摘 要：随着科学技术和社会生产的迅速发展，机械产品日趋复杂，社会对机械产品的质量和生产率提出了越来越高的要求。为解决技术难题，一种灵活、通用、高精度、高效率的“柔性”自动化生产设备——数控机床在这种情况下应运而生。
关键词：数控机床 精度 技术 发展
从20世纪中叶数控技术出现以来，数控机床给机械制造业带来革命性变化。数控加工技术具有如下特点：加工柔性好，加工精度高，生产效率高。它可以减轻操作者的劳动强度，改善劳动条件，有利于生产管理的现代化，有利于经济效益的提高。数控机床是一种高度机电一体化的产品，适用于加工多品种小批量零件、结构复杂的零件、精度高价格昂贵不允许报废的关键零件、技术要求精度高的零件、需要缩短生产周期的零件以及要求100%检验合格的零件。数控机床的特点及应用范围使其成为适应国民经济和国防建设发展的重要装备。
进入21世纪以来，我国经济与国际全面接轨，进入了一个蓬勃发展的新时期，机床制造业既面临着机械制造业发展引发的机加工装备制造需求，也遇到加入世界贸易组织后激烈的国际市场竞争的需求，使加速推进数控机床发展成为解决机床制造业持续反展的一个关键。随着制造业对数控机床的大量需求，以及计算机技术和现代设计技术的进步，需要数控机床的应用不断扩大、不断发展，以适应生产加工的需要。
一、数控机床的应用
1.数控机床的特点
数控机床与传统机床想比，具有以下特点。
（1）具有高度柔性。在数控机床上加工零件，与普通机床不同，它不必制造、更换许多工具、夹具，不需要经常调整机床。数控机床适用于零件品种频繁更换的场合，也就是适于单件、小批量生产及新产品的开发，缩短了生产周期，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0.005～0.1mm之间。数控机床是按数字信号形式控制的，数控装置每输出一个脉冲信号，则机床移动部件移动一个脉冲当量（一般为0.001mm），而且机床进给传动链的反向间隙与丝杠螺距平均误差可由数控装置进行补偿，因此，数控机床定位精度比较高。
（3）加工质量稳定、可靠。在同一机床，加工同一批零件，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）生产效
（5）改善劳动条件。数控机床加工之前输入程序并启动机床后就能自动地连续进行加工，直至加工结束。操作者主要是从事程序输入、程序编辑、装卸零件、准备刀具、观察加工状态、检验零件等工作，劳动强度极大降低，劳动的内容侧重于智力型的工作。另外，机床一般是封闭式加工，既清洁，又安全。
（6）利于生产管理现代化。数控机床的加工，可预先精确掌握加工时间，所使用的刀具、夹具可以进行规范化、现代化管理。数控机床使用数字信号与标准代码为控制信息，易于实现加工信息的标准化，与计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）有机地结合起来，成为现代制造技术的基础。
2.数控机床与普通设备的比较
（1）数控机床。
①操作者可以在较短的时间内掌握操作和加工技能。
②加工精度高、质量稳定，较少依赖于操作者的技能水平。
③编制程序花费较多时间。
④加工零件复杂程度高，适合多工序加工。
⑤易于加工工艺标准化和刀具管理规范化。
⑥适于计算机辅助生产控制。
⑦适于长时间无人操作和加工自动化。
⑧生产率高。
（2）普通设备。
①要求操作者有长期的实践经验。
②高质量、高精度的加工要求操作者具有较高的技能水平。
③适合加工形状简单、单一工序的产品。
④加工过程要求具有熟练的技术和技巧。
⑤操作者以自己的方式完成加工，加工方式多样，很难实现标准化。
⑥很难提高加工的专门技术，不利于知识系统化和普及。
⑦生产率低，质量不稳定。
二、数控技术的发展
1.高速化
采用高速的32位以上的微处理器，使得数控系统的输入、译码、计算、输出等环节都在高速下完成，并可提高数控系统的分辨率及实现连续小程序段的高速、高精加工。目前正在开发的64位中央处理单元（CPU）的新型数控系统，增强了插
2.多功能
数控系统具有监控、检测及补偿功能。如刀具磨损的检测、系统的精度及热变形的检测等，还具有刀具寿命管理、刀具长度偏置、刀具半径补偿、刀尖补偿、螺距补偿等功能。大多数现代数控机床都采用CRT显示，可以进行二维图形的轨迹显示，有的还可以实现三维彩色动态图形显示。借助CRT，利用键盘可以实现程序的输入、编辑、修改和删除等功能。现代数控系统还具有硬件、软件及故障自诊断功能。
3.智能化
在现代数控系统中，引进了自适应控制技术。自适应控制（Adaptive Control，简称AC）技术是能调节在加工过程中的工作状态，且能使切削过程达到并维持最佳状态的技术。在系统中，大约有30余种变量直接或间接影响加工效果，如工件毛坯余量不均、材料硬度不一致、刀具磨损、工件变形、机床热变形、化学亲合力的大小、切削液的黏度等因素。这些变量事先难预知，编制加工程序时常依据经验数据。AC自动调整并保持最佳工作状态，从而得到较好的加工精度、较小的表面粗糙度，同时也能提高刀具的使用寿命、提高设备的生产效率。 现代数控系统智能化的发展，主要体现以下几个方面。
（1）工件自动检测、自动定心。
（2）刀具磨损检测及自动更换备用刀具。
（3）刀具寿命及刀具收存情况管理。
（4）负载监控。
（5）数据管理。
（6）维修管理。
（7）利用前馈控制实施补偿矢量的功能。
（8）根据加工时的热变形，对滚珠丝杠等的伸缩进行实施补偿功能。
4.高精度化
以加工中心为例，其主要精度指标——直线坐标的定位精度和重复定位精度都有了明显的提高，定位精度由±5nm提高到±0.15～0.3nm，2023年通用技术集团机床产业稳健跃升天博重复定位精度由±2nm提高到±1nm。为了提高加工精度，机械天博设备除了在结构总体设计、主轴箱、进给系统中采用低热涨系数材料、通入恒温油等措施外，在控制系统方面采取的措施是：
（1）采用高精度的脉冲当量。从提高控制入手来提高定位精度和重复定位精度。
（2）采用交流数字伺服系统。伺服系统的质量直接关系到数控系统的加工精度。采用交流数字伺服系统，可使伺服电动机的位置、速度及电流环路等参数都实现数字化，因此也就实现了几乎不受负载变化影响的高速响应的伺服系统。
（3）前馈控制。所谓前馈控制，就是在原来的控制系统上加上指令各阶导数的控制。采用它，能使伺服系
统的追踪滞后1/2，改善加工精度。（4）机床静摩擦的非线性控制。对于具有较大静摩擦的数控设备，由于过去没有采取有效地控制，使圆弧切削的圆度不好。而新型数字伺服系统具有补偿机床驱动系统静摩擦的非线性控制功能，可改善圆弧的圆度。
5.高可靠性
数控系统工作的可靠性一直是人们经常关注的重要性指标。为提高数控系统的可靠性，人们采取了下面的一些措施。
（1）提高数控系统的硬件质量。选用高质量的集成电路芯片、印制线路板和其他元器件，建立并实施从元器件筛选、稳定产品的制造及装配工艺、性能测试等一系列完整的质量保证体系。
最新的数控系统，如日本FANUC16系统采用了三维插装技术，与平面高密度插装技术相比，进一步提高了印制线路板上电子零件的插装密度，使控制装置更加小型化，进而将典型的硬件进行集成化，做成专用芯片，为提高系统的可靠性提供了保证。
（2）模块化、标准化和通用化。现代的数控系统性能越来越完善，功能越来越丰富，促使系统的硬件、软件结构实现了模块化、标准化和通用化。三化的实现，不仅便于组织开发、生产和应用，而且也提高了制作和运行的可靠性，并便于用户的维修和保养。
将标准化、系列化、通用化的原则渗入新产品设计工作中，可最大限度地提高产品生产过程的标准化水平，使新产品以最快的速度，最简捷的方式满足市场需求。这样不仅及时满足用户的使用需要，而且还可合理发展产品的品种，简化工艺工装，提高产品的竞争力。
目前，数控机床的发展日新月异，高速化、复合化、智能化已成为数控机床发展的趋势和方向。中国作为一个制造大国，主要依靠劳动力、价格、资源等方面的优势，而在产品的技术创新与自主开发方面与国外同行的差距还很大。中国的数控行业不能安于现状，而应抓住机会不断发展，努力发展自己的先进技术，加大技术创新与人才培养力度，提高企业综合服务能力，努力缩短与发达国家的差距，力争早日实现数控机床产品从低端到高端、从初级产品加工到高精尖产品制造的转变，实现从中国制造到中国创造，从制造大国到创造强国的转变。
（作者单位：洛阳高级技工学校）
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