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1、山西综合职业技术学院机械工程学院毕业论文毕业论文中国数控设备的未来机械工程系系 学生姓名： 学号： 数控设备应用与维护 系 部： 专 业： 2011年 10 月 中国数控设备的未来 摘要伴随中国汽车、船舶、工程机械、航空航天等行业的快速发展，对机床行业提供了巨大的需求，中国机床行业的长期发展被看好。预计国内的机床消费将保持15%以上快速增长，而数控机床将保持30%左右的增速，数控机床每年将超过普通金属切削机床发展速度20个百分点以上，数控机床发展前景宽广。作为机械类的一名学生，将来工作学习都会以机械为主，所以必须掌握好各种机械的专业知识。关键词：车床、数控、装备、电子、信息、加工、机电一体化引
2、言 数控机床是电子信息技术与传统机床技术相融合的机电一体化产品，具有高效、精密、柔性自动化和易于实现工艺复合和信息集成诸特点，特别适合加工复杂形状的零件，因而早已成为现代先进制造技术最重要的基础装备和世界机床市场的主流产品，受到机械制造企业的青睐。工业发达国家数控机床的发展大体上经历了缓慢、快速和深入发展三个阶段，目前已达较高水平，其机床（含金切和成形机床）产值数控化率至少超过50%，产量数控化率至少超过20%。内中金切机床数控化率更高，比如号称“数控王国”的日本，2000年金切机床产值数控化率为88.5%、产量数控化率为59.4%。2数控设备的发展历史 采用数字技术进行机械加工，最早是在40
3、年代初，由美国北密支安的一个小型飞机工业承包商派尔逊斯公司（ParsonsCorporation）实现的。他们在制造飞机的框架及直升飞机的转动机翼时，利用全数字电子计算机对机翼加工路径进行数据处理，并考虑到刀具直径对加工路线的影响，使得加工精度达到0.0381mm，达到了当时的最高水平。 1952年，麻省理工学院在一台立式铣床上，装上了一套试验性的数控系统，成功地实现了同时控制三轴的运动。这台数控机床被大家称为世界上第一台数控机床。这台机床是一台试验性机床，到了1954年11月，在派尔逊斯专利的基础上，第一台工业用的数控机床由美国本迪克斯公司（Bendix-Cooperation）正式生产出来
4、。在此以后，从1960年开始，其他一些工业国家，如德国、日本都陆续开发、生产及使用了数控机床。数控机床中最初出现并获得使用的是数控铣床，因为数控机床能够解决普通机床难于胜任的、需要进行轮廓加工的曲线或曲面零件。然而，由于当时的数控系统采用的是电子管，体积庞大，功耗高，因此除了在军事部门使用外，在其他行业没有得到推广使用。到了1960年以后，点位控制的数控机床得到了迅速的发展。因为点位控制的数控系统比起轮廓控制的数控系统要简单得多。因此，数控铣床、冲床、坐标镗床大量发展，据统计资料表明，到1966年实际使用的约6000台数控机床中，85%是点位控制的机床。数控机床的发展中，值得一提的是加工中心。
5、这是一种具有自动换刀装置的数控机床，它能实现工件一次装卡而进行多工序的加工。这种产品最初是在1959年3月，由美国卡耐特雷克公司（Keaney&TreckerCorp.）开发出来的。这种机床在刀库中装有丝锥、钻头、铰刀、铣刀等刀具，根据穿孔带的指令自动选择刀具，并通过机械手将刀具装在主轴上，对工件进行加工。它可缩短机床上零件的装卸时间和更换刀具的时间。加工中心现在已经成为数控机床中一种非常重要的品种，不仅有立式、卧式等用于箱体零件加工的镗铣类加工中心，还有用于回转整体零件加工的车削中心、磨削中心等。1967年，英国首先把几台数控机床连接成具有柔性的加工系统，这就是所谓的柔性制造系统（Flexi
6、bleManufacturingSystem&mdashFMS）之后，美、欧、日等也相继进行开发及应用。1974年以后，随着微电子技术的迅速发展，微处理器直接用于数控机床，使数控的软件功能加强，发展成计算机数字控制机床（简称为CNC机床），进一步推动了数控机床的普及应用和大力发展。80年代，国际上出现了14台加工中心或车削中心为主体，再配上工件自动装卸和监控检验装置的柔性制造单元（FMC)。这种单元投资少，见效快，既可单独长时间少人看管运行，也可集成到FMS或更高级的集成制造系统中使用。目前，FMS也从切削加工向板材冷作、焊接、装配等领域扩展，从中小批量加工向大批量加工发展。3数控设备国外发展
7、现状美、德、日三国是当今世上在数控机床科研、设计、制造和使用上，技术最先进、经验最多的国家。因其社会条件不同，各有特点。美国的数控发展史，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。由於美国首先结合汽车、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
8、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，偏重於基础科研，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。德国的数控发展史，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
9、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。如西门子公司之数控系统，均为世界闻名，竞相采用。日本的数控发展史，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(7,342台)超过美国(5,688台)，至今产量、出口量一
10、直居世界首位(2001年产量46,604台，出口27,409台，占59%)。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年代开始进一步加强科研，向高性能数控机床发展。日本FANUC公司战略正确，仿创结合，针对性地发展市场所需各种低中高档数控系统，在技术上领先，在产量上居世界第一。该公司现有职工3,674人，科研人员超过600人，月产能力7,000套，销售额在世界市场上占50%，在国内约占70%，对加速日本和世界数控机床的发展起了重大促进作用。4我国数控设备的发展现状我国数控技术的发展起步于二十世纪五十年代， 中国于1958年研制出第一台数控机床，发展过
11、程大致可分为两大阶段。在19581979年间为第一阶段，从1979年至今为第二阶段。第一阶段中对数控机床特点、发展条件缺乏认识，在人员素质差、基础薄弱、配套件不过关的情况下，一哄而上又一哄而下，曾三起三落、终因表现欠佳，无法用于生产而停顿。主要存在的问题是盲目性大，缺乏实事求是的科学精神。在第二阶段从日、德、美、西班牙先后引进数控系统技术，从日、美、德、意、英、法、瑞士、匈、奥、韩国、台湾省共11国(地区)引进数控机床先进技术和合作、合资生产，解决了可靠性、稳定性问题，数控机床开始正式生产和使用，并逐步向前发展。六五”期间引进数控技术，“七五”期间组织消化吸收“科技攻关”，我国数控技术和数控产
12、业取得了相当大的成绩。特别是最近几年，我国数控产业发展迅速，19982004年国产数控机床产量和消费量的年平均增长率分别为39.3%和34.9%。尽管如此，进口机床的发展势头依然强劲，从2002年开始，中国连续三年成为世界机床消费第一大国、机床进口第一大国，2004年中国机床主机消费高达94.6亿美元，国内数控机床制造企业在中高档与大型数控机床的研究开发方面与国外的差距更加明显，70%以上的此类设备和绝大多数的功能部件均依赖进口。由此可以看出国产数控机床特别是中高档数控机床仍然缺乏市场竞争力，究其原因主要在于国产数控机床的研究开发深度不够、制造水平依然落后、服务意识与能力欠缺、数控,系统生产应
13、用推广不力及数控人才缺乏等。我们应看清形势，充分认识国产数控机床的不足，努力发展先进技术，加大技术创新与培训服务力度，以缩短与发达国家之问的差距。5我国对数控设备发展的政策数控机床是机床工业的主流产品。“十一五”规划的经济发展重点在于实现经济增长方式的转变，先进制造业是传统制造业的改造方向，传统工业如汽车、机械、家电、纺织、农机、环保等行业的技术改造，对数控机床的需求继续攀升；电子信息、生物工程、新能源新材料等高新技术产业的发展又为精密、高效、专用数控机床开辟了新的需求；从地域发展分析，我国东部产业的升级、东北等老工业基地的振兴和中西部的开发加快步伐，为数控机床产业发展提供国内市场；经济全球化
14、，国际资本和产业向中国的转移、国际技术和人才的交流、中国国际贸易的强劲发展等，为我国数控机床产业的发展提供了外部环境，使我们处于难得的战略发展期。进入“十一五”以来，国家相继颁布了加快振兴装备制造业的若干意见和国家中长期科学和技术发展规划；2009年，为应对国际金融危机的冲击，国务院又出台了国家装备制造业振兴规划。在振兴装备制造业的国策之下，国家出台了一系列政策对行业进行大力扶持，产业政策、进出口政策、税收政策都极大地推动了机床行业近几年来的持续快速发展，其中的税收优惠政策给企业带来的实惠使企业的盈利大幅度增加。政策的大力扶持给予了行业特殊的优势，在一定程度上保证了行业的快速发展和较高的安全边
15、际。机床工业由于技术含量和工艺要求极高，属于技术和资本密集型产业，行业壁垒很高，无论在国内还是全球范围内，行业格局变化都比较缓慢。机床本属于机械行业，而机械行业与下游行业固定资产投资密切相关。下游行业每年固定资产投资中，约60%用于购买机械产品。设备工器具购置在固定资产投资中的比例保持在20左右，并长期保持稳定。因此在机床行业下游产业中，固定资产投资的主要部分都是用来购买装备制造工具机床。通过统计发现，机床下游行业固定资产投资增速远快于全社会平均增速水平。数控机床的需求来自于下游的机械行业固定资产投资，2004年以来，汽车及零部件、航空航天设备、高速列车、军工、电子信息、电力设备、船舶、工程机
16、械、模具等行业产能高速扩张，带动了机床消费的高速增长。在国家振兴装备制造业和国际产业转移的带动下，我国设备工具购置投资增长率在未来510年内将持续维持20%左右的水平，机床行业的需求仍将保持高速增长。国际模具及五金塑胶产业供应商协会负责人罗百辉表示，在需求的拉动下，我国数控机床产量保持高速增长。过去5年我国数控机床产量的年均复合增长率为37.39%，过去10年年均复合增长29.94%，过去15年复合增长22.10%。2010年数控机床消费将超过60亿美元，台数超过10万台，表明了数控机床已成为机床消费的主流，我国未来数控机床市场巨大。目前我国正处于重化工业化时期，这个是超脱于经济短期波动、在近
17、几十年里对中国经济产生巨大影响的因素，对我国机械工业的发展也一直起着促进作用。它与长期向好的中国宏观经济一样，成为机械工业近30 年来持续快速发展的最好注解。所谓重化工业化时期，也就是工业化的中期，即从解决短缺为主的开放逐步向建设经济强国转变，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。中国已经超过德国，成为世界第一大机床市场。数控机床已成为机床消费的主流。预计2015 年数控机床消费仍将超过60 亿美元，台数将超过10 万台。数控系统的发展趋势将是：平台数字化、运行高速化、加工高精化、功能复合化、控制
18、智能化、伺服驱动高性能控制。中高档数控机床的比例会大幅增加，经济型数控机床的比例不会有太大变化，而非数控的普通机床的需求将会大幅度减少。2010年9月8日国务院召开常务会议审议并原则通过国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定，高端装备制造、节能环保、新一代信息技术、生物、新能源、新材料和新能源汽车七个产业作为重点领域将集中力量加快推进，国家将加强财税金融等政策扶持力度。国务院发展研究中心产业部部长冯飞预计，未来十年将是战略性新兴产业蓬勃发展的十年，到2020年，战略性新兴产业占工业增加值比重可望达到20%以上。6数控设备在我国未来的发展方向“十二五”期间数控机床技术发展方向”1、高速高精
19、与多轴加工成为数控机床的主流，纳米控制成为高速高精加工的潮流。2、 多任务和多轴加工数控机床越来越多地应用到能源、航空航天等行业。3、 机床与机器人的集成应用日趋普及，且结构形式多样化，应用范围扩大化，运动速度高速化，多传感器融合技术实用化，控制功能智能化，多机器人协同普及化。4、 智能化加工与监测功能不断扩充，车间的加工监测与管理可实时获取机床本身的状态信息，分析相关数据，预测机床的状态，提前进行相关的维护，避免事故的发生，减少机床的故障率，提高机床的利用率。5、 最新的机床误差检测与补偿技术能够在较短的时间内完成对机床的补偿测量，与传统的激光干涉仪相比，对机床误差的补偿精度能够提高34倍，
20、同时效率得到大幅度提升。6、 CAD/CAM技术为多轴多任务数控机床的加工提供强有力的支持，可以大幅度提高加工效率。7、 刀具技术发展迅速，众多刀具的设计涵盖了整个加工过程，并且新型刀具能够满足平稳加工以及抗振性能的要求。结论 中国工业正处于生产方式的转型时期，军民机械造业对数控机床的潜在需求正在加速转化为现实需求。与此同时，中国的数控机床产业已初步形成并具有一定的开发和生产能力，而且中国的数控装置也正进一步向提高质量和性能价格比方向发展。因此不难判断，在当今的中国，数控机床已经具备了大发展的条件，实际上在技改政策的引导下从1999年起便开始了这种大发展。预计在未来10年或更长的时间内，中国数控机床及设备将迎来更加光明的前景。参考文献1. 黄勇 陈子辰机床数控系统的发展趋势 杭州：浙江大学出版社.2001；2. 张春辉、游战洪、吴宗译中国机械工程北京：国防工业出版社.2004；3. 陈玉杰数控机床及应用北京：北京理工大学出版社.2009；4.机械设计与制造工程2001年第30卷第1期；5.机电新产品导报 2005年第12期；6.瞭望 2007年第37期 ；7.机械2007年第34卷第8期；8.世界制造技术与装备市场 2007年第4期。第 7 页