数控机床及刀具的发展趋势

   数控技术    系        数控技术     专业  08301        级

毕业设计（论文）

题  目: 数控机床及刀具的发展趋势            

姓名   马春才         学号      

指导教师（签名）                

二○一○年 八 月 十六 日

数控机床及刀具的发展趋势

摘  要

简要介绍数控知识，当今世界数控技术及装备发展趋势及我国装备技术发展和产业化的现状。进一步探讨在经济全球化和我国对外开放进一步加深新环境下，发展我国数控技术及装备，提高我国制造业水平和国际竞争力的重要性。

数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和最基本的装备。世界各国在信息产业、生物产业、航空航天等国防工业广泛采用数控技术，以提高制造业水平和能力。提高对市场的适应能力和竞争力。工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅大力发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对问我国实行封锁和。因此大力发展以数控技术为核心的先进制造技术以成为世界各发达国家加速经济发展，提高综合国力和国家地位重要途径。

窗体顶端

关键词  CNC  数控技术  发展  这里的格式对吗?改成这样对不:

[关键词]  CNC  数控技术  发展

Abstract 

Brief numerical control knowledge, in today's world development trend of digital control technology and equipment and our equipment, technology development and industrialization of the status quo. Further explore the opening up of economic globalization and China to further deepen the new environment, the development of numerical control technology and equipment in China, raising the level of China's manufacturing industry and the importance of international competitiveness. 

Numerical control technology and equipment to develop new high-tech industry and cutting-edge industries, enabling technology and the most basic equipment. Countries in the information industry, biological industry, aerospace and other defense industry widely used numerical techniques to improve manufacturing standards and capabilities. Enhance the market adaptability and competitiveness. Industrial countries will also CNC numerical control technology and equipment as the country's strategic commodities, not only to develop its own digital control technology and industry, and in "sophisticated" digital control of key technologies and equipment on the question our policy of closures and restrictions. Therefore, efforts to develop numerical control technology as the core of advanced manufacturing technology to become the world's developed countries to accelerate economic development and enhance overall national strength and an important way to statehood. 

Key words CNC numerical control technology

目  录

第一章数控机床的发展历程.....................1

1．数控简介.................................1

2、数控机床发展历程..........................5

第二章数控机床的发展趋势....................8

第三章我国数控机床的现状与发展...............12

第四章数控刀具的发展趋势.....................13

第五章我国刀具发展现状与对策.................16

第一章 数控机床的发展历程

一、数控简介

数控（英文名字：Numerical Control 简称NC）技术是指用数字、文字或符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术，数控一般是采用通用或专用计算机实现数字程序控制。因此数控也称计算机控制（Computer Numerous Contorl）简称CNC。

他所控制的对象通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。数控的产生依赖与数据载体和二进制形式数据运算的出现。1908年，穿孔的金属薄片互换式数据载体问世。19世纪末，以纸为数据载体并具有辅助功能的控制系统被发明。1938年香农在麻省理工学院进行了数据快速运算和传输，奠定了现代计算机，包括计算机数字控制系统的基础。数控技术是与机床控制系统的基础。数控技术是与机床控制密切结合发展起来的。1952年，第一台数控机床问世，成为机械工业史上划时代的标志事件推动了自动化的发展

现在，数控技术也叫计算机数控技术也叫计算机数控技术(CNC Conput Numerial Control),目前他是采用计算机实现数字程序控制的技术，这种技术用计算机按事先贮存的控制程序来执行对设备的运动轨迹和外设的操作时序逻辑控制功能。由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入操作指令的存储、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计算机软件来完成，处理生成的微观指令传送给伺服驱动装置驱动电机或液压执行元件带动设备运行。

数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所为的数字化装备，如数控机床等。其技术涉及多个领域：（1）机械制造技术（2）信息处理、加工、传输技术（3）自动控制技术（4）伺服驱动技术（5）传感器技术（6）软件技术等。

数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和最基本的装备。世界各国新兴产业、生物产业、航空、航天等国防工业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对市场的适应能力和竞争能力。工业发达国家还将数控技术及装备列为国家的战略物资，不仅大力发展自己的数控技术及产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和。因此大力发展以数控技术为和心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。

二、数控机床发展历程上下行距不统一哦,调整一下整个正文部分行距

数字控制机床是用数字代码形式的信息（程序指令），控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床，简称数控机床。

特点

 数控机床具有广泛的适应性，加工对象改变时只需要改变输入的程序指令；加工性能比一般自动机床高，可以精确加工复杂型面，因而适合于加工中小批量、改型频繁、精度要求高、形状又较复杂的工件，并能获得良好的经济效果。 

 随着数控技术的发展，采用数控系统的机床品种日益增多，有车床、铣床、镗床、钻床、磨床、齿轮加工机床和电火花加工机床等。此外还有能自动换刀、一次装卡进行多工序加工的加工中心、车削中心

发展简介以下的格式乱七八糟，这么着就交啊？

（1）1948年，美国帕森斯公司接受美国空托，研制飞机螺旋桨叶片轮廓样板的加工设备。由于样板形状复杂多样，精度要求高，一般加工设备难以适应，于是提出计算机控制机床的设想。（2）1949年，该公司在美国麻省理工学院（MIT）伺服机构研究室的协助下，开始数控机床研究，并于1952年试制成功第一台由大型立式仿形铣床改装而成的三坐标数控铣床（3）1958年我国开始研制数控机床，成功试制出配有电子管数控系统的数控机床。               （4）1965年我国开始批量生产配有晶体管数控系统的三坐标数控铣床。（5）1965年，出现了第三代的集成电路数控装置，不仅体积小，功率消耗少，且可靠性提高，价格进一步下降，促进了数控机床品种和产量的发展。（5）1974年，研制成功使用微处理器微型计算机数控装置系统（简称CNC），这是第五代数控系统。（6）80年代初，随着计算机软、硬件技术的发展，出现了能实行人机对话式自动编制程序的数控置；数控装置愈趋小型化，可以直接安装在机床上；数控机床的自动化程度进一步提高，具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。

经过几十年的发展，目前的数控机床已实现了计算机控制并在工业界得到广泛应用，在模具制造行业的应用尤为普及。 针对车削、铣削、磨削、钻削和刨削等金属切削加工工艺及电加工、激光加工等特种加工工艺的需求，开发了各种门类的数控加工机床。数控机床种类繁多，一般将数控机床分为16大类：

数控车床(含有铣削功能的车削中心) 数控铣床(含铣削中心)数控铿床 以铣程削为主的加工中心数控磨床(含磨削中心)数控钻床(含钻削中心) 数控拉床 数控刨床 数控切断机床 数控齿轮加工机床 数控激光加工机床 数控电火花线切割机床 数控电花

成型机床(含电加工中心) 数控板村成型加工机床 数控管料型加工机床 其他数控机床。

数控机床通常由控制系统、伺服系统、检测系统、机械传动系统及其他辅助系统组成。控制系统用于数控机床的运算、管理和控制，通过输入介质得到数据，对这些数据进行解释和运算并对机床产生作用；伺服系统根据控制系统的指令驱动机床，把来自数控装置的脉冲信号转换成机床移动部件的运动指令，使刀具和零件执行数控代码规定的运动；检测系统则是用来检测机床执行件(工作台、转台、滑板等)的位移和速度变化量，并将检测结果反馈到输入端，与输入指令进行比较，根据其差别调整机床运动；机床传动系统是由进给伺服驱动元件至机床执行件之间的机械进给传动装置；辅助系统种类繁多，如：固定循环(能进行各种多次重复加工)、自动换刀(可交换指定刀具)、传动间隙补偿偿机械传动系统产生的间隙误差)等等。

数字控制

数控装置包括程序读入装置和由电子线路组成的输入部分、运算部分、控制部分和输出部分等。数控装置按所能实现的控制功能分为点位控制、直线控制、连续轨迹控制三类。 

 点位控制是只控制刀具或工作台从一点移至另一点的准确定位，然后进行定点加工，而点与点之间的路径不需控制。采用这类控制的有数控钻床、数控镗床和数控坐标镗床等。 

    直线控制是除控制直线轨迹的起点和终点的准确定位外，还要控制在这两点之间以指定的进给速度进行直线切削。采用这类控制的有平面铣削用的数控铣床，以及阶梯轴车削和磨削用的数控车床和数控磨床等。 

 连续轨迹控制（或称轮廓控制）能够连续控制两个或两个以上坐标方向的联合运动。为了使刀具按规定的轨迹加工工件的曲线轮廓，数控装置具有插补运算的功能，使刀具的运动轨迹以最小的误差逼近规定的轮廓曲线，并协调各坐标方向的运动速度，以便在切削过程中始终保持规定的进给速度。采用这类控制的有能加工曲面用的数控铣床、数控车床、数控磨床和加工中心等。 

伺服机构

 伺服机构分为开环、半闭环和闭环三种类型。开环伺服机构是由步进电机驱动线路，和步进电机组成。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。 

 半闭环伺服机构是由比较线路、伺服放大线路、伺服马达、速度检测器和位置检测器组成。位置检测器装在丝杠或伺服马达的端部，利用丝杠的回转角度间接测出工作台的位置。常用的伺服马达有宽调速直流电动机、宽调速交流电动机和电液伺服马达。位置检测器有旋转变压器、光电式脉冲发生器和圆光栅等。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。 

    闭环伺服机构的工作原理和组成与半闭环伺服机构相同，只是位置检测器安装在工作台上，可直接测出工作台的实际位置，故反馈精度高于半闭环控制，但掌握调试的难度较大，常用于高精度和大型数控机床。闭环伺服机构所用伺服马达与半闭环相同，位置检测器则用长光栅、长感应同步器或长磁栅。 

关键零部件

 为了保证机床具有很大的工艺适应性能和连续稳定工作的能力，数控机床结构设计的特点是具有足够的刚度、精度、抗振性、热稳定性和精度保持性。进给系统的机械传动链采用滚珠丝杠、静压丝杠和无间隙齿轮副等，以尽量减小反向间隙。机床采用塑料减摩导轨、滚动导轨或静压导轨，以提高运动的平稳性并使低速运动时不出现爬行现象。 

 由于采用了宽调速的进给伺服电动机和宽调速的主轴电动机，可以不用或少用齿轮传动和齿轮变速，这就简化了机床的传动机构。机床布局便于排屑和工件装卸，部分数控机床带有自动排屑器和自动工件交换装置。大部分数控机床采用具有微处理器的可编程序控制器，以代替强电柜中大量的继电器，提高了机床强电控制的可靠性和灵活性。 

 随着微电子技术、计算机技术和软件技术的迅速发展，数控机床的控制系统日益趋向于小型化和多功能化，具备完善的自诊断功能；可靠性也大大提高；数控系统本身将普遍实现自动编程。

发展方向

   未来数控机床的类型将更加多样化，多工序集中加工的数控机床品种越来越多；激光加工等技术将应用在切削加工机床上，从而扩大多工序集中的工艺范围；数控机床的自动化程度更加提高，并具有多种监控功能，从而形成一个柔性制造单元，更加便于纳入高度自动化的柔性制造系统中。 

第二章数控机床的发展趋势 

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。数控机床出现了高速化、高精度化、 高效柔性化、高可靠性、复合化、智能化、极端化（大型化和微型化）网络化、多轴化、集成化等发展趋势。

数控机床的发展趋势

一、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。

二、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。

    （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。

三、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Index公司最新推出的车削加工中心是模块化结构，该加工中心能够完成车削、铣削、钻削、滚齿、磨削、激光热处理等多种工序，可完成复杂零件的全部加工。随着现代机械加工要求的不断提高，大量的多轴联动数控机床越来越受到各大企业的欢迎。

      在2005年中国国际机床展览会（CIMT2005）上，国内外制造商展出了形式各异的多轴加工机床（包括双主轴、双刀架、9轴控制等）以及可实现4～5轴联动的五轴高速门式加工中心、五轴联动高速铣削中心等。

四、高效柔性化

高效柔性化   虽然传统的非数控机床也具有一定的柔性，但它不能获得高的效能和稳定的精度，更不适应复杂型面的加工。因此，基于数控技术的高效柔性化的制造装备及制造系统需兼具下列特性：①高度的灵活性和多品种生产的快速适应性。②高效的生产能力，包括：高生产率，借助于高速化和提高金属切除率等途径。高稳定性，对于光机电集成的数控机床，着重要求其降低故障率，提高可靠性，以提高制造装备及系统的开动率（利用率）。

制造装备及其系统高效柔性化的具体指标的内涵如表1-1所示。

  表1 -1 高效柔性化指标的内涵

五、高可靠性

数控机床多发的故障率一直是影响我国数控机床品质的一个重要问题。数控机床与传统机床相比，增加了数控系统和相应的监控装置等，应用了大量的电气、液压和机电装置，易于导致出现失效的概率增大；工业电网电压的波动和干扰对数控机床的可靠性极为不利，而数控机床加工的零件型面较为复杂，加工周期长，要求平均无故障时间在2万小时以上。为了保证数控机床有高的可靠性，就要精心设计系统、严格制造和明确可靠性目标以及通过维修分析故障模式并找出薄弱环节。国外数控系统平均无故障时间在7～10万小时以上，国产数控系统平均无故障时间仅为10000小时左右，国外整机平均无故障工作时间达800小时以上，而国内最高只有300小时。

尤其是用于批量生产的自动生产线上，对数控机床的可靠性更为重视，通常用平均无故障时间（以MTBF表示）的长短来衡量它的可靠性。例如日本远州株式会社2002年提出为汽车行业提供的加工中心其MTBF³5000h，这样可保证在生产线上的数控机床只需每年作例行检修，而不致因出现故障而引起停产。相比国内加工中心先进水平的MTBF³600h有大幅度的提高。

     数控机床与传统机床相比，由于增加了数控系统、伺服控制单元、以及自动化功能部件和相应的监控装置等，应用了大量的电气、液压、气动元件和机电装置。由于元器件和装置数量的增多易于导致出现失效概率的增大。

    因此，为了保证数控机床有高的可靠性，设计时不仅要考虑其功能和力学特性，还要进行可靠性设计，根据可靠性要求合理分配各组成件的可靠性指标，在配套件采购和制造过程中重视质量要求，加强全面质量管理以求可靠性的不断增长。

    精心设计、严格制造和明确的可靠性目标以及通过维修分析故障模式和找出薄弱环节是推进数控技术的重要措施。例如我国机床行业经5年的努力已使加工中心和数控车床的MTBF增长了50%；又有如日本FANUC公司的数控系统在1985年时无鼓掌时间仅为8.7个月，公司领导提出了增长至50个月的目标，至1991年基本实现，到1994年已达125个月，在可靠性方面位居世界前列。这些事实充分说明了维修和产品质量之间的互动关系。

六、信息交互网络化

     对于面临激烈竞争的企业来说，使数控机床具有双向、高速的联网通讯功能，以保证信息流在车间各个部门间畅通无阻是非常重要的。既可以实现网络资源共享，又能实现数控机床的远程监视、控制、培训、教学、管理，还可实现数控装备的数字化服务（数控机床故障的远程诊断、维护等）。例如，日本Mazak公司推出新一代的加工中心配备了一个称为信息塔（e-Tower）的外部设备，包括计算机、手机、机外和机内摄像头等，能够实现语音、图形、视像和文本的通信故障报警显示、在线帮助排除故障等功能，是的、自主管理的制造单元。

七、控制智能化

      随着人工智能技术的发展，为了满足制造业生产柔性化、制造自动化的发展需求，数控机床的智能化程度在不断提高。具体体现在以下几个方面：

    （1）加工过程自适应控制技术：通过监测加工过程中的切削力、主轴和进给电机的功率、电流、电压等信息，利用传统的或现代的算法进行识别，以辩识出刀具的受力、磨损、破损状态及机床加工的稳定性状态，并根据这些状态实时调整加工参数（主轴转速、进给速度）和加工指令，使设备处于最佳运行状态，以提高加工精度、降低加工表面粗糙度并提高设备运行的安全性；

    （2）加工参数的智能优化与选择：将工艺专家或技师的经验、零件加工的一般与特殊规律，用现代智能方法，构造基于专家系统或基于模型的“加工参数的智能优化与选择器”，利用它获得优化的加工参数，从而达到提高编程效率和加工工艺水平、缩短生产准备时间的目的；

    （3）智能故障自诊断与自修复技术：根据已有的故障信息，应用现代智能方法实现故障的快速准确定位；

    （4）智能故障回放和故障仿真技术：能够完整记录系统的各种信息，对数控机床发生的各种错误和事故进行回放和仿真，用以确定错误引起的原因，找出解决问题的办法，积累生产经验；

    （5）智能化交流伺服驱动装置：能自动识别负载，并自动调整参数的智能化伺服系统，包括智能主轴交流驱动装置和智能化进给伺服装置。这种驱动装置能自动识别电机及负载的转动惯量，并自动对控制系统参数进行优化和调整，使驱动系统获得最佳运行；

    （6）智能4M数控系统：在制造过程中，加工、检测一体化是实现快速制造、快速检测和快速响应的有效途径，将测量（Measurement）、建模（Modelling）、加工（Manufacturing）、机器操作（Manipulator）四者（即4M）融合在一个系统中，实现信息共享，促进测量、建模、加工、装夹、操作的一体化。

八、极端化（大型化和微型化）

      国防、航空、航天事业的发展和能源等基础产业装备的大型化需要大型且性能良好的数控机床的支撑。而超精密加工技术和微纳米技术是21世纪的战略技术，需发展能适应微小型尺寸和微纳米加工精度的新型制造工艺和装备，所以微型机床包括微切削加工（车、铣、磨）机床、微电加工机床、微激光加工机床和微型压力机等的需求量正在逐渐增大。

CAD/CAM与CNC的集成已成为扩展数控系统功能的重要途径

国际主流数控系统厂商在研制最新数控系统的同时,都非常注重对CAD/CAM/CNC集成技术的开发,并明确的将图形化,集成式的编程

系统作为扩展数控系统功能,提高数控系统人机交互方式友好性的重要途径.SIEME 的Shop Turn,Shop Mill车间级集成式编程

系统,FANUC公司的集成式编程系统,HEIDENHAIN公司的对话框式集成编程系统等。

第三章我国数控机床的现状与发展

   我国数控技术的发展起步于二十世纪五十年代，通过“六五”期间引进数控技术，“七五”期间组织消化吸收“科技攻关”，我国数控技术和数控产业取得了相当大的成绩。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，2004年中国机床主机消费高达94.6亿美元，但进出口逆差严重，国产机床市场占有率连年下降，1999年是33.6%，2003年仅占27.7%。1999年机床进口额为8.78亿美元（7624台），2003年达27.1亿美元（23320台），相当于同年国内数控机床产值的2.7倍。国内数控机床制造企业在中高档与大型数控机床的研究开发方面与国外的差距更加明显，70%以上的此类设备和绝大多数的功能部件均依赖进口。由此可以看出国产数控机床特别是中高档数控机床仍然缺乏市场竞争力，究其原因主要在于国产数控机床的研究开发深度够、制造水平依然落后、服务意识与能力欠缺、数控系统生产应

用推广不力及数控人才缺乏等。

     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。

    （1）不断加强技术创新是提高国产数控机床水平的关键 

  国产数控机床缺乏核心技术，从高性能数控系统到关键功能部件基本都依赖进口，即使近几年有些国内制造商艰难地创出了自己的品牌，但其产品的功能、性能的可靠性仍然与国外产品有一定差距。近几年国产数控机床制造商通过技术引进、海内外并购重组以及国外采购等获得了一些先进数控技术，但缺乏对机床结构与精度、可靠性、人性化设计等基础性技术的研究，忽视了自主开发能力的培育，国产数控机床的技术水平、性能和质量与国外还有较大差距，同样难以得到大多数用户的认可。

    （2）制造水平与管理手段依然落后

     一些国产数控机床制造商不够重视整体工艺与制造水平的提高，加工手段基本以普通机床与低效刀具为主，装配调试完全靠手工，加工质量在生产进度的紧逼下不能得到稳定与提高。另外很多国产数控机床制造商的生产管理依然沿用原始的手工台账管理方式，工艺水平和管理效率低下使得企业无法形成足够生产规模。如国外机床制造商能做到每周装调出产品，而国内的生产周期过长且很难控制。因此我们在引进技术的同时应注意加强自身工艺技术改造和管理水平的提升。

    （3）服务水平与能力欠缺也是影响国产数控机床占有率的一个重要因素

    由于数控机床产业发展迅速，一部分企业不顾长远利益，对提高自身的综合服务水平不够重视，甚至对服务缺乏真正的理解，只注重推销而不注重售前与售后服务。有些企业派出的人员对生产的数控机床缺乏足够了解，不会使用或使用不好数控机床，更不能指导用户使用好机床；有的对先进高效刀具缺乏基本了解，不能提供较好的工艺解决方案，用户自然对制造商缺乏信心。制造商的服务应从研究用户的加工产品、工艺、生产类型、质量要求入手，帮助用户进行设备选型，推荐先进工艺与工辅具，配备专业的培训人员和良好的培训环境，帮助用户发挥机床的最大效益、加工出高质量的最终产品，这样才能逐步得到用户的认同，提高国产数控机床的市场占有率。

    （4）加大数控专业人才的培养力度

    从我国数控机床的发展形式来看需要三种层次的数控技术人才：第一种是熟悉数控机床的操作及加工工艺、懂得简单的机床维护、能够进行手工或自动编程的车间技术操作人员；第二种是熟悉数控机床机械结构及数控系统软硬件知识的中级人才，要掌握复杂模具的设计和制造知识，能够熟练应用UG、PRO/E等CAD/CAM软件，同时有扎实的专业理论知识、较高的英语水平并积累了大量的实践经验；第三种是精通数控机床结构设计以及数控系统电气设计、能够进行数控机床产品开发及技术创新的数控技术高级人才。我国应根据需要有目标的加大人才培养力度，

我国的数控机床产业提供强大的技术人才支撑。

第四章数控刀具的发展趋势

切削加工追求的目标是高精度、高效率、低成本、绿色环保。

近年来，切削加工技术在高速切削、硬态切削、微雾润滑切削、干式切削、复合切削等领域迅速发展，这些切削加工技术是实现以最小限度生产设备高效率、低成本加工零件的生产方式的核心，到目前为止，切削加工技术发展的最大标志就是高速切削加工（HighSpeedCutting，HSC）的发展。

      先进的刀具技术是促进切削技术发展的基础和保证，刀具技术的发展涉及刀具材料和刀

具结构的发展，刀具材料是提升刀具性能的基础，刀具结构是提高工件加工精度的关键。 随

着高速加工、高精度加工技术的进步和难加工材料应用数量的增加，刀具材料的进展也十分

显着，新型陶瓷、细晶粒硬质合金、超细晶粒硬质合金、TiC/TiN基金属陶瓷、涂层硬质合

金等材料大大提升了刀具的性能，刀具基体的耐磨性、耐热性、韧性和抗弯强度明显提高。

复合涂层技术使刀具性能进一步提升，涂层材料除了有适合高速切削的TiC、TiN、TiAlN

以外，现在还使用金刚石、立方氮化硼、硅基纳米涂层等。

   近年来，数控刀具的科技成果主要体现在研发一刀多切削功能、提高其刀刃切削性能方面，适应高速(超高速)、硬质(含耐热、难加工)、干式、精细(超精)切削及高效率数控机加工切削技术要求。随着零件毛坯制造技术进步，零件毛坯几何尺寸及切削余量控制较为精确，数控刀具新结构、新品种的研发主要集中在轻、中负荷切削范围内，并以专用孔加工、拉削、

滚(挤、碾压)压、铣削及车削等五类刀具的变革较为活跃，配套研发其相应刀片断屑槽形

1、刀具材料 硬质合金材料依然是刀具材料中的主要成员，也是各国刀具制造厂商着力发展的刀具材料之一，其应用的广度和深度都已有显著进展，细颗粒、超细颗粒硬质合金材料的开发是进一步提高刀具使用可靠性的发展方向，纳米涂层、梯度结构涂层及全新结构、材料的涂层是提高刀具使用性能的发展方向，物理涂层的应用将会继续增多，纯陶瓷、金属陶瓷、氮化硅陶瓷、pcbn、pcd等刀具材料的韧性将得到进一步增强，可应用场合逐

渐增多。 

   2.刀具的研发更具针对性 通用牌号、通用结构不再是刀具制造厂商研发的重点，面对复杂多变的应用场合和加工条件，针对性更强的刀片槽型结构、牌号，及配套刀具将取代通用

的槽型、牌号的刀片及刀具。这在提高加工效率、加工质量、降低切削成本方面将会收到显著效果。 

3.高速切削、硬切削、干式切削继续快速发展 高速切削以其不同于传统速度切削的独特机理在提高加工效率、提高加工质量、减少切削变形、缩短加工周期方面的显著效果，在制造业的应用必将进一步增多，也就是高速切削刀具的需求将进一步增多；硬切削是一种新的加工工艺，在提高加工效率、降低加工成本，减少设备资金投入方面的作用独树一帜，对传统的磨削工艺提出了挑战，“以切代磨”将成为发展趋势之一；干式切削作为一种绿色制造工艺与湿式切削相比有许多优点，但也存在切削力增大、切削变形加剧、刀具耐用度降低、工件加工质量不易保证等缺点，但是通过分析干式切削的各种特定边界条件和影响干式切削的各种因素，寻求相应的技术解决方案及措施来弥补干式切削的缺陷，干式切削的优势还是

十分明显的，干式切削必将成为发展趋势之一。 

4.刀具制造商的角色将发生转变 现代制造业发展的需要使刀具行业的地位、作用发生了重大变化：从单纯的刀具生产、供应、扩大至新切削工艺的开发及相应的配套技术和产品的开发，从单纯刀具供应商的地位上升至成为用户企业提高生产效率和产品质量、降低制造成本的重要伙伴。此外为用户提供全面的技术支持与服务显得更加迫切和重要。 

5.刀具制造企业网络化、信息化程度进一步提高 21世纪是网络化的世纪，是信息化的世纪，企业信息化程度的高低将成为衡量企业现代化发展水平的重要指标。网络化、信息化带来的好处除了可以提高企业办公效率、节约办公经费、加快反应速度之

外，更重要的是可以提高经济效益。 

6.国内外合资合作进一步增多从近期部分刀具制造商的动作中可见一斑，如上工与意大利su公司合资成立的上优机床工具（上海）有限公司，汉江工具有限公司与blazers涂层公司合资成立的涂层中心，哈一工与德国pvt涂层公司合资成立的涂层中心。这也是国内刀具厂商加快提高企业素质步伐选择的途径之一。 

   7.市场争夺进一步加剧 谁能不断从制造业重要工业部门的需求中和市场信息反馈中洞察产品开发的方向，利用刀具材料、涂层、设计、制造的综合优势，开发出创新的产品，继而全力推向市场，谁就能掌握主动权，占领市场。无论是山特维克还是肯纳金属等世界知名刀具厂商都加紧了对中国市场开发的步伐，如在中国设立自己的制造工厂，增加在中国的办

事处、联络机构，广招销售、技术服务人员以使其营销、服务网络遍布全国。

数控刀具的最新动向

1、数控工具系统： 

     近几年国际上出现了以"ＨSＫ"工具系统逐步替代各厂商研发的其它各类工具系统的发展趋势。欧州发达国家沿用德国DIN693－1号ＨSＫ工具系统标准，国际标准化组委会为其制定了ISO／DIS标准。ＨSＫ工具系统具有动、静刚度高、定位(迥转)精度好、充许转速高(≤150000ｐ．r．ｍ)等特点。既便于规笵工具管理，又总体上节约了工具费用、降低生产成本。其首先应用于加工中心、数控镗铣床，逐渐扩大到各类车床(车削中心)、磨床(磨削中心)、数控专机及数控加工自动生线上，使用范围几

乎覆盖所有刀具领域。 

2、孔加工刀具类： 

在刀具门类中，孔加工刀具是一大家族，其小改小革层出不穷，在此就其主要突出的新结构、新品种简要分述如下： 

（1） 数控钻头： 

整体式钻头：钻尖切削刃由对称直线型改进为对称圆弧型(r＝1／2D)，以增长切削刃、提高钻尖寿命；钻芯加厚，提高其钻体刚度，用"S"型横刃(或螺旋中心刃)替代传统横刃，减小轴向钻削阻力，提高横刃寿命；采用不同顶角阶梯钻尖及负倒刃，提高分屑、断屑、钻孔性能和孔的加工精度；镶嵌模块式硬质(超硬)材料齿冠；油孔内冷却及大螺旋升角(≤40°)结构等。最近研制出整体式细颗粒陶瓷(Si3N4)、Ｔi基类金属陶瓷材料钻头。 

机夹式钻头：钻尖采用长方异形专用对称切削刃、钻削力径向自成平衡的可转位刀片替代其它几何形状、钻削力径向总体合成平衡的可转位刀片，以减小钻削振动，提高钻尖自定心性能、寿命和孔的加工精度。 

（2） 复合(组合)孔加工数控刀具： 

集合了钻头、铰刀、扩(锪)孔刀及挤压刀具的新结构、新技术，整体式、机夹式、专用复合(组合)孔加工数控刀具研发速度很快。总体而言：采用镶嵌模块式硬质(超硬)材料切削刃(含齿冠)及油孔内冷却、大螺旋槽等结构是其目前发展趋势。 

（3） 数控铰刀： 

大螺旋升角(≤45°)切削刃、无刃挤压铰削及油孔内冷却的结构是其总体发展方向，最大铰削孔径己达φ≤400ｍｍ。 

（4）镗刀： 

单刃微调精密镗刀正被多刃扩(锪)孔刀、铰刀及复合(组合)孔加工专用数控刀具替代。国外研制出采用工具系统内部推拉杆轴向运动或高速离心力带平衡滑块移动，一次走刀完成镗削球面(曲面)、斜面及反向走刀切削加工零件背面的数控智能精密镗刀，代表了镗刀发展方向。 

（5） 丝锥： 

研发出大螺旋升角(≤45°)丝锥，其切削锥视被加工零件材料软、硬状况，设计专用刃倾角、前角等。 

（6） 扩(锪)孔刀： 

多刃、配置各种数控工具柄及模块式可调微型刀夹的结构形式是目前扩(锪)孔刀具发展方向。 

3、数控铣刀类： 

整体式立铣刀：硬质合金立铣刀侧刃采用大螺旋升角(≤62°)结构，立铣刀头部的过中心端刃往往呈弧线(或螺旋中心刃)形、负刃倾角，增加切削刃长度，提高了切削平稳性、工件表精度及刀具寿命。适应数控高速、平稳三维空间铣削加工技术的要求。 

（1）机夹式立铣刀：由各类机夹立铣刀的由可转位刀片(往往设有三维断屑槽形)组合而成的侧齿、端齿与过中心刃端齿(均为短切削刃)，可满足数控高速、平稳三维空间铣削加工技术要求。 

数控铣刀均已采计算机辅助设计、切削摸拟仿真及数控加工技术成形制造。 

（2）机夹式数控面铣刀：刀体趋向于用轻质高强度铝、镁合金制造，切削刃采用大前角、负刃倾角，可转位刀片(几何形状多种)带有三维断屑槽形。 

（3）数控铣刀、专用复合孔加工刀具均应用了高速迴转体动平衡及安全夹固技术，一些高速迴转刀体上还应用空气动力学原理，利用旋风冷切削刃，在干式切削加工时降低切削刃的温度，提高刀具寿命。

4、车刀、切槽、切断类型 

车刀发展了集车端面、外园、仿形、切槽、切断、倒角加工的一刀多功能车削刀具，刀片夹紧方式采用镶嵌式弹性刀体、切削力自位固定的结构，十分适用和新颖。 

5、拉削刀具类： 

在现代数控加工技术的支持下，研发出各种专用外轮廓精密成形、组合拉刀及车-拉组合成形拉削刀具，配以专用数控机床。使汽车部分工件批产效率成几十倍提高，而且产品质量、精度十

分稳定。 

6、其它刀具： 

汽车、摩托车专用的小模数渐开线外齿轮、花键轴零部件批产工艺采用滚压、搓挤无屑加工工艺技术，研发出专用刀具及特种数控机床，使特定的工件批产效率提高几十倍，而且质量、精度十

分稳定。

结语

目前，数控机床的发展日新月异，高速化、高精度化、复合化、智能化、开放化、网络化、极端化、绿色化已成为数控机床发展的趋势和方向。

    中国作为一个制造大国，主要还是依靠劳动力、价格、资源等方面的比较优势，而在产品的技术创新与自主开发方面与国外同行的差距还很大。中国的数控产业不能安于现状，应该抓住机会不断发展，努力发展自己的先进技术，加大技术创新与人才培训力度，提高企业综合服务能力，努力缩短与发达国家之间的差距。力争早日实现数控机床产品从低端到高端、从初级产品加工到高精尖产品制造的转变，实现从中国制造到中国创造、从制造大国到制造强国的转变。

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参 考 文 献

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1、《现代数控机床及应用》9、《数控机床（第二版）》              戴裕崴     大连理工大学出版社          2000

2、《数控机床原理及应用-(第2版)》      严建红     机械工业出版社  2000

3、《数控机床结构及应用》              王爱玲     机械工业出版社 2006

4、《数控机床及应用技术》              李艳霞     人民邮电出版社  2006

5、《数控机床（第二版）》              戴裕崴     大连理工大学出版社 2008

6、《数控机床及其使用和维修》          郑晓峰     机械工业出版社 2007