机床数控的发展趋势和改造问题浅谈

来源：塑胶五金网发布时间：2007-12-30 19:08:27点击率：

一、数控系统发展简史及趋势

　　1946年诞生了世界上台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。

　　6年后，即在1952年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了台数控机床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。

　　1.1、数控（NC）阶段（1952～1970年）

　　早期计算机的运算速度低，对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路“搭”成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控（HARD-WIRED NC），简称为数控（NC）。随着元器件的发展，这个阶段历经了三代，即1952年的代－－电子管；1959年的第二代－－晶体管；1965年的第三代－－小规模集成电路。

　　1.2、计算机数控C）阶段（1970年～现在）

　　到1970年，通用小型计算机业已出现并成批生产。于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控C）阶段（把计算机前面应有的“通用”两个字省略了）。到1971年，美国INTEL公司在世界上次将计算机的两个核心的部件－－运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称之为微处理器（MICROPROCESSOR），又可称为中央处理单元（简称CPU）。

　　到1974年微处理器被应用于数控系统。这是因为小型计算机功能太强，控制一台机床能力有富裕（故当时曾用于控制多台机床，称之为群控），不如采用微处理器经济合理。而且当时的小型机可靠性也不理想。早期的微处理器速度和功能虽还不够高，但可以通过多处理器结构来解决。由于微处理器是通用计算机的核心部件，故仍称为计算机数控。

　　到了1990年，PC机（个人计算机，国内习惯称微机）的性能已发展到很高的阶段，可以满足作为数控系统核心部件的要求。数控系统从此进入了基于PC的阶段。

　　总之，计算机数控阶段也经历了三代。即1970年的第四代－－小型计算机；1974年的第五代－－微处理器和1990年的第六代－－基于PC（国外称为PC-BASED）。

　　还要指出的是，虽然国外早已改称为计算机数控（C）了，而我国仍习惯称数控（NC）。所以我们日常讲的“数控”，实质上已是指“计算机数控”了。

　　1.3、数控未来发展的趋势

　　1.3.1　继续向开放式、基于PC的第六代方向发展

　　基于PC所具有的开放性、低成本、高可靠性、软硬件资源丰富等特点，更多的数控系统生产厂家会走上这条道路。至少采用PC机作为它的前端机，来处理人机界面、编程、联网通信等问题，由原有的系统承担数控的任务。PC机所具有的友好的人机界面，将普及到所有的数控系统。远程通讯，远程诊断和维修将更加普遍。

　　1.3.2　向高速化和高精度化发展

　　这是适应机床向高速和高精度方向发展的需要。

　　1.3.3　向智能化方向发展

　　随着人工智能在计算机领域的不断渗透和发展，数控系统的智能化程度将不断提高。

　　（1）应用自适应控制技术

　　数控系统能检测过程中一些重要信息，并自动调整系统的有关参数，达到改进系统运行状态的目的。

　　（2）引入专家系统指导加工

　　将熟练工人和专家的经验，加工的一般规律和特殊规律存入系统中，以工艺参数数据库为支撑，建立具有人工智能的专家系统。

　　（3）引入故障诊断专家系统

　　（4）智能化数字伺服驱动装置

　　可以通过自动识别负载，而自动调整参数，使驱动系统获得的运行。

　　二、机床数控化改造的必要性

　　2.1、微观看改造的必要性

　　从微观上看，数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。

　　2.1.1 可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。

　　由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。

　　2.1.2 可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高3～7倍。

　　由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就可实现另一工件加工的自动化，从而使单件和小批生产得以自动化，故被称为实现了“柔性自动化”。

　　2.1.3 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。

　　2.1.4 可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。

　　2.1.5 拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。

　　2.1.6 由以上五条派生的好处。

　　如：降低了工人的劳动强度，节省了劳动力（一个人可以看管多台机床），减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应等等。

　　以上这些优越性是前人想象不到的，是一个极为重大的突破。此外，机床数控化还是推行FMC（柔性制造单元）、FMS（柔性制造系统）以及CIMS（计算机集成制造系统）等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。

　　2.2、宏观看改造的必要性

　　从宏观上看，工业发达国家的军、民机械工业，在70年代末、80年代初已开始大规模应用数控机床。其本质是，采用信息技术对传统产业（包括军、民机械工业）进行技术改造。除在制造过程中采用数控机床、FMC、FMS外，还包括在产品开发中推行CAD、CAE、CAM、虚拟制造以及在生产管理中推行MIS（管理信息系统）、CIMS等等。以及在其生产的产品中增加信息技术，包括人工智能等的含量。由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造（称之为信息化），终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竞争力大为增强。而我们在信息技术改造传统产业方面比发达国家约落后20年。如我国机床拥有量中，数控机床的比重（数控化率）到1995年只有1.9%，而日本在1994年已达20.8%，因此每年都有大量机电产品进口。这也就从宏观上说明了机床数控化改造的必要性。

　　三、机床与生产线数控化改造的市场

　　3.1、机床数控化改造的市场

　　我国目前机床总量380余万台，而其中数控机床总数只有11.34万台，即我国机床数控化率不到3%。近10年来，我国数控机床年产量约为0.6～0.8万台，年产值约为18亿元。机床的年产量数控化率为6%。我国机床役龄10年以上的占60%以上；10年以下的机床中，自动/半自动机床不到20%，FMC/FMS等自动化生产线更（美国和日本自动和半自动机床占60%以上）。可见我们的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床，而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。用这种装备加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展。所以必须大力提高机床的数控化率。

　　3.2、进口设备和生产线的数控化改造市场

　　我国自改革开放以来，很多企业从国外引进技术、设备和生产线进行技术改造。据不完全统计，从1979～1988年10年间，全国引进技术改造项目就有18446项，大约165.8亿美元。

　　这些项目中，大部分项目为我国的经济建设发挥了应有的作用。但是有的引进项目由于种种原因，设备或生产线不能正常运转，甚至瘫痪，使企业的效益受到影响，严重的使企业陷入困境。一些设备、生产线从国外引进以后，有的消化吸收不好，备件不全，维护不当，结果运转不良；有的引进时只注意引进设备、仪器、生产线，忽视软件、工艺、管理等，造成项目不完整，设备潜力不能发挥；有的甚至不能启动运行，没有发挥应有的作用；有的生产线的产品销路很好，但是因为设备故障不能达产达标；有的因为能耗高、产品合格率低而造成亏损；有的已引进较长时间，需要进行技术更新。种种原因使有的设备不仅没有创造财富，反而消耗着财富。

　　这些不能使用的设备、生产线是个包袱，也是一批很大的存量资产，修好了就是财富。只要找出主要的技术难点，解决关键技术问题，就可以小的投资盘活大的存量资产，争取到大的经济效益和社会效益。这也是一个极大的改造市场。

　　四、数控化改造的内容及优缺

　　4.1、国外改造业的兴起

　　在美国、日本和德国等发达国家，它们的机床改造作为新的经济增长行业，生意盎然，正处在黄金时代。由于机床以及技术的不断进步，机床改造是个"永恒"的课题。我国的机床改造业，也从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业。在美国、日本、德国，用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场，已形成了机床和生产线数控改造的新的行业。在美国，机床改造业称为机床再生（Remanufacturing）业。从事再生业的公司有：Bertsche工程公司、ayton机床公司、Devlieg-Bullavd（得宝）服务集团设备公司等。美国得宝公司已在中国开办公司。在日本，机床改造业称为机床改装（Retrofitting）业。从事改装业的公司有：大隈工程集团、岗三机械公司、千代田工机公司、野崎工程公司、滨田工程公司、山本工程公司等。

　　4.2、数控化改造的内容

　　机床与生产线的数控化改造主要内容有以下几点：

　　其一是恢复原功能，对机床、生产线存在的故障部分进行诊断并恢复；

　　其二是NC化，在普通机床上加数显装置，或加数控系统，改造成NC机床C机床；

　　其三是翻新，为提

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