1.1 数控机床的产生与发展

1.1.1 数控机床的产生

数控机床的产生如图1-1所示。

图1-1 数控机床的产生

1946年世界上第一台电子计算机诞生后，人们就设想能否用电子计算机来解决复杂零件的加工问题。1948年，美国帕森斯公司在研制加工直升飞机叶片轮廓检查用样板的机床时，提出了用电子计算机控制机床来加工样板曲线的设想。后来，该公司受美国空军委托与麻省理工学院伺服机构研究所合作进行研制工作。1952年世界上第一台由电子计算机控制的三坐标立式铣床试制成功。1959年3月29日，美国制成可按穿孔带指令更换刀具和多种工序自动加工的综合性数控机床，后称为第一台“加工中心”。我国从1958年开始研制数控机床，20世纪60年代中期进入实用阶段。20世纪80年代开始引进日本、美国、德国等国外著名数控系统和伺服系统制造商的技术，使我国数控系统在性能、可靠性等方面得到了迅速发展。经过“六五”、“七五”、“八五”及“九五”科技攻关，我国已掌握了现代数控技术的核心内容。目前，我国已有数控系统（含主轴与进给驱动单元）生产企业五十多家，数控机床生产企业百余家。

1.1.2 数控机床的发展

数控机床发展至今已经历了两个阶段共6代（如图1-2所示）。数控机床正向高速、高效、高精度、高可靠性、模块化、智能化、柔性化、集成化及体系结构开放性方向发展。

图1-2 数控机床的发展

为了满足市场和科学技术发展的需要，达到现代制造技术对数控技术提出的更高的要求，当前，数控技术及其装备发展趋势主要体现在以下几个方面。

1.高速、 高效、 高精度和高可靠性

20世纪90年代以来，美、日及欧洲各国争相开发、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15 000 ～100 000 rpm）、高速且高加（减）速度的进给运动部件（快移速度60 ～120 m/min，切削进给速度高达60 m/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。

从精密加工发展到超精密加工（特高精度加工），是世界各工业强国致力发展的方向。其精度从微米级到亚微米级，乃至纳米级（＜10nm），其应用范围日趋广泛。

高可靠性是指数控系统的可靠性要高于被控设备的可靠性一个数量级以上。

2.模块化、 智能化、 柔性化和集成化

机床结构模块化，数控功能专门化，机床性能价格比显著提高并加快优化。个性化是近几年来特别明显的发展趋势。

智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：追求加工效率和加工质量方面的智能化，如自适应控制、工艺参数自动生成；提高驱动性能及使用连接方便方面的智能化，如前馈控制、电动机参数的自适应运算、自动识别负载、自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；智能诊断、智能监控方面的内容，方便系统的诊断及维修等。

所谓“柔性”即灵活、通用、万能，可以适应加工不同形状工件的自动化机床。柔性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段，是各国制造业发展的主流趋势，是先进制造领域的基础技术。其重点是以提高系统的可靠性、实用性为前提，以易于连网和集成为目标，数控机床及其构成的柔性制造系统能方便地与CAD、CAM、CAPP （计算机辅助工艺规程设计）连接，向信息集成方向发展。

3.开放性

为适应数控进线、连网、普及型个性化、多品种、小批量、柔性化及数控迅速发展的要求，最重要的发展趋势是注重体系结构的开放性，设计生产开放式的数控系统。