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数控机床的发展趋势及国内发

展现状

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数控机床的发展趋势及国内发展现状

机械112余人海1107200063

1．引言

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了革命性的

变化。数控加工具有如下特点：加工柔性好，加工精度高，生产率高，减轻操

作者劳动强度、改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。

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

较复杂、精度要求较高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的

关键零件、要求精密复制的零件、需要缩短生产周期的急需零件以及要求100%

检验的零件。数控机床的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展

的重要装备。

进入21世纪，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需求水平提升而引发的制造装备发展的良机，

也遭遇到加入世界贸易组织后激烈的国际市场竞争的压力，加速推进数控机床

的发展是解决机床制造业持续发展的一个关键。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飞速进步，数控机床的应用范围还在不

断扩大，并且不断发展以更适应生产加工的需要。本文简要分析了数控机床高

速化、高精度化、复合化、智能化、开放化、网络化、多轴化、绿色化等发展

趋势，并提出了我国数控机床发展中存在的一些问题。

2．数控机床的发展趋势

2.1高速化

随着汽车、国防、航空、航天等工业的高速发展以及铝合金等新材料的应

用，对数控机床加工的高速化要求越来越高。

（1）主轴转速：机床采用电主轴（内装式主轴电机），主轴最高转速达

200000r/min；

（2）进给率：在分辨率为0.01μm时，最大进给率达到240m/min且可获

得复杂型面的精确加工；

（3）运算速度：微处理器的迅速发展为数控系统向高速、高精度方向发展

提供了保障，开发出CPU已发展到32位以及64位的数控系统，频率提高到几

百兆赫、上千兆赫。由于运算速度的极大提高，使得当分辨率为0.1μm、0.01μm

时仍能获得高达24～240m/min的进给速度；

（4）换刀速度：目前国外先进加工中心的刀具交换时间普遍已在1s左右，

高的已达0.5s。德国Chiron公司将刀库设计成篮子样式，以主轴为轴心，刀具

在圆周布置，其刀到刀的换刀时间仅0.9s。

2.2高精度化

数控机床精度的要求现在已经不局限于静态的几何精度，机床的运动精

度、热变形以及对振动的监测和补偿越来越获得重视。

2

（1）提高CNC系统控制精度：采用高速插补技术，以微小程序段实现连

续进给，使CNC控制单位精细化，并采用高分辨率位置检测装置，提高位置检

测精度（日本已开发装有106脉冲/转的内藏位置检测器的交流伺服电机，其位

置检测精度可达到0.01μm/脉冲），位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制等

方法；

（2）采用误差补偿技术：采用反向间隙补偿、丝杆螺距误差补偿和刀具误

差补偿等技术，对设备的热变形误差和空间误差进行综合补偿。研究结果表明，

综合误差补偿技术的应用可将加工误差减少60%～80%；

（3）采用网格解码器检查和提高加工中心的运动轨迹精度，并通过仿真预

测机床的加工精度，以保证机床的定位精度和重复定位精度，使其性能长期稳

定，能够在不同运行条件下完成多种加工任务，并保证零件的加工质量。

2.3功能复合化

复合机床的含义是指在一台机床上实现或尽可能完成从毛坯至成品的多

种要素加工。根据其结构特点可分为工艺复合型和工序复合型两类。工艺复合

型机床如镗铣钻复合——加工中心、车铣复合——车削中心、铣镗钻车复合——

复合加工中心等；工序复合型机床如多面多轴联动加工的复合机床和双主轴车

削中心等。采用复合机床进行加工，减少了工件装卸、更换和调整刀具的辅助

时间以及中间过程中产生的误差，提高了零件加工精度，缩短了产品制造周期，

提高了生产效率和制造商的市场反应能力，相对于传统的工序分散的生产方法

具有明显的优势。

加工过程的复合化也导致了机床向模块化、多轴化发展。德国