非常感谢你的一篇关于数控机床的历史、现状和未来的论文。

序

在工程训练中心为期两周的实习中，我在经历了各种类型的工作后，深深体会到了科技的力量。钳工和车工实习期间，经过三天的努力，只做了几个不合格的产品；而在数控车间，很多高精度的产品，通过编程一两个小时就能轻松做出。这让我对数控机床产生了兴趣，于是我开始在网上浏览关于数控机床的前世，增加了对数控机床的了解。

一、数控机床

数控机床是计算机数控机床的简称，是具有程序控制系统的自动化机床。控制系统可以用控制代码或其他符号指令对程序进行逻辑处理并解码，从而使机床运行。过去数控机床经历了一个从单一到多元的过程，数控机床的快速发展是整个世界经济和科技发展的重要体现。数控机床在现代工业中占据着不可替代的地位，与我们生活的方方面面都有着直接或间接的关系。未来，数控机床将会有一个前所未有的发展，世界主要工业化国家都非常重视数控加工技术的研究和发展。

二、数控机床的历史

2.1第一台数控机床的诞生1948、美国帕森斯公司接受美国空军的委托，研制飞机螺旋桨桨叶轮廓样板加工设备。由于模板形状复杂多样，精度要求高，一般的加工设备很难适应，因此提出了计算机控制机床的思想。1949年，在麻省理工学院伺服机构研究室的协助下，公司开始研究数控机床，并于1952年成功试制出第一台由大型立式仿形铣床改装的三坐标数控铣床，不久开始正式生产。2.2早期发展历史1965第三代集成电路数控装置出现，不仅体积小，功耗少，而且可靠性提高，价格进一步降低，促进了数控机床的品种和发展。

产量的发展。20世纪60年代末，出现了直接数控系统(DNC)，也称为群控系统。由小型计算机控制的计算机数控系统(简称CNC)使数控装置进入以小型计算机化为特征的第四代。从65438到0974，采用微处理器和半导体存储器的微机数控装置(MNC)研制成功，这是第五代数控系统。与第三代相比，第五代数控装置的功能增加了一倍，而体积缩小到1/20，价格降低了3/4，可靠性大大提高。80年代初，随着计算机软硬件技术的发展，出现了可以人机对话自动编程的数控装置。数控装置越来越小，可以直接安装在机床上；数控机床自动化程度进一步提高，具有自动监测刀具破损、自动检测工件等功能。

三、数控机床的现状

3.1高速随着汽车、国防、航空、航天等行业的快速发展和铝合金等新材料的应用，对数控机床的高速加工要求越来越高。(1)主轴转速:机床采用电主轴(内置主轴电机)，最高主轴转速达到200000 r/min；(2)进给速度:当分辨率为0.01μm时，最大进给速度达到240m/min，可精确加工复杂曲面；(3)运算速度:微处理器的快速发展为数控系统向高速、高精度方向发展提供了保障。开发了32位和64位CPU的数控系统，频率提高到几百兆赫和千兆赫。由于运算速度的大幅度提高，在分辨率为0.1μm和0.01μm时，仍可获得24 ~ 240 m/min的进给速度；(4)换刀速度:目前国外先进加工中心的换刀时间一般在1s左右，高的已经达到0.5s，德国凯龙星公司将刀库设计成篮式，以主轴为轴，刀具按圆周排列，换刀到换刀时间仅为0.9s，3.2高精度数控机床的精度要求不仅限于静态几何精度，机床的运动精度、热变形、振动监测和补偿越来越受到重视。

(1)提高数控系统的控制精度:采用高速插补技术，实现微小程序段连续进给，细化数控控制单元，采用高分辨率位置检测装置，提高位置检测精度(日本研制出内置位置检测器的交流伺服电机，106脉冲/转，位置检测精度可达0.01μm/脉冲)。(2)采用误差补偿技术:采用反向间隙补偿、螺距误差补偿和刀具误差补偿，综合补偿设备的热变形误差和空间误差。研究结果表明，综合误差补偿技术的应用可使加工误差降低60% ~ 80%。(3)用网格解码器检查和提高加工中心的运动轨迹精度，通过仿真预测机床的加工精度，保证机床的定位精度和重复定位精度，使其性能长期稳定，完成不同工况下的各种加工任务，保证零件的加工质量。3.3功能复合复合机床的含义是指在一台机床上实现或完成从毛坯到成品的各种要素加工。按其结构特点可分为工艺化合物和工艺化合物两种。加工复合机床如镗-铣-钻复合-加工中心、车铣复合-车削中心、铣-镗-钻复合-复合加工中心等。加工复合机床，如多面多轴联动加工复合机床、双轴车削中心等。使用复合机床进行加工，可以减少工件装卸、刀具更换和调整的辅助时间以及中间过程的误差，提高零件的加工精度，缩短产品的制造周期，提高生产效率和制造商的市场响应能力，与传统的工序分散的生产方式相比具有明显的优势。加工过程的复合化也导致了模块化和多轴机床的发展。德国Index公司最新的车削中心为模块化结构，可完成车、铣、钻、滚、磨、激光热处理等工序，可完成复杂零件的全部加工。随着现代加工要求的不断提高，大量多轴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，国内外厂商展出了各种类型的多轴加工机床(包括双主轴、双刀架、9轴控制等。)，以及可以实现4-5轴联动的五轴高速龙门加工中心和五轴高速铣削中心。

3.4控制智能化随着人工智能技术的发展，为了满足制造柔性化和制造自动化的发展需要，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主轴和进给电机的切削力、功率、电流和电压，利用传统或现代算法识别刀具的应力、磨损和机床加工的稳定性，并根据这些情况实时调整加工参数(主轴转速和进给速度)。(2)加工参数的智能优化选择:利用现代智能方法，构建一个基于专家系统或模型的“加工参数智能优化选择器”，利用它获得优化的加工参数，从而提高编程效率和加工技术水平，缩短生产准备时间。(3)智能故障自诊断自修复技术:根据现有故障信息，应用现代智能方法，实现快速准确的故障定位。(4)智能故障回放和故障模拟技术:能完整记录系统的各种信息，回放和模拟数控机床的各种错误和事故，从而确定错误原因，找出解决问题的方法，积累生产经验。(5)智能交流伺服驱动:能自动识别负载、自动调整参数的智能伺服系统，包括智能主轴交流驱动和智能进给伺服装置。这种驱动装置可以自动识别电机和负载的转动惯量，自动优化调整控制系统的参数，使驱动系统得到最佳运行。(6)智能4M数控系统:在制造过程中，加工与检验一体化是实现快速制造、快速检测、快速响应的有效途径。将测量、建模加工、制造机操作和机械手(即4M)集成到一个系统中，实现信息共享，促进测量、建模和建模。3.5系统开放性

(1)对未来技术开放:由于软硬件接口都遵循公认的标准协议，新一代通用软硬件资源可能被现有系统采用、吸收和兼容，只需少量的重新设计和调整，这意味着系统的开发成本将大大降低，系统的性能和可靠性将不断提高，并处于长生命周期中；(2)对用户特殊要求开放:更新产品，扩展功能，提供各种软硬件产品组合，满足特殊应用要求；(3)CNC标准的建立:国际上正在研究制定新的CNC系统标准ISO14649 (STEP-NC)，以期提供一种不依赖于特定系统、能够描述整个产品生命周期的统一数据模型的中性机制，从而实现整个制造过程乃至各个工业领域的产品信息标准化。标准化的编程语言不仅方便用户使用，还减少了直接关系到运行效率的人工消耗。3.6驱动并联并联运动机床克服了传统机床串联机构固有的运动部件大、系统刚度低、工作自由度低、设备加工灵活性和可操作性不足等缺陷。，在机床主轴(一般为动平台)和机座(一般为静平台)之间采用多杆并联机构驱动。通过控制杆系中杆的长度，杆系支撑的平台可以获得相应的自由度，可以实现多坐标联动数控加工、装配和测量，可以更好地满足复杂特殊零件的加工。它具有现代机器人模块化程度高、重量轻、速度快的优点。并联机床作为一种新型加工设备，已经成为机床技术的一个重要研究方向，受到了国际机床行业的高度重视。被认为是“数控技术发明以来机床行业最有意义的进步”，“21世纪新一代数控加工设备”。极限(大型化和小型化)3.7极限(大型化和小型化)国防、航空、航天的发展和能源等基础工业的大型装备需要大型化、性能良好的数控机床的支撑。超精密加工技术和微纳技术是265，438+0世纪的战略技术，需要发展能适应微尺寸和微纳加工精度的新型制造技术和装备。因此，对微型机床的需求，包括微型切削(车削、铣削和磨削)机床、微型电动加工机床、微型激光加工机床和微型压力机，正在逐步增加。3.8信息交互网络化

对于面临激烈竞争的企业来说，让数控机床具备双向、高速的联网通讯功能，以保证车间内各部门之间的信息畅通，是非常重要的。它不仅可以实现网络资源的共享，还可以实现数控机床的远程监控、控制、培训、教学和管理，还可以实现数控设备的数字化服务(数控机床的远程诊断和维护等。).比如日本Mazak公司推出的新一代加工中心，配备了一个叫e-Tower的外接设备，包括机器内外的电脑、手机、摄像头，可以实现语音、图形、视频、文字通讯故障报警显示、在线帮助排除故障等功能。这是一个独立和自我管理的制造单位。3.9新型功能部件为了提高数控机床各方面的性能，高精度、高可靠性的新型功能部件的应用成为必然。代表性的新型功能元件有:高频电主轴:高频电主轴是高频电机和主轴元件的集成，具有体积小、速度高、无级调速等一系列优点，已广泛应用于各种新型数控机床中；直线电机:近年来，直线电机得到了广泛的应用。虽然其价格高于传统伺服系统，但由于负载变化扰动、热变形补偿、磁隔离和保护等关键技术的应用，简化了机械传动结构，提高了机床的动态性能。如西门子生产的1FN1系列三相交流永磁同步直线电机，已广泛应用于高速铣床、加工中心、磨床、并联机床和具有较高动态性能和运动精度的机床上。德国EX-CELL-O公司的XHC卧式加工中心采用两台直线电机三向驱动。电动滚珠丝杠:电动滚珠丝杠是伺服电机和滚珠丝杠的集成，可以大大简化数控机床的结构，具有传动环节少、结构紧凑等一系列优点。

摘要

纵观数控机床的发展，我们可以清楚地认识到，数控的发展不仅代表了整个制造业的发展，也代表了整个社会的进步。中国是制造业大国，主要依靠资源、劳动力、价格优势。但在产品技术研发和自主创新方面，中国与国外仍有较大差距。我国数控行业不能满足于现状，要抓住机遇，努力发展。数控技术是制造业的核心基础，是民族工业和国防工业现代化的重要手段。我们应该加快发展，争取早日实现从中国制造到中国创造的转变！

参考文献:参考文献:【1】cmtba产业发展部。CIMT2001旅游[J].世界制造技术与设备市场，2001 (3): 18-20。[2]梁燕友。机床技术发展的新动向。2001 (3): 21-28.[3]机械设计与制造工程，第30卷，第1期，2001 [4]王平。机电新产品指南，编号12，2005