TJK6916落地镗床研制11[1].9.doc

TJK6916落地镗床研制11[1].9

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2

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TJK6916数控落地镗床研制
可行性分析报告

1。项目简介
德阳嘉龙机械制造有限公司,其前身是德阳扬嘉机械厂，始建于1958年，从1978年开始生产造纸烘缸及造纸机械产品。烘缸系列产品在1995年荣获中国新技术新产品交易博览会银奖,1996年荣获四川省乡镇企业科技明星企业。经过几十年的技术积淀， 具备了较强的生产加工能力和一定的技术研发能力。
中国是一个传统的机械制造大国，但其装备水平落后,特别是一些老的机械制造厂大多还是比较旧的机床，远远不能满足加工的要求.针对目前制造业的技术装备现状，用现代先进技术对传统机械制造业装备进行提升,是我国制造业的发展方向.特别是作为中国重大技术装备制造业基地的德阳,为三大企业配套的几百家中小企业的设备智能化程度还很低，迫切需要大型数控化设备.根据国家、地区产业结构调整、技术创新的变化以及经济建设的需要,结合本单位实际情况，借助四川工程职业技术学院在数控技术研究和应用方面的优势,开发TJK6916数控落地镗铣床，填补四川无生产该类设备的空白。
2.项目研制内容
数控落地镗床主要用于镗削大中型零件的孔，同时还可以完成钻、扩、铰、铣平面、轮廓加工等粗加工和精加工的工作；能保证大型工件一次安装，基本完成零件的加工，能有效地提高加工精度和工作效率,因此得到了广泛的应用。
2。1 数控落地镗床总体设计
在满足使用的条件下使设计的机床结构尽可能简单化是设计追求的目标。数控落地镗床总体包括以下几大部分：立柱、滑座、主轴箱、工作台、床身、电气系统、数控系统、液压控制系统。数控落地镗床采用消隙齿轮和滚珠丝杆传动、伺服电机、编码器、光栅尺、CNC系统构成闭环、半闭环控制，达到设计的工作精度，同时机床操作人性化，外形美观大方.其外形见图2-1。

图2-1落地镗床外形

2.2 数控落地镗床技术参数
数控落地镗床技术主要参数见表2—1.
表2-1 数控落地镗床技术主要参数表
镗轴
转速
Rpm
2~500无级
镗轴
直径
mm
160
镗轴
行程
mm
1200
镗轴
进给速度
mm/min
0.45~1500无级
镗轴
锥孔

公制80#
镗轴
电机功率
kw
55
方滑枕
截面(长X宽）
mm
440×440
方滑枕
行程
mm
800
方滑枕
进给速度
mm/min
无级
方滑枕与镗轴
总行程
mm
2000
滑座
行程
mm
9500
主轴箱
垂直移动行程
mm
3000
工作精度
圆度
mm
0.01
工作精度
端面平面度
mm
0.01

2.3数控落地镗床机械设计
TJK6916数控落地镗床机械部分的主要部件有工作台、立柱、主轴、方滑枕、滑座，其主要功能见表2-2数控落地镗床机械主要部件,传动原理见图2-2 TJK6916数控落地镗床传动原理图，机械传动采用了传动精度高、能消除传动间隙的双齿轮和滚珠丝杆传动.配合伺服电机、编码器、光栅尺、CNC系统构成闭环、半闭环控制,达到设计的工作精度。
表2—2数控落地镗床机械主要部件
序号
部件名称
功能
备注
1
立柱
支承主轴箱等，完成Y方向的运动
滚珠丝杆
2
滑座
支承立柱, 完成X方向的运动
齿轮齿条
3
方滑枕
支承主轴， 完成W方向的运动
滚珠丝杆
4
主轴
安装刀具，完成主运动,同时可完成Z方向的运动
滚珠丝杆
5
工作台
工件的安装平台,装夹工件,工作台固定不动,以利于大型工件的安装和调试

图2-2 TJK6916数控落地镗床传动原理图

2。4数控落地镗床电气及NC系统
2.4。1 NC方案概述
1)TJK6916数控落地镗铣床有X轴、Y轴、W轴、Z轴四个运动，因此实际控制轴为4轴，为满足大型零件轮廓加工的需要，要保证其中任意3轴联动，且联动的轴可以由操作程序定义。
2)机床的数控系统采用西门子80DSL3 型数控系统。
西门子公司是全球最大的数控系统厂商，有几十年的数控系统研发、生产经验，其产品在国内普遍使用，市场占有率达40％。采用西门子数控系统由以下优势:
⑴ 技术成熟、可靠性高。
⑵ 该品牌已经各生产企业被广泛认可，能够操作该系统的人员多，便于机床的推广。
⑶ 西门子数控产品已经系列化,配置齐全，开放性好，使用灵活、便于机床的功能扩展和技术提升。
⑷ 西门子公司已经在我国成立了完善的技术支持网络和售后服务体系，采用其产品可以得到较多的技术支持。
该型机床在投入生产时可以根据用户的特殊需求配置不同品牌的数控系统。
3）由于机床X轴采用齿轮、齿条传动,其精度较差，因此X轴需加装光栅尺作为位置反馈元件,构成闭环结构.其他各轴采用滚珠丝杆传动，精度可以满足要求。但从电机到滚珠丝杆间有减速齿轮箱,因此除采用伺服电机的上的编码器作为反馈元件外，还须再丝杆上加装位置反馈编码器组成半闭环结构，以克服传动齿轮箱所产生的传动误差.
4）该机床床身尺寸较大，为便于操作需配置电子手轮和手持操作单元。
5）镗削加工时主轴转速较低，而扭矩很大，因此采用直流电动机作为主轴驱动设备，并保留齿轮减速机构，以保证低速扭矩，主轴转速反馈采用编码器。
6)机床不配置刀库和自动换刀装置。该机床定位为经济型数控落地镗铣床，因此不配置自动换刀装置.
7）系统具备各种固定加工循环，在线加工等功能.
8）结合机床的加工功能，开发加工程序库，以满足各种典型结构工件的加工。
2。4。2系统控制部分配置方案
1）数控系统配置
该型机床定位于经济型数控机床,且联动轴数只有三轴,考虑到机床功能的进一步提升，因此系统数控系统选择西门子SINUMERIK 802DSL3系统，该系统除具有802D系统的全部功能外,还具有以下特点:
l 配备先进的、高性能的SINAMICS S120交流伺服系统。
l 10。4寸彩色TFT液晶显示器
l 高容量CF卡，支持RS232、USB接口
l 可控制6个轴，其中：4个进给轴、1个数字主轴（或模拟主轴） 、一个PLC轴，4轴联动.
l 系统内置3MB零件程序存储器，采用CF卡时支持海量加工程序。
l 100段预读缓冲区
l 刀具寿命管理
l 支持DIN标准和ISO编程语言
l 2D零件程序模拟
l PLC梯形图在线显示
l DNC在线加工功能。
西门子802DSL3 型数控系统是西门子公司在802D系列数控系统的基础上研发的一种新型数控系统,其功能已经得到较大提升,配备先进的新型伺服驱动系统。其功能介于802D与840D之间，具有良好的性价比.
SINAMICS S120交流伺服系统是西门子公司推出的新一代全数字交流数字伺服系统，其性能在611系列伺服驱动的基础上得到全面的提升。
2）主轴系统配置
由于该镗床主要用于加工大型零件，加工时主轴转速低速（每分钟几十转，甚至更低），且所承受切屑力大。为满足此要求，需要主轴拖动系统具有优越的低速性能，即要求主轴在低速时转速稳定，且扭矩大。另外镗、铣加工有需要机床主轴有很广的调速范围，且在整个范围内输出扭矩要稳定。
能满足以上要求的配置方案有以下三种：
⑴ 主轴电机采用专用变频电机，驱动单元采用高性能矢量变频器.
⑵ 采用专用主轴伺服单元和主轴伺服电机.
⑶ 主轴电机采用直流电机，采用直流调速单元驱动。
在以上三种方案中，第二种成本高，且部分功能浪费。考虑到机床主轴调速范围广，且对低速性能要求很高、过载能力强的特点,主轴驱动系统选择直流电机驱动+直流调速单元+编码器反馈的配置方案。
电机采用上海南洋电机有限公司的Z4-160-11直流电机，功率33KW，最高转速2700转/分.
直流调速单元采用欧陆590P全数字直流调速单元，输出电枢电流:165A。
欧陆590系列全数字直流调速单元的控制算法都由最新的高速16位微处理器（单片机）完成，控制软件的结构及微处理器的工作速度可保证所有控制回路的调节作用在主电路六个可控硅桥的转换时间之内完成，以保证电流环的的采样时间小于3.3ms（50Hz电源)或2。67ms（60HZ电源），速度环算法运算也可在此时间内完成，以获得优越的动态性能。其可逆装置，转矩（电流）反向时的无环流时间非常短（且可由软件设定，出厂时设定为1ms），使电流环封冲击负载具有优越的性能和响应.
欧陆590P全数字直流调速单元具有如下特点：
①全数字化控制，性能稳定。
②调节范围宽
③四象限运行
④电流环具有自适应功能，即使在负载变化较大时，系统也能获得平稳的速度响应。
⑤完善的保护功能，驱动器具有过流、过压、失磁、电机过热、功率模块过热、速度反馈丢失、电机堵转、晶闸管触发失败等保护，确保运行过程的安全.
⑥速度环的PI参数调节范围很大,且具有积分分离功能。　　 主要性能如下:
　　 速比：优于100：1
　　 稳态精度：测速电机反馈，优于0.1％
　　　　　　　 光码反馈，优于0。01%
3）进给伺服
进给伺服采用西门子SINAMICS S120伺服系统和IFT6系列交流伺服电机.
SINAMICS S120 是西门子公司推出的全新的集V/F、矢量控制及伺服控制于一体的驱动控制系统，它不仅能控制普通的三相异步电动机，还能控制同步电机、扭矩电机及直线电机。其强大的定位功能将实现进给轴精确的绝对、相对定位.
该驱动器采用PROFIBUS—DP或工业以太网连接,线路简单，工作可靠、稳定.
IFT6系列交流同步是一种已经在西门子高性能数控系统中广泛使用的伺服电机，是一种性能优良且非常成熟的产品。
四个轴的进给伺服电机的选择见表2—3进给伺服电机。
表2—3 进给伺服电机
序号
轴号
电机功率
额定转速
额定扭矩
备注
1
X
11。8KW
1500
75N·m

2
Y
8 KW
2000
38N·m

3
Z
8 KW
2000
38N·m

4
W
8 KW
2000
38N·m

在各轴的传动结构中，X轴采用齿条传动，且电机上有减速箱，传动精度不高，因此采用全闭环结构，X轴位置反馈元件采用直线光栅尺。光栅尺的分辨率为1微米。
Y、Z、W轴由于采用滚珠丝杆传动,其传动精度较高,因此采用半闭环结构，位置反馈采用编码器反馈.位置反馈编码器安装在减速机构的末端，以消除减速机构造成的误差。
4）系统I/O配置
系统配置MCPA模块，机床控制面板MCP不占用I/O模块的I/O点,因此整个机床配置1块PP72/48模块即可。
5）其他配置
⑴手持操作单元，内装电子手轮、常用操作按钮等。由于机床体积较大，为便于操作特配置次部件.
⑵ MCPA模块，用于连接机床控制面板MCP，和主轴模拟量输出信号.配置该模块后可以使机床操作面板MCP不占用I/O的输入输出口，可以减少I/O模块的配置数量。
⑶ 伺服控制板位置反馈板
系统中伺服电机上的编码器将连接到伺服驱动器上，但由于各进给轴均安装有减速齿轮箱，为克服减速齿轮箱给进给轴产生的定位误差，因此在各轴减速箱的末端安装编码器用于位置反馈(其中X轴安装光栅尺).
2.4。3控制系统结构框图
控制系统结构框图见图2—3 。

802DSL
键盘
MCP
MCPA
主轴驱动单元
主轴电机
PP72/48
驱动控制模块
X轴驱动
W轴驱动

Y轴驱动

Z轴驱动

X轴电机
Y轴电机
Z轴电机
W轴电机
编码器
通信接口
手持单元
位置反馈

图2-3 控制系统结构框图
2.4。4系统配置清单
系统配置清单见表2—4
表2—4系统配置清单
序号
名称
型号规格
数量
备注
1
数控系统
802DSL3
1
含电源、手持单元等
2
X轴伺服驱动
IFT6/11.8KW
1
配套SINAMICS S120驱动器
3
Y轴伺服驱动
IFT6/8KW
1
配套SINAMICS S120驱动器
4
Z轴伺服驱动
IFT6/8KW
1
配套SINAMICS S120驱动器
5
W轴伺服驱动
IFT6/8KW
1
配套SINAMICS S120驱动器
6
伺服电源

1
功率与驱动器配套
7
伺服控制板

1

8
位置反馈板

1

9
MCPA卡

1

10
I/O板
PP72/48
1

11
光栅尺
11米
1

12
编码器
2500箱
3

13
主轴直流电机
30KW
1

14
直流调速单元
欧陆590
1

15
配套电缆

若干

3.主要创新点
本项目研究过程中，首先对目前工厂所使用的常规数控机床进行了全面的调查和分析。用户普遍反应，数控设备的限位保护功能有些欠缺，容易发生超程等故障现象；另一方面，数控镗床大多承担多品种、单件小批量生产的加工任务，如果对每一个零件都去进行编程、输入、调试等工作，显得非常烦琐，用户提出能不能找到一种方法，简化这一手续,以提高其生产效率.
针对数控设备的限位保护功能有些欠缺,容易发生超程故障等问题,研究提出把所有限位保护电路设计为负逻辑控制。
根据数控机床所承担加工任务的特点，其加工的零件类型大多分为箱体类、套类、盘类等,依据成组工艺技术的原理,我们提出首先编写各类零件成组工艺，依据成组工艺，编写数控程序，将数控加工程序编号存入PC机中的方法,完成对零件的快速程序编制，提高生产效率。通过这种方法，可以变小批生产为“大”批生产，可以有效的提高生产效率，同时降低对操作人员的要求。
以上技术曾用于机床的数控化改造,改造的设备投入使用已三年，运行状况良好。实际应用表明各项性能指标达到了设计改造要求。所完成的项目通过了德阳市科技局组织的科技成果鉴定，同时荣获德阳市科技进步三等奖。
4.项目开发的必要性
4.1 随着社会经济的快速发展，对数控设备的需求愈加紧迫
近年来我国企业的数控机床占有率逐年上升，在大中企业已有较多的使用,在中小企业甚至个体企业中也普遍开始使用。
2001年，我国机床工业产值已进入世界第5名,机床消费额在世界排名上升到第3位，达47.39亿美元，仅次于美国的53。67亿美元，消费额比上一年增长25％。但由于国产数控机床不能满足市场的需求，使我国机床的进口额呈逐年上升态势,2001年进口机床跃升至世界第2位，达24.06亿美元，比上年增长27。3％。
近年来我国出口额增幅较大的数控机床有数控镗铣床、数控磨床、数控特种加工机床、数控剪板机、数控成形折弯机、数控压铸机等，数控设备的市场需求前景看好。
4.1。1国内数控机床的特点
●新产品开发有了很大突破，技术含量高的产品占据主导地位 例如：全长33公里的上海磁悬浮快速列车线，是“十五"期间国家重点建设项目，其中组成列车线的2550根轨道梁是整个工程的最关键部分,对加工轨道梁的精度提出了相当高的要求.去年年初，沈阳机床集团机床股份有限公司中捷友谊厂以工期6个月、标的6200万元在磁悬浮轨道专用数控机床项目公开招标中折桂，并于8月底将一次性验收合格的8台数控镗铣床组成的轨道梁生产线一次试车成功，目前这套铣镗加工中心已加工出轨道梁1100根,确保了轨道梁的加工精度和速度，为实现今年年底试车打下了良好的基础。
●数控机床产量大幅度增长，数控化率显著提高 2001年国内数控金切机床产量已达1.8万台,比上年增长28。5%.金切机床行业产值数控化率从2000年的17.4％提高到2001年的22.7%.
●数控机床发展的关键配套产品有了突破 近年来通过政府的支持，数控机床配套生产得到了快速发展。如北京航天机床数控系统集团公司建立了具有自主知识产权的新一代开放式数控系统平台;烟台第二机床附件厂开发了为数控机床配套的多种动力卡盘和过滤排屑装置;济南第二机床集团公司的数控龙门镗铣床、数控落地镗铣床及数控锻压设备等30多个系列100多个品种的数控配套产品.
4.1.2 国外数控机床状况分析
●国际机床市场的消费主流是数控机床 1998年世界机床进口额中大部分是数控机床，美国进口机床的数控化率达70%，我国为60%。目前世界数控机床消费趋势已从初期以数控电加工机床、数控车床、数控铣床为主转向以加工中心、专用数控机床、成套设备为主。
●国外数控机床的网络化 随着计算机技术、网络技术日益普遍运用，数控机床走向网络化、集成化已成为必然的趋势和方向，互联网进入制造工厂的车间只是时间的问题。从另一角度来看，目前流行的ERP即工厂信息化对于制造业来说，仅仅局限于通常的管理部门（人、财、物、产、供、销）或设计、开发等等上层部分的信息化是远远不够的，工厂、车间的最底层加工设备—-数控机床不能够连成网络或信息化就必然成为制造业工厂信息化的制约瓶颈，所谓的ERP就比较“虚”没有能够真正地解决制造工厂的最关键的问题。所以，对于面临日益全球化竞争的现代制造工厂来说，第一是要大大提高机床的数控化率,即数控机床必须达到起码的数量或比例；第二就是所拥有的数控机床必须具有双向、高速的联网通讯功能,以保证信息流在工厂、车间的底层之间及底层与上层之间通讯的畅通无阻。
以FANUC和西门子为代表的数控系统生产厂商已在几年前推出了具有网络功能的数控系统。在这些系统中，除了传统的RS232接口外，还备有以太网接口,为数控机床联网提供了基本条件.由于国外企业的发展水平,数控机床的网络接口功能被定义为用于远程监控、远程诊断。
4。1.3 数控机床的发展预测
●数控机床推广应用逐步由经济型为主向普及型为主转变 据预测分析，到2005年我国机床的数控化率为9。5％10。36％，到2010年将达到16.5%19。27%经济型所占比重继续减少，普及型所占比重继续增长，高级型的需求缓慢增长。
●数控金切机床的构成比逐渐趋于合理 数控机床工序集中的加工特点，将使具有复合功能的高效数控机床的需求增长，这将导致数控机床拥有量和市场消费量中各类数控机床的构成比不同于传统的机床构成比。
●数控机床的应用由单机向单元（系统）方向发展 目前欧、美、日等国应用DNC已很普遍，柔性制造单元已占数控机床销售量的30％以上。而我国FMC、FMS和FML的拥有量不足50套，相当于日本80年代的水平,占数控机床消费额不到5％。
●出口前景良好 1998年及前几年我国机床工具的出口额徘徊在5亿美元左右，2000年上升到7.85亿美元,随着东南亚经济复苏和我国出口多极化市场的形成和巩固，以及我国加入WTO，今后几年我国机床出口将实现平稳、持续增长.预计到2005年出口创汇可达到12亿美元。
4.1.4 入世对中国机械工业的结构性冲击
加入WTO后,外资对我国机械工业的结构性冲击主要表现在以下几点：
●部分行业发展主导权有可能受到冲击 在以下行业将表现得更为突出:一是在国内处于市场成长期、外方掌握专有技术并处于垄断地位的技术密集型行业，如燃气轮机、直流输电关键设备、半喂入式水稻联合收割机、机电一体化的汽车发动机附配件等；二是单靠有限市场难以发挥企业生产能力、迫切需要全球市场支撑的行业,如高压开关、大型变压器、高档科学仪器、高档数控系统、智能化工业控制系统等；三是国内外制造成本相差较大、外方享有明显的品牌优势、在华设厂可以在世界市场获取丰厚利润的劳动密集型或易于流通的装配型产品行业，如照相机、复印机、部分工业和民用仪表、高品质低压电器等。
●工程成套行业将面临更严峻的竞争 随着服务贸易领域对外开放,实力雄厚的国外公司可能更积极地到国内举办由其控制的、以工程承包为主要业务的工程公司，以其母公司产品为后盾，以熟悉国内情况的中方雇员为业务骨干，与我内资企业展开激烈的竞争。
●我国机械工业自主技术创新的积极性有可能被抑制 由于外资在华机械企业主要承担制造车间的角色，技术来源主要依靠其母公司,而原本就实力有限的内资企业在完全开放的市场竞争中坚持自行研制开发将冒很大风险，为了节省投入，提高产品的形象，多数内资企业将尽可能与外方合作，采用国际同行的技术进行生产。
●处于幼稚期的自主产业的成长环境趋于严峻 由于国外企业将更加不愿转让技术,更愿意通过在华举办由他们控制的企业来与内资机械企业争夺中国用户的订单，国内用户也有了更多的便利采购外资产品，从而部分处于成长初期的重要产品自主产业的培育壮大将更困难。
4。2 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
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、生物技术及其产业、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.此外世界上各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，不仅采取重大措施来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我国实行封锁和限制政策。总之，大力发展以数控技术为核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.
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产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备，其技术范围覆盖很多领域：(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。

4。2.1 数控技术的发展趋势
数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大,他对国计民生的一些重要行业(IT、汽车、轻工医疗等)的发展起着越来越重要的作用,因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势.从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面。
●高速、高精加工技术是装备的新趋势 效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率,提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一，国际生产工程学会（CIRP）将其确定为21世纪的中心研究方向之一。
在轿车工业领域，年产30万辆的生产节拍是40秒/辆，而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一；在航空和宇航工业领域，其加工的零部件多为薄壁和薄筋，刚度很差,材料为铝或铝合金，只有在高切削速度和切削力很小的情况下,才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装,使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。
目前高速加工中心进给速度可达80m/min，甚至更高，空运行速度可达100m/min左右。目前世界上许多汽车厂,包括我国的上海通用汽车公司,已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国CINCINNATI公司的HyperMach机床进给速度最大达60m/min,快速为100m/min，加速度达2g，主轴转速已达60000r/min。加工一薄壁飞机零件，只用30min，而同样的零件在一般高速铣床加工需3h，在普通铣床加工需8h；德国DMG公司的双主轴车床的主轴速度及加速度分别达12000r/mm和1g。
在加工精度方面，近10年来，普通级数控机床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密级加工中心则从3～5μm，提高到1~1.5μm，并且超精密加工精度已开始进入纳米级（0。01μm)。
在可靠性方面,国外数控装置的MTBF值已达6 000h以上,伺服系统的MTBF值达到30000h以上,表现出非常高的可靠性。
为了实现高速、高精加工，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进一步扩大。
●5轴联动加工和复合加工机床快速发展 采用5轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削,不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高.一般认为,1台5轴联动机床的效率可以等于2台3轴联动机床,特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时,5轴联动加工可比3轴联动加工发挥更高的效益。但过去因5轴联动数控系统、主机结构复杂等原因，其价格要比3轴联动数控机床高出数倍，加之编程技术难度较大,制约了5轴联动机床的发展。
当前由于电主轴的出现，使得实现5轴联动加工的复合主轴头结构大为简化,其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型5轴联动机床和复合加工机床(含5面加工机床）的发展。
新日本工机的5面加工机床采用复合主轴头，可实现4个垂直平面的加工和任意角度的加工，使得5面加工和5轴加工可在同一台机床上实现,还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国DMG公司展出DMUVoution系列加工中心，可在一次装夹下5面加工和5轴联动加工，可由CNC系统控制或CAD/CAM直接或间接控制。
●智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势 21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面:为追求加工效率和加工质量方面的智能化,如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化,如前馈控制、电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;还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。
为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题.目前许多国家对开放式数控系统进行研究，如美国的NGC（The Next Generation Work-Station/Machine Control）、欧共体的OSACA（Open System Architecture for Control within Automation Systems日本的OSEC(Open System Environment for Controller），中国的ONC(Open Numerical Control System)等。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路.所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上,面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品.目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。
数控装备的网络化将极大地满足生产线、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.国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机,如在EMO2001展中，日本山崎马扎克（Mazak）公司展出的“CyberProduction Center”（智能生产控制中心,简称CPC）；日本大隈（Okuma）机床公司展出“IT plaza”（信息技术广场,简称IT广场）;德国西门子（Siemens)公司展出的Open Manufacturing Environment(开放制造环境,简称OME）等，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势.
●重视新技术标准、规范的建立 关于数控系统设计开发规范 如前所述,开放式数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，美国、欧共体和日本等国纷纷实施战略发展计划，并进行开放式体系结构数控系统规范(OMAC、OSACA、OSEC）的研究和制定，世界3个最大的经济体在短期内进行了几乎相同的科学计划和规范的制定，预示了数控技术的一个新的变革时期的来临.我国在2000年也开始进行中国的ONC数控系统的规范框架的研究和制定.
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年间的信息交换都是基于ISO6983标准，即采用G，M代码描述如何（how）加工,其本质特征是面向加工过程，显然，他已越来越不能满足现代数控技术高速发展的需要。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。
STEP-NC的出现可能是数控技术领域的一次革命，对于数控技术的发展乃至整个制造业，将产生深远的影响。首先，STEP—NC提出一种崭新的制造理念,传统的制造理念中，NC加工程序都集中在单个计算机上.而在新标准下，NC程序可以分散在互联网上，这正是数控技术开放式、网络化发展的方向。其次，STEP-NC数控系统还可大大减少加工图纸（约75％)、加工程序编制时间（约35％）和加工时间（约50％）。
目前,欧美国家非常重视STEP—NC的研究，欧洲发起了STEP-NC的IMS计划(1999。1.1～2001。12.31）。参加这项计划的有来自欧洲和日本的20个CAD/CAM/CAPP/CNC用户、厂商和学术机构。美国的STEP Tools公司是全球范围内制造业数据交换软件的开发者，他已经开发了用作数控机床加工信息交换的超级模型（Super Model)，其目标是用统一的规范描述所有加工过程。目前这种新的数据交换格式已经在配备了SIEMENS、FIDIA以及欧洲OSACA—NC数控系统的原型样机上进行了验证。
●数控设备更注重安全性、操作性 数控设备是集机电一体化的产品，由于其自动化程度高，所以对其安全性和可操作性有了更高的要求。
4。2。2 对我国数控技术及其产业发展的基本估计
●我国在数控技术方面所取得的成绩 我国数控技术起步于1958年，近50年的发展历程大致可分为3个阶段：第一阶段从1958年到1979年，即封闭式发展阶段。在此阶段,由于国外的技术封锁和我国的基础条件的限制，数控技术的发展较为缓慢。第二阶段是在国家的“六五”、“七五"期间以及“八五”的前期，即引进技术，消化吸收，初步建立起国产化体系阶段。在此阶段,由于改革开放和国家的重视,以及研究开发环境和国际环境的改善，我国数控技术的研究、开发以及在产品的国产化方面都取得了长足的进步。第三阶段是在国家的“八五"的后期和“九五”期间,即实施产业化的研究,进入市场竞争阶段.在此阶段,我国国产数控装备的产业化取得了实质性进步。在“九五”末期，国产数控机床的国内市场占有率达50%，配国产数控系统（普及型)也达到了10％。
纵观我国数控技术近50年的发展历程,特别是经过4个5年计划的攻关，总体来看取得了以下成绩.
(1)奠定了数控技术发展的基础，基本掌握了现代数控技术 我国现在已基本掌握了从数控系统、伺服驱动、数控主机、专机及其配套件的基础技术,其中大部分技术已具备进行商品化开发的基础，部分技术已商品化、产业化。
（2)初步形成了数控产业基地 在攻关成果和部分技术商品化的基础上，建立了诸如华中数控、航天数控等具有批量生产能力的数控系统生产厂。兰州电机厂、华中数控等一批伺服系统和伺服电机生产厂以及北京第一机床厂、济南第一机床厂等若干数控主机生产厂。这些生产厂基本形成了我国的数控产业基地.
（3）建立了一支数控研究、开发、管理人才的基本队伍 虽然在数控技术的研究开发以及产业化方面取得了长足的进步，但我们也要清醒地认识到，我国高端数控技术的研究开发，尤其是在产业化方面的技术水平现状与我国的现实需求还有较大的差距。虽然从纵向看我国的发展速度很快，但横向比(与国外对比)不仅技术水平有差距，在某些方面发展速度也有差距，即一些高精尖的数控装备的技术水平差距有扩大趋势.
●从国际上来看，对我国数控技术水平和产业化水平估计
(1)技术水平上，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.
(2)产业化水平上，市场占有率低,品种覆盖率小,还没有形成规模生产；功能部件专业化生产水平及成套能力较低；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效应，用户信心不足。
(3)可持续发展的能力上，对竞争前数控技术的研究开发、工程化能力较弱；数控技术应用领域拓展力度不强；相关标准规范的研究、制定滞后。
●存在差距的主要原因
(1）认识方面 对国产数控产业进程艰巨性、复杂性和长期性的特点认识不足;对市场的不规范、国外的封锁加扼杀、体制等困难估计不足；对我国数控技术应用水平及能力分析不够。
（2)体系方面 从技术的角度关注数控产业化问题的时候多，从系统的、产业链的角度综合考虑数控产业化问题的时候少；没有建立完整的高质量的配套体系、完善的培训、服务网络等支撑体系。
（3)机制方面 不良机制造成人才流失，又制约了技术及技术路线创新、产品创新，且制约了规划的有效实施，往往规划理想，实施困难。
（4）技术方面 企业在技术方面自主创新能力不强，核心技术的工程化能力不强。机床标准落后，水平较低,数控系统新标准研究不够。
4.3 对我国数控技术和产业化发展的战略思考
4。3。1 战略考虑
我国是制造大国,在世界产业转移中要尽量接受前端而不是后端的转移，即要掌握先进制造核心技术,否则在新一轮国际产业结构调整中，我国制造业将进一步“空芯”.我们以资源、环境、市场为代价,交换得到的可能仅仅是世界新经济格局中的国际“加工中心"和“组装中心”，而非掌握核心技术的制造中心的地位，这样将会严重影响我国现代制造业的发展进程。
我们应站在国家安全战略的高度来重视数控技术和产业问题，首先从社会安全看，因为制造业是我国就业人口最多的行业，制造业发展不仅可提高人民的生活水平，而且还可缓解我国就业的压力，保障社会的稳定;其次从国防安全看，西方发达国家把高精尖数控产品都列为国家的战略物质，对我国实现禁运和限制，“东芝事件”和“考克斯报告"就是最好的例证。
4。3。2 发展策略
从我国基本国情的角度出发，以国家的战略需求和国民经济的市场需求为导向,以提高我国制造装备业综合竞争能力和产业化水平为目标，用系统的方法,选择能够主导21世纪初期我国制造装备业发展升级的关键技术以及支持产业化发展的支撑技术、配套技术作为研究开发的内容，实现制造装备业的跨跃式发展。
强调市场需求为导向，即以数控终端产品为主，以整机(如量大面广的数控车床、铣床、高速高精高性能数控机床、典型数字化机械、重点行业关键设备等）带动数控产业的发展。重点解决数控系统和相关功