数控机床应用现状研究.docx

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数控机床应用现状研究

数控机床应用现状研究

Thenumbercontrolsatoolmachineapplicationpresentconditionaresearch

专业：

数控技术

学生姓名：

冯天海

学号：

0803140819024

指导教师：

张世亮

完成日期：

2010.11.08

武威职业学院工程技术系

摘要

从普通机床到数控机床的发展至今，数控机床更向高速化方向发展，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且还可提高零件的表面加工质量和精度。

超高速加工技术对制造业实现高效、优质、低成本生产有广泛的适用性。

从数控机床的性能特性出发,详细讨论了数控机床在国内外的应用现状，从中发现国内数控机床与国外相比所存在的差距，又对数控机床的现状进行详细的分析，得出数控机床应用现状中存在各种不足之处并分析其原因，从而进一步提高数控技术的应用水平，最后从管理途径和技术途径提出了几点改善现状的措施，以此弥补数控机床应用方面的缺陷和不足。

旨在为数控机床更加合理有效的应用。

关键词：

数控机床现状应用措施

ABSTRACT

InthispaperFromcommontoolmachinetothedevelopmentthatthenumber

controlstoolmachineuptonow,thenumbercontrolstoolmachinemoretoturnadirectiondevelopmenttowardthehighspeed,notonlycanthesignificantexaltationprocessanefficiencyandlowertoprocesscost,andcanalsoraisethesurfaceofsparepartstoprocessqualityandaccuracy.Extremelyhighsoonprocessingtechnologytomanufacturingindustryrealizationefficiently,thesuperiorquality,lowcostproductioncontainapplicability.Controlthefunctioncharacteristicoftoolmachinetosetoutfromthenumber,discussedindetailnumbercontroltoolmachineatdomesticandinternationalofappliedpresentcondition,fromindiscoverdomesticnumbercontroltoolmachineandabroadtocompareexistmargin,againthelogarithmscontrolthepresentconditionoftoolmachinetocarryondetailedanalysisandgetnumbertocontrolatoolmachineapplicationtoexistinthepresentconditionvariousshortageofplaceandanalyzeitsreason,raisethusandfurthernumbercontroltechnicalofappliedlevel,finallyfrommanagementpathandtechniquepathputforwardwhattimeimprovementpresentconditionofmeasure,withthismakeupnumbercontroltoolmachineofblemishandshortage.Theaimiscontrolingthetoolmachinemorereasonableandvalidapplicationforthenumber.

Keywords：

Thenumbercontrolstoolmachine；Presentcondition；Applied；Measure

目录

摘要………………………………………………………………..…….….……………...

ABSTRACT……………………………..…………….……………………..…………….

1前言.………………………...………………………………………….….……………..1

1.1数控机床的概念................……….......…………….………….………..1

1.2数控机床的特点........................……….......…………….………….……….1

1.3数控机床的效率概述......…………………………….…....……..…………1

2数控机床在国内外的应用现状.....……..….………………………….…..….………….2

2.1数控机床在国外的应用现状…………………………………………………..2

2.2数控机床在国内的应用现状……………….………………...………………..3

3数控机床的现状分析……………………………………………………………………3

3.1在使用数控机床过程中的问题以及影响因素……………………………….....3

3.1.1用户盲目选型，致使货不对路…………………………………………...4

3.1.2零件生产高度离散………………………………………………………...4

3.2数控机床的使用水平不高………………………………………………………..4

3.2.1数控工艺技术和产品检验技术积累有限………………………………..4

3.2.2操作工技术水平和素质参差不齐………………………………………..5

3.3数控设备的维护和维修水平有待进一步提高………………………………….5

3.4数控加工集成应用处于起步阶段………………………………………………..5

3.5数控机床管理水平低……………………………………………………………..5

4改善现状的措施…………………………………………………………………………6

4.1管理途径的改善…………………………………………………………………..6

4.2技术途径的改善…………………………………………………………………..6

4.3提高数控从业人员综合素质……………………………………………………..7

4.4做好传统加工与数控加工合理衔接工艺工作…………………………………..7

结论......................………….………….……………………..….……...…..….………...8

致谢......................………………….……………………..…….…………...…………….9

参考文献......................…………….…………………..….…..……………….………….10

1前言

1.1数控机床的概念

数控机床是数字控制机床（Computernumericalcontrol）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。

该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作并加工零件。

1.2数控机床的特点

　　数控机床的操作和监控全部在数控单元中完成，它是数控机床的大脑。

与普通机床相比，数控机床有如下特点：

加工精度高，具有稳定的加工质量；可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件；加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间；机床本身的精度高、刚性大,可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的3～5倍）；机床自动化程度高，可以减轻劳动强度；对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高。

1.3数控机床的效率概述

从普通机床到数控机床的发展至今，数控机床更向高速化方向发展，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且还可提高零件的表面加工质量和精度。

超高速加工技术对制造业实现高效、优质、低成本生产有广泛的适用性。

20世纪90年代以来，欧、美、日各国争相开发应用新一代高速数控机床，加快机床高速化发展步伐。

高速主轴单元（电主轴，转速15000－100000r/min）、高速且高加/减速度的进给运动部件（快移速度60～120m/min，切削进给速度高达60m/min）、高性能数控和伺服系统以及数控工具系统都出现了新的突破，达到了新的技术水平。

随着超高速切削机理、超硬耐磨长寿命刀具材料和磨料磨具，大功率高速电主轴、高加/减速度直线电机驱动进给部件以及高性能控制系统（含监控系统）和防护装置等一系列技术领域中关键技术的解决，为开发应用新一代高速数控机床提供了技术基础。

目前，在超高速加工中，车削和铣削的切削速度已达到5000～8000m/min以上；主轴转数在30000转/分（有的高达10万r/min）以上；工作台的移动速度（进给速度）：

在分辨率为1微米时，在100m/min（有的到200m/min）以上，在分辨率为0.1m时，在24m/min以上；自动换刀速度在1秒以内；小线段插补进给速度达到12m/min。

数控加工作为机械加工的先进形式，在很多行业得到了推广和应用，但数控加工本身也面临一个很大的问题，即数控设备的资产原值较大，一台未能充分发挥其性能的数控设备不仅会成为制约产品加工的瓶颈，也会成为企业经营的负担，因此无论从技术进步的角度还是从企业经营的角度，提高数控机床的效率都可以为企业带来更大的经济效益。

2数控机床在国内外的应用现状

据有关方面统计，目前，国外数控机床在使用两班制工作情况下开机率达60％～70％，而国内用户的开机率仅有20％～30％，数控机床的开机率在很大程度上代表了数控机床的加工效率，另外，也出现了许多企业十分严重的数控机床常年闲用领域拓展力度不强；相关标准规范的研究、制定滞后。

与国外先进水平大约落后10～15年，在高精尖技术方面则更大市场占有率低，品种覆盖率小，还没有形成规模生产；外观质量相对差；可靠性不高，商品化程度不足；国产数控系统尚未建立自己的品牌,用户信心不足。

总而言之，国内数控机床普遍存在加工效率不高的现状。

目前应该更大的发挥国内市场庞大的作用，加快研究更高技术的数控机床，尽快改变目前被动的现状。

2.1数控机床在国外的应用现状

数控机床出现至今的50年， 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、高精度化等要求越来越高。

美、德、日三国是当今世上在数控机床科研、设计、制造和使用上，技术最先进、经验最多的国家。

目前国外数控机床采用电主轴（内装式主轴电机），主轴最高转速达200000r/min；运算速度也有极大的提高，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,且可获得复杂型面的精确加工；同时换刀速度也有不断的提高，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。

  国外的数控机床同时提高了CNC系统控制精度和采用误差补偿技术，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；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%

2.2数控机床在国内的应用现状

我国数控车床从20世纪70年代初进入市场，至今通过各大机床厂家的不懈努力，通过采取与国外著名机床厂家的合作、合资、技术引进、样机消化吸收等措施，使得我国的机床制造水平有了很大的提高，其产量在金属切削机床中占有较大的比例。

特别是最近几年，我国数控产业发展迅速，1998～2004年国产数控机床产量和消费量的年平均增长率分别为39.3%、34.9%。

尽管如此，进口机床的发展势头依然强劲，从2002年开始，中国连续三年成为世界机床消费第一大国、机床进口第一大国。

但我们的机床数控化率仅达到1.9％左右，这与西方工业国家一般能达到20％的差距太大。

目前，国产数控车床的品种、规格较为齐全，质量基本稳定可靠，已进入实用和全面发展阶段。

但我们应看清形势，充分认识国产数控机床的不足，努力发展先进技术，加大技术创新与培训服务力度，以缩短与发达国家之间的差距。

表2.1国内外重型数控机床主要性能对比

主要性能参数

国内

国外

主轴转速r/min

800~1500

3000~4000

进给速度mm/min

6000~10000

20000~30000

定位精度mm

0.025/1000

0.015/1000

换刀时间s

10~20

4~6

3数控床的现状分析

3.1在使用数控机床过程中的问题以及影响因素

在对数控设备的使用过程中，对数控机床的应用应该有一定的认识，如何能最大限度地发挥数控机床的加工效率，有一些问题必须要解决。

目前企业中，基层技术干部、管理干部对数控机床加工的原理、数控系统的特性不了解，对零件加工工艺和程序的编制生疏，无法对数控设备进行科学的管理。

因此即使有先进的加工方法但没有相应的管理手段仍然无法使数控机床的效率得到更大的发挥。

另外由于数控加工操作人员大部分来自普通机加工工人，文化素质参差不齐，在对数控设备的应用中套用普通设备加工的思路，对数控机床高速切削的特性、数控刀具的选择、切削参数的选择缺乏科学性，也无法最大限度地发挥数控设备的加工效率,对于国内，虽然近年来数控设备的应用水平得到了快速的发展，尤其在数控工艺技术研究应用方面取得了较大的进步，国产数控刀具的品质也有了大幅度提高，但从整体来说，仍与世界先进企业存在较大差距。

3.1.1用户盲目选型，致使货不对路

选型存在盲目性，不考虑投资效益和经济性，不考虑性价比，盲目追求先进；选型存在片面性，片面讲究功能齐全；数控机床选型混乱，数控机床类型、规格不配套，致使技术后援难度增大；购置后发现货不对路，数控机床类型、规格、精度与企业产品不适应，购买后使用成本太高或加工范围小；购置数控机床只重视主机性能，而忽略附件和刀具配套。

盲目购置的数控机床，往往无加工对象，致使设备常年闲置，或用来加工一些得不偿失的零件，根本谈不上有什么加工效率与效益

3.1.2零件生产高度离散

国内各厂的生产线建设水平参差不齐，投入资金也各不相同，数控车间承担的产品几乎涵盖了所有制件，基本不存在结构件数控加工单元，结果造成了厂际甚至厂内能力的重复投资，更严重的是，受到各型号制件批量的限制，同一台数控设备承担了大量结构类型存在较大差异的零件，生产组织过程中大量的时间浪费在了零件和夹具的换装等重复性工作中，所以并未从根本上解决离散的生产模式问题。

3.2数控机床的应用水平不高

3.2.1数控工艺技术和产品检验技术积累有限

目前，在部分机械厂仍然存在着数字化加工的产品以模拟量进行检测的现象，工艺技术的有限积累和落后的检验技术直接造成了加工流程的复杂化，既增加了零件装卸等的辅助时间，也增加了停机测量等的辅助时间，降低了设备的利用率。

国外统计，手工编制程序，一个零件的编制时间与机床实际加工时间之比约30：

1，数控机床不能开机的原因20％～30％是由于加工程序一时编制不出而耽搁的。

目前，绝大多数企业虽然采用了CAD/CAM软件编制程序，使得编制程序的加工效率有了很大的提高，但由于企业编程人员少，或编程人员对软件掌握的熟练程度差，加工程序不能及时编制出来的现象，仍然十分普遍。

此外，编程人员机械加工经验欠缺，编制程序不合理，返工重复编程的现象十分突出，也在一定程度上造成了编程效率的低下。

3.2.2操作工技术水平和素质参差不齐

数控操作工的职责是换装夹具、装卸零件、准备刀具和操作机床调用数控程序并监控加工过程等，由于在生产过程中存在着误操作引起的零件超差等事故，或使用同样的设备加工同样的产品时不同的操作工加工的产品品质和生产进度存在较大差异等现象，管理层对数控操作工的机床操作资格、操作技能等已给以予了越来越多的重视，操作工的资格培训、技能培训等工作得到了关注。

机床维护人员要么只能排除机械部分的故障、要么只能排除电器部分的故障、要么只能排除数控系统方面的故障，对数控系统了解仅局限在一种或两种；数控机床操作人员综合素质低，现在很多的操作人员根本不懂得数控加工的原理，不会编制数控加工程序，操作者不会磨刀；企业工艺人员综合素质低，致使传统加工与数控加工衔接不合理，使得数控机床的加工效率降低。

3.3数控设备的维护和维修水平有待进一步提高

国内在数控设备的维护管理上基本沿用了普通设备的管理模式，但因存在着在高档数控设备领域自主研发能力上的瓶颈，设备使用单位更是缺乏高水平的维护、维修专业人才，长期对数控设备进行维护和故障的简单化处理，使得整体设备完好状况每况愈下。

数控机床维护人员排除机床故障的能力差；涉及到系统硬件更换的故障排除，采购硬件的时间长，尤其从日本、德国等公司进口的多轴高档设备，对国内企业搞技术封锁（对军工企业更甚），一旦出现更换设备系统硬件的故障，往往需要几个月甚至更长的时间才能排除。

3.4数控加工集成应用处于起步阶段

国内目前在CAD、CAM、DNC、MES等数字化工具和平台的应用和建设方面投入较大，也取得了初步的成效，但在应用过程中仍然不同程度上存在着信息孤岛现象，并未实现真正意义上的数字化工厂，在生产计划安排、生产组织和过程监控等各个环节仍然以现场式的调度管理为主，不可避免地存在着计划脱节、生产准备滞后等问题，增加了数控设备的时间。

3.5数控机床管理水平低

　　管理者对数控机床认识存在误区，把加工对象扩大到很大的范围；技术准备工作滞后。

数控机床的使用好坏归根到底在管理，目前对于数控机床的管理水平相对较低，完善的管理制度、科学的生产模式是提高生产效率的有效手段。

（1）建立、建全完善的管理制度。

健全的管理制度能有效地控制、监督数控机床相关人员的工作，使机床的操作、运行全过程受控。

（2）加强技术人员、技术工人、管理人员的培训。

4改善现状的措施

提高数控设备的应用效率，必须同时提高设备的利用率、材料去除率和零件的合格率，基于目前国内航空企业在数控设备使用方面存在的差距，其根本的解决方法是同时提高管理水平和技术水平。

4.1管理途径的改善

建立结构件数控加工单元，实现“规模”生产。

严格用人制度，提高操作人员队伍素质。

“借用”设备制造商能力，提高设备完好率。

国内企业的数控设备目前基本以自主维护和维修为主，只在极个别的故障情况下才会向设备供应商求援，基于目前技术水平和设备完好率较低的实际状况，各企业应针对关键设备与设备供应商签订定期维护的协议，并对关键零部件加大库存，一方面确保设备状况的完好，另一方面可以通过现场的协作与沟通提高设备自主维护和维修的技术水平。

加快数字化车间的建设步伐，提高综合管理水平。

　因此搞好企业或车间数控机床的管理，可从以下几个方面入手：

①将数控设备、刀具夹具等按相应的方式分为不同的组分类管理，建立车间级的MIS系统；②建立合理的维护保养体系；③建立合理的设备使用和管理日志；④实行专人负责、小组分工和车间管理相结合的管理模式；⑤建立一套合理的监督、考核体系；⑥建立行之有效的网络管理方案；⑦机床平面布局合理，确保物流畅通，减少周转、搬运等辅助时间。

4.2技术途径的改善

加快工艺、程编及仿真技术的研究应用步伐。

简单合理的工艺流程、合理的加工刀具轨迹和准确的加工预测是实现高效数控加工的前提和基础，可以通过厂所协作等模式将先进的理论和技术转化为国内企业的自主技术，以尽快缩短与世界先进水平的差距。

加大数控刀具技术应用。

提高设备的材料去除率，唯一的途径就是在不影响设备正常使用的前提下提高切削用量，因此，在零件结构允许的情况下尽量使用大直径刀具，对提高材料去除率非常有效，另外，使用高品质的刀具进行高速切削也是控制变形、提高材料去除率的有效方法。

4.3提高数控从业人员综合素质

人的因素是做事成败的关键，数控从业人员综合素质的高低对数控机床加工效率同样具有决定性的作用。

提高数控从业人员素质，可以采取以下几种办法：

派从业者参加各种类型业务培训班与讲座；加强与内外有关人员的技术交流；多学习有关专业书籍等。

当然，提高业务素质的关键是从业者本人。

从业者要爱岗敬业，多学习、多实践，日积月累，业务水平自然会得到长足提高。

4.4做好传统加工与数控加工合理衔接工艺工作

由于历史的原因，传统的加工设备在短时间内不会退出制造业的舞台，先进的数控机床与相对落后的普通机床并存，是目前乃至今后很长一段时期内绝大多数企业的设备现状。

从工艺的角度，根据各企业的设备现状、产品规模现状、零件结构形式与工人的技术现状来进行产品工艺设计，合理编制出每一个零件的工艺流程，使每个零件传统加工与数控加工工序合理衔接，对提高数控机床的加工效率至关重要。

数控设备比起普通设备来说要先进得多，价格也比传统加工设备要昂贵得多，如果不能保证数控设备的转动效率，是对企业设备资源的极大浪费。

所以，在编制每个零件的加工工艺流程时，应尽可能优先考虑数控加工，以确保企业数控机床的转动效率，这个原则在企业生产任务不饱满的情况下，尤其值得遵循。

具体到一个零件的加工工艺流程的安排，怎样将传统工序与数控工序合理衔接，也是有规则可以遵循的，一般在编制零件加工工艺流程时，应遵循以下原则：

①传统加工以粗加工为主，数控加工以精加工为主；②曲面加工多考虑选择数控加工；③三维以上型面的加工，应首选数控加工；④单件零件的加工一般首选传统设备加工；⑤批量生产的零件应多考虑数控加工

结论

　数控机床作为机械加工行业先进生产力的代表，在企业中起着举足轻重的作用。

如今小到一个机械加工企业的经济发展，大到社会经济的发展，都离不开数控机床的加工应用。

通过本次毕业设计深刻的了解了数控机床在国内外的应用现状及存在的不足，分析应用的现状，提出改善现状的措施，使数控机床能够发挥其高自动化、高效率、集成化等作用。

（1）我国数控机床使用率不高，开机率仅为20%~30%，对数控机床的使用水平与发达国家相差竟15年。

（2）在使用数控机床过程中存在操作技术水平低、经验积累不高、机床维修水平低、技术工素质不齐等因素，致使数控机床不能够充分使用。

（3）从管理、技术途径，以及提高数控从业人员的综合素质等方面对数控机床的使用现状进行改善发挥其功效。

致谢

时间过的挺快，三年的时间飞逝而过。

回顾在校的学习的历程，没有硕果，唯有感谢。

我由衷地感谢指导我的张世亮老师，是你的渊博知识、独特见解、宽广胸怀和严谨务实的工作作风在不断地激励着我，让我战胜了一个又一个困难，学到了书本上没有的知识；是您不辞辛劳、耐心细致地指导我、帮助我，让我顺利完成了毕业设计。

在此，我要说