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带你了解数控机床的发展历史

    数控机床是生产加工的关键设备，其可靠性是影响加工产品质量以及生产线运行的重要因素。本节围绕数控机床状态监控涉及的关键技术进行归纳和总结，包括国内外在数控机床及数控技术的发展、数控机床数据实时采集与监控技术、基于互联网的监控技术、数控机床故障诊断技术等四个方面的研究进展和成果。

    数控机床早期主要应用于工业，源于美国对飞机螺旋桨叶片轮廓样板的加工需求。高精度、数控机床亦曾几度成为世界上强国用来制裁敌对***的禁运物资。直至今天，西方***仍对我国企业采购***数控机床和装备进行多方和限制。20世纪40年代，数控机床的雏形诞生，主要应用于以及实验研究。其后经过20年左右的发展，一些较***的制造企业开始逐步应用纸带式机床。在这段时期，数控机床只在大批量零件的生产中才得到应用。同时世界上亦只有少数院校进行实验研究并开设相关课程。

    进入20世纪90年代中后期，数控机床的应用在发达***开始呈式发展，很大一部分原因是由于计算机技术的飞速发展，同时个人电脑广泛普及和计算机软件行业的蓬勃发展，数控编程也变得更加方便。并且随着计算机硬件的不断更新换代，数控机床的处理器也更为***，控制功能愈发强大，数控机床对制造企业产生的效益日益可观。20世纪90年代至今，数控机床在全世界范围内广泛普及，并不再局限应用于大批量生产。

    随着各个学科领域的交叉发展，工程制造领域各个方面彼此相互促进，高速加工中心、多轴联动机床、复合加工机床、高精密机床等数控机床的发展已达到的高度。相较而言，我国与工业发达***还有很大的差距，特别是机床数控化率以及数控机床的拥有数量还有着相当大的发展空间。值得一提的是，在“数控机床与基础制造装备”***科技重大专项的指导和推动下，数控机床行业近几年得到了快速发展。

我国机床行业的行业结构。

    行业结构：失守、中端争夺、低端

    在低端技术领域，经过多年努力，国产机床产品（包括系统和整机）已基本占领。由于这一部分门槛较低，部件容易买到，前些年大量中小企业进入。现在中低档、通用型、单机类的同质化机床产能严重过剩，陷入降价竞争，企业大批。

    中档机床市场是目前中外企业竞争的主要领域，主要竞争对手是中国台湾和韩国企业。国产数控系统和进口系统的竞争也集中在这一领域。国产中档系统技术正趋向成熟，目前市场占有率不足50%，国产化趋势不断扩大，可能终占据市场主导地位。广州数控是国内中低档系统厂商。

    数控机床方面，国给能力严重不足，市场长期被欧日企业垄断，进口依赖度超过90%。

    在数控系统领域，我国少数产品在精度方面可以和西门子、发那科相比，但产品的使用寿命、性能、稳定性还远不如它们，所配套机床的市场占有率不足10%。

    机床的技术还聚集在功能部件、关键零部件、工具量仪上（伺服驱动单元、主轴单元、测量反馈元件、转台、换刀机构、滚动元件、轴承、液气润滑装置等）。它们的性能和质量，决定了整机的性能和质量。在这一领域，我国技术基础薄弱，其性能、功能、质量、可靠性不能满足市场需求，自我配套能力很低，占有率不足5%。如果从欧洲进口功能部件，当地***规定必须加价16%-18%，有些重要产品根本不卖。这方面技术的落后，严重制约了我国机床工业的发展进步。

按控制方式分类，机床可以分为哪些类？

1、开环控制系统

开环控制系统是指不带反馈装置的控制系统，由步进电机驱动线路和步进电机组成。

数控装置经过控制运算发出脉冲信号，每一脉冲信号使步进电机转动一定的角度，通过滚珠丝杠推动工作台移动一定的距离。

这种伺服机构比较简单，工作稳定，容易掌握使用，但精度和速度的提高受到限制。

2、半闭环控制系统

半闭环控制系统是在开环控制系统的伺服机构中装有角位移检测装置，通过检测伺服机构的滚珠丝杠转角间接检测移动部件的位移，然后反馈到数控装置的比较器中，与输入原指令位移值进行比较，用比较后的差值进行控制，使移动部件补充位移，直到差值消除为止的控制系统。

这种伺服机构所能达到的精度、速度和动态特性优于开环伺服机构，为大多数中小型数控机床所采用。

3、闭环控制系统

闭环控制系统是在机床移动部件位置上直接装有直线位置检测装置，将检测到的实际位移反馈到数控装置的比较器中，与输入的原指令位移值进行比较，用比较后的差值控制移动部件作补充位移，直到差值消除时才停止移动，达到的控制系统。

闭环控制系统的***精度高于半闭环控制，但结构比较复杂，调试维修的难度较大，常用于高精度和大型数控机床。

数控机床的适应性与经济性特点

1.适应性强

数控机床能适应不同品种、规格和尺寸的工件加工。当改变加工零件时，只需用通用夹具装夹工件、更换刀具、更换加工程序，就可立即进行加工。计算机数控系统能利用系统控制软件灵活地增加或改变数控系统的功能，能适应生产发展的需要。

2.有利于向更的制造系统发展

数控机床是机械加工自动化的基本设备，柔性加工单元(FMC) 、柔性制造系统(FMS)以及计算机集成制造系统(CIMS) 都是以数控机床为主体，根据不同的加工要求、不同对象，由一台或多台数控机床，配合其他辅助设备(如.运输小车、机器人、可换工作台、立体仓库等)而构成自动化的生产系统。数控系统具有通讯接口，易于进行计算机间的通信，实现生产过程的计算机管理与控制。

3.数控机床的经济性

数控机床的造价比普通机床高，加工成本相对较高。所以，不是所有零件都适合在数控机床上加工，它有一定的加工适用范围。要根据产品的生产类型、结构大小、复杂程度来决定其是否适合用数控机床加工。

通用机床适合于单件、小批量生产，加工结构不太复杂工件。

机床适合于大批量工件的加工。

数控机床适合于复杂工件的成批加工。