔數控系統國內與國外有一定差距，不過差距正不斷縮?。粡氖褂眯陨峡?，國內外數控系統操作各有其特點，甚至國內數控系統更簡單，更適合中國人使用習慣；從機床改造的技術復雜性分析，用國內數控系統比用國外數控系統改造普通機床其技術更簡便，調試更容易。因此，從性價比分析，用國內數控系統比用國外數控系統改造普通機床性價比高，同時，為支持國產數控系統發展，也應選擇用國內數控系統改造普通機床的方向。
3 國產數控系統發展與優勢
3.1國產數控系統發展。我國數控技術的發展起步于上世紀五十年代，發展于改革開放年代。通過“六五”期間引進數控技術，“七五”期間組織消化吸收“科技攻關”，我國數控技術和數控產業取得了相當大的成績，特別是最近十來年，我國數控產業得到了迅速發展。以廣州數控為例，廣州數控設備有限公司從1991年成立以來，堅持走自主研發、自主創新的道路，通過二十年的發展，現建成全國規模最大的數控系統研發中心，先后研發的生產數字式交流伺服驅動裝置和普及型數控系統填補了國內空白，已發展成為中低檔為主的年產數控系統近十萬套的國內最大的機床數控系統生產企業，開辟了一條振興民族數控產業的道路。又如華中數控，武漢華中數控股份有限公司創立于1994年，通過的發展，華中數控通過近二十年的自主創新，開發出了具有自主知識產權的開放式的數控系統，而且伺服驅動和主軸驅動裝置性能指標達到國際先進水平，其產品覆蓋高、中、低檔。現在國內能自主研發數控系統的企業已有十多家，能滿足國內機床企業對生產各檔次、多品種數控機床產品的要求。
3.2國產數控系統優勢。改革開放三十多年來，在國家有關部委的統一布署、政策支持下，各科研院所、大學、企業通過引進、吸收、自主開發、自主創新，使我國數控系統和數控機床的水平與德、日的差距縮小到5—10年，個別產品達到世界先進水平，國產數控系統與國外相比，有自己的獨特優勢，其優勢特點如下：
1、我國數控機床市場容量大，需求旺盛，為數控系統和數控機床開發創新與生產注入了強勁動力。從2002年起，中國連續多年成為世界機床消費第一大國，在此背景下，國內數控系統的研制與開發在關鍵技術上取得了較明顯的突破，我國成功研制出為具有國際技術水平的五軸聯動加工機床配套的數控系統，打破了國外對我國技術上的封鎖；滾珠絲杠及直線導軌、數控回轉工作臺、雙擺角數控萬能銑頭等功能部件也實現了關鍵技術突破，并在一些重點企業得到應用，部分替代了進口。
2、跨代追趕，掌握最新技術。數控系統在體系結構上已進入最新一代，即第六代—基于PC的，其特點：一是元器件集成度高，可靠性好，性能指標高；二是技術進步快，升級換代容易；三是提供了開放式的基礎，可供利用的軟、硬件資源極為豐富。在數控技術發展上，我們是后來者，在接受最新技術上，我們幾乎沒有任何歷史包袱，通過“八五”、“九五”攻關，已掌握了第六代關鍵技術，并在近十年得到大力發展。在這方面，我們與國外競爭對手處于同一條起跑線，這就給我們帶來了極為難得的發展機遇，同時為機床改造提供了更多方便。
3、擁有一批高水平的、有中國特色的、自主的知識產權。高性能的數控系統技術，在“八五”、“九五”攻關中已被我們掌握，不再受到外國的限制。各研發企業和單位通過多年的研究、創新，開發出了有自己特色的高水平的擁有知識產權的數控系統和數控機床。如占國產數控系統總量的50%，進入世界同行產量前三位的廣州數控公司，在中高檔數控系統有突出貢獻的華中數控公司，在高檔數控系統獨領的珠峰公司和沈陽高檔數控國家工程研究中心等，都有一批受市場歡迎的有自主知識產權的高水平的數控系統產品，為機床改造提供了更多更好的選擇。
4、在可靠性方面不低于國外產品水平。國產數控系統已進入了第六代，PC機的主機板均為世界名牌工控機企業制造，其可靠性指標MTBF(平均無故障時間)可達30余年。由于國內元器件技術飛速發展，自制電路板的可靠性也大為提高；經過近十年的發展，伺服驅動單元和主軸驅動單元用的電力電子器件已向前發展了三代。不僅性能得到不斷提高，保護功能也更加完善，使國產伺服和主軸驅動單元可靠性大為提高，這為機床的改造提供了技術支持。同時不少企業強化了元器件篩選和質量保證體系，還通過了ISO9000質量認證，其質量與可靠性得到充分的保證。
4 國產數控系統改造普通機床的實踐
近幾年我們曾用國產數控系統對多臺普通機床（普車、普銑）進行了數控化改造，其中用廣州數控改造車床，華中數控改造銑床,通過改造后的機床其主要技術（精度）指標達到改造設計要求，改造費用僅為購買新的數控機床的1/4~1/3，性價比高。通過用國產數控系統對普通機床改造，我們得到以下有益啟示：
1、用國產數控系統改造普通機床，性能指標和可靠性滿足要求。現在國產數控系統和與之相配套的伺服裝置、伺服電機、滾珠絲杠螺母付、電動刀架等部件的性能指標和可靠性已與國外同類產品不相上下，完全滿足改造設計要求。如改造后的數控車床，經檢測和零件加工，X向的精度為0.005~0.01mm，Z向精度為0.01~0.02mm，故障率低、可靠性高。
2、用國產數控系統改造普通機床，有可靠的技術支持?，F在國產數控企業如廣州數控、華中數控在全國各省市都設有技術服務機構，有關數控技術方面的問題能得到及時支持和解決，使普通機床數控化改造有技術支撐。
3、用國產數控系統改造普通機床，適應性和針對性強?，F在國產數控系統和與之相配套的部件，品種多、規格齊，水平覆蓋高、中、低檔，并且在網上或用電話就可選購。在進行機床改造時，可針對機床的類別、機床主要部件的磨損狀況，擬定具體的改造方案，有更多的選擇；同時，用國產數控系統比用國外數控改造普通機床更方便，技術難度較低，如電氣系統設計、裝配及機床調試等。
參考文獻：
[1]張柱良．數控原理與數控技術[M]．北京：化學工業出版社，2003．
【摘要】21世紀，PLC在工業上控制領域應用很廣，不管在控制性能上還是在組機周期和硬件成本等方面所展現出的絕對優勢是和其它產品難以相比的。隨著PLC技術的進步發展, 它對于位置控制、過程控制、數據處理等方面的應用也越來越多，涉及的也越來越廣。本文就數控機床的運行過程以及數控系統需要解決的幾個問題進行說明。
【關鍵詞】數控；控制器；系統；效率；質量
一、數控機床組成結構及工作過程
（1）數控機床的組成。數控機床由輸入、輸出裝置、數控裝置、可編程控制器、伺服系統、檢測反饋裝置和機床本體等組成。（2）裝置過程。輸入設備是將不同的加工信息傳輸給計算機處理。由于數控機床發展早期階段，輸入設備是一個簡單的穿孔紙帶，目的是記錄信息數據，現已淘汰。數控機床設備是機床本體的核心，核心時的數據處理全部完工后，可以運行命令指揮數據的工作。其功能是接收送來的脈沖信號的，通過系統軟件或邏輯的過程中，執行各個部分進行規定的、有序的動作。主軸控制可編程控制器是通過命令處理控制轉速，控制主軸正反轉和停止，進給保持，切削液開關，卡盤夾緊松開等動作;還涉及了關于機床開關外部控制。測試反饋裝置，主要是檢測速度和位移，并將信息傳遞給數控設備，實現閉環控制的反饋，以確保數控加工精度。（3）合理的安排。數控加工的準備過程較復雜，內容多，含對零件的結構認識、工藝分析、工藝方案的制訂、加工程序編制及使用方法等。首先要由編程人員或操作人員通過對零件圖作深入分析，特別是工藝分析，確定合適的加工工藝，其中也包含了裝夾方法的確定、工序劃分、走刀路線及其切削用量的選擇等。
二、機床數控系統需要解決的問題
（1）機床的組成。機床是由機械設施和電氣設施組成，在設計時應從機床的總體方面合理安排考慮。機床的系統和功能強大的背后程序總很復雜，所以二者應該溝通一體化。在機床控制系統的選用上必須滿足使用的要求，同時為了實現維護，各項操作應該是手動設置，如手動軸移動速度的快捷功能，切削液和開關。（2）指標。在實踐中，我們如何確保控制精度的同時又能提高定位速度，現在是認真思考并加以解決問題。定位精度也是一個極為重要的指標。為了確保有足夠的位置精度，一方面是位置檢測設備提出精度的要求；另一方面正確選擇系統中開環放大倍數的大小。因為在閉環控制系統，對誤差和偏差，是很難區分，以及信息反饋往往起著決定性的作用。當生產過程中的參數發生變化時，為了滿足生產的連續性，我們必須修改的參數值，它應該是一個額外的功能線上。雖然編程器可以快速，方便地改變原來的設置參數的使用，但編程器通常是不能教操作人員使用，所以應該考慮簡單的開發在線修改。最后，為了滿足系統運行的穩定與安全也應該提供保護。
三、機床定位伺服控制系統分析
（1）淺談數控機床。數控機床是一種高效率，高精度的自動化現代化設備，提高數控機床的可靠性，安全性已變得非常重要?？煽啃栽u估主要指標之一是可靠性。機床功能部件對數控機床的性能和功能有擁有開拓的非常重要的作用。所以它與不同的零部件和配件，不僅要有結構的協調合作，一般使用，而且它具有最優越的性能，而且還可以證明機床的個性化功能。（2）單步功能。單步動作為一種輔助工作方式常常在工作臺的調整中使用。機床的機械允許界限和實際加工要求的選擇決定于伺服系統最高速度，速度提高生產率也提高，但對驅動設施要求也就提高了。在全閉環伺服控制系統，部件和位置檢測元件選擇的反饋是必不可少的。數控機床應具有穩定性，快速性和高精度。在大型數控機床中，機械傳動的時刻擁有較大的慣性，固有低頻率。全閉環包括了進給系統軸的不穩定因素，當不正確的調整，會使機器很容易出現抖動現象。因此，全閉環數控機床伺服系統的速度比在穩定的情況下半閉環伺服系統，定位精度高。伺服電機編碼器將檢測信號反饋到伺服驅動器，伺服電機的速度和輸入脈沖頻率信號成正比，但是電機編碼器則是由脈沖數決定
四、相關程序設計與操作
PLC通過編程器輸入程序，達到控制目的。由于PLC的工作過程是循環性的，因此會快速的執行程序。另外針對軟件故障，必須在設計上采用直接導入程序，執行自動停止運行，這時機器會停止運作程序，有效地減少事故的發生。
我國目前對數控技床的需求日益增加，國內市場的需求量很大，所以我國機床企業必須奮發圖強，不斷擴大技術隊伍和提高人員的技術素質，學習和引進國外技術的先進科學技術，以便早日趕上世界先進水平。
【關鍵詞】：數控機床 數控系統 數控加工 機床設備維護
科學技術的發展，對機械產品提出了高精度、高復雜性的要求，而且產品的更新換代也在加快，這對機床設備不僅提出了精度和效率的要求，而且也對其提出了通用性和靈活性的要求。數控機床就是針對這種要求而產生的一種新型自動化機床。數控機床集微電子技術、計算機技術、自動控制技術及伺服驅動技術、精密機械技術于一體，是高度機電一體化的典型產品。它本身又是機電一體化的重要組成部分，是現代機床技術水平的重要標志。
一、數控機床
1.數控機床的特點
(1)具有高度柔性
在數控機床上加工零件，主要取決于加工程序，它與普通機床不同，不必制造、更換許多工具、夾具，不需要經常調整機床。因此，數控機床適用于零件頻繁更換的場合。也就是適合單件、小批生產及新產品的開發，縮短了生產準備周期，節省了大量工藝設備的費用。
(2)加工精度高
數控機床的加工精度，一般可達到0.005～0.1mm，數控機床是按數字信號形式控制的，數控裝置每輸出一個脈沖信號，則機床移動部件移動一個脈沖當量（一般為0.001mm），而且機床進給傳動鏈的反向間隙與絲杠螺距平均誤差可由數控裝置進行補償，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，數控機床的主軸轉速和進給量的范圍大，允許機床進行大切削量的強力切削，數控機床目前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，減少了半成品的工序間周轉時間，提高了生產效率。
2.數控機床使用中應注意的事項
使用數控機床之前，應仔細閱讀機床使用說明書以及其他有關資料，以便正確操作使用機床，并注意以下幾點：
(1)機床操作、維修人員必須是掌握相應機床專業知識的專業人員或經過技術培訓的人員，且必須按安全操作規程及安全操作規定操作機床；
(2)非專業人員不得打開電柜門，打開電柜門前必須確認已經關掉了機床總電源開關。只有專業維修人員才允許打開電柜門，進行通電檢修；
(3)除一些供用戶使用并可以改動的參數外，其它系統參數、主軸參數、伺服參數等，用戶不能私自修改，否則將給操作者帶來設備、工件、人身等傷害；
二、數控機床的維護
數控系統是數控機床的核心部件，因此，數控機床的維護主要是數控系統的維護。數控系統經過一段較長時間的使用，電子元器件性能要老化甚至損壞，有些機械部件更是如此，為了盡量地延長元器件的壽命和零部件的磨損周期，防止各種故障，特別是惡性事故的發生，就必須對數控系統進行日常的維護。概括起來，要注意以下幾個方面。
1.制訂數控系統日常維護的規章制度
根據各種部件特點，確定各自保養條例。如明文規定哪些地方需要天天清理（如CNC系統的輸入／輸出單元——光電閱讀機的清潔，檢查機械結構部分是否良好等），哪些部件要定期檢查或更換（如直流伺服電動機電刷和換向器應每月檢查一次）。
2.應盡量少開數控柜和強電柜的門
因為在機加工車間的空氣中一般都含有油霧、灰塵甚至金屬粉末。一旦它們落在數控系統內的印制線路或電器件上，容易引起元器件間絕緣電阻下降，甚至導致元器件及印制線路的損壞。有的用戶在夏天為了使數控系統超負荷長期工作，打開數控柜的門來散熱，這是種絕不可取的方法，最終會導致數控系統的加速損壞。正確的方法是降低數控系統的外部環境溫度。因此，應該有一種嚴格的規定，除非進行必要的調整和維修，不允許隨便開啟柜門，更不允許在使用時敞開柜門。
3.定時清掃數控柜的散熱通風系統
應每天檢查數控系統柜上各個冷卻風扇工作是否正常，應視工作環境狀況，每半年或每季度檢查一次風道過濾器是否有堵塞現象。如果過濾網上灰塵積聚過多，需及時清理，否則將會引起數控系統柜內溫度高（一般不允許超過55℃），造成過熱報警或數控系統工作不可靠。
4.經常監視數控系統用的電網電壓
FANUC公司生產的數控系統，允許電網電壓在額定值的85%～110%的范圍內波動。如果超出此范圍，就會造成系統不能正常工作，甚至會引起數控系統內部電子部件損壞。
5.定期更換存儲器用電池
FANUC公司所生產的數控系統內的存儲器有兩種：
(1)不需電池保持的磁泡存儲器。
一、數控的發展歷史
1952年美國帕森斯（PARSONS）公司與麻省理工學院（MIT）合作試制了世界上第一臺三坐標聯動、利用脈沖乘法器原理工作、直線插補連續控制的立式數控銑床。1954年11月美國本迪克斯公司（Bendix一eooperation）生產了世界上第一臺工業用數控機床。最初由電子管控制，隨后經歷了用晶體管控制、集成電路控制（NC）、計算機控制（CNC），直到用微處理器控制（MNC）。數控系統到現在已經發展到了第六代，數控系統采用電子管的為第一代（1952年），晶體管的為第二代（1959年），小規模集成電路的為第三代（1965年），20世紀70年代小型計算機開始用于數控系統（1970年），成為第四代數控系統。1974年微處理器開始用于數控系統，數控系統發展到第五代。前三代數控系統是屬于采用專用控制計算機的硬接線（硬件）數控系統，一般稱為普通數控系統，簡稱NC;從第四代開始的數控系統稱為軟接線（軟件）數控，即計算機數控（CNC），其控制功能大部分由軟件技術來實現，因而使得硬件得到簡化，系統可靠性得到提高，功能更加靈活和完善[l.]。從20世紀末到今天，在生產中使用較多的數控系統還是第五代數控系統。第五代數控系統的ePu采用80286、80386芯片，用DOS3.3、DOS6.2軟件。隨著個人計算機的飛速發展，芯片的集成度越來越高，功能越來越強，成本也越來越低，軟件和器件又越來越好，出現了以個人計算機（PC機）為平臺的數控系統，數控系統進入第六代（1990年）。第六代數控系統采用現代個人計算機（PC機）、采用Windows95、Windows98或Windows20OO操作系統。第五代數控系統的存儲量小，只有32KB、64KB，為解決存儲器小的問題而采用RS232、Rs485接口，與計算機通信傳輸。由于受到通信瓶頸限制，不能進行高速進給，當插補線段長度小于0.05mm時加速度只有每分鐘幾百毫米，不能滿足高速進給的需要。而第六代數控系統的存儲量可達120GB以上，cAD、cAM的加工代碼可通過網絡傳到硬盤上，網絡速度比RS232接口速度提高了幾千倍，加工數據可在加工前全部存儲到硬盤上，避免了邊加工邊傳送數據的缺點，解決了高速高精度加工的問題。第六代數控系統采用標準的計算機顯示器，分辨率高、價格低、可靠性好，而且具有網絡通信功能。
二、數控機床的發展趨勢
隨著計算機技術的發展，數控機床不斷采用計算機、控制理論等領域的最新技術成就，它的性能日臻完善，應用領域日益擴大。同時，為了滿足市場和科學技術發展的需要，為了達到現代制造技術對數控技術提出的更高要求，當前，世界數控技術及其裝備正朝著下述幾個方向發展。要提高加工效率，首先必須提高切削和進給速度，同時，還要縮短加工時間;要確保加工質量，必須提高機床部件運動軌跡的精度，而可靠性則是上述目標的基本保證。為此，必須要有高性能的數控裝置作保證。
1.高速、高效
機床向高速化方向發展，可充分發揮現代刀具材料的性能，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且還可提高零件的表面加工質量和精度。超高速加工技術對制造業實現高效、優質、低成本生產有廣泛的適用性。新一代數控機床（含加工中心）只有通過高速化大幅度縮短切削工時才-可能進一步提高其生產率。超高速加工特別是超高速銑削與新一代高速數控機床，特別是高速加工中心的開發應用緊密相關。20世紀90年代以來，歐、美、日各國爭相開發應用新一代高速數控機床，加快機床高速化發展步伐。高速主軸單元（電主軸，轉速15000一100000r/min）、高速且高加/減速度的進給運動部件（快移速度60一120m/min，切削進給速度高達6Om/min）、高性能數控和伺服系統以及數控工具系統都出現了新的突破，達到了新的技術水平。隨著超高速切削機理、超硬耐磨長壽命刀具材料和磨料磨具，大功率高速電主軸、高加/減速度直線電機驅動進給部件以及高性能控制系統（含監控系統）和防護裝置等一系列技術領域中關鍵技術的解決，數控機床正在朝高速方向發展。
2.高精度
從精密加工發展到超精密加工（特高精度加工），是世界各工業強國致力發展的方向。其精度從微米級到亞微米級，乃至納米級（<10納米），其應用范圍日趨廣泛。超精密加工主要包括超精密切削（車、銑）、超精密磨削、超精密研磨拋光以及超精密特種加工（三束加工及微細電火花加工、微細電解加工和各種復合加工等）。隨著現代科學技術的發展，對超精密加工技術不斷提出了新的要求。新材料及新零件的出現，更高精度要求的提出等都需要超精密加工工藝，發展新型超精密加工機床，完善現代超精密加工技術，以適應現代科技發展的需要。精密化是為了適應高新技術發展的需要，也是為了提高普通機電產品的性能、質量和可靠性，減少其裝配時的工作量從而提高裝配效率的需要。隨著高新技術的發展和對機電產品性能與質量要求的提高，機床用戶對機床加工精度的要求也越來越高。
3.高可靠性
關鍵詞：數控機床 控制技術
數控機床是機電一體化的典型產品，數控機床控制技術是集計算機及軟件技術、自動控制技術、電子技術、自動檢測技術、液壓與氣動技術和精密機械等技術為一體的多學科交叉的綜合技術。隨著科學技術的高速發展，機電一體化技術迅猛發展，數控機床在企業普遍應用，對生產線操作人員的知識和能力要求越來越高。
一、數控機床的優點與缺點
(一)數控機床的優點
對零件的適應性強，可加工復雜形狀的零件表面。在同一臺數控機床上，只需更換加工程序，就可適應不同品種及尺寸工件的自動加工，這就為復雜結構的單件、小批量生產以及試制新產品提供了極大的便利，特別是對那些普通機床很難加工或無法加工的精密復雜表面(如螺旋表面)，數控機床也能實現自動加工。
加工精度高，加工質量穩定。目前，數控機床控制的刀具和工作臺最小移動量(脈沖當量)普遍達到0.0001mm，而且數控系統可自動補償進給傳動鏈的反向間隙和絲杠螺距誤差，使數控機床達到很高的加工精度。此外，數控機床的制造精度高，其自動加工方式避免了生產者的人為操作誤差，因此，同一批工件的尺寸一致性好，產品合格率高，加工質量穩定。
生產效率高。由于數控機床結構剛性好，允許進行大切削用量的強力切削，從主軸轉速和進給量的變化范圍比普通機床大，因此在加工時可選用最佳切削用量，提高了數控機床的切削效率，節省了機動時間。與普通機床相比，數控機床的生產效率可提高2—3倍。
良好的經濟效益。使用數控機床進行單件、小批量生產時，可節省劃線工時，減少調整、加工和檢驗時間，節省直接生產費用；同時還能節省工裝設計、制造費用；數控機床加工精度高，質量穩定，減少了廢品率，使生產成本進一步下降。此外，數控機床還可實現一機多用，所以數控機床雖然價格較高，仍可獲得良好的經濟效益。
自動化程度高。數控機床自動化程度高，可大大減輕工人的勞動強度，減少操作人員的人數，同時有利于現代化管理，可向更高級的制造系統發展。
(二)數控機床的缺點
數控機床的主要缺點如下：價格較高，設備首次投資大；對操作、維修人員的技術要求較高；加工復雜形狀的零件時。手工編程的工作量大。
二、數控機床的種類
數控機床的種類很多，主要分類如下：
按工藝用途分類。按工藝用途，數控機床可分類如下。普通數控機床：這種分類方式與普通機床分類方法一樣，銑床、數控錨床、數控鉆床、數控磨床、數控齒輪加工機床等。加工中心機床：數控加工中心是在普通數控機床上加裝一個刀庫和自動換刀裝置而構成的數控機床，它可在一次裝夾后進行多種工序加工。
按運動方式分類。按運動方式，數控機床可分類如下：點位控制數控機床。數控系統只控制刀具從要有數控鉆床、數控坐標錘床、數控沖剪床等。直線控制數控機床：數控系統除了控制點與點之間的準確位置以外，還要保證兩點之間移動的軌跡是一條直線，而且對移動的速度也要進行控制。這類機床主要有簡易數控車床、數控銷、銑床等。輪廓控制數控機床：數控系統能對兩個或兩個以上運動坐標的位移及速度進行連續相關的控制，使合成的運動軌跡能滿足加工的要求。這類機床主要有數控車床、數控銑床等。
按伺服系統的控制方式分類。按伺服系統的控制方式，數控機床可分類如下。開環控制系統的數控機床。閉環控制系統的數控機床。半閉環控制系統的數控機床。
按數控系統的功能水平分類。技功能水平分類，數控系統可分類如下。經濟性數控機床。經濟性數控機床大多指采用開環控制系統的數控機床價格便宜，適用于自動化程度要求不高的場合。中檔數控機床。這類數控機床功能較全，價格適中，應用較廣。高檔數控機床。這類數控機床功能齊全，價格較貴。
三、數控機床控制技術的發展
機械設備最早的控制裝置是手動控制器。目前，繼電器—接觸器控制仍然是我國機械設備最基本的電氣控制形式之一。到了20世紀奶年代至50年代，出現了交磁放大機—電動機控制，這是一種閉環反饋系統，系統的控制精度和快速性都有了提高。20世紀60年代出現了晶體管——晶閘管控制，由晶閘管供電的直流調速系統和交流調速系統不僅調運性能大為改善，而且減少了機械設備和占地面積，耗電少，效率局，完全取代了交磁放大機—電動機控制系統。
在20世紀的60年代出現丁一種能夠根據需要方便地改變控制程序，結構簡單、價格低廉的自動化裝置—順序控制器。隨著大規模集成電路和微處理器技術的發展及應用，在20世紀70年代出現了一種以微處理器為核心的新型工業控制器——可編程序控制器。這種器件完全能夠適應惡劣的工業環境，由于它具備了計算機控制和繼電器控制系統兩方面的優點，故目前已作為一種標準化通用設備普通應用于工業控制。
隨著計算機技術的迅速發展，數控機床的應用日益廣泛，井進一步推動了數控系統的發展，產生了自動編程系統、計算機數控系統、計算機群控系統和天性制造系統。計算機集成制造系統及計算機輔助設計、制造一體化是機械制造一體化的高級階段，可實現產品從設計到制造的全部自動化。
綜上所述，機械設備控制技術的產生，并不是孤立的，而是各種技術相互滲透的結果。它代表了正在形成中的新一代的生產技術，已顯示出并將越來越顯示出強大的威力。
四、數控機床控制技術的發展趨勢
關鍵詞 數控機床；控制系統；設計
中圖分類號TG659 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2012）80-0194-02
數控機床是一種以數字量作為指令信息形式，通過數字邏輯電路或計算機控制的機床。涉及機械、微電子、自動控制、傳感測試、電力電子技術、計算機、通信等多種現代技術，是一種典型的機電一體化產品。數控系統是數控機床的核心。
1 數控機床控制系統的組成
數控機床的控制系統由輸入/輸出裝置、數控裝置、伺服驅動裝置、位置檢測裝置等部分構成。數控機床開始工作時必須編制相應的加工程序，加工程序被通過控制介質存儲，常用的控制介質有穿孔帶、磁帶和磁盤等。數控裝置運用邏輯電路或系統軟件，對從內部存儲器中讀取出或從輸入裝置接收到的一段或幾段數控加工程序進行一系列的編譯、運算和邏輯處理，并輸出所形成的各種控制信息和指令，以指導控制機床各部分按照程序所規定的指令進行有序運動和動作。伺服驅動裝置作為數控機床的執行機構，將從數控裝置部分接收指令信息，再經功率放大后，驅動數控機床的運動機構，以加工出符合指令要求的零件。伺服驅動裝置包括控制器（含功率放大器）和執行機構。其中，執行機構大都為直流或交流伺服電動機。檢測裝置用來檢測數控機床各坐標軸的實際位移量，經反饋系統輸入到機床的數控中心。數控中心接收到數據后，將其與原設定值進行比較，并根據比較結果進行相應的修正，以確保機床的運動系統能夠按指令完成數控加工任務。輔助控制裝置則是在接收到數控中心的指令信號后，驅動相應的電器去帶動包括主軸運動機構、刀具、冷卻裝置、機床夾持機構和分度工作臺等在內的輔助裝置，以完成指令所規定的動作。從機床本體來看，數控機床與傳統機床極為相似，但其內在的控制原理、結構布局、傳動系統等方面都有很大的不同。
2 控制系統的設計
2.1 系統總體方案選擇
基于PC的開放式數控系統使用十分便利，使用者可以充分利用計算機的軟、硬件資源，運用通用的高級計算機語言編制程序，還可以將數控系統與外部網絡連接起來。這一開放式數控系統大致可以分為以下四類，即PC連接型CNC、PC嵌入型CNC、NC嵌入型PC（NC嵌入PC型）、全軟件型NC。
考慮實際被控對象的要求以及對上述四種方案利弊的比較，NC嵌入型開放式數控系統方案的可行性較高。NC嵌入型開放式數控系統方案，即數控系統由開放體系結構運動控制卡+PC機兩部分構成。開放體系結構運動控制卡通常以高速DSP作為CPU或以專用的運動控制芯片作為核心，其運動控制控制和PLC能力較強。采用NC嵌入型開放式數控系統方案的優勢是，數控機床的軟、硬件兩方面都具有開放性：軟件方面，其所有的開放性函數庫能夠為用戶在Windows平臺下自行開發所需的控制系統提供強大支持，而各種軟件資源和開發工具又十分豐富，極大地降低并縮短了系統軟件設計的難度和周期；硬件方面，數控核心（NCK）與硬件驅動程序都預留有標準的接口，支持系統升級。當有硬件修改要求時，只需改動硬件驅動程序。目前，很多硬件供應商在提供硬件的同時也會為客戶提供相應的驅動程序，大大降低了系統升級和功能拓展時的工作量，提高了系統開發效率。NC嵌入PC型數控系統則主要由工控機（IPC）、運動控制卡、伺服驅動器、伺服電機及各種外部設備等組成。
2.2 伺服驅動方案選擇
伺服驅動裝置是CNC裝置和機床的聯系環節。CNC裝置發出的控制信息，通過伺服驅動裝置，轉換成坐標軸的運動，完成程序所規定的操作。伺服驅動裝置應具有信號放大控制能力，根據裝置發出的控制信息對機床移動部件的位置和速度進行控制。
主軸伺服驅動方案選擇交流變頻調速方案。由于將直流電逆變成交流電的環節可操控性較強，且在頻率的調節范圍以及改善變頻后，電動機的特性在各個方面都具有明顯的優勢。因此，在機床主軸驅動中，交流電動機憑借絕對優勢成為開放式數控系統的主要選擇。
伺服進給和主軸驅動是決定數控機床技術的性能和加工精度的主要因素。因此，數控機床對進給伺服電機、伺服系統的位置和速度控制以及機械傳動等方面都有很高的要求。為滿足數控加工精度的要求，伺服系統應具有優良的靜態與動態負載特性。這樣，即便在伺服系統的負載或切削條件發生變化時，仍能保持恒定的進給速度。在加工過程中，機床工作臺在隨機狀態下，要能夠根據加工軌跡的要求，隨時實現正向或反向運動。在方向發生改變時，也不可以出現反向間隙和運動損失。另外，在不同的加工條件下，如，加工零件的材質、尺寸、部位以及刀具的種類和冷卻方式等不同，數控機床的進給速度應在很寬的范圍內實現無級變化。
3 數控機床控制系統性價比分析
經濟型數控機床的數控系統采用單片機為核心控制器，伺服進給系統采用步進電機構成開環系統，顯示采用數碼管，結構簡單，操作方便，成本低，但控制精度不高、功能不強，主要用于線切割機床或舊機床的改造。
中、高檔數控機床的數控系統采用PLC、工控機等為核心控制器，伺服進給系統采用半閉環的交流伺服系統，聯動軸數3～5軸，顯示采用彩色CRT或液晶顯示器，具有三維圖形顯示、圖形編程、人機對話及自診斷的功能，同時還具有RS232或直接數控接口，加工精度較高，應用范圍廣泛。
在開放式體系結構中，數控系統的硬件、軟件和總線規范都呈現出開放式狀態，為數控制造商和用戶進行系統集成時提供了豐富的軟、硬件資源，也為用戶對數控機床進行二次開發創造了一定條件，推動了數控系統多檔次、多品種的開發和更為廣泛地應用，開發周期大大縮短。
采用NC嵌入PC型開放式結構和全數字伺服交流系統的數控機床控制系統，具有較好的通用性、柔性、適應性、擴展性，雖然硬件系統成本略高，但由于系統是開放的，修改軟件就可以應用于不同功能要求的系統，節省開發資源和人力，因而性能價格比較高。
參考文獻
關鍵詞：數控機床 控制技術
數控機床是機電一體化的典型產品，數控機床控制技術是集計算機及軟件技術、自動控制技術、電子技術、自動檢測技術、液壓與氣動技術和精密機械等技術為一體的多學科交叉的綜合技術。隨著科學技術的高速發展，機電一體化技術迅猛發展，數控機床在企業普遍應用，對生產線操作人員的知識和能力要求越來越高。
一、數控機床的優點與缺點
(一)數控機床的優點
對零件的適應性強，可加工復雜形狀的零件表面。在同一臺數控機床上，只需更換加工程序，就可適應不同品種及尺寸工件的自動加工，這就為復雜結構的單件、小批量生產以及試制新產品提供了極大的便利，特別是對那些普通機床很難加工或無法加工的精密復雜表面(如螺旋表面)，數控機床也能實現自動加工。
加工精度高，加工質量穩定。目前，數控機床控制的刀具和工作臺最小移動量(脈沖當量)普遍達到0.0001mm，而且數控系統可自動補償進給傳動鏈的反向間隙和絲杠螺距誤差，使數控機床達到很高的加工精度。此外，數控機床的制造精度高，其自動加工方式避免了生產者的人為操作誤差，因此，同一批工件的尺寸一致性好，產品合格率高，加工質量穩定。
生產效率高。由于數控機床結構剛性好，允許進行大切削用量的強力切削，從主軸轉速和進給量的變化范圍比普通機床大，因此在加工時可選用最佳切削用量，提高了數控機床的切削效率，節省了機動時間。與普通機床相比，數控機床的生產效率可提高2—3倍。
良好的經濟效益。使用數控機床進行單件、小批量生產時，可節省劃線工時，減少調整、加工和檢驗時間，節省直接生產費用；同時還能節省工裝設計、制造費用；數控機床加工精度高，質量穩定，減少了廢品率，使生產成本進一步下降。此外，數控機床還可實現一機多用，所以數控機床雖然價格較高，仍可獲得良好的經濟效益。
自動化程度高。數控機床自動化程度高，可大大減輕工人的勞動強度，減少操作人員的人數，同時有利于現代化管理，可向更高級的制造系統發展。
(二)數控機床的缺點
數控機床的主要缺點如下：價格較高，設備首次投資大；對操作、維修人員的技術要求較高；加工復雜形狀的零件時。手工編程的工作量大。
二、數控機床的種類
數控機床的種類很多，主要分類如下：
按工藝用途分類。按工藝用途，數控機床可分類如下。普通數控機床：這種分類方式與普通機床分類方法一樣，銑床、數控錨床、數控鉆床、數控磨床、數控齒輪加工機床等。加工中心機床：數控加工中心是在普通數控機床上加裝一個刀庫和自動換刀裝置而構成的數控機床，它可在一次裝夾后進行多種工序加工。
按運動方式分類。按運動方式，數控機床可分類如下：點位控制數控機床。數控系統只控制刀具從要有數控鉆床、數控坐標錘床、數控沖剪床等。直線控制數控機床：數控系統除了控制點與點之間的準確位置以外，還要保證兩點之間移動的軌跡是一條直線，而且對移動的速度也要進行控制。這類機床主要有簡易數控車床、數控銷、銑床等。輪廓控制數控機床：數控系統能對兩個或兩個以上運動坐標的位移及速度進行連續相關的控制，使合成的運動軌跡能滿足加工的要求。這類機床主要有數控車床、數控銑床等。
按伺服系統的控制方式分類。按伺服系統的控制方式，數控機床可分類如下。開環控制系統的數控機床。閉環控制系統的數控機床。半閉環控制系統的數控機床。
按數控系統的功能水平分類。技功能水平分類，數控系統可分類如下。經濟性數控機床。經濟性數控機床大多指采用開環控制系統的數控機床價格便宜，適用于自動化程度要求不高的場合。中檔數控機床。這類數控機床功能較全，價格適中，應用較廣。高檔數控機床。這類數控機床功能齊全，價格較貴。
三、數控機床控制技術的發展
機械設備最早的控制裝置是手動控制器。目前，繼電器—接觸器控制仍然是我國機械設備最基本的電氣控制形式之一。到了20世紀奶年代至50年代，出現了交磁放大機—電動機控制，這是一種閉環反饋系統，系統的控制精度和快速性都有了提高。20世紀60年代出現了晶體管——晶閘管控制，由晶閘管供電的直流調速系統和交流調速系統不僅調運性能大為改善，而且減少了機械設備和占地面積，耗電少，效率局，完全取代了交磁放大機—電動機控制系統。
在20世紀的60年代出現丁一種能夠根據需要方便地改變控制程序，結構簡單、價格低廉的自動化裝置—順序控制器。隨著大規模集成電路和微處理器技術的發展及應用，在20世紀70年代出現了一種以微處理器為核心的新型工業控制器——可編程序控制器。這種器件完全能夠適應惡劣的工業環境，由于它具備了計算機控制和繼電器控制系統兩方面的優點，故目前已作為一種標準化通用設備普通應用于工業控制。
隨著計算機技術的迅速發展，數控機床的應用日益廣泛，井進一步推動了數控系統的發展，產生了自動編程系統、計算機數控系統、計算機群控系統和天性制造系統。計算機集成制造系統及計算機輔助設計、制造一體化是機械制造一體化的高級階段，可實現產品從設計到制造的全部自動化。
綜上所述，機械設備控制技術的產生，并不是孤立的，而是各種技術相互滲透的結果。它代表了正在形成中的新一代的生產技術，已顯示出并將越來越顯示出強大的威力。
四、數控機床控制技術的發展趨勢
關鍵詞：伺服裝置 CT40 數控機床
中圖分類號：TG51 文獻標識碼：A
文章編號：1007-3973(2011)006-084-02
1 Fanuca系列伺服裝置簡介
Fanuc公司于2000年前后，先后推出了α／β系列和αi／βi系列伺服裝置，CNC至伺服采用總線結構連接，即FSSB(Fan-ucSerialServoBus-FANUC串行伺服總線)，反饋裝置采用高分辨率編碼器，電子倍頻后分辨率可達100萬脈沖／轉。各伺服軸通過FSSB總線，實現總線控制結構。
目前FANUC公司新推出的αi系列伺服控制器，采用HRV(HighResponseVector高響應矢量)控制技術，其目的是對交流電機矢量控制從硬件和軟件方面進行優化，以實現伺服裝置的高性能化，從而使數控機床的加工達到高速和高精度。HRV控制技術可大大提高伺服控制的剛性和跟蹤精度，可實現高精度輪廓加工。主軸伺服系統采用HRV控制技術，實現高響應矢量控制，提高了主軸速度和位置控制精度。
Fanuc公司也不斷推出其他形式的驅動裝置，如直線電機、高速內裝電主軸、低速力矩電機(數控轉臺用直接驅動電機)等。
低速力矩電機直接作為旋轉工作臺的驅動電機是伺服技術的又一個發展。傳統的旋轉工作臺一般通過伺服電機帶動蝸輪、蝸桿副進行驅動，制造成本高，機械磨損不可避免，維護性差。采用了直接驅動的力矩電機后，由于力矩電機加大了轉子直徑，并采用稀土金屬作為磁極材料，所以可以獲得大轉矩；又由于力矩電機對磁路進行了最佳設計，減小了低速時轉矩脈動。例如，Fanuc旋轉工作臺內裝式伺服電機D3000／150is具體的技術參數為：最大輸出轉矩-3000Nm，連續額定轉矩-1200Nm，最大轉速，150r／min，外形高度.160mm，外徑-565mm。
Fanuc數控系統a系列伺服由PSM(PowerSupplyModule電源模塊)、SPM(SpindleamplifierModule主軸放大器模塊)、SVM(ServoamplifierModule伺服放大器模塊)組成。
1.1 1PSM電源模塊
為主軸伺服模塊和進給伺服模塊提供逆變直流電源的模塊。輸入電源模塊(PSM)的交流電為三相200V，經PSM處理后，向直流母線排輸送DC300V電壓，供主軸伺服放大器和進給伺服放大器使用。此外，PSM模塊中還有輸入保護電路，通過外部急停信號或內部繼電器控制MCC主接觸器，實現急停狀態切斷伺服系統電源，停止各種機床移動的控制功能。
1.2 1SPM主軸伺服模塊
接收CNC發出的串行主軸(數字主軸)控制信號。Fanuc數控系統串行主軸控制指令符合Fanuc公司產品通訊協議，與其他數控系統生產商的串行主軸控制方式不兼容。簡單地說，Fanuc系統SPM主軸伺服模塊的工作原理是，經過變頻調速控制，向Fanuc主軸伺服電動機輸出與用戶指令主軸轉速對應的動力電。主軸伺服模塊的JY2和JY4接口分別接收主軸速度反饋信號和主軸位置編碼器信號。
1.3 1SVM進給伺服模塊
接收通過FSSB傳輸的CNC軸控制指令，并各軸伺服電動機按數控系統的指令運轉。SVM進給伺服模塊的JFn接口接收伺服電機編碼器反饋信號，并將位置信息通過FSSB光纜轉送到CNC。Fanuc系統SVM伺服放大器最多可以驅動三個伺服電動機。
2 CT40型數控車床伺服系統的升級改造
2.1 了解原有數控系統的性能，確定操作者對機床性能的要求
CT40數控車床是1988年德國Gildmeister公司生產的設備，所配備的數控系統是DatapiloEPL2系統，僅有德語一種語言顯示。近20年來，CT40始終用于數控車床編程與操作教學演示及單件小批量中等復雜程度零件的加工。雖然使用年限已較長，但機床機械部分的性能仍十分可靠，但控制系統的使用壽命已到極限，突出表現在：顯示器亮度很差，幾乎看不清顯示信息，無法買到與CNC系統中顯示接口匹配的顯示器；機床的最大進給速度為10m／min、最大切削進給速度為5m／min，伺服系統的性能已不能滿足實際生產中加工工藝的要求；數控系統早已停產，數控系統一旦出現故障，無法買到配件。為了最大限度的利用資源、發揮機床機械性能可靠的優勢，同時從根本上排除各種故障、改變數控系統的操作方式及編程規則不具有普遍性對數控編程教學演示的影響、提高伺服系統的性能，擴大CT40在教學和生產中的使用范圍，結合項目預算，確定了保留機床機械結構、重新開發機床控制系統的方案。經分析，表1所列機床參數是實施改造項目應重點保證的功能項目。
2.2 結合機床機械結構及功率要求進行伺服系統設計
機床X、Z兩軸的伺服電動機型號均為Simens1FT5064-0AC，按照西門子技術手冊中的數據可知：機床要求x、&，It，SPANIang=EN-US>Z兩軸的額定扭矩均為：4.7NM、兩軸靜扭矩范圍為4.5～5.5NM；電動機額定轉速2000rpm。
伺服電機型號的選擇：電機型號的選擇應綜合考慮電機扭矩、電機的外形尺寸、軸的連接形式、編碼器的型號，以便在安裝后調整參數。根據CT40機床扭矩及功率要求，選用α系列交流伺服電動機，電動機的扭矩和功率適當大于機床額定扭矩和功率。Fanuc系統手冊提供的各型號電動機的技術參數，選取α6／2000。
伺服驅動單元的選擇：伺服驅動單元是在電機選擇完成后，根據系統廠家提供的規格手冊進行選擇。從電機外形尺寸可見，α6／2000交流伺服電機與CT40機械結構匹配、軸的連接均可順利實現安裝。
2.3 伺服系統初始化參數調試
在完成了伺服系統硬件安裝后，數控系統第一次上電時，必須進行數控系統參數、伺服系統參數、主軸控制參數的初始化調試，以及PLC編程等軟件方面的初始化調試操作。CT40型數控車床伺服系統升級改造時，伺服系統參數的初始化設置及其含義。在實際進行伺服系統參數初始化調試時，應在了解伺服系統初始化參數的含義的基礎上，結合機床配置的機電部件重要技術參數，完成調試操作。
3 結束語
關鍵詞：840D數控系統 S7-300 伺服驅動系統 伺服電機
引言：我車間原有一臺德國生產的13米數控龍門銑床，購于上世紀90年代初期。該機床采用西門子840C數控系統配備S5型PLC以及直流電機的模擬驅動控制系統。近些年，由于原數控系統與驅動裝置以及元氣件都已老化，加工精度降低，設備故障率增高，給維修造成了極大的困難，并且部分電氣備件已經停產而買不到。為了保證產品質量，提高工作效率，公司決定對機床進行電氣的整體改造。
一、數控系統的選擇
1、為什么選擇840D系統控制
該機床原有的數控系統為西門子公司的840C數控系統。該系統已經使用了很多年，系統已經出現老化情況，死機情況時有發生。840D數控系統是西門子公司20世紀90年代中期推出的一種全數字化高度開放式數控系統，具有高度模塊化及規范化的結構。在現今加工企業中很多數控加工機床都采用該控制系統。而且840D數控系統的控制通道和軸數也較多,可達10個通道,31個進給軸/主軸,每個通道控制12個進給軸/主軸,是一種高性能數控系統。鑒于840D系統的控制性能優于840C系統。因此公司決定選用840D數控系統代替原有的840C數控系統。
2、840D控制系統的功能及特點
該數控龍門銑床由SP軸(主軸)、X軸(機床工作臺)、Y軸(溜板)、Z軸(滑枕)、W軸、W1軸(橫梁同步移動)6個軸組成，配有3個附件頭。
而840D控制系統一般應用在控制功能要求較高的機床上,至少3個連動軸,它的硬件結構更加簡單;軟件內容更加豐富。西門子840D系統的主要特點為計算機化、控制與驅動接口的數字化。
二、電氣改造總體方案的設計
1、電氣柜電氣元件的改造與選型
該數控龍門銑機床的電氣電路較分散,電氣柜內電氣元件使用時間也較長,老化現象十分嚴重,并且占用面積大,加之其故障率很高,很大程度的影響機床的加工效率。因此決定整體更換機床電氣柜。拆除原電控柜，改造后的電氣元件都裝在新的電控柜中。
2、伺服系統的改造與選型
該機床原有的伺服驅動為模擬驅動。改造后的伺服系統選用SIMODRIVE 611D伺服驅動系統。611D伺服驅動系統是數字控制總線驅動的交流伺服驅動，可與西門子數字電機1PH7、1FT6系列伺服電動機配套使用。611D伺服驅動系統分為單軸模塊和雙軸模塊兩種，并且功能先進強大，便于使用和維護。
3、驅動電機的選擇及電機參數
機床原有的主軸電機和進給電機均為直流電機。直流電機的故障率較高，且維修費用較高。改造后的主軸電機選用1PH7伺服電機驅動。進給電機選用1FT6系列。1PH7交流伺服電機是強制風冷型鼠籠異步電機。其具有功率密度高,調速范圍寬的特點。1FT6全數字交流伺服電機具有低功率消耗,瞬時過載能力強的特點。1PH7和1FT6
系列電機都通過獨立的風扇單元散熱，集成編碼器。該系列電機體積小,無碳刷和換向器，基本免維護。因此可以很大程度上降低機床的停工率。電機參數如下：
X軸、Y軸、Z軸：1FT6105-8SH71-1AB0；額定轉矩40Nm，額定轉速4500rpm；電機抱閘EBD48,扭矩100/85 Nm，32W，24V DC/1.4A.
W軸：1FT6134-6SF71-1AB0; 額定轉矩110 Nm；額定轉速3000 rpm;
電機抱閘型號同上。
三、PLC的編程設計
1、PLC的功能特點
可編程控制器PLC的主要功能為對機床各個機械動作進行邏輯控制和狀態檢測,建立數控裝置、操作部件及外部電氣控制系統相互之間的信號聯系。 機床原使用的PLC為西門子SIMATIC S5型，是控制系統綜合了數字電路，模擬電路，繼電回路和計算機技術的小型可編程控制器。840D系統集成S7-300型的PLC，支持的編程語言是STEP 7。S7-300型PLC是模塊化的中小型PLC，簡單實用的分布式結構，豐富的指令系統，強大的通信能力，使其應用十分靈活，完全能夠滿足機床控制的需要。
2、PLC的程序設計理念
此次機床改造保留了原機床PLC程序的設計思想，改造后不改變原有的機床控制邏輯，這對機床的改造很重要。因此將原來的S5 PLC程序重新編制成S7程序。
S7-300 PLC的編程軟件是STEP 7。根據邏輯功能不同，用戶塊由組織塊(OB)、功能塊(FB，FC) 和數據塊(DB)構成。OB是系統操作程序與用戶應用程序在各種條件下的接口界面，用于控制程序的運行。OB1是主循環程序塊。數據塊DB是用戶定義的用于存放數據的存儲區。FB塊是通過數據塊參數而調用的。FC塊沒有指定的數據塊。按照S7的規劃，用戶程序塊放在功能塊FC50-FC120范圍內，并由OB1統一管理。所以，系統在安裝時首先要設計用戶程序塊。功能塊利用語句表STL編程設計之后，下載到整個機床的PLC中去，它與NC之間的數據交換通過雙端RAM實現。
四、系統的調試
在對機床的整體改造都完成后,就要接通電源進行機床的調試。在接通電源之前,一定要認真檢查電氣柜內以及機床本身所有的接線口，確定是否按改造設計正確接線。并且仔細檢查所有地線是否良好的接地。確保一切正常后方可通電。
在機床通電后，先讓機床空運行，觀察機床各部分的運行情況，檢查各個油路是否正常，有無漏油現象。檢查所有，冷卻，液壓等處是否正常。然后把機床操作面板上的所有輔助操作按鈕都試用一遍。在輔助功能沒問題的情況下，再進行機床參數設定的調試。先調整機床基本的機床數據;進而調整有關各個軸的編碼器和光柵尺數據，建立全閉環控制;然后檢查機床所有電機旋轉方向及運行情況是否正常。其次對各個軸的限位開關進行檢測，檢測限位開關是否正常。接下來檢驗機床上所有電磁閥得電是否正常；試驗主軸定向功能是否正常；主軸分度功能是否正常；主軸變檔功能是否正常；主軸松刀卡刀功能是否正常，最后調試各個軸的反向間隙誤差。
五、改造后的效果
德國十三米數控龍門銑床經過技術更新改造后，通過對產品的加工發現其生產加工能力較改造之前有個很大的提高，加工精度也超過了之前的機床。改造后的機床完全能夠滿足公司的加工使用要求。機床改造后的電器元件少了，電器柜的體積小了。改造后設備的故障率降低了很多，并很大程度上提高了機床的生產效率。這臺設備將會為車間以后的加工生產起到更大的作用。
參考文獻
在我國，數控技術與裝備的發展亦得到了高度重視，近年來取得了相當大的進步。特別是在通用微機數控領域，以PC平臺為基礎的國產數控系統，已經走在了世界前列。但是，我國在數控技術研究和產業發展方面亦存在不少問題，特別是在技術創新能力、商品化進程、市場占有率等方面情況尤為突出。在新世紀到來時，如何有效解決這些問題，使我國數控領域沿著可持續發展的道路，從整體上全面邁入世界先進行列，使我們在國際競爭中有舉足輕重的地位，將是數控研究開發部門和生產廠家所面臨的重要任務。
為完成此任務，首先必須確立符合中國國情的發展道路。為此，本文從總體戰略和技術路線兩個層次及數控系統、功能部件、數控整機等幾個具體方面探討了新世紀的發展途徑。
1 總體戰略
制定符合中國國情的總體發展戰略，對21世紀我國數控技術與產業的發展至關重要。通過對數控技術和產業發展趨勢的分析和對我國數控領域存在問題的研究，我們認為以科技創新為先導，以商品化為主干，以管理和營銷為重點，以技術支持和服務為后盾，堅持可持續發展道路將是一種符合我國國情的發展數控技術和產業的總體戰略。
1.1 以科技創新為先導
中國數控技術和產業經過40多年的發展，從無到有，從引進消化到擁有自己獨立的自主版權，取得了相當大的進步。但回顧這幾十年的發展，可以看到我們在數控領域的進步主要還是按國外一些模式，按部就班地發展，真正創新的成分不多。這種局面在發展初期的起步階段，是無可非議的。但到了世界數控強手如林的今天和知識經濟即將登上舞臺的新世紀，這一常規途徑就很難行通了。例如，在國外模擬伺服快過時時，我們開始搞模擬伺服，還沒等我們占穩市場，技術上就已經落后了；在國外將脈沖驅動的數字式伺服打入我國市場時，我們就跟著搞這類所謂的數字伺服，但至今沒形成大的市場規模；近來國外將數字式伺服發展到用網絡（通過光纜等）與數控裝置連接時，我們又跟著發展此類系統，前途仍不樂觀。這種老是跟在別人后面走，按國外已有控制和驅動模式來開發國產數控系統，在技術上難免要滯后，再加上國外公司在我國境內設立研究所和生產廠，實行就地開發、就地生產和就地銷售，使我們的產品在性能價格比上已越來越無多大優勢，因此要進一步擴大市場占有率，難度自然就很大了。
為改變這種現狀，我們必須深刻理解和認真落實“科學技術是第一生產力”的偉大論斷，大力加強數控領域的科技創新，努力研究具有中國特色的實用的先進數控技術，逐步建立自己獨立的、先進的技術體系。在此基礎上大力發展符合中國國情的數控產品，從而形成從數控系統、數控功能部件到種類齊全的數控機床整機的完整的產業體系。這樣，才不會被國外牽著鼻子，永遠受別人的制約，才有可能用先進、實用的數控產品去收復國內市場，打開國際市場，使中國的數控技術和數控產業在21世紀走在世界的前列。
1.2 在商品化上狠下工夫
近幾年我國數控產品雖然發展很快，但真正在市場上站住腳的卻不多。就數控系統而言，國產貨仍未真正被廣大機床廠所接受，因此出現國產數控系統用于舊機床改造的例子較多，而裝備新機床的卻很少，機床廠出產的國產數控機床大多數用的都是國外的系統。這當然不是說舊機床的數控化改造不重要，而是說明從商品的角度看，我們的數控系統與國外相比還存在相當大的差距。
影響數控系統和數控機床商品化的主要因素除技術性能和功能外，更重要的就是可靠性、穩定性和實用性。以往，一些數控技術和產品的研究、開發部門，所追求的往往是一些體現技術水平的指標（如多少通道、多少軸聯動、每分鐘多少米的進給速度等等），而對影響實用性的一些指標和一些小問題卻不太重視，在產品的穩定性、魯棒性、可靠性、實用性方面花的精力相對較少。從而出現某些產品鑒定時的水平都很高，甚至也獲各種大獎。但這些高指標、高性能的產品到用戶哪兒卻由于一些小問題而表現不盡人意，最后喪失了信譽，打不開市場。這說明，高指標、高性能的樣機型的產品離用戶真正需要的實用、可靠的商品是有相當大的距離的，將一個高指標、高性能的產品變為一個有市場的商品還需作出大量艱苦的努力。
另一方面，數控系統和數控機床不像家電類產品那樣易于大批量生產，應用環境也不那么簡單。數控產品是在生產環境中使用，面臨的是五花八門的工藝問題。如果開發部門對這些問題掌握得不透，就難以將產品設計得很完善。而且數控產品的某些問題在開發、試用，甚至鑒定時都難以發現。這就造成，同樣型號的數控機床在有的用戶那兒運行得很好，而在別的用戶那兒卻表現欠佳?；蛘咄瑯有吞柕臄悼貦C床用于加工某些零件工作得很好，但用于加工其他零件時卻不盡人意。出現這種情況，有時是用戶操作人員的水平問題，但有時就是數控產品本身潛在問題的暴露。為解決這一問題，國外一些公司設立了專門機構來測試考驗自己的產品，如為考驗新開發的數控系統，廠家自己設計和從生產實際中收集了大量零件程序，讓數控系統運行各種各樣的程序，一旦發現問題，即立即反饋給開發部門予以解決。經過這樣的測試考驗過程后，數控系統的潛在問題就大為減少。以往，我們的產品就很少進行這樣嚴格的全面的自我測試考驗。好些問題要等到用戶去給我們挑出來。這樣，即使一個小問題也將嚴重影響國產數控產品的聲譽。
因此，我們應充分重視上述問題，在商品化上切實狠下工夫，將其作為數控產業的主干來抓，貫穿于技術研究、產品開發、試制、生產等的全過程中，從而將我們已有的技術水平較高的數控產品變成真正有市場的好商品。
1.3 將管理和營銷作為產業發展重點
經過20來年市場風雨的沖擊，國人已越來越認識到，技術固然重要，但在市場經濟的環境下，要在激烈的全球競爭中獲勝，管理和營銷就顯得更為重要。例如，我國臺灣生產的數控機床不但占領了大陸市場的相當大的份額，而且還打進了美國市場。是臺灣數控機床的技術和質量超過美國了嗎？顯然不是。那他們靠的是什么？重要的一條就是在企業管理和產品營銷上下了工夫。而我們長期以來把主要精力放在開發技術和提高水平上，忽視了經營管理、市場開拓、產品營銷等方面的工作，結果在新技術、新產品開發出來以后，在產品質量提高以后，企業仍然處于產品銷售不暢的困境［1］。國內外的經驗說明，數控產品的競爭力不僅取決于技術，更取決于經營管理能力和營銷能力。
因此，從現在起我們應將管理和營銷作為產業發展重點，真正擺脫計劃經濟時代所遺留下來的思維方式和工作習慣的束縛，建立適應市場的高效、靈敏的運行機制和有效的激勵機制。通過這種機制，一方面切實加強企業管理，激發企業負責人和廣大職工的負責精神、創造精神和獻身精神，努力提高產品的競爭能力；另一方面充分調動企業內外、行業內外一切積極因素，大力加強市場開拓力度，奮力打通營銷渠道。可以堅信，有過硬競爭力的產品，再加上北京開關廠那樣的“找、掙、鉆、搶”精神，我們就一定能在市場競爭中取得勝利。
1.4 大力加強技術支持和服務
數控系統和數控機床作為典型的高技術產品，對用戶的技術支持和服務是相當重要的。以前國產數控產品喪失信譽的原因，除可靠性問題外，另一大問題就是缺乏有力的技術支持和服務。用戶花了很多錢買的數控機床或數控系統，一旦出現問題卻叫天天不應，叫地地不靈，以后誰還敢買我們的產品。因此，應將對用戶的技術支持和服務當成重要的日常工作來抓，使我們在市場上向縱深挺進時，有一個強大后方。因此，為了取得數控產品市場競爭的全面勝利，必須建立以技術支持和服務為核心的強大后方。當然，為贏得主動，后方也須主動出擊。目前，利用先進的信息技術手段（如網絡和多媒體），將為建立新一代立體化的技術支持和服務體系開辟新的途徑。
1.5 堅持可持續發展道路
可持續發展是下一世紀企業發展的重要戰略，我國數控產業要有大的發展也必須堅持走可持續發展的道路。綠色是實現可持續發展的重要途徑，其主要思想是清潔和節約。為此應大力加強綠色數控產品的開發，加速促進數控產品、數控產業以及整個制造業的綠色化，主要戰略措施應考慮以下幾方面：①有效減少產品制造及使用過程中的環境污染。如減少數控機床的鑄件結構，消除鑄造對環境的污染；將數控機床主軸的以油氣、噴油等取代油霧，減少對生產環境的污染；在精密數控機床及其運行環境的溫度控制中取消氟利昂制冷的恒溫技術；以電傳動代替機械傳動，減少噪聲污染。②大幅度降低資源消耗和能源消耗。如以軟件代替硬件，從而減少硬件制造的資源和能源消耗及污染，并減少產品壽命結束后硬件裝置的拆卸回收問題；以永磁驅動代替感應驅動，提高效率和功率因數，節約能源；以電傳動代替機械傳動，提高效率，減少能源消耗。③加強用數控技術改造傳統機床。這既符合運用信息技術和自動化技術改造傳統產業，使傳統產業生產技術和裝備現代化這一產業可持續發展的目標得以實現，又可取得巨大的經濟效益。我國擁有普通機床數百萬臺，加強用數控技術改造傳統機床將成為下世紀我國數控領域的重要發展方向。④大力發展綠色數控機床。綠色數控機床應是材料消耗少、能耗低、無污染，壽命長且便于拆卸回收的新型機床。例如，以并聯結構代替串聯結構就是開發綠色數控機床的一條途徑，這是因為并聯結構機床消耗的金屬材料僅為常規串聯結構機床的幾分之一，其加工量也比常規機床大幅度減少，特別是消除了大型結構件的鑄造，這將顯著降低機床制造過程中的能源消耗和對環境的污染。此外，并聯結構機床有利于采用電傳動，效率高，可有效降低使用中的能源消耗。
國際標準化組織制定了ISO14000環境管理標準，全球環境問題“法律化”的趨勢正在進一步發展，可持續發展將成為企業通向國際市場的通行證［2］。因此，我們的數控產品要在下一世紀走向國際市場，我們的企業就必須“從我做起，從現在做起”。
2 技術途徑
2.1 發展具有中國特色的新一代PC數控系統
數控系統是各類數控裝備的核心，因此通過科技創新首先發展具有中國特色的新型數控系統，將是推動數控產業化進程的有效技術途徑。
實踐證明，10年來我們所走的PC數控道路是完全正確的。PC機（包括工業PC）產量大、價格便宜，技術進步和性能提高很快，且可靠性高（工業PC主機的MTBF已達30年［3］）。因此，以其作為數控系統的軟硬件平臺不但可以大幅度提高數控系統的性能價格比，而且還可充分利用通用微機已有軟硬件資源和分享計算機領域的最新成果，如大容量存儲器、高分辨率彩色顯示器、多媒體信息交換、聯網通訊等。此外，以通用微機作為數控平臺還可獲得快速的技術進步，當PC機升級換代時，數控系統也可相應升級換代，從而長期保持技術上的優勢，在競爭中立于不敗之地。
目前，PC數控系統的體系結構有2種主要形式：（1）專用數控加PC前端的復合式結構；（2）通用PC加位控卡的遞階式結構。另外還有一種正在發展的數字化分布式結構。其方案是將由DSP等組成的數字式伺服通過以光纜等為介質的網絡與數控裝置連接起來，組成一完整的數控系統。這種系統雖然性能很好，但由于開發和生產成本太高，近期難以被國內廣大用戶所接受。我們認為，上述結構并不是符合中國國情的最好方案，適合中國國情的應是將所有數控功能全軟件化的集成式結構，因為這種結構的硬件規模最小，不但有利于降低系統成本，而且更重要的是可以有效提高系統的可靠性。
幾十年的經驗表明，可靠性好壞是國產數控系統能否發展的關鍵。雖然影響數控系統可靠性的因素很多，但過大的硬件規模和較低的硬件制造工藝水平往往對可靠性造成最大的威脅。以往，國產數控系統在總體設計時由于種種原因的限制，不得不選用技術指標不太高的普通CPU，這樣，為完成數控的復雜功能往往需要由多個CPU來組成系統，有時還需另加一些專用或通用硬件電路來實現數控系統的一些高實時性功能（如細插補、位置伺服控制等），從而造成系統硬件規模龐大。對于數控系統這種批量不大的產品，在國內現有工藝條件下，很難從硬件制造的角度保證系統的可靠性，因而使得國產數控系統在生產現場的表現不佳，對國產數控系統的形象和聲譽造成嚴重影響，使得不少用戶現在還心有余悸。
因此，我們在開發新型數控系統時，應優先選用新型高性能CPU（如高主頻的Pentium II、Pentium III等）作為系統的運算和控制核心，并盡量用軟件來實現數控的所有功能。這樣，可大幅度減小系統硬件的規模。此外，還應在軟件設計、電源設計、接插件設計與選用、接地與屏蔽設計和施工等方面采用強抗擾高可靠性設計與制造技術，從而全面提高系統的可靠性。
由于一個新型高性能CPU可以代替數十個普通CPU（如80286、80386等），因此，在基于高性能CPU的PC平臺上不僅可以完成數控系統的基本功能（如信息處理、刀補計算、插補計算、加減速控制等）和開關量控制功能（內裝PLC），而且還可以完成伺服控制功能。這樣，以前由DSP完成的數字化伺服控制功能（如位置控制、速度控制、矢量變換控制等）均可由PC中的CPU完成，從而實現內裝式伺服控制，這不僅有效縮小了數控部分的硬件規模，而且還大幅度縮小了伺服控制部分硬件規模。
這種具有內裝PLC和內裝伺服控制的全軟件化集成式數控系統，其硬件規模將達到最小化，整個數控系統除一個PC平臺外，剩下的只有驅動機床運動的功率接口和反饋接口。這既有效提高了系統可靠性，又消除了信息傳遞瓶頸，提高了系統性能，同時還可顯著降低系統成本，使系統（包括電機）售價將可降至現有數控系統的一半左右。顯然，這種高性能、高可靠性、低成本的新型數控系統將具有極強的競爭力，有望為開創中國數控的新局面作出貢獻。
此外，集成化PC數控系統還有一大優點，就是容易實現開放式結構。這是因為，這種系統的硬件本身已經是完全開放的，構成開放式數控系統的工作完全在軟件上，只要制定好標準和協議，從信息處理、軌跡插補、加減速控制、開關量控制到伺服控制都可以實現開放，從而可大大方便用戶的使用。
2.2 推進數控功能部件的專業化生產
解決數控系統問題后，如何實現數控機床的模塊化設計與制造便是我國機床制造企業快速響應市場需求，在競爭中獲勝的另一關鍵。要實現數控機床的模塊化設計制造，必須解決數控機床功能部件的專業化生產問題。目前我國在這方面離實際需求還有相當大的差距。因此，在今后的若干年內，我們必須大力促進數控機床功能部件的開發和專業化生產。其要點如下：
(1)新型永磁電主軸單元 電主軸已成為國際市場上最熱門的數控機床功能部件。但目前這類產品幾乎都為感應異步型，存在以下突出問題：①轉子上存在繞組，有大電流流過，因此轉子發熱嚴重，直接影響主軸精度；②低速出力小且轉矩脈動大，難以滿足寬范圍切削要求；③效率和功率因素低，不僅電機體積和重量大而且要求逆變器容量大、耗能多；④控制系統復雜、成本高。
因此，利用我國稀土永磁材料的優勢，開發新型大功率、高效率、寬調速范圍永磁同步型交流電主軸單元，將可有效解決現有電主軸存在的問題，形成具有中國特色的新一代電主軸產品。由于永磁電主軸的機械結構和控制系統都較感應異步型電主軸簡單，因此易于進行專業化大規模生產。當然，這還要攻克主軸支承（陶瓷軸承、流體動靜壓軸承、磁懸浮軸承）技術、高精度高速動平衡技術、高速驅動、檢測與控制技術、高可靠性安全保證技術等關鍵技術。
(2)廉價的高性能伺服系統 目前，一套進給交流伺服系統（驅動器+電機）的價格一般都在萬元以上，主軸伺服系統的價格高達數萬元，已成為降低國產數控機床成本的一大障礙。因此，應配合新型集成化國產數控系統的發展，大力開發廉價的高性能內裝式伺服系統。由于內裝式伺服的硬件部分只有電機和功率接口，充分利用我國的永磁資源優勢，通過專業化生產可以把電機的造價降下來，而采用智能化的IPM模塊作為功率接口也很便宜，因此將內裝式進給伺服的價格控制在數千元以內，將內裝式主軸伺服的價格控制在2萬元以內，將是完全可能的。
(3)直線交流伺服系統 直線交流伺服系統是下一世紀數控機床不可缺少的功能部件，目前我國還沒有成熟產品，因此應加強研究、開發和推廣應用。考慮到常規機床的防磁問題較難解決，而并聯機床的防磁相對容易，因此可為常規結構機床開發感應異步型直線電機，為并聯結構機床開發永磁同步型直線電機，從而揚長避短，構成符合實際應用要求的新型高速高精度進給系統。在此基礎上，可進一步開發將驅動與支承合二為一的磁懸浮工作臺。
(4)零傳動數控轉臺與擺頭 數控轉臺與擺頭是多坐標數控機床的關鍵部件，傳統的采用高精度蝸桿蝸輪等傳動的轉臺與擺頭不僅制造難度大、成本高，而且難以達到高速加工所需的速度和精度，因而必須另辟蹊徑開發新型零傳動（無機械傳動鏈）數控轉臺和擺頭，以促進我國高速高精度多坐標數控機床的發展。
(5)高速高精度檢測裝置 高速高精度是下世紀數控機床發展的主題，這不但需要高性能的控制和驅動，同時還需要高品質的檢測環節，因此應在現有技術基礎上，進一步開發0.1 μm以上精度的高速(60 m/min以上)線位移傳感器和100萬脈沖/r的角位移傳感器，此類技術國外對我國是封鎖的。
2.3 加速數控機床的全國產化，打好市場翻身仗
數控產業化的最終成功將體現在數控機床的全國產化和市場占有率上。在上述總體戰略指導下，采取抓兩頭（低價位數控機床和高速高效數控機床）、帶中間（普通數控機床）、促重型（重型關鍵裝備）的方針，將是在國內市場上快速收復失地，在國際市場上穩步進軍，最終打贏國產數控機床市場翻身仗的一種有效戰術和策略。關于普通數控機床的發展已有許多文章作了專門論述，因此下面僅就低價位數控機床、高速高效數控機床和重型數控機床的發展問題作一討論。
(1)大力發展低價位數控機床 低價位機床是功能滿足用戶要求(無功能浪費)、技術指標適中、可靠性好、價格便宜的普及型數控機床。這類機床已成為國際市場上數控機床的發展趨勢之一，也是國內眾多用戶渴求的產品，其市場前景相當廣闊。然而，如果采用國外數控系統（包括伺服）按照傳統思路來發展低價位機床，是很難將價格降至廣大用戶所能接受的水平的。因此，采用本文提出的新型集成化國產數控系統來發展高性能的低價位數控機床，將是一條最有希望成功的道路。只要有一定批量，由此構成的全國產普及型數控車床的售價完全可以控制在10萬元以內，三坐標數控銑床可控制在15萬元左右，加工中心可控制在20萬元左右。此價位的國產數控機床將是具有較強競爭力的。
(2)加速開發高速高效數控機床 高速高效是數控機床發展的另一大潮流。發展高速高效數控機床的技術途徑可有以下幾條：①通過提高切削速度和進給速度，從而達到成倍提高生產效率，有效提高零件的表面加工質量和加工精度并解決常規加工難以解決的某些特殊材料（如鋁鈦合金、模具鋼、淬硬鋼）和特殊形狀零件（如復雜薄壁零件）的高效加工問題。②通過工藝復合，減少工件的安裝次數，有效縮短搬運和裝夾時間。例如，將五面五軸加工中心與立車復合構成萬能加工中心，可實現一次裝卡完成零件的大部分（或全部）加工。③采用高速高精度圓周銑加工孔和以螺旋軌跡插補實現不鉆底孔的直接攻絲等新加工方法，大幅度減少換刀次數，提高加工效率。④為數控機床開發智能尋位加工功能，消除對精密夾具和人工找正的依賴，有效縮短單件小批加工的準備時間。
在我國現實條件下如果沿用傳統思路是難以實現上述途徑的，因此，必須立足國情，結合實際勇于創新，大膽探索新的道路。 考慮到常規數控機床在總體結構上基本上采用工件和刀具沿各自導軌共同運動的方案，一方面由于機床傳動環節剛性不足和導軌中的摩擦阻力較大，使運動部件難以獲得高的進給速度；另一方面由于工件、夾具和工作臺的總質量比較大，使之難以獲得高的加速度。此外，傳統機床結構是一種串聯開鏈結構，組成環節多、結構復雜，并且由于存在懸臂部件和環節間的聯接間隙，不容易獲得高的總體剛度，因此難以適應高速高效加工的特殊要求。為此，開發國產高速高效數控機床時，可采用工件固定，以直線電機組成并聯短鏈直接驅動主軸和刀具運動、將高速高精度傳動與高剛度支撐合二為一的適合于高速高效加工中心的新型結構。采用該結構的高速高效數控機床不但速度高、剛度高，如果在傳動與控制上處理得當，可以達到比常規機床更高的加工精度和加工質量，而且具有機械結構簡單，零部件通用化、標準化程度高，制造成本低，易于經濟化批量生產等顯著優點。因此，沿此思路發展高速高效數控機床將是一條符合國情、易于取得成功的道路。
(3)突破重型數控機床的設計制造技術 重型數控機床（特別是多坐標重型數控機床）是國民經濟和國防生產中的重大關鍵設備，屬于戰略物資，真正先進的重型數控機床國外是不可能賣給我們的，因此，在我國下世紀數控產品的發展中必須依靠自己的力量進行解決。發展重型數控機床必須有過硬的基礎，我們在數控機床國產化的進程中應不斷總結經驗，加強基礎技術和關鍵技術研究，充分發揮我國產學研相結合的優勢，各部門通力合作、共同努力，爭取在下世紀初取得突破性進展。
目前，在發展重型數控機床中除需加強基礎理論研究外，還應加強其關鍵技術研究。例如，重型機床的控制就是需要加以特殊解決的關鍵問題。因重型機床加工的工件特別昂貴不允許報廢，為了確保機床工作可靠，在數控系統中可采用雙（或多）CPU冗余工作方案，以確保運算和控制的絕對正確，并在出現故障時自動診斷、自動修復或自動替補，確保加工不出問題。此外，在電源上可采取雙蓄電池供電的全隔離供電方案，即一組電池在給系統供電時，可對另一組電池進行充電，電網與控制系統是完全隔離的。這就徹底消除了重型車間中電網電壓波動厲害、干擾嚴重對數控系統造成的影響，從而有效保證系統的可靠性。又如，重型數控機床的驅動也是一大關鍵問題。當行程長度超過5 m，普通滾珠絲桿就難以勝任大負荷的傳動，因此目前一般采用預加負載的雙齒輪-齒條機構、靜壓蝸桿-蝸母條機構、四足（或雙足）爬行進給機構等來實現長行程傳動。但這些方案存在結構復雜、速度和加速度低、動態性能差、難以達到高精度、維護保養復雜等問題。為此可發展陣列式高效直線電機直接驅動技術和空間并聯機構驅動技術，以新的途徑來解決重型數控機床的高速、高精度驅動問題。除此之外，機床結構的優化設計、長行程精密檢測、重力變形補償、切削力變形補償、熱變形補償等也是重型數控機床中必須解決的關鍵問題，必須予以充分重視。
3 結語
制定符合中國國情的總體發展戰略，確立與國際接軌的發展道路，對21世紀我國數控技術與產業的發展至關重要。本文在對數控技術和產業發展趨勢的分析，對我國數控領域存在的問題進行研究的基礎上，對21世紀我國數控技術和產業的發展途徑進行了探討，提出了以科技創新為先導，以商品化為主干，以管理和營銷為重點，以技術支持和服務為后盾，堅持可持續發展道路的總體發展戰略。在此基礎上，研究了發展新型數控系統、數控功能部件、數控機床整機等的具體技術途徑。
我們衷心希望，我國科技界、產業界和教育界通力合作，把握好知識經濟給我們帶來的難得機遇，迎接競爭全球化帶來的嚴峻挑戰，為在21世紀使我國數控技術和產業走向世界的前列，使我國經濟繼續保持強勁的發展勢頭而共同努力奮斗！
作者簡介
周 凱 男，1954年生。清華大學（北京市 100084）精密儀器與機械學系副教授、工學博士。主要從事數控技術、機電控制工程、制造科學與制造系統等方面的研究工作。取得科研成果15項。70余篇。
參考文獻1 楊皖蘇，嚴鴻和.機械科學與技術，1997，26(4):1～6
在我國，數控技術與裝備的發展亦得到了高度重視，近年來取得了相當大的進步。特別是在通用微機數控領域，以PC平臺為基礎的國產數控系統，已經走在了世界前列。但是，我國在數控技術研究和產業發展方面亦存在不少問題，特別是在技術創新能力、商品化進程、市場占有率等方面情況尤為突出。在新世紀到來時，如何有效解決這些問題，使我國數控領域沿著可持續發展的道路，從整體上全面邁入世界先進行列，使我們在國際競爭中有舉足輕重的地位，將是數控研究開發部門和生產廠家所面臨的重要任務。
為完成此任務，首先必須確立符合中國國情的發展道路。為此，本文從總體戰略和技術路線兩個層次及數控系統、功能部件、數控整機等幾個具體方面探討了新世紀的發展途徑。
1總體戰略
制定符合中國國情的總體發展戰略，對21世紀我國數控技術與產業的發展至關重要。通過對數控技術和產業發展趨勢的分析和對我國數控領域存在問題的研究，我們認為以科技創新為先導，以商品化為主干，以管理和營銷為重點，以技術支持和服務為后盾，堅持可持續發展道路將是一種符合我國國情的發展數控技術和產業的總體戰略。
1.1以科技創新為先導
中國數控技術和產業經過40多年的發展，從無到有，從引進消化到擁有自己獨立的自主版權，取得了相當大的進步。但回顧這幾十年的發展，可以看到我們在數控領域的進步主要還是按國外一些模式，按部就班地發展，真正創新的成分不多。這種局面在發展初期的起步階段，是無可非議的。但到了世界數控強手如林的今天和知識經濟即將登上舞臺的新世紀，這一常規途徑就很難行通了。例如，在國外模擬伺服快過時時，我們開始搞模擬伺服，還沒等我們占穩市場，技術上就已經落后了；在國外將脈沖驅動的數字式伺服打入我國市場時，我們就跟著搞這類所謂的數字伺服，但至今沒形成大的市場規模；近來國外將數字式伺服發展到用網絡（通過光纜等）與數控裝置連接時，我們又跟著發展此類系統，前途仍不樂觀。這種老是跟在別人后面走，按國外已有控制和驅動模式來開發國產數控系統，在技術上難免要滯后，再加上國外公司在我國境內設立研究所和生產廠，實行就地開發、就地生產和就地銷售，使我們的產品在性能價格比上已越來越無多大優勢，因此要進一步擴大市場占有率，難度自然就很大了。
為改變這種現狀，我們必須深刻理解和認真落實“科學技術是第一生產力”的偉大論斷，大力加強數控領域的科技創新，努力研究具有中國特色的實用的先進數控技術，逐步建立自己獨立的、先進的技術體系。在此基礎上大力發展符合中國國情的數控產品，從而形成從數控系統、數控功能部件到種類齊全的數控機床整機的完整的產業體系。這樣，才不會被國外牽著鼻子，永遠受別人的制約，才有可能用先進、實用的數控產品去收復國內市場，打開國際市場，使中國的數控技術和數控產業在21世紀走在世界的前列。
1.2在商品化上狠下工夫
近幾年我國數控產品雖然發展很快，但真正在市場上站住腳的卻不多。就數控系統而言，國產貨仍未真正被廣大機床廠所接受，因此出現國產數控系統用于舊機床改造的例子較多，而裝備新機床的卻很少，機床廠出產的國產數控機床大多數用的都是國外的系統。這當然不是說舊機床的數控化改造不重要，而是說明從商品的角度看，我們的數控系統與國外相比還存在相當大的差距。
影響數控系統和數控機床商品化的主要因素除技術性能和功能外，更重要的就是可靠性、穩定性和實用性。以往，一些數控技術和產品的研究、開發部門，所追求的往往是一些體現技術水平的指標（如多少通道、多少軸聯動、每分鐘多少米的進給速度等等），而對影響實用性的一些指標和一些小問題卻不太重視，在產品的穩定性、魯棒性、可靠性、實用性方面花的精力相對較少。從而出現某些產品鑒定時的水平都很高，甚至也獲各種大獎。但這些高指標、高性能的產品到用戶哪兒卻由于一些小問題而表現不盡人意，最后喪失了信譽，打不開市場。這說明，高指標、高性能的樣機型的產品離用戶真正需要的實用、可靠的商品是有相當大的距離的，將一個高指標、高性能的產品變為一個有市場的商品還需作出大量艱苦的努力。
另一方面，數控系統和數控機床不像家電類產品那樣易于大批量生產，應用環境也不那么簡單。數控產品是在生產環境中使用，面臨的是五花八門的工藝問題。如果開發部門對這些問題掌握得不透，就難以將產品設計得很完善。而且數控產品的某些問題在開發、試用，甚至鑒定時都難以發現。這就造成，同樣型號的數控機床在有的用戶那兒運行得很好，而在別的用戶那兒卻表現欠佳?；蛘咄瑯有吞柕臄悼貦C床用于加工某些零件工作得很好，但用于加工其他零件時卻不盡人意。出現這種情況，有時是用戶操作人員的水平問題，但有時就是數控產品本身潛在問題的暴露。為解決這一問題，國外一些公司設立了專門機構來測試考驗自己的產品，如為考驗新開發的數控系統，廠家自己設計和從生產實際中收集了大量零件程序，讓數控系統運行各種各樣的程序，一旦發現問題，即立即反饋給開發部門予以解決。經過這樣的測試考驗過程后，數控系統的潛在問題就大為減少。以往，我們的產品就很少進行這樣嚴格的全面的自我測試考驗。好些問題要等到用戶去給我們挑出來。這樣，即使一個小問題也將嚴重影響國產數控產品的聲譽。
因此，我們應充分重視上述問題，在商品化上切實狠下工夫，將其作為數控產業的主干來抓，貫穿于技術研究、產品開發、試制、生產等的全過程中，從而將我們已有的技術水平較高的數控產品變成真正有市場的好商品。
1.3將管理和營銷作為產業發展重點
經過20來年市場風雨的沖擊，國人已越來越認識到，技術固然重要，但在市場經濟的環境下，要在激烈的全球競爭中獲勝，管理和營銷就顯得更為重要。例如，我國臺灣生產的數控機床不但占領了大陸市場的相當大的份額，而且還打進了美國市場。是臺灣數控機床的技術和質量超過美國了嗎？顯然不是。那他們靠的是什么？重要的一條就是在企業管理和產品營銷上下了工夫。而我們長期以來把主要精力放在開發技術和提高水平上，忽視了經營管理、市場開拓、產品營銷等方面的工作，結果在新技術、新產品開發出來以后，在產品質量提高以后，企業仍然處于產品銷售不暢的困境［1］。國內外的經驗說明，數控產品的競爭力不僅取決于技術，更取決于經營管理能力和營銷能力。
因此，從現在起我們應將管理和營銷作為產業發展重點，真正擺脫計劃經濟時代所遺留下來的思維方式和工作習慣的束縛，建立適應市場的高效、靈敏的運行機制和有效的激勵機制。通過這種機制，一方面切實加強企業管理，激發企業負責人和廣大職工的負責精神、創造精神和獻身精神，努力提高產品的競爭能力；另一方面充分調動企業內外、行業內外一切積極因素，大力加強市場開拓力度，奮力打通營銷渠道?？梢詧孕?，有過硬競爭力的產品，再加上北京開關廠那樣的“找、掙、鉆、搶”精神，我們就一定能在市場競爭中取得勝利。
1.4大力加強技術支持和服務
數控系統和數控機床作為典型的高技術產品，對用戶的技術支持和服務是相當重要的。以前國產數控產品喪失信譽的原因，除可靠性問題外，另一大問題就是缺乏有力的技術支持和服務。用戶花了很多錢買的數控機床或數控系統，一旦出現問題卻叫天天不應，叫地地不靈，以后誰還敢買我們的產品。因此，應將對用戶的技術支持和服務當成重要的日常工作來抓，使我們在市場上向縱深挺進時，有一個強大后方。因此，為了取得數控產品市場競爭的全面勝利，必須建立以技術支持和服務為核心的強大后方。當然，為贏得主動，后方也須主動出擊。目前，利用先進的信息技術手段（如網絡和多媒體），將為建立新一代立體化的技術支持和服務體系開辟新的途徑。
1.5堅持可持續發展道路
可持續發展是下一世紀企業發展的重要戰略，我國數控產業要有大的發展也必須堅持走可持續發展的道路。綠色是實現可持續發展的重要途徑，其主要思想是清潔和節約。為此應大力加強綠色數控產品的開發，加速促進數控產品、數控產業以及整個制造業的綠色化，主要戰略措施應考慮以下幾方面：①有效減少產品制造及使用過程中的環境污染。如減少數控機床的鑄件結構，消除鑄造對環境的污染；將數控機床主軸的以油氣、噴油等取代油霧，減少對生產環境的污染；在精密數控機床及其運行環境的溫度控制中取消氟利昂制冷的恒溫技術；以電傳動代替機械傳動，減少噪聲污染。②大幅度降低資源消耗和能源消耗。如以軟件代替硬件，從而減少硬件制造的資源和能源消耗及污染，并減少產品壽命結束后硬件裝置的拆卸回收問題；以永磁驅動代替感應驅動，提高效率和功率因數，節約能源；以電傳動代替機械傳動，提高效率，減少能源消耗。③加強用數控技術改造傳統機床。這既符合運用信息技術和自動化技術改造傳統產業，使傳統產業生產技術和裝備現代化這一產業可持續發展的目標得以實現，又可取得巨大的經濟效益。我國擁有普通機床數百萬臺，加強用數控技術改造傳統機床將成為下世紀我國數控領域的重要發展方向。④大力發展綠色數控機床。綠色數控機床應是材料消耗少、能耗低、無污染，壽命長且便于拆卸回收的新型機床。例如，以并聯結構代替串聯結構就是開發綠色數控機床的一條途徑，這是因為并聯結構機床消耗的金屬材料僅為常規串聯結構機床的幾分之一，其加工量也比常規機床大幅度減少，特別是消除了大型結構件的鑄造，這將顯著降低機床制造過程中的能源消耗和對環境的污染。此外，并聯結構機床有利于采用電傳動，效率高，可有效降低使用中的能源消耗。
國際標準化組織制定了ISO14000環境管理標準，全球環境問題“法律化”的趨勢正在進一步發展，可持續發展將成為企業通向國際市場的通行證［2］。因此，我們的數控產品要在下一世紀走向國際市場，我們的企業就必須“從我做起，從現在做起”。
2技術途徑
2.1發展具有中國特色的新一代PC數控系統
數控系統是各類數控裝備的核心，因此通過科技創新首先發展具有中國特色的新型數控系統，將是推動數控產業化進程的有效技術途徑。
實踐證明，10年來我們所走的PC數控道路是完全正確的。PC機（包括工業PC）產量大、價格便宜，技術進步和性能提高很快，且可靠性高（工業PC主機的MTBF已達30年［3］）。因此，以其作為數控系統的軟硬件平臺不但可以大幅度提高數控系統的性能價格比，而且還可充分利用通用微機已有軟硬件資源和分享計算機領域的最新成果，如大容量存儲器、高分辨率彩色顯示器、多媒體信息交換、聯網通訊等。此外，以通用微機作為數控平臺還可獲得快速的技術進步，當PC機升級換代時，數控系統也可相應升級換代，從而長期保持技術上的優勢，在競爭中立于不敗之地。
目前，PC數控系統的體系結構有2種主要形式：（1）專用數控加PC前端的復合式結構；（2）通用PC加位控卡的遞階式結構。另外還有一種正在發展的數字化分布式結構。其方案是將由DSP等組成的數字式伺服通過以光纜等為介質的網絡與數控裝置連接起來，組成一完整的數控系統。這種系統雖然性能很好，但由于開發和生產成本太高，近期難以被國內廣大用戶所接受。我們認為，上述結構并不是符合中國國情的最好方案，適合中國國情的應是將所有數控功能全軟件化的集成式結構，因為這種結構的硬件規模最小，不但有利于降低系統成本，而且更重要的是可以有效提高系統的可靠性。
幾十年的經驗表明，可靠性好壞是國產數控系統能否發展的關鍵。雖然影響數控系統可靠性的因素很多，但過大的硬件規模和較低的硬件制造工藝水平往往對可靠性造成最大的威脅。以往，國產數控系統在總體設計時由于種種原因的限制，不得不選用技術指標不太高的普通CPU，這樣，為完成數控的復雜功能往往需要由多個CPU來組成系統，有時還需另加一些專用或通用硬件電路來實現數控系統的一些高實時（如細插補、位置伺服控制等），從而造成系統硬件規模龐大。對于數控系統這種批量不大的產品，在國內現有工藝條件下，很難從硬件制造的角度保證系統的可靠性，因而使得國產數控系統在生產現場的表現不佳，對國產數控系統的形象和聲譽造成嚴重影響，使得不少用戶現在還心有余悸。
因此，我們在開發新型數控系統時，應優先選用新型高性能CPU（如高主頻的PentiumII、PentiumIII等）作為系統的運算和控制核心，并盡量用軟件來實現數控的所有功能。這樣，可大幅度減小系統硬件的規模。此外，還應在軟件設計、電源設計、接插件設計與選用、接地與屏蔽設計和施工等方面采用強抗擾高可靠性設計與制造技術，從而全面提高系統的可靠性。
由于一個新型高性能CPU可以代替數十個普通CPU（如80286、80386等），因此，在基于高性能CPU的PC平臺上不僅可以完成數控系統的基本功能（如信息處理、刀補計算、插補計算、加減速控制等）和開關量控制功能（內裝PLC），而且還可以完成伺服控制功能。這樣，以前由DSP完成的數字化伺服控制功能（如位置控制、速度控制、矢量變換控制等）均可由PC中的CPU完成，從而實現內裝式伺服控制，這不僅有效縮小了數控部分的硬件規模，而且還大幅度縮小了伺服控制部分硬件規模。
這種具有內裝PLC和內裝伺服控制的全軟件化集成式數控系統，其硬件規模將達到最小化，整個數控系統除一個PC平臺外，剩下的只有驅動機床運動的功率接口和反饋接口。這既有效提高了系統可靠性，又消除了信息傳遞瓶頸，提高了系統性能，同時還可顯著降低系統成本，使系統（包括電機）售價將可降至現有數控系統的一半左右。顯然，這種高性能、高可靠性、低成本的新型數控系統將具有極強的競爭力，有望為開創中國數控的新局面作出貢獻。
此外，集成化PC數控系統還有一大優點，就是容易實現開放式結構。這是因為，這種系統的硬件本身已經是完全開放的，構成開放式數控系統的工作完全在軟件上，只要制定好標準和協議，從信息處理、軌跡插補、加減速控制、開關量控制到伺服控制都可以實現開放，從而可大大方便用戶的使用。
2.2推進數控功能部件的專業化生產
解決數控系統問題后，如何實現數控機床的模塊化設計與制造便是我國機床制造企業快速響應市場需求，在競爭中獲勝的另一關鍵。要實現數控機床的模塊化設計制造，必須解決數控機床功能部件的專業化生產問題。目前我國在這方面離實際需求還有相當大的差距。因此，在今后的若干年內，我們必須大力促進數控機床功能部件的開發和專業化生產。其要點如下：
(1)新型永磁電主軸單元電主軸已成為國際市場上最熱門的數控機床功能部件。但目前這類產品幾乎都為感應異步型，存在以下突出問題：①轉子上存在繞組，有大電流流過，因此轉子發熱嚴重，直接影響主軸精度；②低速出力小且轉矩脈動大，難以滿足寬范圍切削要求；③效率和功率因素低，不僅電機體積和重量大而且要求逆變器容量大、耗能多；④控制系統復雜、成本高。
因此，利用我國稀土永磁材料的優勢，開發新型大功率、高效率、寬調速范圍永磁同步型交流電主軸單元，將可有效解決現有電主軸存在的問題，形成具有中國特色的新一代電主軸產品。由于永磁電主軸的機械結構和控制系統都較感應異步型電主軸簡單，因此易于進行專業化大規模生產。當然，這還要攻克主軸支承（陶瓷軸承、流體動靜壓軸承、磁懸浮軸承）技術、高精度高速動平衡技術、高速驅動、檢測與控制技術、高可靠性安全保證技術等關鍵技術。
(2)廉價的高性能伺服系統目前，一套進給交流伺服系統（驅動器+電機）的價格一般都在萬元以上，主軸伺服系統的價格高達數萬元，已成為降低國產數控機床成本的一大障礙。因此，應配合新型集成化國產數控系統的發展，大力開發廉價的高性能內裝式伺服系統。由于內裝式伺服的硬件部分只有電機和功率接口，充分利用我國的永磁資源優勢，通過專業化生產可以把電機的造價降下來，而采用智能化的IPM模塊作為功率接口也很便宜，因此將內裝式進給伺服的價格控制在數千元以內，將內裝式主軸伺服的價格控制在2萬元以內，將是完全可能的。
(3)直線交流伺服系統直線交流伺服系統是下一世紀數控機床不可缺少的功能部件，目前我國還沒有成熟產品，因此應加強研究、開發和推廣應用?？紤]到常規機床的防磁問題較難解決，而并聯機床的防磁相對容易，因此可為常規結構機床開發感應異步型直線電機，為并聯結構機床開發永磁同步型直線電機，從而揚長避短，構成符合實際應用要求的新型高速高精度進給系統。在此基礎上，可進一步開發將驅動與支承合二為一的磁懸浮工作臺。
(4)零傳動數控轉臺與擺頭數控轉臺與擺頭是多坐標數控機床的關鍵部件，傳統的采用高精度蝸桿蝸輪等傳動的轉臺與擺頭不僅制造難度大、成本高，而且難以達到高速加工所需的速度和精度，因而必須另辟蹊徑開發新型零傳動（無機械傳動鏈）數控轉臺和擺頭，以促進我國高速高精度多坐標數控機床的發展。
(5)高速高精度檢測裝置高速高精度是下世紀數控機床發展的主題，這不但需要高性能的控制和驅動，同時還需要高品質的檢測環節，因此應在現有技術基礎上，進一步開發0.1μm以上精度的高速(60m/min以上)線位移傳感器和100萬脈沖/r的角位移傳感器，此類技術國外對我國是封鎖的。
2.3加速數控機床的全國產化，打好市場翻身仗
數控產業化的最終成功將體現在數控機床的全國產化和市場占有率上。在上述總體戰略指導下，采取抓兩頭（低價位數控機床和高速高效數控機床）、帶中間（普通數控機床）、促重型（重型關鍵裝備）的方針，將是在國內市場上快速收復失地，在國際市場上穩步進軍，最終打贏國產數控機床市場翻身仗的一種有效戰術和策略。關于普通數控機床的發展已有許多文章作了專門論述，因此下面僅就低價位數控機床、高速高效數控機床和重型數控機床的發展問題作一討論。
(1)大力發展低價位數控機床低價位機床是功能滿足用戶要求(無功能浪費)、技術指標適中、可靠性好、價格便宜的普及型數控機床。這類機床已成為國際市場上數控機床的發展趨勢之一，也是國內眾多用戶渴求的產品，其市場前景相當廣闊。然而，如果采用國外數控系統（包括伺服）按照傳統思路來發展低價位機床，是很難將價格降至廣大用戶所能接受的水平的。因此，采用本文提出的新型集成化國產數控系統來發展高性能的低價位數控機床，將是一條最有希望成功的道路。只要有一定批量，由此構成的全國產普及型數控車床的售價完全可以控制在10萬元以內，三坐標數控銑床可控制在15萬元左右，加工中心可控制在20萬元左右。此價位的國產數控機床將是具有較強競爭力的。
(2)加速開發高速高效數控機床高速高效是數控機床發展的另一大潮流。發展高速高效數控機床的技術途徑可有以下幾條：①通過提高切削速度和進給速度，從而達到成倍提高生產效率，有效提高零件的表面加工質量和加工精度并解決常規加工難以解決的某些特殊材料（如鋁鈦合金、模具鋼、淬硬鋼）和特殊形狀零件（如復雜薄壁零件）的高效加工問題。②通過工藝復合，減少工件的安裝次數，有效縮短搬運和裝夾時間。例如，將五面五軸加工中心與立車復合構成萬能加工中心，可實現一次裝卡完成零件的大部分（或全部）加工。③采用高速高精度圓周銑加工孔和以螺旋軌跡插補實現不鉆底孔的直接攻絲等新加工方法，大幅度減少換刀次數，提高加工效率。④為數控機床開發智能尋位加工功能，消除對精密夾具和人工找正的依賴，有效縮短單件小批加工的準備時間。
在我國現實條件下如果沿用傳統思路是難以實現上述途徑的，因此，必須立足國情，結合實際勇于創新，大膽探索新的道路?？紤]到常規數控機床在總體結構上基本上采用工件和刀具沿各自導軌共同運動的方案，一方面由于機床傳動環節剛性不足和導軌中的摩擦阻力較大，使運動部件難以獲得高的進給速度；另一方面由于工件、夾具和工作臺的總質量比較大，使之難以獲得高的加速度。此外，傳統機床結構是一種串聯開鏈結構，組成環節多、結構復雜，并且由于存在懸臂部件和環節間的聯接間隙，不容易獲得高的總體剛度，因此難以適應高速高效加工的特殊要求。為此，開發國產高速高效數控機床時，可采用工件固定，以直線電機組成并聯短鏈直接驅動主軸和刀具運動、將高速高精度傳動與高剛度支撐合二為一的適合于高速高效加工中心的新型結構。采用該結構的高速高效數控機床不但速度高、剛度高，如果在傳動與控制上處理得當，可以達到比常規機床更高的加工精度和加工質量，而且具有機械結構簡單，零部件通用化、標準化程度高，制造成本低，易于經濟化批量生產等顯著優點。因此，沿此思路發展高速高效數控機床將是一條符合國情、易于取得成功的道路。
(3)突破重型數控機床的設計制造技術重型數控機床（特別是多坐標重型數控機床）是國民經濟和國防生產中的重大關鍵設備，屬于戰略物資，真正先進的重型數控機床國外是不可能賣給我們的，因此，在我國下世紀數控產品的發展中必須依靠自己的力量進行解決。發展重型數控機床必須有過硬的基礎，我們在數控機床國產化的進程中應不斷總結經驗，加強基礎技術和關鍵技術研究，充分發揮我國產學研相結合的優勢，各部門通力合作、共同努力，爭取在下世紀初取得突破性進展。
目前，在發展重型數控機床中除需加強基礎理論研究外，還應加強其關鍵技術研究。例如，重型機床的控制就是需要加以特殊解決的關鍵問題。因重型機床加工的工件特別昂貴不允許報廢，為了確保機床工作可靠，在數控系統中可采用雙（或多）CPU冗余工作方案，以確保運算和控制的絕對正確，并在出現故障時自動診斷、自動修復或自動替補，確保加工不出問題。此外，在電源上可采取雙蓄電池供電的全隔離供電方案，即一組電池在給系統供電時，可對另一組電池進行充電，電網與控制系統是完全隔離的。這就徹底消除了重型車間中電網電壓波動厲害、干擾嚴重對數控系統造成的影響，從而有效保證系統的可靠性。又如，重型數控機床的驅動也是一大關鍵問題。當行程長度超過5m，普通滾珠絲桿就難以勝任大負荷的傳動，因此目前一般采用預加負載的雙齒輪-齒條機構、靜壓蝸桿-蝸母條機構、四足（或雙足）爬行進給機構等來實現長行程傳動。但這些方案存在結構復雜、速度和加速度低、動態性能差、難以達到高精度、維護保養復雜等問題。為此可發展陣列式高效直線電機直接驅動技術和空間并聯機構驅動技術，以新的途徑來解決重型數控機床的高速、高精度驅動問題。除此之外，機床結構的優化設計、長行程精密檢測、重力變形補償、切削力變形補償、熱變形補償等也是重型數控機床中必須解決的關鍵問題，必須予以充分重視。
3結語
制定符合中國國情的總體發展戰略，確立與國際接軌的發展道路，對21世紀我國數控技術與產業的發展至關重要。本文在對數控技術和產業發展趨勢的分析，對我國數控領域存在的問題進行研究的基礎上，對21世紀我國數控技術和產業的發展途徑進行了探討，提出了以科技創新為先導，以商品化為主干，以管理和營銷為重點，以技術支持和服務為后盾，堅持可持續發展道路的總體發展戰略。在此基礎上，研究了發展新型數控系統、數控功能部件、數控機床整機等的具體技術途徑。
我們衷心希望，我國科技界、產業界和教育界通力合作，把握好知識經濟給我們帶來的難得機遇，迎接競爭全球化帶來的嚴峻挑戰，為在21世紀使我國數控技術和產業走向世界的前列，使我國經濟繼續保持強勁的發展勢頭而共同努力奮斗！
參考文獻
1楊皖蘇，嚴鴻和.機械科學與技術,1997，26(4):1～6
關鍵詞：數控機床；進給伺服系統；發展趨勢；
自20世紀末開始，我國制造業就開始了由制造大國向制造強國邁進的腳步，機床制造業也跟著取得數控機床快速增長的業績。機床是先進制造技術和制造信息集成的重要元素，既是生產力要素，又是重要商品。機床的發展和創新在一定程度上能映射出加工技術的主要趨勢。近年來，我國在數控機床和機床工具行業對外合資合作進一步加強，無論在精度、速度、性能，還是智能化方面都取得了相當的成績。在國際貿易中，很多發達國家把數控機床視為具有高技術附加值、高利潤的主要機電出口產品。因此，對數控機床技術的發展歷程進行總結分析，將有助于推進我國數控機床技術實現跨越式發展的目標。
一、數控機床的發展進程
自上世紀50年代以來，世界數控機床主要經歷了數控NC(NumericalControl)和計算機數控CNC(ComputerNumericalControl)2個階段。數控NC階段主要經歷了以下3代：第1代數控系統，始于50年代初年，系統全部采用電子管元件，邏輯運算與控制采用硬件電路完成。第2代數控系統，始于50年代末，以晶體管元件和印刷電路板廣泛應用于數控系統為標志。第3代數控系統，始于60年代中期，由于小規模集成電路的出現，使其體積變小、功耗降低，可靠性提高，推動了數控系統的進一步發展。計算機數控CNC階段也經歷了3代：第4代數控系統，始于70年代，當首個采用小型計算機的CNC裝置在芝加哥展覽會上露面時，標志著CNC技術的問世；第5代數控系統，始于70年代后期，中、大規模集成電路技術取得成就，促使價格低廉、體積更小、集成度更高、工作可靠的微處理器芯片的產生，并逐步應用于數控系統；第6代數控系統，始于90年代初，受通用微機技術飛速發展的影響，數控系統正朝著以個人計算機(PC)為基礎，向著開放化、智能化、網絡化等方面進一步發展。數控機床通常由控制系統、進給伺服系統、檢測系統、機械傳動系統及其他輔助系統組成。其中進給伺服系統作為數控機床的重要功能部件，其性能是決定數控機床加工性能的極其重要的技術指標。因此提高進給伺服系統的動態特性與靜態特性的品質是人們始終追求的目標。接下來主要介紹一下進給伺服系統和機械傳動系統的發展歷程。
1、進給伺服系統
進給伺服系統是以運動部件的位置和速度作為控制量的自動控制系統，它是一個很典型的機電一體化系統，主要由位置控制單元、速度控制單元、驅動元件(電機)、檢測與反饋單元和機械執行部件幾個部分組成。根據系統使用的電動機的不同，進給伺服系統分為4大類伺服系統：步進伺服系統，直流伺服系統，交流伺服系統，直線伺服系統。
步進伺服系統。在20世紀60年代以前，步進伺服系統是以步進電機驅動的液壓伺服電動機或是以功率步進電機直接驅動為特征，伺服系統采用開環控制。步進伺服系統接受脈沖信號，它的轉速和轉過的角度取決于指令脈沖的頻率或個數。由于沒有檢測和反饋環節，步進電機的精度取決于步距角的精度，齒輪傳動間隙等，所以它的精度較低。而且步進電機在低頻時易出現振動現象，它的輸出力矩隨轉速升高而下降。又由于步進伺服系統為開環控制，步進電機在啟動頻率過高或負載過大時易出現“丟步”或“堵轉”現象，停止時轉速過高容易出現過沖的現象。另外步進電機從靜止加速到工作轉速需要的時間也較長，速度響應較慢。但是由于其結構簡單、易于調整、工作可靠、價格較低的特點，在許多要求不高的場合還是可以應用的。
60~70年代后，數控系統大多采用直流伺服系統。直流伺服電機具有良好的寬調速性能。輸出轉矩大，過載能力強，伺服系統也由開環控制發展為閉環控制，因而在工業及相關領域獲得了更加廣泛的運用。但是，隨著現代工業的快速發展，其相應設備如精密數控機床、工業機器人等對電伺服系統提出越來越高的要求，尤其是精度、可靠性等性能。而傳統直流電動機采用的是機械式換向器，在應用過程中面臨很多問題，如電刷和換向器易磨損，維護工作量大，成本高；換向器換向時會產生火花，使電機的最高轉速及應用環境受到限制；直流電機結構復雜、成本高、對其他設備易產生干擾。
交流伺服系統針對直流電動機的缺點，人們一直在努力尋求以交流伺服電動機取代具有機械換向器和電刷的直流伺服電動機的方法，以滿足各種應用領域，尤其是高精度、高性能伺服驅動領域的需要。但是由于交流電機具有強耦合、非線性的特性，控制非常復雜，所以高性能運用一直受到局限。自80年代以來，隨著電子電力等各項技術的發展，特別是現代控制理論的發展，在矢量控制算法方面的突破，原來一直困擾著交流電動機的問題得以解決，交流伺服發展越來越快。直線伺服系統永磁同步直線電機在推力、動態性能、定位精度方面比其他直線電機更具優越性，因而PMLSM越來越多的用于直線伺服系統中。但由于直線伺服系統存在很大的參數攝動和負載擾動，此外還存在“邊端效應”等問題，因此，采用傳統的比例(P)或比例積分(PI)位置調節器的矢量控制系統很難滿足高性能伺服系統的要求。
2、機械傳動系統
機械傳動系統由數控機床的主傳動系統，進給運動系統，回轉工作臺與導軌組成。數控機床主傳動系統的作用就是產生不同的主軸切削速度以滿足不同的加工條件要求。主傳動系統組成包括主軸電動機、傳動系統和主軸組件等。其中動力源部分包括：電機；傳動系統包括：定比傳動機構、變速裝置；運動控制裝置包括：離合器、制動器；執行件包括：主軸等。進給運動是以保證刀具與工件相對位置關系為目的，被加工工件的輪廓精度和位置精度都受到進給運動的傳動精度、靈敏度和穩定性的直接影響。進給運動是數字控制系統的直接控制對象。對于閉環控制系統，還要在進給運動的末端加上位置檢測系統，并將測量的實際位移反饋到控制系統中，以使運動更準確。回轉工作臺的作用：按照數控裝置的指令做回轉分度或連續回轉進給。導軌的作用：起導向及支承作用，它的精度、剛度及結構形式等對機床的加工精度和承載能力有直接影響。為了保證數控機床具有較高的加工精度和較大的承載能力，要求其導軌具有較高的導向精度、足夠的剛度、良好的耐磨性、良好的低速運動平穩性，同時應盡量使導軌結構簡單，便于制造、調整和維護。數控機床常用的導軌按其接觸面間摩擦性質的不同可分為滑動導軌和滾動導軌。在數控機床上常用的滑動導軌有液體靜壓導軌、氣體靜壓導軌和貼塑導軌。
1)液體靜壓導軌：在兩導軌工作面間通入具有一定壓力的油，形成靜壓油膜，使導軌工作面間處于純液態摩擦狀態，摩擦系數極低，多用于進給運動導軌。
2)氣體靜壓導軌：在兩導軌工作面間通入具有恒定壓力的氣體，使兩導軌面形成均勻分離，以得到高精度的運動。這種導軌摩擦系數小，不易引起發熱變形，但會隨空氣壓力波動而使空氣膜發生變化，且承載能力小，故常用于負荷不大的場合。
3)貼塑導軌：在動導軌的摩擦表面上貼上一層由塑料等其它化學材料組成的塑料薄膜軟帶，其優點是導軌面的摩擦系數低，且動靜摩擦系數接近，不易產生爬行現象；塑料的阻尼性能好，具有吸收振動能力，可減小振動和噪聲；耐磨性、化學穩定性、可加工性能好；工藝簡單、成本低。滾動導軌的最大優點是摩擦系數很小，一般為0.0025~0.005，比貼塑料導軌還小很多，且動、靜摩擦系數很接近，因而運動輕便靈活，在很低的運動速度下都不出現爬行，低速運動平穩性好，位移精度和定位精度高。滾動導軌的缺點是抗振性差，結構比較復雜，制造成本較高。近年來數控機床愈來愈多地采用由專業廠家生產的直線滾動導軌副或滾動導軌塊。這種導軌組件本身制造精度很高，對機床的安裝基面要求不高，安裝、調整都非常方便。
3、數控機床加工程序的結構
數控機床程序分成程序開始、程序內容和程序結束三部分。
第一部分程序開始部分。主要定義程序號，調出零件加工坐標系、加工刀具、啟動主軸、打開冷卻液等方面的內容。數控程序主軸最高轉速限制定義G50S2000，設置主軸的最高轉速為2000RPM，對于數控車床來說，這是一個非常重要的指令。坐標系定義如不作特殊指明，數控系統默認G54坐標系。返回參考點指令G28U0，為避免換刀過程中，發生刀架與工件或夾具之間的碰撞和/或干涉，一個有效的方法是機床先回到X軸方向的機床參考點，并離開主軸一段安全距離。刀具定義G0T0505M8，自動調5號左偏刀5號刀補，開啟冷卻液。主軸轉速定義G96S150M4，恒定線速度S功能定義，S功能使數控車床的主軸轉速指令功能，有兩種表達方式，一種是以r/min或rpm作為計量單位；另一種是以m/min為計量單位。數控車床的S代碼必須與G96或G97配合使用才能設置主軸轉速或切削速度。G97：轉速指令，定義和設置每分鐘的轉速。G96：恒線速度指令，使工件上任何位置上的切削速度都是一樣的。
第二部分程序內容部分。程序內容是整個程序的主要部分，由多個程序段組成。每個程序段由若干個字組成，每個字又由地址碼和若干個數字組成，它表示數控機床要完成的全部動作。常見的為G指令和M指令以及各個軸的坐標點組成的程序段，并增加了進給量的功能定義。F功能是指進給速度的功能，數控車床進給速度有兩種表達方式，一種是每轉進給量，即用mm/r單位表示，主要用于車加工的進給；另一種和數控銑床相同采用每分鐘進給量，即用mm/min單位表示。主要用于車銑加工中心中銑加工的進給。
第三部分程序結尾部分。在程序結尾，需要刀架返回參考點或機床參考點，為下一次換刀的安全位置，同時進行主軸停止，關掉冷卻液，程序選擇停止或結束程序等動作?；貐⒖键c指令G28U0為回X軸方向機床參考點，G0Z300.0為回Z軸方向參考點。停止指令M01為選擇停止指令，只有當設備的選擇停止開關打開時才有效；M30為程序結束指令，執行時，冷卻液、進給、主軸全部停止。數控程序和數控設備復位并回到加工前原始狀態，為下一次程序運行和數控加工重新開始做準備。
二、數控機床的發展趨勢
進入21世紀，我國經濟與國際全面接軌，進入了一個蓬勃發展的新時期。機床制造業既面臨著機械制造業需求水平提升而引發的制造裝備發展的良機，也遭遇到加入世界貿易組織后激烈的國際市場競爭的壓力，加速推進數控機床的發展是解決機床制造業持續發展的一個關鍵。隨著制造業對數控機床的大量需求以及計算機技術和現代設計技術的飛速進步，數控機床的應用范圍還在不斷擴大，并且不斷發展以更適應生產加工的需要。數控機床正向高速化、高精度化、復合化、智能化、開放化、網絡化、多軸化、綠色化等方面發展。
高速化。新一代數控機床為提高生產效率，向超高速方向發展，采用新型功能部件(如電主軸、直線電機、LM直線滾動系統等)主軸轉速達15，000r/min以上。計算機技術及其軟件控制技術在機床產品技術中占的比重越來越大，計算機系統及其應用軟件的復雜化，帶來了機床系統及其硬件結構的簡化，數控機床的智能化程度日趨提高。
高精度化。一臺機床的重復定位精度如果能達到0.005mm(ISO標準、統計法)，就是一臺高精度機床，在0.005mm(ISO標準、統計法)以下，就是超高精度機床。高精度的機床，要有最好的軸承、絲杠。隨著電腦輔助制造(CAM)系統的發展，精密度已達到微米級。
功能復合化。工件一次裝夾，能進行多種工序復合加工，可大大地提高生產效率和加工精度，是機床一貫追求的。由于產品開發周期愈來愈短，對制造速度的要求也相應提高，機床也朝高效能發展。機床已逐漸發展成為系統化產品，用一臺電腦控制一條生產線的作業。產品對外觀曲線要求的提高，機床五軸加工、六軸加工已日益普及，機床加工的復合化已是不可避免的發展趨勢。
控制智能化。隨著人工智能在計算機領域的滲透和發展，數控系統引入了自適應控制、模糊系統和神經網絡的控制機理，不但具有自動編程、前饋控制、模糊控制、學習控制、自適應控制、工藝參數自動生成、三維刀具補償、運動參數動態補償等功能，而且人機界面極為友好，并具有故障診斷專家系統，使自診斷和故障監控功能更趨完善。為日本Mazak公司最新推出的E—zizith型臥式加工中心，將信息技術與制造技術融為一體。在制造過程中，加工、檢測一體化是實現快速制造、快速檢測和快速響應的有效途徑，已形成將測量、建模、加工、機器操作四者融合在一個系統中，實現信息共享，促進測量、建模、加工、操作一體化的4M智能系統。
體系開放化。計算機技術的飛速發展，推動數控技術更快地更新換代。許多數控系統生產廠家利用Pc機豐富的軟硬件資源開發開放式體系結構的新一代數控系統。開放式體系結構使數控系統有更好的通用性、柔性、適應性、可擴展性，并可以較容易地實現智能化、網絡化。開放式體系結構可以大量采用通用微機技術，使編程、操作以及技術升級和更新變得更加簡單快捷。開放式體系結構的新一代數控系統，其硬件、軟件和總線規范都是對外開放的，數控系統制造商和用戶可以根據這些開放的資源進行系統集成，同時它也為用戶根據實際需要靈活配置數控系統帶來極大方便，促進了數控系統多檔次、多品種的開發和廣泛應用，開發生產周期大大縮短。同時，這種數控系統可隨CPU升級而升級，而結構可以保持不變。
驅動并聯化。并聯運動機床克服了傳統機床串聯機構移動部件質量大、系統剛度低、刀具只能沿固定導軌進給、作業自由度偏低、設備加工靈活性和機動性不夠等固有缺陷，在機床主軸(一般為動平臺)與機座(一般為靜平臺)之間采用多桿并聯聯接機構驅動，通過控制桿系中桿的長度使桿系支撐的平臺獲得相應自由度的運動，可實現多坐標聯動數控加工、裝配和測量多種功能，更能滿足復雜特種零件的加工，具有現代機器人的模塊化程度高、重量輕和速度快等優點。
并聯機床作為一種新型的加工設備，已成為當前機床技術的一個重要研究方向，受到了國際機床行業的高度重視，被認為是“自發明數控技術以來在機床行業中最有意義的進步”和“21世紀新一代數控加工設備”。
極端化(大型化和微型化)。國防、航空、航天事業的發展和能源等基礎產業裝備的大型化需要大型且性能良好的數控機床的支撐。而超精密加工技術和微納米技術是21世紀的戰略技術，需發展能適應微小型尺寸和微納米加工精度的新型制造工藝和裝備，所以微型機床包括微切削加工(車、銑、磨)機床、微電加工機床、微激光加工機床和微型壓力機等的需求量正在逐漸增大。
信息交互網絡化。對于面臨激烈競爭的企業來說，使數控機床具有雙向、高速的聯網通訊功能，以保證信息流在車間各個部門間暢通無阻是非常重要的。既可以實現網絡資源共享，又能實現數控機床的遠程監視、控制、培訓、教學、管理，還可實現數控裝備的數字化服務(數控機床故障的遠程診斷、維護等)。例如，日本Mazak公司推出新一代的加工中心配備了一個稱為信息塔(e-Tower)的外部設備，包括計算機、手機、機外和機內攝像頭等，能夠實現語音、圖形、視像和文本的通信故障報警顯示、在線幫助排除故障等功能，是獨立的、自主管理的制造單元。
新型功能部件。為了提高數控機床各方面的性能，具有高精度和高可靠性的新型功能部件的應用成為必然。具有代表性的新型功能部件包括：高頻電主軸：高頻電主軸是高頻電動機與主軸部件的集成，具有體積小、轉速高、可無級調速等一系列優點，在各種新型數控機床中已經獲得廣泛的應用；直線電動機：近年來，直線電動機的應用日益廣泛，雖然其價格高于傳統的伺服系統，但由于負載變化擾動、熱變形補償、隔磁和防護等關鍵技術的應用，機械傳動結構得到簡化，機床的動態性能有了提高。如：西門子公司生產的1FN1系列三相交流永磁式同步直線電動機已開始廣泛應用于高速銑床、加工中心、磨床、并聯機床以及動態性能和運動精度要求高的機床等；德國EX-CELL-O公司的XHC臥式加工中心三向驅動均采用兩個直線電動機；電滾珠絲桿：電滾珠絲桿是伺服電動機與滾珠絲桿的集成，可以大大簡化數控機床的結構，具有傳動環節少、結構緊湊等一系列優點。
高可靠性。數控機床與傳統機床相比，增加了數控系統和相應的監控裝置等，應用了大量的電氣、液壓和機電裝置，易于導致出現失效的概率增大；工業電網電壓的波動和干擾對數控機床的可靠性極為不利，而數控機床加工的零件型面較為復雜，加工周期長，要求平均無故障時間在2萬小時以上。為了保證數控機床有高的可靠性，就要精心設計系統、嚴格制造和明確可靠性目標以及通過維修分析故障模式并找出薄弱環節。國外數控系統平均無故障時間在7~10萬小時以上，國產數控系統平均無故障時間僅為10000小時左右，國外整機平均無故障工作時間達800小時以上，而國內最高只有300小時。
加工過程綠色化。隨著日趨嚴格的環境與資源約束，制造加工的綠色化越來越重要，而中國的資源、環境問題尤為突出。因此，近年來不用或少用冷卻液、實現干切削、半干切削節能環保的機床不斷出現，并在不斷發展當中。在21世紀，綠色制造的大趨勢將使各種節能環保機床加速發展，占領更多的世界市場。
多媒體技術的應用。多媒體技術集計算機、聲像和通信技術于一體，使計算機具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力，因此也對用戶界面提出了圖形化的要求。合理的人性化的用戶界面極大地方便了非專業用戶的使用，人們可以通過窗口和菜單進行操作，便于藍圖編程和快速編程、三維彩色立體動態圖形顯示、圖形模擬、圖形動態跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實現。除此以外，在數控技術領域應用多媒體技術可以做到信息處理綜合化、智能化，應用于實時監控系統和生產現場設備的故障診斷、生產過程參數監測等，因此有著重大的應用價值。
三、數控機床發展中所存在的問題
由于我國的技術水平和基礎工業相對其他發達國家比較落后，數控機床的性能、水平和可靠性與工業發達國家相比差距還很大。因此，加速進行中國數控系統的工程化、商品化攻關，盡快建成與完善我國數控機床和數控產業成了我國的主要任務。目前，我國在發展數控機床業中存在的主要問題主要有以下幾點：
缺乏實事求是的科學精神，忽視了數控機床本身的技術特點、發展規律，沒有實事求是地制定數控機床發展的規劃，盲目性大。
缺乏系統深入的科研工作難以對各種技術資料進行積累，設計方法陳舊，僅靠類比模仿進行產品設計，既缺乏機床創新的基本理論，又缺乏豐富的生產實際經驗，對高效自動化機床、數控機床的剛度、振動、熱變形、噪聲、精度補償等基礎技術缺乏深入研究，對各類機床加工工藝、布局、結構、導軌、卡軸、卡具等應用技術又缺乏認真試驗，難以創新設計出優質適銷的先進產品。
沒有合理地運用資源，這主要表現在兩點：第一，對于所涉及到的研究所、廠房等沒有綜合應用、取長補短，往往見到的是他們孤軍作戰，而且各單位忙于生存，普遍缺乏深入系統的科研工作，更沒有做到生產一代、研制一代、預研一代等可持續的發展；第二，機床行業人員素質低，缺乏各方面人才，而且各研究單位、企業、人才流失嚴重，科研、設計力量十分虛弱，往往呈現低效運行狀態。
我國制造業大環境的制約。由于沒有在全國范圍內發展大量大批生產自動化，對高效自動化機床的卞機設計的基本功較差，而機床的品種結構發展，全靠主機設計本領加以變化，因此，依靠引進和合作生產來發展各類卞機，至今我國許多高性能、新結構的數控機床大都為合作產品，基本處于仿制階段。缺乏吸引高層次、高素質人才創新創業的環境，高速、柔性、精密機床配套技術的自主研發能力低。對國外技術重引進、輕消化吸收的問題仍很突出。“消化”在整個資金投入中所占的比例相對其他工業發達國家來講太低。
四、數控機床的發展策略
從上世紀80年代起，我國機床制造業對數控技術和數控機床一直給予較大的關注。但是由于我們的數控技術與其他工業發達國家差距較大，與國外一些先進產品相比，仍存在著很大劣勢，使得我們總是處于技術跟蹤階段。面對這種情況，為了加速振興我國的機床制造業，提高我國的數控機床技術，應當加強以下幾個方面的研究工作：
1、以高速化為先導，提高數控機床的綜合性能
數控機床的高速化是提高其高效、柔性和高精化的一個重要措施。分析中型加工中心的高速化與高精化的發展歷程，可以得出，作為表征其切削運動高速化的主軸最高轉速和最大進給速度，大致持續地以每10年增長1倍的比率上升，而表征壓縮機床輔助時間的快移速度(指以滾珠絲杠和旋轉伺服電機驅動)和自動換刀/工作臺轉位速度，基本上以每12~15年翻一番的速度增長，1993年后逐步推廣用直線電動機直接驅動的新技術，使加工中心的快移速度比用滾珠絲杠副驅動時又提高了1倍。高速化的發展還要多注意2個問題：從先進適用出發確定高速范圍；高速化要和機床的結構和控制性能相匹配。
2、推進μm工程，研制高效精密數控機床
目前國內生產的數控機床尚缺少高效、高可靠性且加工精度達微米級的產品。為此，需研發一些能兼顧高效化和高精化的數控制造裝備以適應汽車制造業加工關鍵零件的需求。由于這些數控制造裝備的加工精度主要在微米級(μm)范圍內，因此可稱為μm級制造裝備及技術研究，簡稱“μm工程”。
3、發展復合加工數控機床、縮短制造過程鏈
加快復合數控機床的發展步伐，提高工序的集中度，使加工過程鏈集約化，可以提高多品種單件和中小批量加工的工效，也有利于加工精度的穩定性。復合數控機床可以減少在不同數控機床間進行工序的轉換而引起的待工以及多次上下料等時間。通常這些時間占零件整個生產周期的40%~60%，即使在信息管理良好的情況下，仍將占20%左右。因此，復合數控機床具有明顯的技術效果。為了避免復合機床因功能的擴展而過多地引起結構的復雜化和成本的增加，還需要探求兩個問題：通過創新技術擴大功能部件的適用面來簡化結構；發展模塊化和可重構化的復合機床。
4、高效柔性化的新一代制造系統
1995年開始研究的在可重構制造技術支持下，構建具有適應大批量高效柔性化生產的可重組制造系統(RMS)是一個值得注意的發展動向。其核心為制造系統能物理組態，即根據加工對象的變化方便地進行布局和設備配置的調整，發展了能對多變的市場需求做出合理的配置規劃和易于調整的布局方式、適應重構的控制軟件、開放式控制系統和規范化接口以及能快速提升系統重組后制造質量的診斷系統等技術，使其兼具專用生產線的高效性能和適用的柔性以取得更佳的經濟性，已在生產中取得了初步成功的應用。
5、發展網絡化制造單元，推進企業制造能力的高效柔性化
當前，國內外一些機床和數控系統制造企業在從分布式網絡化聯盟制造的角度出發研究相適應的制造單元，強化其自治管理能力，能與企業的資源計劃(erp)，產品數據管理(PDM)和計算機輔助設計/計算機輔助制造/計算機輔助工程(CAD/CAPP/CAM)的信息集成，進而通過與客戶關系管理(CRM)和供應鏈管理(SCM)的聯系做出智能決策，實施并行工程、可視化監控等以提高機床利用率，實現高效的柔性生產。
6、開展可靠性設計，加強全面質量管理，保證數控機床的可靠性增長
為了保證數控機床有高的可靠性，設計時不僅要考慮其功能和力學特性，還要進行可靠性設計，根據可靠性要求合理分配各組成件的可靠性指標，在配套件采購和制造過程中重視質量要求，加強全面質量管理以求可靠性的不斷增長。
7、提高技術人員的綜合素質。
中國機床工業的振興，數控機床的加速發展，歸根到底，取決于人員素質的提高、工業文化水平的提高、人才的加速培養，有效的深化改革、改組、改制，切切實實加強科學管理，提高工作質量、生產率、勞動生產率。進入21世紀知識經濟時代，科學知識作為重要生產要素的機床，其作用將更加突出。
