毕业论文数控机床国内的发展进程及趋势.doc

大连理工大学网络教育学院毕业论文（设计）模板 网络教育学院 题 目： 数控机床国内的发展进程及趋势 学习中心： 烟台学习中心 层 次： 专科起点本科 专 业： 机械设计制造及其自动化 年 级： 2009 年 秋 季 学 号： 090006411006 学 生： 指导教师： 完成日期： 2012年 2 月 16 日II数控机床国内的发展进程及趋势内容摘要 数控机床集计算机技术，电子技术，自动控制技术，传感测量，机械制造，是典型的机电一体化产品。

它的发展和应用开创了制造业的新时代，改变了制造业的生产方式，产业结构，管理方式，使世界制造业的格局发生了巨大的变化本文以数控机床为研究对象，首先阐述了数控机床的发展历程，尤其对其进给伺服系统和机械传动系统的发展过程进行了详细描述，接下来对我国数控机床的发展现状与发展趋势进行了介绍，并分析了其存在的问题，最后提出了针对我国数控机床的发展策略关键词：数控机床；进给伺服系统，机床加工程序目 录内容摘要 I前 言 11 数控机床的发展进程 21.1 进给伺服系统 31.2 机械传动系统 51.3 数控机床加工程序的结构 72 数控机床的发展趋势 93 数控机床发展中所存在的问题 134 数控机床的发展策略 14结束语 16致谢 17参考文献 18前 言自20世纪末开始，我国制造业就开始了逐渐由制造大国向制造强国迈进了脚步，机床制造业也跟着取得数控机床快速增长的业绩机床是先进制造技术和制造信息集成的重要元素，既是生产力要素，又是重要商品机床的发展和创新在一定程度上能映射出加工技术的主要趋势近年来, 我国在数控机床和机床工具行业对外合资合作进一步加强, 无论在精度、速度、性能, 还是智能化方面都取得了相当的成绩[1]。

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装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业（如信息技术及其产业、航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备马克思曾经说过“各种经济时代的区别，不在于生产什么，而在于怎样生产，用什么劳动资料生产”制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力 随着社会的进步和科技的发展,现代机械制造工程领域方面越来越多地采用智能化、自动化,新设备、新技术的应用越来越普遍。

我们对市场进行了调研，发现现在机械工业大量采用数控机床甚至加工中心取代传统的普通机床的机械加工，采用计算机集成系统CIMS取代原有的生产制造管理过程，使企业生产智能化、集成化、网络化这将对生产第一线的工作人员提出越来越高的职业技术要求在国际贸易中, 很多发达国家把数控机床视为具有高技术附加值、高利润的主要机电出口产品因此，对数控机床技术的发展历程进行总结分析，将有助于推进我国数控机床技术实现跨越式发展的目标11 数控机床的发展进程自上世纪50年代以来，世界数控机床主要经历了数控NC（Numerical Control）和计算机数控CNC（Computer Numerical Control）2个阶段[2]数控NC阶段主要经历了以下3代：第1代数控系统，始于50年代初年，系统全部采用电子管元件，逻辑运算与控制采用硬件电路完成第2代数控系统，始于50年代末，以晶体管元件和印刷电路板广泛应用于数控系统为标志第3代数控系统，始于60年代中期，由于小规模集成电路的出现，使其体积变小、功耗降低，可靠性提高，推动了数控系统的进一步发展计算机数控CNC阶段也经历了3代：第4代数控系统，始于70年代，当首个采用小型计算机的CNC装置芝加哥展览会上露面时，标志着CNC技术的问世。

第5代数控系统，70年代后期，中、大规模集成电路技术所取得成就，促使价格低廉、体积更小、集成度更高、工作可靠的微处理器芯片的产生，并逐步应用于数控系统第6代数控系统，始于90年代初，受通用微机技术飞速发展的影响，数控系统正朝着以个人计算机(PC)为基础，向着开放化、智能化、网络化等方面进一步发展我国数控机床发展概况我国于1958年研制第一台数控机床．发展过程大致可分为三大阶段：1958～1979年为第一阶段，1979～1989年为第二阶段，从1989年至今为第三阶段第一阶段由于我国基础理论研究滞后，相关工业基础薄弱，特别是电子技术落后．数控系统没有突破，虽然我国起步不晚，但发展不快，20世纪60～70年代，由于文革等因索，我国与发达国家差距开始拉大20世纪70年代国家组织数控机床攻关，取得一定成效，相继推出一些数控机床品种，但从整体来看．我国数控机床产业尚处于起步阶段第二阶段从日、德、美、西先后引进数控系统技术，从日、美、德、意、英、法、瑞、匈、奥、韩等国及台湾地区引进数控机床先进技术和合作、合资生产，解决了可靠性、稳定性问题，数控机床开始正式生产和使用，并逐步向前发展第三阶段国家从科技攻关和技术改造两方面对数控机床产生进行了重点扶持，并加快了国产数控系统的开发。

普及型数控系统开发成功为数控机床商品化和规模化生产奠定了基础一些数控机床主机厂组建床身、箱体、主轴、轴套等成组单元，厂内组织专业化生产，生产水平进一步提高CAD／CAM开始应用，开发能力、工艺水平和产品质量进一步提高，奠定了产业化基础数控机床进入了快速发展期数控机床通常由控制系统、进给伺服系统、检测系统、机械传动系统及其他辅助系统组成其中进给伺服系统作为数控机床的重要功能部件，其性能是决定数控机床加工性能的极其重要的技术指标因此提高进给伺服系统的动态特性与静态特性的品质是人们始终追求的目标接下来主要介绍一下进给伺服系统和机械传动系统的发展历程1.1 进给伺服系统伺服系统是数控机床和机床本体的联系环节，它把来自数控机床装置的微弱指令信号放大成控制驱动装置的大功率信号根据接收指令的不同，伺服单元有脉冲式和模拟式之分，而模拟式伺服单元按电源种类叉可分为直流伺服单元和交流伺服单元伺服单元还包括位置检测装置位置检测装置将数控机床各坐标轴的实际位移检测出来，经反馈系统反馈到机床的数控系统中 从基本结构来看，伺服系统主要由三部分组成：控制器、功率驱动装置、反馈装置和电动机控制器按照数控系统的给定值和通过反馈装置检测的实际运行值的差，调节控制量；功率驱动装置作为系统的主回路，一方面按控制量的大小将电网中的电能作用到电动机之上，调节电动机转矩的大小，另一方面按电动机的要求把恒压恒频的电网供电转换为电动机所需的交流电或直流电；电动机则按供电大小拖动机械运转。

2.根据系统使用的电动机的不同，进给伺服系统随着时间的推移逐渐产生的4大类伺服系统：步进伺服系统，直流伺服系统，交流伺服系统，直线伺服系统一）步进伺服系统步进伺服是一种用脉冲信号进行控制，并将脉冲信号转换成相应的角位移的控制系统其角位移与脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比，通过改变脉冲频率可调节电动机的转速如果停机后某些绕组仍保持通电状态，则系统还具有自锁能力步进电动机每转一周都有固定的步数，如500步、1000步、50 000步等等，从理论上讲其步距误差不会累计 步进伺服结构简单，符合系统数字化发展需要，但精度差、能耗高、速度低，且其功率越大移动速度越低特别是步进伺服易于失步，使其主要用于速度与精度要求不高的经济型数控机床及旧设备改造但近年发展起来的恒斩波驱动、PWM驱动、微步驱动、超微步驱动和混合伺服技术，使得步进电动机的高、低频特性得到了很大的提高，特别是随着智能超微步驱动技术的发展，将把步进伺服的性能提高到一个新的水平 （二）直流伺服系统 直流伺服的工作原理是建立在电磁力定律基础上与电磁转矩相关的是互相独立的两个变量主磁通与电枢电流，它们分别控制励磁电流与电枢电流，可方便地进行转矩与转速控制。

另一方面从控制角度看，直流伺服的控制是一个单输入单输出的单变量控制系统，经典控制理论完全适用于这种系统，因此，直流伺服系统控制简单，调速性能优异，在数控机床的进给驱动中曾占据着主导地位 然而，从实际运行考虑，直流伺服电动机引入了机械换向装置其成本高，故障多，维护困难，经常因碳刷产生的火花而影响生产，并对其他设备产生电磁干扰同时机械换向器的换向能力，限制了电动机的容量和速度电动机的电枢在转子上，使得电动机效率低，散热差为了改善换向能力，减小电枢的漏感，转子变得短粗，影响了系统的动态性能。