高档数控机床的作用大全11篇

高档数控机床的作用篇（1）

21世纪将是我国国民经济持续稳定发展的黄金时期，国民经济建设的高速发展将进一步拉动数控机床的市场需求。预计2010年国内市场数控机床需求将达10万台以上，40％以上为中高档型，消费将达到60-70亿美元，将为国产数控系统产业创造广阔的市场空间。

二、我国数控系统产业市场的现状

（一）数控系统产业的市场细分

我国数控系统分为三种型级，即经济型、普及型和高级型。这是根据我国当前市场需求的实际情况，按技术应用不同领域和复杂程度进行的阶段性标准来划分的。

在经济型数控系统中，国产经济型数控系统由于适应我国用户的实际使用水平和机床制造企业数控技术配套要求，得到了广大用户的认同，已形成了规模优势，目前约占到我国整个数控系统市场的60%左右。

国产普及型数控系统市场占有率不断提高，但外国品牌依然占领国内市场。进入20世纪90年代以来，我国逐步形成了以航天数控集团、机电集团、华中数控、蓝天数控等以生产普及型数控系统为主的国有企业，以及北京-法那科、西门子数控（南京）有限公司等合资企业的基本力量。从技术水平上比较，国产普及型数控系统的功能、性能并不差，价格和服务方面还有较大优势，可靠性与国外系统的差距也已显著缩小，但依然是国产数控系统最难开拓的市场领域。

在高档数控系统领域，国产数控系统与国外相比，确实还存在比较大的差距。虽然国产五轴联动数控系统技术上已经取得了一定突破，但功能还不够完善，在实际应用中验证还不全面。国产高档数控系统的差距，还表现在产品的系列化不全，如伺服电机、伺服驱动从小到大各种规格，国外都有，而我们的规格有限；在高速（快速进给速度40米/分以上）、高精（分辨率0.1微米以下）、多通道数控系统的功能、性能上，国产系统与国外系统有较大差距。我国进口的数控系统基本为德国西门子（SIMENS）和日本法那科（FANUC）两家公司所垄断，这两家公司在世界市场的占有率超过80%。在国内尚无自主知识产权高端数控系统替代的前提下，西门子和发那科拥有绝对的价格优势。加上高性能数控系统具有超越经济价值的战略意义，发达国家对出口我国的数控系统始终有所限制，甚至像五轴联动以上的高性能数控系统产品绝对禁止向我国出口。

（二）我国数控系统产业的发展目标

国家“十二五”期间的目标是：建立起比较完备的数控系统自主创新体系，具有自主设计、开发和成套生产能力，使我国高档数控系统总体技术达到国际先进水平。创建国产自主品牌产品，普及型数控系统市场占有率达70%以上，具有较强的国际竞争能力；国产高档系统市场占有率达到50%以上，主要品种基本实现自给，推动装备制造业现代化。

结合我国数控系统市场与数控系统产业的发展目标，不难看出，经济型数控系统市场已趋于饱和，且竞争相当激烈，由于技术水平相差不大，因此多为价格竞争。在普及型数控系统市场已逐步形成几家大企业的垄断现象，并且国外数控系统已在市场上占统治地位，很难进入。而在国内，高档数控系统目前只占整个数控系统的约2%，市场前景相当广阔，虽然目前大部分的高档数控系统是国外产品，但依然有大片市场等待开发。竞争机会是平等的，并且有国家政策的支持与鼓励，数控系统厂商只有抓住这一契机，才能不断发展自己的技术，扩大市场，为国家高档数控系统的发展做出贡献。

三、高档数控系统市场需求分析

（一）高档数控系统的市场应用

高档数控系统可以应用于数控机床的生产，也可以对原有的数控机床或非数控机床进行系统升级、改造。其具体的应用市场为机电行业，包括机械、电子、汽车、航空、航天、轻工、纺织、冶金、煤炭、邮电、船舶等。另外，航空航天、船舶制造、大型电站设备、石化和冶金设备、汽车制造等都是我国机床业的下游产业，都离不开高档机床，为机床业的发展提供了广阔的空间。

（二）数控机床市场的现状

数控机床是利用硬件和软件相结合，是以电子控制为主的机电一体化机床，充分利用了微电子、计算机技术等高端技术。我国数控机床生产厂共有100多家，其中能批量生产的企业有42家(国有企业30家，民营企业5家，合资、独资企业7家)，平均年产量40-50台，几家重点企业年产量可达400-700台。

1、国内市场需求。我国数控机床20世纪80年代以来有了迅速发展，平均年产量增长20%以上；数控机床市场消费量从1990年的2588台增长至1996年的18000台；目前已是世界数控机床第三进口大国。进入90年代以来，我国数控机床生产企业都经历了结构调整、转变机制的艰苦磨砺过程。由于市场结构的变化，使得1997年数控机床市场消费量下降到14329台。同时由于进口减少，国产数控机床市场占有率上升到45.9%；正是由于结构的变化，才有可能形成产量下降、市场占有率提高的局面。近期，国家为扩大内需，通过加大技改投资和基础设施建设投资的措施来拉动国内市场消费。在各个主要市场看，轿车、重型汽车等重要车型的销售量从东向西逐步扩展，轿车个人购买已成为主流。这些行业的发展带动了机床工具的需求。其次是军工等需求稳步上升，在航空、兵器等领域，改造将继续增加，设备需求将进一步深化和扩大。民营企业将进一步渗透到制造业和轻工业，其技术水平和加工能力的提高依赖于装备的改善。处于“十一五”执行期的高峰，国家重点项目、重点工程、重点任务全面铺开，市场需求呈现出较高的增长，进一步拉动企业的技术改造和设备更新。近年启动和续建的重大工程有：三峡右岸的发电机组的制造，西气东输中段的全面开工及沿线各省、市的引进工程，南水北调工程，北京、上海、武汉、天津、重庆、长沙等大、中城市的地铁、轻轨工程、大化肥、大空分、西电东送等工程都会对相关产业带来市场的需求，而这些产业直接或间接都会使机床工具行业的市场增加份额和力度，为我国数控产业发展带来新的市场机遇。

2、国际市场需求。从近几年我国机床出口统计数据来看，数控机床的出口量和出口平均单价逐年上升，国际机床市场的消费主流是数控机床，目前世界数控机床消费趋势已从初期以数控电加工机床、数控车床、数控铣床为主转向以加工中心、专用数控机床、成套设备为主，这正是我国机床行业的弱项。“八五”期间，我国机床工具产品出口开始向全方位、多元化发展。近几年机床出口多元化发展趋势更加明显，由于受东南亚金融危机的影响，1998年我国东南亚出口额大幅降低，但同时开始向南美、中东、荷兰扩展，对英国、加拿大出口额也较1996年大幅度提高。美、欧、亚是目前我国机床产品出口的主要市场，占我国出口份额依次为1/4、1/5、1/6。在2005年的世界十大机床消费国（地区）中，只有我国台湾和意大利的机床消费额是负增长和零增长，其余都是正增长。2005年我国的机床消费额高达109亿美元，高出第2位的日本33.7亿美元，连续四年名列世界首位。世界机床市场整体消费的增加同时预示了数控机床市场的市场容量不断增加，为高档数控系统提供了广阔的市场投放空间。

四、市场规模预算

由于机床下游行业固定资产投资连续几年快速增长，国内机电产品市场需求年均增长30％，根据数控机床市场的预计，未来5年我国数控机床需求的年均增速在30％以上。

虽然国内市场对数控机床的需求很大，但对高档数控机床的生产和消费需求依然处于低水平，从2004年的数据看，高档数控系统占整个数控系统的产量比例为1.5%，比2002年上升了1个百分点。

另外，由于技术等方面的原因，国产高档数控系统的市场占有率非常小，2006年，国外公司在我国销售高档数控系统约占市场份额的99.5％。这就要求国产高档数控系统厂商必须生产质量可靠，价格适中的高档数控系统，才能与强劲的外国企业竞争.根据市场分析，可以做出未来五年我国高档数控系统市场规模预测如表1所示。

五、结论与建议

随着市场需求的不断扩大，科学技术的迅猛发展，21世纪将成为我国发展数控系统产业的绝佳时期，提高我国数控系统的技术性和竞争力将大力推动我国制造业的发展，这将是政府与企业共同努力的结果。

在政府政策方面，应充分利用国防军工行业与机床制造行业的合作平台，率先在军工行业推广使用自主化的高档数控系统。优先立项支持选用国产数控系统的首台首套高端数控机床装备的研制，并在项目中分配专门经费支持所配套的高档数控系统的研发，推动自主研发的高档数控系统的应用验证和市场推广。在使用财政性资金采购数控机床的项目中，标书中不要指定国外系统，给国产数控系统产品建立公平的市场竞争机制。在满足同等的条件下，应优先选用国产数控系统产品。同时，支持数控系统厂、数控机床厂和职业院校建立“数控技术培训与服务中心”，为数控机床生产者培训操作使用、工艺编程、维护维修人员。另外，政府也可以在技术改革、税收和金融政策等方面给予扶持，增强高档数控系统企业综合实力。

在企业自身方面，应加大在高档数控系统、全数字交流伺服驱动等核心关键技术领域的研发，走产学研相结合的道路，集我国家的财力支持建立由研究机构、大学、系统厂组成的技术联盟和研发平台，共同开展数控系统共性与关键技术的研发，加速制订下一代高档数控系统标准体系结构的规范和协议及相关的技术标准，并在国产数控系统行业内推广和共享，实现我国数控厂商的共同发展。

总之，国产高档数控系统的发展关系到我国的产业安全和国防安全，加速产业化步伐，增强自主创新能力，加快高档数控机床及其功能部件的研发和市场开拓，提高产品质量和服务质量，提高竞争力是我国高档数控系统产品的努力方向，我们相信在国家的政策和措施的支持下，在全行业自身的不断努力下，高档数控系统一定会有更好的发展。

参考文献：

1、孙斌,杨汝清.基于PC的数控系统的研究现状和发展趋势[J].机床与液压,2001(4).

2、杨学桐.我国数控产业的现状与发展举措[J].机电产品开发与创新,2002(3).

高档数控机床的作用篇（2）

中图分类号：TB 文献标识码：A 文章编号：1672-3198（2012）17-0176-01

0 绪言

机床是世界先进制造技术与制造信息结合的重要元素，并且是机械制造业发展的重要环节与工具。所谓数控机床，指的是在数字化控制下，能够在尺寸精准与几何精准两个方面制造毛坯零件加工中需要立体几何形状的工作母机的总称。与传统的数控机床相比，现代数控机床具有高效、高精度等特征，解决了原来数控领域难以解决的问题，保证了加工零件的质量，并且降低了数控工人的工作强度，进而提升了生产效率。发展数控机床技术是我国实现工业现代化的基础工作，并且也是机械制造产业改革的必经之路。而随着科学技术的不断发展，我国的数控机床技术也取得了明显的成果，但是依然存在一些问题，就需要我们去改进与创新。

1 我国数控机床技术发展现状与问题

机床产业是我国经济发展的基础，而其中的装备制造业又是工业发展的核心。我国将发展高档数控机床技术作为新时期十六个科技创新项目之一，尤其在我国政府的大力支持下，我国的数控机床领域有了重大的研究突破，并且研发出了一批具有我国自主知识产权的数控机床技术。

第一，在中高档数控机床方面有了重大突破。我国在近几年开发出了大型、五轴联动的数控加工机床与其他大批的专业化高效率数控机床，并且建立了大批的中档数控机床核心产业基地。

第二，核心功能部位的制造水平提高。随着科学技术的发展，我国制造的数控机床的部分性能已经接近了国际的指标，达到了制造的先进水平。我国相应开发出了高速主轴单元、重载直线导轨等高性能的核心数控部件样机，而其中有些部件已经开始小批量的生产，获得了不错的反响。

第三，部分中高档数控机床系统开发应用取得一定成果。我国的数控领域通过自主研发与其他国家相互合作，在部分中档数控机床技术领域取得了明显的成果，能够初步解决远程数据等传统机床出现的技术难题。

然而我们看到了我国数控机床取得的明显成果，也要正视依然存在的问题：

第一，我国高档数控机床供应能力较弱。虽然我国的数控机床领域在近几年得到了显著的发展，并且工作效率也明显提高。但是我们依然可以看到机床消费与生产结构之间的矛盾，而随着我国工业发展，对中高档数控机床的需求远远超过了低档的需求，但是我国高档数控机床依然需要从外国进口。

第二，自主创新能力较差。一直以来，我国的机床制造业都在行业内的研究所中进行，但是由于创新能力较差，技术投入不足，导致自主创新能力不高。虽然我国一直引进海外技术，并且购买了许多先进的数控技术，但是由于缺乏基础性的研究技术，因此难以汲取先进技术为己用。

2 我国数控机床发展创新策略研究

第一，提高自主开发与创造能力。面对我国这个工业大国，我们必须要提高机床产品的创新开发力度，要实现核心技术与功能部件的有机结合，以研发高档数控机床为主要目标，提高整个数控产业化的水平。加强我国数控技术基础研发理论的研究以及数控应用软件的科研，改革行业标准，为我国数控机床领域发展奠定基础。

第二，将数控功能部件作为基础，核心共性科学技术作为支撑力量。我国的数控系统与功能部件等基础研究方面是弱项，并且成为阻碍我国数控机床领域发展的一大障碍，因此我们必须要提高专业化程度与自主研发能力。数控技术的发展与自主创新能力的提升需要依靠数控核心技术的掌控，并且依靠数控核心共性技术的支撑作用。我们都知道基础技术的研究是提高整个数控产业水平的基础与保障，也是机床设计中的核心与关键之处，这对于我国数控机床领域跨出一大步具有重要的作用。

第三，引进先进技术，与先进国家合作。我们可以向西方具有先进技术的国家吸取经验，并且以市场来换技术，与跨国公司进行合作，实现数控主流产品的高起点与专业化发展模式。对引进的先进技术，要充分吸收，实现创新，满足用户的多种需求。

3 结语

随着我国工业化进程的大踏步前进，数控机床领域的发展也是迅猛飞进的，并且朝着高效、高速、网络化等方向发展。在近几年我国政府注重对数控机床的投入资金与研发力度，并且取得了巨大的成效。但是纵观我国数控机床技术，依然以西方先进国家存在较大差距。我们需要不断努力，加强对自主知识产权技术与创新产品的研发，进而满足我国重点工程的现代需求，缩短与先进国家的差距，实现我国数控机床领域的可持续发展。

参考文献

［1］张耀满，赵亮，蔡光起等.高速机床进给系统的性能研究［J］.机械工程师，2004，（05）.

［2］肖曙红，夏红梅，张伯霖.直接驱动进给系统模糊推理自校正控制的研究［J］.现代制造工程，2004，（07）.

［3］谢红，高健.加工中心的工作台和伺服进给系统设计［J］.现代机械，2002，（02）.

高档数控机床的作用篇（3）

“装备制造业企业一定要搞自主创新，掌握核心技术，才能避免受制于人。”沈机集团总经理关锡友说，“沈机集团近年来的快速发展，得益于建起了开放式创新的体系。”

沈机集团是国内最大的机床制造企业，生产出了我国第一台普通车床、第一台卧式数控车床、第一台摇臂钻床、第一台卧式镗床。

但沈机集团的自主创新之路并不平坦。

上世纪90年代，依葫芦画瓢，从国外买来样机仿造；2000年前后，开始调整思路，买图纸，引进技术，但一份图纸加一台机床样品，至少100万美元。“花费了大量外汇，并没有实现技术上的突破。先进企业的‘制造诀窍’不在于图纸，在于制造技术和开发技术。”关锡友说。

2000年以后，沈机集团认识到了自主创新的重要，“但一直是企业内部科技人员负责科技攻关，有多大本事，造什么产品，这严重限制了高端产品开发”。

近几年，沈机集团实施了名为“PRD计划”的自主技术创新战略行动，不断整合资源，积极打造全球化研发体系，开展集成创新。

沈机集团每年投入五六亿元研发新产品，逐渐退出低端产品市场，专攻中高档数控机床。国内方面，沈机集团分别在北京和上海建立研发平台，研究高档数控机床的基础、共性和关键技术。国际方面，与世界顶尖机床设计公司德国R+P公司合作，联合设计新一代具有国际先进水平的数控机床。

通过这些技术联盟，沈机集团在短短5年内，自主开发了中高档数控机床产品300余种，其中60%以上达到国际同行业先进水平，许多机床打破了国外对航空等关键领域的封锁。

■ 给数控机床装上“中国脑”

如果说机床是制造业的工作母机，那么数控系统则是数控机床的大脑，虽然只是一块小小的芯片，却控制着机床的速度、精度等。我国高档数控机床的数控系统基本上被跨国公司独占。

2007年8月29日，由沈机集团与中国科学院沈阳计算技术研究所联合实施的“国产数控机床应用国产数控系统示范工程”项目，通过国家鉴定验收。

由我国科技人员自主研发的中高档数控系统，首次成批配套安装在沈机集团提供的6大类、30台数控机床上。

经过双方联合攻关，在五轴联动高速加工中心产品上，“沈阳数控”系统替代了原意大利菲迪亚C1数控系统，可实现高速加工、五轴联动加工功能；在五轴联动车铣复合加工中心产品上，“沈阳数控”系统替代原德国西门子840D数控系统，可实现车、铣复合加工、五轴联动加工功能；在双过程数控轮毂车床产品上，“沈阳数控”系统替代原使用的日本发那科18i数控系统；在立式加工中心和普及型数控车床产品上，使用“沈阳数控”系统替代日本发那科系列数控系统进行配套控制等。

高档数控机床的作用篇（4）

统计数据显示，2012年，我国金属切削机床数控化率为25.8%，成形机床数控化率为5.8%。这种现状与日本、美国、德国等发达国家60%～70%的产量数控化率和80%～90%的产值数控化率相比，我国机床设备的数控化率水平还显得很低，这必然影响到下游企业产品的加工精度和加工效率。

这些差距，一方面使得我国机床行业长期处于低档产品低价混战，中档产品竞争力不强，高档产品基本失守的现状难以得到根本性改变。另一方面，也使国内企业从根本上失去赢利能力，没有足够的资金投入研发高档产品，并使很多企业陷入到底是保生存还是求发展的两难境地。

更重要的是，这些差距也再次提醒人们，当今世界企业与企业的竞争，企业的赢利和发展，归根结底还是科技的竞争。谁拥有现代科技，谁就拥有研发高档产品的能力，谁就拥有了企业赢利和未来发展的动力。

2011年，机床行业（71家企业参评）两化融合发展水平评估结果显示：只有54.2%的企业应用了计划管理，11.3%的企业应用了关键资源需求能力排序，67.6%的企业应用了采购管理，59.2%的企业应用了销售管理，50.7%的企业应用了预算管理，31.0%的企业应用了客户关系管理，15.5%的企业实现了业务与财务集成应用，11.3%的企业实现了管理系统和制造执行系统间的数据自动交换。评估结果还显示，目前我国机床企业的生产方式和管理理念普遍落后，信息系统之间综合集成、协同与创新的水平还有待提高。

机床企业属典型的多品种小批量生产类型企业，具有产品结构和生产工艺复杂，零部件及加工工序多，工艺路线和生产周期较长，零部件生产作业计划和产品总装计划的编制和调控难度大等特点。为使机床企业最大限度地保持连续均衡生产，优化配置各类资源，从而实现按期按质交货，降低成本和提高利润的经营目标；企业惟有应用ERP和MES信息系统对计划期内各种机床所有零部件的加工、装配，直至整台机床总装调试过程进行合理组织和优化排产，并实时采集和处理车间生产作业信息，才能确保上述目标的实现。

虽然机床行业是我国最早应用ERP的行业之一，但是评估结果却告诉我们，参评的71家机床企业中只有38家企业应用了计划管理，特别是只有8家企业应用了关键资源需求能力排序。这种应用水平怎能确保生产作业计划和总装计划的准确性？怎能有效提升大多数企业的管理效率和生产效率？此外，只有11家企业实现了业务与财务集成应用，可见信息孤岛现象仍十分严重。显然，这又怎能有效支撑企业研发、制造、管理和服务全方位业务集成和整体水平的提升？由此可见，机床行业亟待深化应用ERP，加快信息集成平台建设，全面推进两化深度融合。

综上所述，我国机床行业面临的严峻态势除了与世界宏观经济环境、国内产业发展政策、地方保护主义和企业短视行为等因素有关外，还与机床企业战略定位不够清晰和低档产品产能盲目扩张，缺乏原始创新和集成创新为一体的具有自主创新能力的研发体系，未能有效推进先进制造技术、管理技术和信息技术的研究及其深度集成应用，缺乏有效管理和创新发展能力等诸多因素有着直接关系。

为此，政府和企业都应着力研究解决以下几个问题。

首先是政府有关部门要进一步创新完善项目的立项、检查和评估体系，全方位、多种形式加大项目监管力度，切实保证国家科技重大专项“高档数控机床与基础制造装备”整体目标全面实现。

高档数控机床的作用篇（5）

中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）07（a）-0002-02

Fanuc机器人在1974年被生产出以后，fanuc公司在技术的领域不断的寻求发展，不断的拓宽fanuc机器人在数控领域的广泛应用，譬如在弧焊、点焊、喷漆、涂胶和搬运等领域实现fanuc机器人代替机器手进行数控操作。逐渐实现了机器智能化的发展方向。本文将针对fanuc机器人的发展过程，fanuc系统6机器人和fanuc系统15机器人进行对比，以观测fanuc机器人的发展与进步。

1 fanuc机器人的发展过程

Fanuc机器人先后经历了多次的变革，系统从1979年的数控系统6发展到现在的数控系统15，数控系统16以及数控系统18等。

在1979年fanuc机器人率先实现了系统6的数控机床系统，它主要应用于数控的铣床和加工。它在实现一般功能的基础上，也创建了一部分高级的数控机床控制功能，是属于中档的数控机床系统，就是CNC系统。在这个中档CNC系统当中，可以实现用户自己编写和制作的特有变量型子程序以及宏程序。在硬件上，也大量的采用集成电路的大规模的应用和大容量磁泡存储器的覆盖。

随后，在第二年，fanuc机器人又迎来了一次系统变革，在原有中档系统的基础上，fanuc公司将系统拓宽到低档和高档两个区域，研制除了低档数控系统3以及高档数控系统9。低档数控系统3可以广泛应用在小型的机床，因其成本低，体积小等优点促使市场上对于机电一体化系统需求得到满足。而高档数控系统9则是在原有中档数控系统6的基础上对系统自身提出了更高的要求，促使可变的软件型数控机床更高级系统的应运而生。因其系统具有的可变性，可以促使高档数控系统9在不同领域得到广泛的应用，譬如航空部件等的加工。

其后，在1984年，fanuc机器人又迎来了新型的分布式数控机床系统10、11和12。它们其发展方向是针对于中型或大型的系统的应用，其以元件数量的最少化实现效果最好的实现化为目标。这次变革，主要在硬件上做了改进，大量采用大规模集成电路。32位的CPU以及磁泡存储器都促使元件的数量比以往的fanuc机器人数控机床系统再减少30%。引入了PLC可编程控制的梯形图语言和PASCAL语言在分布式数控机床系统中的应用。此外，分布式数控机床系统健全和丰富了宏功能。

随后，紧接着的一年，fanuc公司在小型机床市场上又推出了fanuc机器人数控机床系统0，它在手动编程中创建了现场编程示教盒TP，使手动编程功能不再繁杂。它因为其功能的强大和价格的低廉，体积的小巧被广泛的应用，即便是在现在，它也依旧是主流的应用数控机床系统。

在1987年，fanuc机器人进入了人工智能时代，研制开发的高级数控机床系统15，它是一个人工智能控制与数控机床控制和生产物料控制三位一体的综合型数控系统。将数字化运用到了伺服单元、主轴单元促使加工是的高精度和高效率，同时还增加了MAP通讯自动协议以及窗口功能等。

Fanuc公司没有因为系统15的研发而停止脚步，他们仍是在不断的进行着fanuc机器人的研发，到目前为止，市面上就有将近40多种的不同系统，不同应用的fanuc机器人被使用。

2 fanuc机器人数控机床系统6与数控机床系统15

2.1 fanuc机器人数控机床系统6

由上面的论述可以知道系统6是中档的数控机床系统，它在实现一般功能的基础上，也创建了一部分高级的数控机床控制功能，是属于中档的数控机床系统。在数控机床系统6中的控制功能中的控制轴主要包括x，y，z三轴主城，通过三轴两轴的联动来实现直线以及圆弧，螺旋线等的插补。Fanuc机器人数控机床系统6与其他的数控机床系统的工作原理是一样的，都是通过零件程序的输入到译码，再到数据处理，插补运算和伺服输出等工作环节。在系统6当中采用的编程语言是FAPT语言，通过电脑进行编译和计算，然后自动输出到数控纸带上。

对于fanuc机器人数控机床系统6的编程研究，应该从手动编程进行研究。因其系统6的时代性，它的手动编程是停留在图纸绘制、计算工具计算等方式来规划fanuc机器人的运动轨迹。在系统6中程序包括主程序和子程序，主程序与子程序通过转移进行指示fanuc机器人的运动。其中，子程序可以通过M98代码来调用子程序，这种方式被称作为嵌套，而系统6只能做到两次嵌套。在程序当中，其主要是通过具有多条指令的程序段组成，是一个指令单位。程序段再往下分，则是由字符构成的，字符根据一定的规定格式进行编写。通过对于坐标轴x，y，z的联动性能实现坐标轴的直线运动和圆弧运动以实现其工作作用，主要是通过其动作指令的联动性能实现fanuc工作的目的。

2.2 fanuc机器人数控机床系统15

由上面的论述可以知道系统15是属于人工智能的数控机床系统。它是一个人工智能控制与数控机床控制和生产物料控制三位一体的综合型数控系统。将数字化运用到了伺服单元、主轴单元促使加工是的高精度和高效率，同时还增加了MAP通讯自动协议以及窗口功能等。

Fanuc机器人的编程方式主要是通过两种方式实现，一个是手动编程，一个是自动编程。手动编程主要是通过TP示教盒实现现场编程的，而自动编程也称作离线编程，是通过计算机上的fanuc编程软件实现自动编程的一种方式。其中系统软件根据实现功能的不同，大致可以分为：Handling Tool（搬运）、Laser Tool（激光焊接切割）、Art Tool（弧焊）、Spot Tool（点焊）等。其中手动编写的TP主要用于现场的实际操作，通过移动fanuc机器人来检查fanuc的工作状态，运行情况，以及编写程序让fanuc及时运行来测试程序的准确性等。TP也并不是全部的进行手动编写，它也是自动编程的一种方式，不过主要是针对于随时对fanuc进行检测和试运行，所以也是作为传统手动编程的一个进化。

在编程的过程中需要通过对fanuc发送运动指令，从而促使其运动，实现工作。运动指令大致可以分为三种，Joint是关节运动指令；Linear是直线运动指令；Circular是圆弧运动指令。Joint主要是指定fanuc在指定的两个点之间进行任意的运动；Linear主要是指定fanuc在指定的两个点之间进行直线运动；Circular主要是指定fanuc在制定的三个点之间进行圆弧运动。

在系统15当中对于各个指令都进行了明确的规划和确定，不同于系统6的设计。系统6只是通过坐标轴的联动性能指导fanuc机器人进行运动的指令。而系统15在fanuc机器人进行运动指令的基础上，对于其工作指令例如Spot Tool（点焊）等的指令都可以通过编程就得到实现，而不需要设计联动性能来指导fanuc的运动。这种编程的变化，不但可以有效的节省人力，还能够使fanuc机器人的操作功能性得到广泛的提高。不仅如此，系统6主要是建立一个工具性的坐标系，便于对fanuc机器人进行运动指导，而系统15不但在工作性坐标系的基础上加入例如TCP点外，还建立了用户坐标系，以通过程序去记录位置的信息。而TP示教盒的应用也是系统15与系统6相比最显著的优势，它不需要进行手绘图，计算等，只需要将相应的数据信息和指令输入到TP中就可以实现及时的对于fanuc机器人的操作。节省了时间，提高了工作效率。

3 结语

通过对本文的论述，可以清楚fanuc机器人的发展历程，从1979年的中档数控机床系统6在世界数控领域的出现再到人工智能数控系统15在国际市场上的广泛应用，fanuc机器人在进行着不断的发展。它不断的完善着自身的功能，以实现fanuc机器人自主进行数控操作时代的到来。

参考文献

高档数控机床的作用篇（6）

“十三五”是全面完成国家科技重大专项战略任务的冲刺五年，是落实中央全面深化科技体制改革、实施创新驱动发展战略等系列决策部署的关键五年，因此总结过去，做到四个聚焦（聚焦关键、聚焦重大、聚焦长远、聚焦能力），意义重大，时不我待。

1 目前国产数控系统存在的问题

通过“十二五”规划的实施，我国机床行业技术水平明显提升。数控系统、功能部件及数控刀具与主机产品配套研发，实现与中高档机床的批量配套。高档数控系统的多通道、多轴联动等关键技术指标已基本达到国际主流系统先进技术水平，但在性能、成套性、可靠性、批量生产稳定性和品牌等方面与国外先进水平还存在较大差距，主要存在以下问题：

1.1 测试验证不足

国产数控系统虽有大批量应用，但大都集中在低端市场，中高端市场占有率仍然较低。数控系统软件的可靠性和精度保持性较低，故障率较高，“S”件试切还达不到指标要求，其中一些隐性问题还没有完全暴露出来，特别是软件的鲁棒性问题。为此“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项“十二五”期间已经安排了部分产品的实验验证和示范工程，并取得了一定的成果，但还需经过大量和长时间的验证后逐步完善，以此保证数控系统的稳定运行。

1.2 功能配置不全

经过前期的攻关，国产数控系统实现了很多功能，解决了有无的问题，但很多功能是“形似而神不似”。目前国产数控系统的功能满足80%的用户需求，但其余的功能开发难度和工作量较大，同时产品的宜用性不好，与主机融合度不高，针对性不强，一些辅助调试工具不全，特别是系统标准辅助面板上的按键标识大多是固定，不能更改，不利于机床厂进行系统的扩展开发，并且国产数控系统在多轴多通道或者多轴单通道控制功能方面不能实现任意几轴之间的插补加工，这些都在一定程度上影响了国产数控系统的推广。

1.3 性能表现不佳

国产数控系统在性能上和主流的进口数控系统还有差距，特别是在高速高精控制方面。伺服驱动和电机的性能比较薄弱，且差距较大，比如伺服的参数自适应控制、电机的高速、高刚度、高精度、高加速度、功率体积比等方面与国外主流产品还存在差距，后续的性能提升难度大，伺服电机的工艺制作水平不高，数字化制造水平低，造成产品一致性差，规格系列不全，成套性不足，这些在一定程度上拖了数控系统的后腿。

1.4 系统标准不统一

国产数控系统缺乏统一的标准，如总线标准不统一，系统内部通讯协议不统一，不利于工厂实现网络化智能制造，标准不统一致使各个厂家之间的伺服和系统无法混用，调试监控软件互相不兼容，不利于加工企业实现网络化智能制造，也不利于机床制造企业进行机床的网络化批量调试。

2 国产数控系统发展趋势

自1952年美国研制出第一台试验性数控系统以来，数控系统的发展十分迅速，数控系统也由原先的硬连接数控发展成为今天的计算机数控（CNC），目前国产数控系统正在由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。

2.1 信息化

随着制造业的发展，数控机床不再是一个独立的加工单元，数控机床和人、数控机床之间的交流都离不开网络。面向制造自动化集成的网络功能数控系统应具有与上层信息管理系统交换信息功能，这些必要的交换信息包括制造加工任务计划，数控系统及底层执行装置的工作状态及故障信息等。同时基于新一代云服务平台的大数据采集、大数据挖掘等变得越来越重要，这些都离不开高速、可靠地网络信息功能。

2.2 智能化

智能化是制造技术发展的一个大方向，随着人工智能在计算机领域的渗透，研制智能数控系统必将成为未来的发展趋势。例如：研制开放式智能化数控系统，支持温度、振动、RFID等传感器介入的物联网平台；研制基于高级语言的智能化数控系统解释器；研究基于开放式智能化数控系统智能加工技术，如智能化加工路径控制、进给率自适应、故障诊断，监控与设备的自动维护等。

2.3 开放化

利用丰富的软硬件资源开发开放式体系结构的新一代数控系统是当今数控系统的趋势之一。开放式体系结构使数控系统具有更好的通用性、柔性、适应性、可扩展性，并可以较容易的实现智能化、信息化。开放式体系结构可以采用通用的计算机技术，使编程、操作以及技术升级和更新变得更加简单，同时可以根据资源进行系统集成，促进数控系统多档次、多品种的开发和广泛应用，缩短开发生产周期。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。

3 国产数控系统用户需求和技术要求

高档数控机床的作用篇（7）

摘要：在数控加工中，系统的参数设定会影响到加工的效果。通过对Fanuc0i-B系统的主轴方面的参数设定介绍，使我们了解了对与恒线速度加工相关的主轴参数的设定方法。关键字：Fanuc主轴；参数设定；恒表面速度在数控的车削加工中，为保证加工表面精度和粗糙度，常常要使用恒表面度加工方式，而这种加工方式与数控机床的参数设定有着密切的关系。而操作者却往往并不十分了解数控机床在这方面的特性，以致在编程加工过程中常常达不到预期的理想效果，甚至出现“莫名”的错误，其实这是由于对数控机床在这些方面的参数设定不了解而造成的。通过对FANUC-0iB主轴相关参数设定的说明，这一问题有进一步的了解，使操作者能正确地编制程序，提高加工质量。1Fanuc主轴伺服系统简介要正确地进行横速变成和操作，首要弄清数控车床的主轴工作原理和结构。Fanuc公司的主轴伺服系统可分为直流和交流两大类，由于现在大多数机床采用交流主轴伺服系统，在这里也仅介绍交流系统。交流主轴伺服系统由模拟式和数字式两种产品，它有以下特点：①由于采用了微处理器和最新的电气技术，在全部速度范围内能平滑的运行以及很少的振动和噪声；②具有再生制动控制，可将电动机能量反馈回电网。而数字式伺服系统较之模拟伺服系统由具有二个特点：①由于采用数字直接控制，数控系统输出不要经过A/D转换，所以控制精度高；②取消全部电位器，采用参数设定方法，其优点是设定灵活，范围广，而且可以无级设定，所以较电位器调整准确。对主轴伺服系统的过程简述如下（如图1）：图1交流主轴伺服系统有数控系统来的速度指令在比较起中与检测器来的信号相与之后，经比例积分回路将速度误差信号放大作为转矩指令电压输出，再经绝对值回路使转矩指令电压永远为正。然后经函数发生器（起作用位当电动机低速时提高转矩指令电压）到达V/F变换器，变成误差脉冲。误差脉冲送到微处理器并与四倍回路出来的速度反馈脉冲进行运算。同时，将预先写在微处理器部件中的ROM中的信息独处分别送出振幅和相位信号，送到DA振幅器和DA强励磁。DA振幅其用于产生于转矩指令相对应的电动机定子电流的振幅，DA励磁强化回路用于控制增加定子电流的振幅。它们的输出值经乘法器后形成定子电流的振幅。另一方面，从微处理器输出的U、V两相的相位（即sinθ、sin(θ-120°)）被分别送到U、V相的电流指令回路（实际为一乘法器），通过它形成U、V相的电流指令。这个指令与电流反馈信号相与之后的误差，经过放大之后送PWM控制回路，变成频率为3kHz的脉宽信号。而W相的信号则是由Iu、Iv两信号合成产生。上述脉宽信号经PWM变换器，用脉宽调制信号控制电动机的三相交流电流。脉冲发生器是一个速度监测器，用来产生每转256个脉冲的正弦、余弦信号波形，经过4倍回路变成每转1024个脉冲。它一方面送到微处理器，另一方面经F/V变换器作为速度反馈送到比较起与速度指令去进行比较。但在低速时，由于F/V变换器的线性度较差，所以此时的速度反馈信号时由微分电路和同步电路产生的。2主轴的一般设定为保证主轴电机能正常工作，能提供良好的旋转力矩，因而对主轴电机的转速有上、下限的制约。如图2。参数NO.3735设定主轴电机最低箝制速度，参数NO.3736设定主轴电机最高箝制速度，设定数据的范围为：0～4095。设定值由以下公式求得：图2但是，主轴电机箝制速度的设定并不是一直有效的，如果指定了恒表面速度控制功能或GTT（NO.3706.＃4），这两个参数无效。在这种情况下，不能指定主轴电机的最大箝制速度。但是可以由参数NO.3772（第一轴）、NO.3802（第二轴）、NO.3822（第三轴）设定主轴最大速度。现在的数控机床一般采用手动换档和自动换档两种方式，前一种方式是在主轴停止后，根据所需要的主轴速度人工拨动机械档位至相应的速度范围；后者，首先执行S功能，检查所设定的主轴转速，然后根据所在的速度范围发出信号，一般采用液压方式换到相应的档位。所以在程序当中或使用MDI方式，S功能应该写在M3（M4）之前，在某些严格要求的场合，S指令要写在M3（M4）的前一行，使机床能够先判断、切换档位后启动主轴。对手动换档机床，当S功能设定的主轴速度和所在档位不一致时，M3（M4）若写在S功能前，可以看到主轴首先转动，然后立即停止，再报警的情况，这对机床有一定的伤害。因此，应注意书写格式。对每一个档位，都需要设置它的主轴最高转速，这是由参数NO.3741、NO.3742、NO.3743和NO.3744（齿轮档1、2、3和4的主轴最高转速）所设定的，它们的数据单位是min-1，数据范围：0～32767。显然，参数的设置是和实际机床的齿轮变比有关系，当选定了齿轮组后，相应的参数也就能够设定了。如果M系选择了T型齿轮换档（恒表面速度控制或参数GTT（NO.3706#4）设定为1），还必须设定参数NO.3744。即使如此，刚性攻丝也只能用3档速度。如图3。图3档位的选择，由参数NO.3751（档1～档2切换点的主轴电机速度）、参数NO.3752（档2～档3切换点的主轴电机速度）决定，其数据范围：0～4095，其设定值为：这两个参数的设定要考虑到主轴电机转速和扭矩。另外，要注意在攻丝循环时的档位切换有专用的参数：参数NO.3761（攻丝循环时档1～档2切换点的主轴电机速度）、参数NO.3762（攻丝循环时档1～档2切换点的主轴电机速度），其数据单位：rpm，数据范围：0～32767。而不由参数NO.3751、NO.3752决定。3恒表面速度的相关参数设定恒表面速度指令G96是模态G代码，在指令G96指令后，程序进入恒表面速度控制方式且以指定S值为表面速度。G96指令必须指定恒表面切削速度控制应用哪个轴。参数NO.3770可设定恒表面速度控制时作为计算基准的轴（数据范围：1，2，3……控制的轴号，如设定为0时，认为X轴进行恒表面速度控制）。此时G96程序段中指令的P值对恒表面速度控制没有意义。直至G97取消G96方式。主轴转速（角速度）和表面速度之间存在如下关系：其中v：线速度；ω：角速度；r：半径；n：转速。由上式可知，随着半径的变化，表面速度几乎可以为从0至无穷大的值，这在实际加工是不允许出现的。因此在用恒表面切削速度控制时，主轴速度若高于G50S_____中规定的值，就被箝在最大主轴速度；若通电时尚未指定最大主轴速度，则主轴速度不被箝制。在G96程序段的S（表面速度）指令被当作S=0，直到程序中出现M3或M4。而在实际加工中，我们通常要对恒表面速度的上下都要设限，参数NO.3771和NO.3772分别对在恒表面速度控制时主轴最低、最高转速进行设定（数据单位：rpm。数据范围：0～32767）。而如果在多主轴控制时（T系），用下列参数NO.3781（设定第1主轴的上下转速）、NO.3782（设定第2主轴的上下转速）、NO.3783（设定第3主轴的上下转速）的上限转速。在利用恒表面速度进行实际加工时，很多操作者反映加工后的表面效果并不理想，远不及预期的，甚至有些还比一般加工的效果还要差。这其实是由机床操作者对主轴的一些参数设定值和恒表面速度加工特性不甚了解所造成的。一定进入了恒表面加工状态，即使对自动换档的机床来说档位也被锁定。也就是说，即使主轴的转速值跨越了档位切换点，系统也不会进行换档。而一旦设定不合理，主轴处于不合适的档位，无法提供足够的切削旋转扭矩，便会明显地影响加工效果。因此，在进行恒表面速度加工之前，应对被加工表面进行分析，求出在所需的表面速度下各处相对应的主轴转速的相对集中段，以确定合适的档位。然后再设定恒表面速度的上下限，保证主轴转速在最佳的范围内。而对自动换档系统，在编制加工程序时应注意，在进入恒表面速度加工前，应使用S指令将主轴切换到所需的档位，然后再进行恒表面速度加工。4结束语数控加工过程中所涉及的知识面很广，不仅包含着一般的加工工艺、金属切削等方面的知识，还需要对数控机床本身有一定的了解，只有将机床参数设置为最佳状态值，才能够达到预期的、满足的加工效果。 参考文献[1]吴国经.数控机床故障诊断与维修.电子工业出版社,20__.5.[2]数控机床系统维修技术与实例.机械工业出版社,20__.6.[3]《Beijing-FANUC0i-B/0iMate-B参数说明书》.[4]《Beijing-FANUC0i-MB系列操作说明书》.

高档数控机床的作用篇（8）

一、专项进展与实施成效

2015年，随着持续深入实施，数控机床专项在单机研制和技术研发方面取得一些重要成果，目前正进入产业化和推广应用的攻坚阶段。截止2015年底，数控机床专项共申请发明专利3849项，立项国家及行业标准407项，研发各类新产品、新技术2920项，新增产值685亿元；在行业研究机构、重点企业建设了18项创新能力平台，在重点用户处建立了46个示范基地；共培养人才5368人，其士2147人。

（一）科学部署阶段任务，促进专项取得突出成绩

通过七年的实施，数控机床与基础制造装备行业技术水平明显提升。目前已有37种数控机床与基础制造装备主机达到或接近国际先进水平，在数控系统、关键功能部件及关键技术研发方面均取得了突破，航空航天、船舶、汽车、发电设备四大服务领域的品种满足度得到大幅度提升，先后为核电、大飞机、高超等科技重大专项和新型战机、运载火箭、高技术船舶等国家重点工程提供了一批关键制造装备，多项关键技术和装备打破国外垄断，有力支撑和保障了国家安全。通过专项实施，培养和集聚了一批专业人才，增强了行业创新能力。

（二）中高档机床水平迅速提升，打破国外产品垄断

针对中高档数控机床进口依赖度高的现状，专项重点对进口量大、市场需求面广的加工中心和数控车床的研发进行了部署。推动机床企业对高档机床的研发投入和可靠性研究，重点企业建立了综合检验验证平台，加强了实验室建设。新研发的数控车床、加工中心及数控系统MTBF（平均无故障间隔时间）平均超过1000小时，有的产品达到1600小时以上，较专项启动前提升一倍以上。

数控机床专项产品的研发成功和批量应用，成功打破了国外产品的垄断，迫使国外产品主动降价。如3.6万垂直挤压机无缝钢管产品，促使国外同类产品从20万元/吨降至4万元/吨，引起我国政府实施反垄断调查；国产RV减速器研发成功后，国外同类产品价格由30万元降至10万元左右。

（三）功能部件等配套能力提升，数控系统取得突破

通过数控系统、功能部件和工具与数控机床主机的应用示范和批量配套，促进了机床产业结构的转型。

多通道、多轴联动等先进数控系统关键技术指标已基本达到国际主流系统技术水平；部分品牌国产高档数控系统可靠性已达1万小时以上，和国际先进产品水平相当。在国防军工企业中实现了国产高档数控系统零的突破，仅沈飞公司一家已有30余台国产数控系统投入实际生产使用，对于国防信息安全具有重大意义。中档数控系统累计销售3.5万余台，国内市场占有率从10%提高到25%，形成了2-3家产业化生产基地；高档数控系统累计销售700余套，国内市场占有率由专项启动前的不足1%提高到了3%以上。

（四）聚焦重点用户领域，行业支撑能力显著提升

航空制造装备领域关键制造装备实现重大突破。在成飞、沈飞等代表性企业，目前已有六类30余台国产五轴联动机床投入实际生产，龙门及卧式五轴加工中心等重点装备在新型战机制造中得到了应用验证，为军机跨展和大飞机研制提供了强有力的保障。

航天制造装备领域初步满足重点型号产品的生产需求。五轴立式铣车复合加工中心等大型、特种制造装备得到示范应用，摆脱国外技术封锁的束缚，保障了新一代航天产品制造的安全性。建立了首条采用国产加工中心和数控车削中心的生产示范线，应用到新一代运载火箭、对接机构等100余种、10000余件关键复杂零部件的加工，为国家重大战略需求的航天产品的研制生产提供了装备能力与制造技术方面的保障。

汽车制造装备领域核心加工设备国产化取得重大进展。目前汽车覆盖件冲压设备已经满足用户需要，达到世界先进水平；轿车曲轴等关键零部件加工设备80%可满足用户需求；轿车发动机缸体缸盖半精加工装备实现了组线应用。电控共轨柴油喷射系统制造关键工艺技术取得突破，12台套关键设备达到国际同类机床先进水平，其成果已成功应用于我国第X代战术军车制造中。

（五）聚集高端人才，增强行业创新能力

数控机床专项实施以来，通过共性技术研发、创新能力平台建设，深化了企业与高校、科研院所的合作，使企业能够充分利用公共科技资源。一些高等院校的学科建设得到加强，为行业培养了一批技术骨干。数控机床专项实施吸引了装备制造行业科研人员广泛参与，研发人员达23594人，其士硕士研究生约占50%。共引进人才208人，有43位""参与了专项研发工作。专项已初步构建了以企业为主体的"产学研用"相结合的创新体系，促进了重点领域技术团队的建设，相关企业的技术和产品能力大幅增强。

（六）创新组织管理，确保专项成果落地

"十二五"期间，数控机床专项坚持采用"需求导向、用户牵引"的方式，组织安排重点任务的落实。通过产学研用，形成了关键技术研发应用和形成产业化能力相协调的发展模式。一是实施管理过程创新，坚持用户牵头、工艺引领、技术共享。二是合作模式创新，采用"产需联合规划"、"用户主机系统部件刀具全产业链联合攻关"等形式，推动重点领域成果的应用。三是坚持"军民融合"发展，针对国防军工领域重点用户的急迫需求，有力推进了装备制造企业与国防军工行业用户的深度融合。

二、2016年主要工作设想

2016年作为"十三五"的开局之年，对科技重大专项实施起到承上启下的关键作用。数控机床专项在"十三五"实施计划和2016年度计划中，坚决贯彻落实国务院关于民口科技重大专项聚焦调整的有关要求，将专项实施重点落实在以下几方面工作上：

（一）着眼行业瓶颈问题，强化专项顶层设计

着力攻克高档数控机床主机、数控系统、功能部件的可靠性、精度保持性等关键瓶颈问题，持续推进航空航天、汽车两大领域关键装备的研发和示范应用，满足国民经济和国防建设的急需。加强数控机床专项与"中国制造2025"有关重点任务的衔接，进一步加强战略研究，完善顶层设计，凝练重点任务，促进成果共享和已取得成果的应用，并产生辐射带动作用。

（二）加强政策引导优化社会环境，推进专项成果应用

根据专项成果的实际应用情况，适时提出国家重大技术装备进口免税目录的修改建议，将符合条件的专项成果纳入"重大技术装备首台套"保险目录，为专项成果的应用推广创造良好的发展环境。

持续推进国产数控机床与军工行业深入合作，编制国产高档数控机床成果目录和国防军工行业产品需求目录，引导国防军工领域重点用户了解并积极采购专项成果。

在国际机床展览会、上海工业博览会等专业展上举办专项成果展，在航空航天、汽车、机床等典型用户企业召开专项成果应用推广会，积极推广、宣传专项成果。

高档数控机床的作用篇（9）

0 引言

数控技术是每个国家先进制造业发展水平的重要标志，国家综合国力的提高和国防工业的现代化所必不可少的重要基础。美国、日本和德国等发达国家的数控机床和技术都处于世界先进行列， 如日本山崎马扎克公司开发出了2种可使用长镗杆切削工件的复合加工机床。德国德马吉（DMG）公司生产的CTX 310 ECO通用车床其主轴驱动在无级可调情况下，转速可达5000r/min，输出功率为ll千瓦 。

而我国数控技术发展比较晚，起步比较慢。在20世纪50年代末，经历了封闭式开发阶段。在“六五”、“七五”间，通过吸收和引进相结合，于“八五”期间建立国产体系。“九五”期间实现了产业化阶段，组建了数控研发，数控生产基地，初步掌握了数控发展的技术，同时培养一批数控专业技术人才，初步形成了国产数控产业规模，开拓了国产数控产业市场。如图1所示为我国数控机床产业销售情况分布图。其规模较大生产公司有华中数控、广州数控和航天数控等具有经济性和普及型的数控系统及机床产品。经过50多年的大力发展，其产品和性能大幅度提高，并逐渐在市场上站稳脚跟。但高端技术产品含量比较低，与国外数控系统差距比较大，对我国数控产业的发展还达不到主导和支撑作用。绝大部分高端数控产品主要依赖进口，如表1所示是近年来我国数控机床进出口变化对比表。因此大力发展国产数控产业对我国经济的发展、国防的进步和综合国力水平的提高具有极为重要的作用。

1 数控机床与技术简介

1.1 数控机床的结构组成

数字控制（Numerical Control ）是一种借助数字、字符或其它符号对某一加工过程进行可编程控制的自动化方法。而数控技术（Numerical Control Technology）就是采用数字控制的方法对加工过程实现自动控制的技术。再将数控技术应用到机床上就演化为现在的数控机床。标准型的数控机床通常由数控机床控制系统和机床本体这两大部分组成，如图2所示。

1.2 数控机床及技术分类

1）按控制系统特点分，主要包括点位控制、直线控制和轮廓控制数控机床。其中，点位控制数控机床只要控制移动部件的终点位置，对运动轨迹不作要求；直线控制数控机床不仅控制两点间准确位置，还要控制其移动速度和轨迹；轮廓控制数控机床能够同时控制两轴以上的轴，并具有插补功能，同时对运动的起、终点，速度和轨迹进行精确控制来加工任意形状的曲线和曲面。

2）按执行机构的控制方式分，主要包括开环、半闭环和闭环数控机床。其中，开环数控机床无位置反馈系统，加工精度低；半闭环数控机床带有位置反馈系统，并安装在滚珠丝杠或电机轴上，加工精度较高；闭环数控机床不仅带有位置反馈系统，而且将其安装在运动部件上，加工精度最高。

3）按工艺用途分，主要包括金属切削类、金属成形类和特种加工数控机床及其他类型数控机床。其中，金属切削类数控机床应用最为广泛，种类最多；金属成形类数控机床最近几年发展较快。

4）按数控机床的性能分，主要有高、中、低档三种数控机床。

1.3 数控机床及技术特点

数控机床作为一种先进的自动化机床，不仅具有较高的自动化程度，而且还具有广泛的通用性，综合运用了计算机技术、微电子技术、自动控制技术、机械结构和精密测量等最新成就和技术，广泛应用于机械加工制造、国防军工产品生产、航空航天、交通运输等领域，其主要特点如下：

1）加工精度高，加工质量稳定、可靠性高；

2）加工过程无需人工干预，降低了工人的劳动强度；

3）当零件发生改变时，只需改变数控程序，即可继续加工，节省生产准备时间，提高生产率；

4）能实现多坐标的联动加工，能加工各种形状复杂的零件，加工范围广；

5）适应性强，适合加工单件和小批量复杂工件；

6）有利于实现机械加工的现代化管理。

2 数控机床及技术的发展概况

数控机床产业是国民经济发展的支柱产业，中国是世界制造大国，但不是制造强国。创新能力不强，基础薄弱，主要以低端产品为主，而制造业的发展主要依赖于机床业的发展。为此，国家于2005年制定了《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》，同时将“高档数控机床与基础制造装备”确立为16个科技重大专项之一。通过国家计划支持，在数控关键技术方面取得较大突破，主要表现在如下几个方面：

1）关键部件的技术水平和质量逐步提高，功能日趋完善，部分零部件的性能指标逐步达到国际先进水平。开发出了高速主轴控制单元、重载导轨、数控回转工作台、A/C轴数控铣头、机械手和刀库装置和数字化量仪等部件和样机，并实现小批量生产规模。

2）中高档数控系统的研发取得了一定的成果。通过自主研发与国外合作，在中档数控系统研发上取得很大进展。解决了远程数据传输和坐标联动的关键难题，相继又开发了伺服驱动系统，形成了系列化和标准化生产。

3）中高档数控机床研发有了较大的突破，在复合加工、五轴联动、高速加工和数字设计等方面取得了重大进展。

但与国外先进发达国家相比，差距还很大，还有很长的路要走，其不足主要有以下几点：

1）自主创新能力还不足，创新成分少，吸收和消化能力差。就目前情况来看，我国只是停留在掌握已有国外的先进技术上和提高国产化率上，没有形成自主研发和自主创新能力。要改变这种局面，不仅借助国外的先进技术作引导，还必须增强消化吸收能力，否则会更加依赖于国外技术。

2）功能部件发展滞后。由于数控机床是由若干功能部件在立柱和床身上进行组装而成。其整体和功能部件之间是相互依赖，相互发展的，这些功能部件的发展也在一定程度上限制了数控机床的发展。

3）产品的稳定性、可靠性不高。进口机床的平均无故障时间约为10，000小时以上，国产为3000-6000小时左右。这种差距在一定程度上影响了国产机床在市场上的占有率。

4）网络化水平和技术较低。目前应用较多的还是NC传输、串口通讯技术和纸带阅读器，而远程故障排除、集成化和网络化水平有限。

5）产品可靠性、服务水平和产品质量等方面不强。国产机床的交货期、服务和质量等方面与国外的著名品牌差距较大，其数控系统的平均无故障时间差距也很大。另外，服务体系不完善，快速反应能力和成套技术服务满足不了现在的多元化市场要求。

6）高档数控机床的需求量较大。尤其对高端数控机床的需求量较大，每年大约有60%的固定资产用于购买机床。在“十二五”期间，随着汽车、高铁、航天工业、工程机械等行业投资增速、产业结构调整，对中高端数控机床需求量将继续增大。据分析，到2020年低中高档数控机床之比将达到20：60：20，中高档数控机床年需求量在12万台左右。

7）体系结构不够完善和开放。用户接口不够完善，少数开放功能的产品，只停留在试验和试制阶段。

8）创新环境不完善。我国还未形成有利于企业创新的竞争环境，创新动力和创新意识不强。

3 数控机床及技术的发展趋势

数控技术不仅对传统的制造业带来了巨大的变革，而且成为工业化的象征。随着数控技术的发展和应用领域的逐渐扩大，对国际民生的重要行业产生了极为重要的作用。从目前世界上数控技术及装备的发展趋势来看，主要体现在以下几个方面：

3.1 高精度化、高速化、高效性、高可靠性

世界各工业国家从精密到超精密加工，从微米级到亚微米级，再到纳米级发展，以适应现代科技的发展。通过高速化缩短切削时间，来提高生产率，实现高效发展。高的可靠性可以大大降低机床故障率，提高机床寿命。

3.2 开放式、智能化、网络化

开放式数控系统能在一个统一平台上，面向厂家和用户，通过增加、剪切和改变结构对象，实现产品的系列化。智能化主要是对产品质量、驱动性能、编程、人机对话、智能控制、智能诊断等方面实现智能化。网络化是近年来的一大亮点，这一目标的实现可极大满足制造系统和制造企业对信息集成的需求，实现虚拟制造和敏捷制造等。

3.3 五轴联动加工和复合快速加工

采用五轴联动可实现对三维曲面零件的加工，效率高、加工质量好。但价格较高，编程难度较大，从而限制了五轴联动机床的发展。由于当前电主轴的快速发展，使五轴联动的复合主轴头结构大为简化，制造难度和成本降低，促进了五轴联动机床和复合加工机床的迅速发展。我国复合加工机床刚刚起步、国内首台复合加工机床是由沈阳机床集团与德国MAX-MULLER公司合作生产的车铣复合中心。

3.4 环保化

随着环境保护意识的增强，环保的要求也越来越高。不仅在制造过程中不污染环境，在使用中也不产生二次污染。在这种环境下，装备制造领域对机床提出了无液、无冷却液、无气味的环保要求。欧洲已有10%-15%的加工实行了干切削或准干切削，如德国HUELLER的高速加工中心均采用了干切削技术；美国HARDING的QUEST系列车床；日本原洲公司加工中心采用了液氮冷却技术；日本富士公司的数控车床采用了冷风冷却技术。

3.5 新技术规范和标准的建立

开放式数控系统有更好的适应性、扩展性、通用性和柔性。美国、欧共体和日本等国纷纷开始对开放式体系结构的数控系统新技术规范的研究和制定，这预示着数控技术的又一个新的变革时期的到来。我国在2000年也开始对中国的ONC数控系统的规范进行研究和制定。

4 结束语

我国是制造和生产大国，在世界产业转移中尽量接受前端而不是后端的转移。一方面，要努力掌握世界先进制造核心技术，缩短与先进国家之间的差距。重视数控人才的培养，加大对数控高端科技领域的拓展，加大经济的投入，实现由制造大国到制造强国的转变。另一方面，制造业还是我国就业人口最多的行业，可缓解当前就业的压力，提高人民的生活水平，保障社会的稳定。

参考文献：

[1] 林宝，单国栋.我国数控机床市场发展现状和趋势[J].东方企业文化，2010（9）：121.

[2] 张玲. 数控加工编程[M]. 南京：南京大学出版社，2012.1.

高档数控机床的作用篇（10）

数控系统是一种利用数字信号对执行机构的位移、速度、加速度和动作顺序等实现自动控制的控制系统。从1952年美国麻省理工学院研制出第1台实验性数控系统，到现在已走过了半个世纪。数控系统也由当初的电子管式起步，发展到了今天的开放式数控系统。

数控系统确保了数控机床具有高精、高速、高效的功能，可以使装备制造业实现数字化、柔性化和网络化制造。随着我国航空航天、船舶、汽车、电站设备和国防工业等制造业的高速发展，数控机床在装备制造业中的重要性愈来愈明显，中高档数控系统的需求也越来越大。以往中高档数控系统基本被国外厂商占领，因此我国中高档数控系统技术必须加快发展。

一、国外数控系统现状

在国际市场，德国、美国、日本等几个国家基本掌控了中高档数控系统。国外的主要数控系统制造商有西门子（Siemens）、发那克（FANUC）、三菱电机（Mitsubishi Electric）、海德汉（HEIDENHAIN）、博世力士乐（Bosch Rexroth）、日本大隈（Okuma）等。

1.纳米插补与控制技术已走向实用阶段

纳米插补将产生的以纳米为单位的指令提供给数字伺服控制器，使数字伺服控制器的位置指令更加平滑，从而提高了加工表面的平滑性。将“纳米插补”应用于所有插补之后，可实现纳米级别的高质量加工。在两年一届的美国芝加哥国际制造技术（机床）展览会（IMTS 2010）上，发那克就展出了30i/31i/32i/35i-MODEL B数控系统。除了伺服控制外，“纳米插补”也可以用于Cs轴轮廓控制；刚性攻螺纹等主轴功能。西门子展出的828D所独有的80bit浮点计算精度，可使插补达到很高的轮廓控制精度，从而获得很好的工件精度。此外，三菱公司的M700V系列的数控系统也可实现纳米级插补。[1]

2.机器人使用广泛

未来机床的功能不仅局限于简单的加工，而且还具有一定自主完成复杂任务的能力。机器人作为数控系统的一个重要应用领域，其技术和产品近年来得到快速发展。机器人的应用领域，不仅仅局限于传统的搬运、堆垛、喷漆、焊接等岗位，而且延伸到了机床上下料、换刀、切削加工、测量、抛光及装配领域，从传统的减轻劳动强度的繁重工种，发展到IC封装、视觉跟踪及颜色分检等领域，大大提高了数控机床的工作效率。典型的产品有德国的KUKA，FANUC公司的M-1iA、M-2000iA、M-710ic。[2]

3.智能化加工不断扩展

随着计算机领域中人工智能的不断渗透和发展，数控系统的智能化程度也得到不断提高。应用自适应控制技术数控系统能够检测到过程中的一些重要信息，并自动调整系统中的相关参数，改进系统的运行状态；车间内的加工监测与管理可实时获取数控机床本身的状态信息，分析相关数据，预测机床状态，使相关维护提前，避免事故发生，保证其不稳定工况下生产的安全，减少机床故障率，提高机床利用率。应用先进的伺服控制技术，伺服系统能通过自动识别由切削力导致的振动，产生反向的作用力，消除振动。应用主轴振动控制技术，在主轴嵌入位移传感器，机床可以自动识别当前的切削状态，一旦切削不稳定，机床会自动调整切削参数，保证加工的稳定性。 　4.CAD/CAM技术的应用

当前，为了使数控机床操作者更加便利地编制数控加工程序，解决复杂曲面的编程问题，国际数控系统制造商将图形化、集成化的编程系统作为扩展数控系统功能、提高数控系统人机互动性的主要途径。最新的CAD/CAM技术为多轴多任务数控机床加工提供了有力的支持，可以大幅地提高加工效率。ESPRIT、CIMATRON等一些著名CAM软件公司的产品除了具备传统的CAM软件功能模块，还开发了多任务编程、对加工过程的动态仿真等新的功能模块。

二、国内数控系统现状

随着国际学术及产业界对开放式数控系统研究的日益推进，我国的相关研究也越来越受到重视。经过几十年的发展，我国机床行业也形成了具有一定生产规模和技术水平的产业体系，国产数控系统产业发展迅速，在质与量上都取得了飞跃。

国内数控系统基本占领了低端数控系统市场，在中高档数控系统的研发和应用上也取得了一定的成绩。其中，武汉华中数控股份有限公司、北京机电院高技术股份有限公司、北京航天数控系统有限公司和上海电气（集团）总公司等已成功开发了五轴联动的数控系统，分别应用于数控加工中心、数控龙门铣床和数控铣床。近期，武汉重型机床集团有限公司应用华中数控系统，成功开发了CKX5680数控七轴五联动车铣复合加工机床。国内主要数控系统生产基地有华中数控、航天数控、广州数控和上海开通数控等。[3]

国内的数字化交流伺服驱动系统产品也有了很大的发展，已能满足一般的应用，并能与进口产品竞争，占领了国内的大部分市场。伺服系统和伺服电机生产基地主要有兰州电机厂、华中数控、广州数控、航天数控和开通数控等。

然而，由于我国原有数控系统的封闭性及数控软硬件研究开发的基础较差，技术积累较少，研发队伍的实力较弱，研发的投入力度不够，国产中高档数控系统在性能、功能和可靠性方面与国外相比仍有较大的差距，限制了数控系统的发展。为此需要政府、科研院所和制造商共同努力，推进我国中高档数控系统的发展。

参考文献

[1]彭芳喻等.从IMTS 2010展看我国数控系统未来发展之路[J]，金属加工，2011第4期：8-11

高档数控机床的作用篇（11）

中图分类号：TG65 文献标识码：A

1 基本结构

考虑到手持单元所执行的功能，备件的通用性及经济价值等多方因素，最终采用HM-381型手持单元，该手持单元上有急停开关、倍率选择旋钮、轴选择旋钮、电源指示灯、手摇脉冲发生器（手脉），共有18颗信号线，在实际应用中可酌情使用。

2 连接方式

在手持单元中，手摇脉冲发生器（手脉）有六个引线，而V2-2000B机床只使用A相、B相、+5V电源、0V电源四个引线，与NUM1060控制系统模块的手轮轴口连接，而在西门子的控制系统需要六个引线，增加A非、B非信号。

对手持单元的倍率选择公共端与轴选择公共端，可以合二为一。

倍率选择开关为三档波段旋钮开关，旋到×1档时对应进给每个脉冲为1μm、×10挡为0.01mm、×100档为0.1mm，三个档位对应R1、R2两根信号线，R1端为“1”时是×100档，R2端为“1”时是 × 1档，R1、R2同时为“1”是×10档。

轴选择开关为六档波断开关，OFF为空档，其它依次顺序为X、Y、Z、4、5、6对立L1、L2、L3三根信号线对这三个信号线进行编码，可选择相应的轴，L1信号为1时选择X轴，L1、L2同时为“1”时为Y轴，L3信号为“1”选择Z轴。

对于手持单元的急停开关，可以选择与机床面板的急停开关串联，即当机床与手持单元的任意一个急停开关动作时都有效。这样将手持单元与机床连接上，安装在机床操作台侧面，急停开关信号线直接连接在操作台内部，其它信号线共使用8根，手持单元与机床电器柜间的连接，使用一根8芯电缆即可达到要求。

3 编制PLC程序

在手持单元与机床连接的8根信号线中，+5V、0V、A、B连接在系统模块的相应轴口上，另外的R1、R2、L1、L2连接在输入的模块上，在查阅V2的2000B机床的电器图纸后，可找到多余备用的输入点：%I503.0～%I503.3，按电器图纸排列线号对应的线号为870、871、872、873，并在图纸上详细修改注释以便日后修理维护。

在查阅机床的PLC程序图后，安装整个程序的V变量排序，定义X、Y、Z轴的选择和*10、*100倍率选择的变量为：%V60..0～%V60.3，然后对应个逻辑点编制PLC程序。

在使用手持单元进行操作时，当进行进给轴选择时，旋动轴选择开关，旋到X轴时，信号线L1有24V电压L2没有电压，反映到PLC程序表现为：%I503.0为1、%I503.1为0，根据逻辑关系在X轴选择的程序段中%V60.0状态为1，然后将该点的状态输出各个相关的逻辑点上，使控制面板上的X轴选定指示灯亮起，地址为%Q100.5，这个地址点有效后，使X轴进给有效即%W9.0为1。

当然，这个过程中还要满足X轴不在超程位置、手持单元有效、其它轴进给关断等限制条件。，如图1所示。Y轴、Z轴的选择，原理与上述相同，只是相应逻辑点有所改变。

当倍率开关旋到X10档时，R1、R2信号线同时有24V电压，根据PLC程序的逻辑关系，当R1、R2对应的输入地址%I503.2、%I503.3同时为1时输出变量%V60.3为有效，使控制面板上的倍率选择指示灯（%101.06）亮起，最后输出给倍率有效功能点%W4.1为1，就实现了倍率选择的整个过程，如图2所示。而X100选择的经过与X10选择相同，只需改动相应的点。

4 调试

上电调试时。首先要将机床原始PLC程序进行备份，然后将修改过的新程序反传回机床，当机床无其它报警，各项功能正常后，打开手持选项，验证手轮上的急停开关是否有效，下一步不要使用手摇脉冲发生器，要旋动轴选择开关和倍率选择开关，旋动到相应的位置时，控制面板上的指示灯会对应亮起，如果出现混乱，要检查PLC程序是各项选择之间的互锁关系，这过程可通过控制系统的PLC在线监控功能，观察是否存在错误，X、Y、Z轴之间的互锁关系必须完整。

当使用手脉时如果进给轴正负方向相反时要重新调整手脉的A相、B相的信号线，而不能使用A非、B非信号。在调试过程中也有可能出现进给无快速的现象，此时应当检查在改动的PLC程序中%I101.2是否异常，总之调试时要细心认真，反复对照新旧PLC程序。

简易手持单元操作灵活，功能明确，既可以实现手动对刀，也可以做自动加工的手动调整，对加工生产有很重要的意义。HM-381型手持单元上面有倍率选择、轴选择和手摇装置，动作较少，功能也比较简单，属即插即用型产品，并具有很强的通用性，它可在各种类型的数控系统上使用。

结语

经过对HM-381手持单元的安装调试，事实证明了该型手持单元能够为数控机床成功应用，但前提是对数控机床的控制系统要有足够的了解，并能够清楚机床PLC程序的逻辑关系。另外，这种简易的手持单元功能齐全、控制合理、稳定性好、安装方便、经济适用，是数控机床改装手持单元的很好选择。

参考文献