数控机床发展

数控机床最早诞生于美国。1948年，美国帕森斯公司（Parsons Co.）在研制加工直升机叶片轮廓检查用样板的机床时，提出了数控机床的设想。1952，年美国帕森斯公司和麻省理工学院伺服机构实验室（Seve Mechanisms Laboratory of the Massachusetts"s Institute of Technology）合作研制成功了，世界上第1台三坐标数控立式铣床用它来加工直升机叶片轮廓检查用样板。这是一台采用专用计算机进行运算与控制的直线插补轮廓控制数控铣床，专用计算机采用电子管元件，逻辑运算与控制采用硬件联接的电路。1955年，这类数控机床进入实用化阶段，在复杂曲面的加工中发挥了重要作用，這就是第1代数控系统，从1960年开始德国、日本、中国等都陆续的开发生产以及使用数控机床，中国于1968年由北京第一机床厂研制出第1台数控机床。1974年将微处理器直接用于数控机床，进一步促进了数控机床的普及应用和飞速发展。

由于微电子和计算机技术的不断发展，数控机床的数控系统一直在不断更新，直到目前为止经历过以下几代变化：

第1代数控（1952—1959年）：采用电子管构成的硬件数控系统

第2代数控（1959～1965年）：采用晶体管电路为主的硬件控制系统第3台数控，

第3代数控（1965年开始）：采用小中规模集成电路的硬件数控系统。

第4代数控（1970年开始）：采用大规模集成电路的小型通用电子计算机数控系统。

第5代数控（1974年开始）：采用微型计算机控制的数控系统。

第6代数控（1990年开始）：采用工控PC的通用CNC系统。

前三代为第一阶段数控系统主要是由硬件连接构成的称为硬件数控，后三代称为计算机数控其功能主要由软件完成。

近20年来，随着科学技术的发展，先进制造技术的兴起和不断成熟，对数控技术提出了更高的要求，目前数控技术主要向以下方向发展。

一、向高速度，高精度方向发展

高速度和高精度是数控机床的两个重要指标，直接关系到产品的质量和档次、产品的生产周期和在市场上的竞争能力。

在加工精度方面近10年来普通及数控机床的加工精度已由10微米提高到5微米，精密加工中心则从3～5微米提高到1～1.5微米，并且超精密加工精度已开始进入纳米级括号0.01微米。加工精度的提高不仅在于采用了滚珠丝杠副、静压导轨、直线滚动导轨、磁浮导轨等部件，提高了c NC系统的控制精度应用了高分辨率位置检测装置，而且也在于使用了各种误差补偿技术，如丝杠螺距误差补偿、刀具误差补偿、热变形误差补偿、空间误差综合补偿等。

在加工速度方面，高速加工源于20世纪90年代初，以电主轴和直线电机的应用为特征，使主轴转速大大提高，进给速度达60米每分以上，进给速度和减速度达到1～2g以上，主轴的转速达10万转每分以上高速进给要求数控系统的运算速度快，采样周期短，还要求数控系统具有足够的超前路径加（减）速优化预处理能力（前瞻处理），有些系统可提前处理5000个程序段，为保证加工速度，高档数控系统可在每秒内进行2000～10000次进给速度的改变。

二、向柔性化、功能集成化方向发展

数控机床在提高单机人性化的同时，朝单元柔性化和系统化方向发展如出现了数控多轴加工中心，换刀换厢式加工中心等具有柔性的高效加工设备;出现了由多台数控机床组成底层加工设备的柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）、柔性加工线（FML）。

三、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，数控系统向智能化方向发展在新一代的数控系统中，由于采用“进化计算”、“模糊系统”和“神经网络”等控制机理，性大大提高，具有加工过程的自适应控制、负载自动识别、工艺参数自生成、运动参数动态补偿、智能诊断、智能监控等功能。

四、向高可靠性方向发展

数控机床的可靠性一直是用户最关心的主要指标，它主要取决于数控系统个伺服驱动单元的可靠性。为提高可靠性，目前主要采取以下措施。

（1）采用更高集成度的电路芯片，采用大规模或超大规模的专用及混合式集成电路，以减少元件的数量提高可靠性。

（2）通过硬件功能软件化，以适应各种控制功能的要求同时，通过硬件结构的模块化、标准化、通用化及系列化，提高硬件的生产批量和质量。

五、向网络化方向发展

数控机床的网络化将极大地满足柔性生产、柔性制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式，如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。目前先进的数控系统为用户提供了强大的联网功能，除了具有RS232C接口外还带有远程缓冲功能的DNC接口，可以实现多台数控机床间的数据通信和直接对多台数控机床进行控制，有的已配备与工业局域网通信的功能及网络接口，促进了系统集成化和信息综合化使远程的在线编程远程仿真远程操作。远程监控及远程故障诊断成为可能。

六、向标准化方向发展

数控标准是制造业信息化发展的一种趋势，数控技术诞生后的50多年间的信息交流交换都是基于ISO6983标准，即采用G、M代码对加工过程进行描述，显然，这种面向过程的描述方法已越来越不能满足现代数控技术高速发展的需求。为此，国际上正在研究和制定一种新的CNC系统标准ISO14649（STEP-NC），其目的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制，能够描述产品整个生命周期内的统一数据模型，从而实现整个制造过程，乃至各个工业领域产品信息的标准化。

七、向驱动并联化方向发展

[]并联机床又称为虚拟轴机床，是20世纪最具革命性的机床运动结构的突破，引起了普遍关注，并联机床由基座、平台、多根可伸缩杆组成，每根杆件的两端通过球面支撑分别将运动平面与基座相连，并由伺服电机和滚珠丝杠按数控指令实现伸缩运动，使运动平台带动主轴部件或工作台部件作任意轨迹的运动，并联机床结构简单的数字运算复杂，整个平台的运动牵扯到相当庞大的数学运算 。因此并联机床是一种知识密集型机构。并联机床与传统串联式机床相比具有高刚度、高承载能力、高速度、高精度、重量轻、机械结构简单、制造成本低、标准化程度高等优点在许多领域都得到了成功应用。

由并联串联同时组成的混联式数控机床，不但具有并联机床的优点，而且在使用上更使用价值是一类很有前途的数控机床。

[1] 李养良，刘良文数控加工技术 2016