数控机床技术的最新发展

第一篇：数控机床技术的最新发展

数控机床技术的最新发展

机制13班钟宏声 20*** 摘要：本文简述了当今时代对数控机床技术的需求以及我国与世界先进国家的差距，重点阐述了数控机床技术的最新发展情况并对我国发展数控技术提出了相应的建议。关键词：数控技术最新发展 Abstract：This article describes the needs of the technology of Nunerical Control in the model and the gap between China and the advanced counties in the world, it describes the current developing situation of the technology of Nunerical Control amply and puts propose at the development of the technology of Nunerical Control in China.Key words：the technology of Nunerical Control, the current developing situation.一、引言

随着科学技术的发展，机械产品的形状和结构不断改进，对零件加工质量也提出了越来越高的要求。随着社会对产品的多样化需求的增强，产品种类不断增多，更新换代的速度也越来越快，这使得数控机床在生产中的应用越来越广泛，同时对数控机床的数控系统、伺服驱动系统及主机结构提出了更高的要求。特别是柔性制造系统的迅猛发展和计算机集成技术的不断成熟，对数控机床的可靠性、通信功能、人工智能和自适应控制技术的应用提出了更高的要求，高速、精密、复合、智能和绿色是数控机床技术发展的总趋势。

二、我国数控机床技术发展现状

当今世界工业国家数控机床的拥有量反映了这个国家的经济能力和国防实力。目前我国是全世界机床拥有量最多的国家（近３００万台），但我们的机床数控化率仅达到１．９％左右，这与西方工业国家一般能达到２０％的差距太大。日本不到８０万台的机床却有近１０倍于我国的制造能力。数控化率低，已有数控机床利用率、开动率低，这是发展我国２１世纪制造业必须首先解决的最主要问题。每年我们国产全功能数控机床３０００～４０００台，日本１年产５万多台数控机床，每年我们花十几亿美元进口７０００～９０００台数控机床，即使这样我国制造业也很难把行业中数控化率大幅度提上去。我国数控机床制造业在８０年代曾有过高速发展的阶段，许多机床厂从传统产品实现向数控化产品的转型。但总的来说，技术水平不高，质量不佳。从１９９５年“九五”以后国家从扩大内需启动机床市场，加强限制进口数控设备的审批，投资重点支持关键数控系统、设备、技术攻关，对数控设备生产起到了很大的促进作用，尤其是在１９９９年以后，国家向国防工业及关键民用工业部门投入大量技改资金，使数控设备制造市场一派繁荣。但也反映了下列问题：

（１）低技术水平的产品竞争激烈；

（２）高技术水平、全功能产品主要靠进口；

（３）配套的高质量功能部件、数控系统附件主要靠进口；（４）应用技术水平较低，联网技术没有完全推广使用；

（５）自行开发能力较差，相对有较高技术水平的产品主要靠引进图纸、合资生产或进口件组装。

三、数控机床技术的最新发展成果近几年来，数控机床技术在实用化和产业化等方面取得可喜的成绩，主要表现在以下几个方面。

（1）复合化。复合化加工通过增加机床的功能，减少工件加工过程中的定位装夹次数及对刀等辅助工艺时间，从而提高机床生产率。复合化加工还可以减少辅助程序，减少夹具和加工机床数量，对降低整体加工和机床维护费用也有利。复合化包含工序复合化和功能复合化。数控机床复合化发展的趋势是尽可能将零件所有的工序集中在一台机床上加工。复合加工的另一领域是与非刀具切削的复合，例如切削加工与激光加工技术的复合。

随着数控机床技术进步，复合加工技术日趋成熟，包括铣——车复合加工、车——镗——钻——齿轮加工等复合加工、车磨复合加工、成形复合加工、特种复合加工等，复合加工的精度和效率大大提高。“一台机床就是一个加工厂”、“一次装卡，完全加工”等理念正在被更多人接受，复合加工机床发展正呈现多样化的态势。

（2）智能化。智能化加工是一种基于知识处理理论和技术的加工方式，发展智能加工的目的是要解决加工过程中众多不确定性的、要求人工干预才能解决的问题。计算机软硬件技术的发展，人工智能技术的发展促进了机床数控系统智能化的进程。

数控加工智能化趋势有两个方面：一方面是采用自适应控制技术，以提高加工质量和效率。把精细的程序控制和连续的适应调节结合起来，使系统的运行达到最优。其主要的追求目标是：保护刀具和工件，适应材料的变化，改善尺寸控制，提高加工精度，保持稳定的质量，寻求最高的生产率和最低的成本消耗，简化零件程序的编制，降低对操作人员经验和熟练程度的要求等；另一方面是在现代数控机床上装备有多种监控和检测装置，对工件、刀具等进行监测，实时监视加工的全部过程，发现工件尺寸超差、刀具磨损或崩刃破损，便立即报警，并给予补偿或调换刀具。在故障诊断中，除了采用专家系统外，还将模糊数学、神经网络应用其中，取得了良好的效果。

（3）高柔性化。柔性是指机床适应加工对象变化的能力。提高数控机床柔性化正朝着两个方向努力：一是提高数控机床的单机柔性化，二是向单元柔性化和系统柔性化发展。机器人使柔性化组合效率更高，机器人与主机的柔性化组合使得柔性更加灵活、功能进一步扩展、加工效率更高。机器人与加工中心、车铣复合机床、磨床、齿轮加工机床、工具磨床、电加工机床、锯床、冲压机床、激光加工机床等组成多种形式的柔性生产线，并以开始应用。（4）高精度化。精密化是为了适应高新技术发展的需要，也是为了提高普通机电产品的性能、质量和可靠性，减少其装配时的工作量从而提高装配效率的需要。目前数控机床的加工精度已从原来的丝级（0.01mm）提升到目前的微米级（0.001mm），有些品种已达到0.01um左右。超精密数控机床的微细切削和磨削加工，精度可稳定达到0.05um左右，形状精度可达到0.01um左右。采用光、电、化学等能源的特种加工精度可达到纳米级（0.001um），主轴回转精度要求达到0.01-0.05um，加工圆度为0.1um，加工表面粗糙度Ra=0.003um等。通过机床结构设计优化、机床零部件的超精加工和精密装配、采用高精度的全闭环控制、温度和振动等动态误差补偿技术，提高机床加工的几何精度，降低形位误差、表面粗糙度等，从而进入亚微米、纳米级超精加工时代。

（5）高速化。电主轴的发展实现了主轴的高转速，直线电动机的发展实现了坐标轴的高速移动，如加工主轴转速超过了每分钟1万转，工作台快速移动速度超过了100m/min。功能部件不断向高速度、高精度、大功率和智能化方向发展，并取得成熟的应用。目前我国立式加工中心主轴最高转速由6000-8000r/min提高到10000-15000r/min，最高可达24000r/min；快速进给从16m/min提高到24-40m/min，最高可达60m/min。采用直线电机驱动时可达到最高300m/min。加速度达到3G至10G的水平。数控车床主轴最高转速从3000r/min提高到4500r/min，车削中心最高达7000r/min；快速进给从8m/min提高到15m/min，最高可达40m/min；国际上工业发达国家生产的高速加工中心主轴最高转速高达20000-100000r/min。全数字交流伺服电动机和驱动装置，高技术含量的电主轴、力矩电机、直线电动机，高性能的直线滚动组件，高精度主轴单元等功能部件推广应用，极大地提高了数控机床的技术水平。（6）多功能化。现代数控系统由于采用了多CPU结构和分级中断控制方式，因此在一台数控机床上可以同时进行零件加工和程序编制。同时为了适应自动化技术的不断发展，适应工厂自动化越来越大的要求，为了使数控机床更易于进入柔性制造系统和计算机集成制造系统的控制网络中，机床数控系统的接口数据交换能力和通信能力在不断加强。一般的数控系统都具有RS-232C和RS-422高速远距离串行接口，通过网卡连成局域网，可以实现几台数控机床之间的数据通信，也可以直接对几台数控机床进行控制。如SIMMENS公司的Sinumeric850/880系统设置有SINEC H1网络接口和MAP网络接口，通过网络接口可将数据系统连接到SINMENS的SINEC H1网络和MAP工业局域网络中。FANUC公司的FANUC15系统也配置了类似的网络接口，为了便于接入工业局域网，还可配置MAP 3.0接口板。

（7）性能可靠化。由于现代机床CNC系统的模块化、标准化、通用化和系列化，便于组织批量生产，有利于保证产品质量。现代CNC系统大量采用大规模或超大规模集成电路，采用专用芯片及混合式集成电路，提高了集成度，减少了元器件的数量，降低了功耗，从而提高了可靠性。通过完善的故障诊断功能，实现对系统内软硬件及外部设备的故障诊断和报警。利用报警提示及时排除故障；利用容错技术，对重要部件采用“冗余”设计来实现故障自恢复；利用监控检测技术，对发生超程、刀具损坏、过热、干扰、断电等各种意外自动进行相应保护，从而保证数控机床可靠的工作。当前国外数控装置的平均无故障运行时间（MTBF）以达到6000小时以上，驱动装置达30000小时以上，可靠性大为增强。（8）插补和补偿方式多样化。目前数控机床已可实现多种插补方式如直线插补、圆弧插补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、2D+2螺旋插补、NANO插补、NURBS插补、样条插补等。同时还可实习多种补偿功能如间隙补偿、垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和测量系统误差补偿、与速度相关的前馈补偿、温度补偿、带平滑接近和退出以及相反点计算的刀具半径补偿等。

（9）微型化。随着微型技术在科研、军事领域的应用需求日益增大，微型机械与微机电系统的研究已成为必然趋势。目前工业发达国家在数控系统微型化上已经取得了许多成果。日本Fanuc公司生产的加工加工微型零件的ROBOnanoui五轴联动加工中心以及在这台加工中心上用微型单晶金刚石立铣刀可加工出直径为1mm的人脸浮雕；精微塑性成型加工技术成功地制造出多种微型器件，例如螺纹直径为20-50um的微小螺丝；日本还研发出重量约34kg，体积为625mm×490mm×380mm的微型机械制造厂。

（10）满足用户需求多元化。用户界面是数控系统和用户之间对话的接口，由于用户需求不同，故开发用户界面工作量极大，成为计算机软件研制中最困难的部分之一。当前INTERNET、虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等技术也对用户界面提出了更高要求。柔性的用户界面极大地方便了非专业用户的使用，人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。同时实现了科学计算可视化，这对缩短产品设计周期、提高产品质量、降低产品成本具有重要的意义。在数控技术领域，可视化技术可用于CAD/CAM，在自动编程设计、参数自动设定、刀具补偿和刀具管理数据的动态处理和显示以及加工过程的可视化仿真演示方面给用户带来了极大的方便。多媒体技术的广泛应用，使计算机具有综合处理声音、文字、图像和视频信息能力，可以做到信息处理综合化、智能化，在实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、生产参数监测等方面有着重大应用价值。

（11）加工过程绿色化。随着日趋严格的环境与资源约束，制造加工的绿色化越来越重要，而中国的资源、环境问题尤为突出。因此，近年来不用或少用冷却液、实现干切削、半干切削节能环保的机床不断出现，并在不断发展当中。在21世纪，绿色制造的大趋势将使各种节能环保机床加速发展，占领更多的世界市场。

（12）造型宜人化。造型宜人化是一种新的设计思想和理念。它将功能设计、人机工程学与工业美学有机地结合起来，是技术与经济、文化、艺术的协调统一，其核心是使产品变为更具魅力的商品，引导人们进入一种新的工作环境。（13）系统开放化。随着技术、市场、生产组织结构的快速变化，对数控机床，特别是数控系统提出许多更新、更高的要求，特别是数控系统的重构能力、设计模式、开放性设计有了很多新的需要。为了适应新需要，数控系统的开放化模式的形成和发展已成必然趋势。欧美和日本针对此趋势在自动化领域的开放式体系结构上做了不少开发研究工作。

美国政府为了增强其制造业的持久发展能力和国际市场的竞争力，在1989到1994年期间由国防部委托马丁-马瑞塔航天研究所开展NGC计划研究。NGC计划的主要技术课题是开放系统结构和中性语言。这标志着数控系统进入了开放化时代。美国的GM、Ford、Cnysler公司与数控系统生产厂商合作，开展了OMAC项目研究，目的是开展以PC为基础的开放式模块化数控系统，实现开放性、模块化、可塑性和可维护性。1991年10月，欧洲开始了ESPRIT中的一项自动化系统中的开放式控制系统结构规范的研究计划，即OSACA计划。

日本于1994年12月成立了通产省外围组织IROFA下属的NC开放化政策委员会，有11家企业参加，以开放型NC装置的定义及参考模型的制作为主要研究课题。同年，由东芝机械、丰田工机、山崎、日本IBM、三菱电机和SML发起成立了OSE研究会。其主要工作是制定开放式数控系统体系结构和安装规约，进行实验验证和标准化活动。目前已经取得了丰硕的成果。

四、结束语

高技术数控系统是实现制造技术和装备现代化的基石，是保证国防工业和高技术产业发展的战略物资，工业发达的国家至今仍限制向中国出口。当前，我国自主研发高档数控系统的发展和产业化速度已经严重制约了自主高端数字化装备的研制，在航空航天、船舶、发电设备等所需的大型专用数控机床及工艺装备基本依赖进口，已在很大程度上制约了国民经济的发展，威胁到了国防安全，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。参考文献：

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第二篇：数控机床技术发展现状及趋势

数控机床技术发展现状及趋势

赵 学 明

（广东工业大学，广东 广州 510006）

摘要：现在世界上很多发达的工业化国家在生产中广泛应用数控机床。随着电子技术和控制技术的飞速发展，当今的数控系统功能已经非常强大，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的发展起着越来越重要的作用。随着科学技术的发展，世界先进技术的兴起和不断成熟，对数控技术提出了更高的要求。当今数控机床正在不断采用最新成果，朝着高速化、超精度化、多功能化、智能化、系统化、网络化、高可靠性与环保等方向发展。

关键字：数控机床、技术、现状、发展趋势

引言

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革命性的变化。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。1 数控机床的简单介绍

车、铣、刨、磨、镗、钻、电火花、剪板、折弯、激光切割等都是机械加工方法，所谓机械加工，就是把金属毛坯零件加工成所需要的形状，包含尺寸精度和几何精度两个方面。能完成以上功能的设备都称为机床，数控机床就是在普通机床上发展过来的，数控的意思就是数字控制。数控系统是由显示器、控制器伺服、伺服电机、和各种开关、传感器构成。目前世界上最大的三家厂商是：日本法拉克、德国西门子、日本三菱；其余还有法国扭姆、西

班牙凡高等。国内有华中数控、航天数控等。从目前来看，我们国家机床业最薄弱的环节就在数控系统。国内的数控系统刚刚才开始，产业化、质量、技术水平一般，故障率比较高，质量精度一般。因此，高档次的数控系统全都是依赖进口，每年国家需要在此方面花费大量的外汇。给机床装上数控系统后，机床就成了数控机床。当然，普通机床发展到数控机床不只是加装数控系统这么简单，例如：从铣床发展到加工中心，机床结构发生变化，最主要的是加了刀库，大幅度提高了精度。加工中心最主要的功能是铣、镗、钻的功能。我们一般所说的数控设备，主要是指数控车床和加工中心。我国数控机床的机遇与挑战

近6年来我国数控机床产量一直处于持续地以年均增长超过30％快速发展，据初步统计2004年数控机床的产量为51860台，同比年增长40.8％，数控机床的消费量约70000余台，同比年增长约30％。数控机床需求的旺盛也促进了2004年内新建的三资和民营机床厂以及数控机床品种的明显增加。但是，另一方面进口的数控机床数量也在逐年同步增加，而且进口数控机床的消费额的增长趋势更快。2004年数控机床的进口数量同比年增长30％，而进口消费额的增长却达52％，从而导致国产数控机床在国内市场消费额中的所占比例已不足30％。之所以出现这一现象，其主要原因在于国内市场对技术和附加值高的高效精密数控机床和高性能大重型数控机床需求增长，要依靠进口解决。大量的高档数控机床的进口，主要由于以下三个领域发展的需求：高新技术和国防工业领域；重大基础装备制造领域。国民经济支柱产业领域等。因此，对于高速超精密数控机床，国内还是欠缺的，主要依赖进口。

但是最近几年国家也加大了对数控机床研发的大力支持。科技部将为数控机床专项研发投入2亿元，主要围绕数控设备支撑技术和航天、交通、能源等方面需要的超大型超精密加工设备。第一个建立在企业的数控机床国家重点实验室已经进入审批阶段。科技部还将组织重大专项研究，在关键功能部件等配套技术和产品研发上取得核心技术。国家的政策支持，产业扶持，这是数控机床业的春天，将会促进我国数控机床朝向世界顶级技术迈进。3 数控机床技术发展的趋势高速度与超精度化

速度和精度是数控机床的两个重要指标，它直接关系到加工效率和产品的质量。高速度、超精度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。特别是在超高速切削、超精密加工技术的实施中，对机床各坐标轴位移速度和定位精度提出了更高的要求；另外，这两项技术指标又是相互制约的，也就是说要求位移速度越高，定位精度就越难提高。

目前，在超高速加工中，车削和铣削的切削速度已达到5000～8000m/min以上；主轴转数在30000转/分(有的高达10万转/分)以上；工作台的移动速度(进给速度)：在分辨率为l微米时，在100m/min(有的到200m/min)以上，在分辨率为0.1um时，在24m/min以上；自动换刀速度在1秒以内；小线段插补进给速度达到12m/min。

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10um 提高到5um，精密级加工中心则从3～5um，提高到1～1．5um,并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0．01um)。2 高可靠性

随着数控机床网络化应用的发展，数控机床的高可靠性已经成为数控系统制造商和数控机床制造商追求的目标。对于每天工作两班的无人工厂而言，如果要求在l6小时内连续正常工作，无故障率在P(t)>99％以上，则数控机床的平均无故障运行时间MTBF就必须大于3000小时。我们只对一台数控机床而言，如主机与数控系统的失效率之比为l0：1(数控的可靠比主机高一个数量级)。此时数控系统的MTBF就要大于33333．3小时，而其中的数控装置、主轴及驱动等的MTBF就必须大于l0万小时。当前国外数控装置的MTBF值已达6000小时以上，驱动装置达30000小时以上，但是，可以看到距理想的目标还有差距。多功能化

在零件加工过程中有大量的无用时间消耗在工件搬运、上下料、安装调整、换刀和主轴的升、降速上，为了尽可能降低这些无用时间，人们希望将不同的加工功能整合在同一台机床上，因此数控机床实现了一机多能，以最大限度地提高设备利用率。另外前台加工、后台编辑的前后台功能，充分提高其工作效率和机床利用率。数控机床还具有更高的通讯功能，现代数控机床除具有通信口，DNC功能外，还具有网络功能。多轴化

随着5轴联动数控系统和编程软件的普及，5轴联动控制的加工中心和数控铣床已经成为当前的一个开发热点，由于在加工自由曲面时，5轴联动控制对球头铣刀的数控编程比较简单，并且能使球头铣刀在铣削3维曲面的过程中始终保持合理的切速，从而显着改善加工表面的粗糙度和大幅度提高加工效率，而在3轴联动控制的机床无法避免切速接近于零的球头铣刀端部参与切削，因此，5轴联动机床以其无可替代的性能优势已经成为各大机床厂家积极开发和竞争的焦点。

数控机床的网络化，主要指机床通过所配装的数控系统与外部的其它控制系统或上位计算机进行网络连接和网络控制。数控机床一般首先面向生产现场和企业内部的局域网，然后再经由因特网通向企业外部，这就是所谓Internet/Intranet技术。随着网络技术的成熟和发展，最近业界又提出了数字制造的概念。数字制造，是机械制造企业现代化的标志之一，也是国际先进机床制造商当今标准配置的供货方式。

随着信息化技术的大量采用，越来越多的国内用户在进口数控机床时要求具有远程通讯服务等功能。机械制造企业在普遍采用CAD/CAM的基础上，越加广泛地使用数控加工设备。数控应用软件日趋丰富和具有“人性化”。虚拟设计、虚拟制造等高端技术也越来越多地为工程技术人员所追求。通过软件智能替代复杂的硬件，正在成为当代机床发展的重要趋势。在数字制造的目标下，通过流程再造和信息化改造，ERP等一批先进企业管理软件已经脱颖而出，为企业创造出更高的经济效益。柔性化、智能化

数控机床向柔性自动化系统发展的趋势是：从点(数控单机、加工中心和数控复合加工机床)、线(FMC、FMS、FTL、FML)向面(工段车间独立制造岛、FA)、体(CIMS、分布式网络集成制造系统)的方向发展，另一方面向注重应用性和经济性方向发展。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、实用化为前提，以易于联网和集成为目标；注重加强单元技术的开拓、完善；CNC单机向高精度、高速度和高柔性方向发展；数控机床及其构成柔性制造系统能方便地与CAD、CAM、CAPP、MTS联结，向信息集成方向发展；网络系统向开放、集成和智能化方向发展。

智能化是21世纪制造技术发展的一个大方向。智能加工是一种基于神经网络控制、模糊控制、数字化网络技术和理论的加工，它是要在加工过程中模拟人类专家的智能活动，以解决加工过程许多不确定性的、要由人工干预才能解决的问题。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的智能化，如自适应控制，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，方便系统的诊断及维修等。世界上正在进行研究的智能化切削加工系统很多，其中日本智能化数控装置研究会针对钻削的智能加工方案具有代表性。

21世纪的金切机床必须把环保和节能放在重要位置，即要实现切削加工工艺的绿色化。目前这一绿色加工工艺主要集中在不使用切削液上，这主要是因为切削液既污染环境和危害工人健康，又增加资源和能源的消耗。干切削一般是在大气氛围中进行，但也包括在特殊气体氛围中(氮气中、冷风中或采用干式静电冷却技术)不使用切削液进行的切削。不过，对于某些加工方式和工件组合，完全不使用切削液的干切削目前尚难与实际应用，故又出现了使用极微量润滑(MQL)的准干切削。对于面向多种加工方法/工件组合的加工中心之类的机床来说，主要是采用准干切削，通常是让极微量的切削油与压缩空气的混合物经由机床主轴与工具内的中空通道喷向切削区。在各类金切机床中，采用干切削最多的是滚齿机。结束语

总之，数控(NC)机床技术已成为制造技术的发展基础。数控机床技术的进步和发展为现代制造业的发展提供了良好的条件，促使制造业向着高效、优质以及人性化的方向发展。为了满足制造技术不断发展的需要，NC机床将朝着智能化、网络化、集成化、数字化的方向发展。今后，随着计算技术、测试技术、微电子技术、计算机技术、材料和机械结构等方面的研究和科技的进步，也必将面临着新的挑战。可以预见，随着数控机床技术的发展和数控机床的广泛应用 制造业将迎来一次足以撼动传统制造业模式的深刻革命。

参考文献：

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[6] 曹凤．微机数控技术及其应用[M]．成都：电子科技大学出版社，2000．

第三篇：数控机床2014（推荐）

试卷代号：243 1中央广播电视大学2013-2014学第一学期“开放专科”期末考试

数控机床试题

一、单项选择题（15道题，每小题3分，共45分）

1．(C)属于数控机床的机床本体。A．自动换刀装置B．伺服电机C．进给机构D．脉冲编码器

2．滚珠丝杠螺母副消除间隙的主要目的是(B)。A．减小摩擦力矩B．提高反向传动精度和轴向刚度C．增大驱动力矩D．提高使用寿命

3．按照运动轨迹控制分类，数控钻床属于(A)。A．点位控制B．轮廓控制C．直线控制D．远程控制

4．对箱体类，异形类，型腔模具工件，如果加工余量小（精加工），而且以单面孔系加工为主，工序集中的，一般选用(C)进行加工。A.卧式加工中心B．数控车床C．立式加工中心D．车削中心

5．(C)是数控系统和机床本体之间的电传动联系环节。A．控制介质B．反馈装置C．伺服系统D．辅助装置

6．数控机床的液压系统的控制属于机床的逻辑控制，由(D)完成。A．脉冲编码器B．数控装置C．伺服驱动控制器D．可编程控制器

7．位置检测劳置是位置控制闭环系统的重要组成部分，是保证数控机床(A)的关键。A．精度B．稳定性C．效率D．速度

8．图1所示卧式加工中心的自动换刀装置采用的是(A)换刀方式。A．机械手B．刀库式C．成套更换方式D．转塔式

9．加工中心最突出的特征是是设置有(B)，并能自动换刀。A．自动排屑装置B．刀库C．自动交换工作台D．主轴准停装置

10.ATC是(A)，数控机床采用其后数控加工的辅助时间主要用于工件的安装和调整。A．自动换刀系统B．自动托盘交换系统C．自动排屑系统D．自动冷却系统

11．下列(D)检验属于定位精度检验。A．主轴轴向及径向跳动B．主轴在Z轴方向移动的直线度C．X、Y、Z坐标轴的相互垂直度D．直线运动轴机械原点的返回精度

12．液压和气动装置在数控车床中不能用于(A)。A.交流伺服电机的控制B．尾架套筒的顶出和退回C．主轴高低速的换挡D．卡盘的夹紧与放松

13．数控电火花加工机床的加工局限性有(D)。A．电火花加工属不接触加工B．易于实现加工过程自动化C．加工过程中没有宏观切削力D．只能用于加工金属等导电材料

14．加工中心按照功能特征分类，可分为(C)、钻削和复合加工中心。A．刀库十主轴换刀B．卧式C．镗铣D．三轴

15.数控机床的故障按故障特征分类，可分为(B)和有报警故障两大类。A．随机性故障B．无报警故障C．可恢复性故障D．机械故障

二、判断题（5道题，每小题2分，共10分）

16．(√)数控机床是为了解决单件、小批量、精度高、形状复杂的零件加工的自动化要求而产生的。17．(×)数控机床加工的加工精度比普通机床高，是因为数控机床的传动链较普通机床的传动链长。

18．(×)数控机床工作的环境温度是没有限制条件的。19．(√)数控系统是数控机床实现自动加工的核心。20．(×)液压装置工作速度快和工作频率高，对环境要求适应性好，装置结构简单，工作

介质不污染环境。

三、简答题（3道题，共25分）

21．数控机床常见的导轨类型有哪几种？（5分）答：数控机床的导轨类型有滑动导轨、滚动导轨和静压导轨等

22．简述数控机床机械结构的主要特点。（10分）答：(1)高的静、动刚度；(2)良好的抗振性能；(3)良好的热稳定性；4)高的灵敏度；(5)高效化装置、高人性化操作。

23．与普通机床相比较，数控机床的主传动系统的特点有哪些？(10分)

答：1)转速高、功率大；(2)变速范围宽；(3)主轴变换迅速可靠；(4)主轴组件的耐磨性高

四、综合题（共20分）

图2为CJK1640型数控车床外形图，图3为CK7525型数控车床外形图，识图并回答下

列问题。

24.图2中的CJK1640型数控车床和图3中的CK7525型数控车床，按数控系统的功能分类，各属于什么类型的数控车床？（4分）A)经济(2分)；(B)全功能。（2分）(A)图2中的CJK1640型数控车床属于一型数控车床

(B)图3中的CK7525型数控车床属于型数控车床

25.图2中的CJK16 40型数控车床，这种类型的数控车床的特点是什么？（3分）

答：经济型数控车床一般是在普通车床的基础上进行改进设计，并采用步进电动机驱动的开环伺服系统。其控制部分采用单板机、单片机或档次比较低的数控系统来实现。此类车床结构简单，价格低廉。但功能简单

26.图3中的CK7525型数控车床，这种类型的数控车床的特点是什么？（3分）

答：全功能型数控车床控制系统是标准型的，带有高分辨率的CRT显示器以及各种显示、图形仿零点、刀具补偿等功能，而且具有通信或网络接口。全功能型数控车床采用闭环或半闭环控制的伺服系统，可以进行多个坐标轴的控制，并有高刚度、高精度和高效率等特点。

27.从床身结构上看，这两个数控机床的结构布局有什么不同？各自的特点是什么？(10分)

答：(1)图1中的CJK1640型数控车床，采用水平床身。（2分）图2中的CK7525型数控车床，采用倾斜床身。（2分）(2)水平床身特点：是加工工艺性好，其刀架水平放置，有利于提高刀架的运动精度，但这

种结构床身下部空间小，排屑困难。（3分）

倾斜床身特点：①机床外形美观，占地面积小； ②易于排屑和冷却液的排流；③便于操作者操作和观察；④易于安装上下料机械手，实现全面自动化； ⑤可采用封闭截面整体结构，以提高床身的刚度。（3分）

第四篇：SMT技术发展

SMT技术发展

一．概述

SMT是电子电路表面组装技术（Surface Mount Technology），称为表面贴装或表面安装技术。它是一种将无引脚或短引线表面组装元器件（简称SMC/SMD，中文称片状元器件）安装在印制电路板（Printed Circuit Board，PCB)的表面或其它基板的表面上，通过再流焊或浸焊等方法加以焊接组装的电路装连技术

二．SMT设备

（一）上板机

上板机是贴片生产线上全自动上料（PCB）机，摆放在贴片线首位，即贴片机前。主要功能是接收到下位机要板信号后，从PCB料架上一件一件推出PCB板。料架结构：进出轨道分别放一个料架（一上一下），升降里一个料架，共三个。

（二）印刷机

1、手动印刷机

手动印刷机是通过人手动给PCB板上锡的机器，手动印刷机价格便宜，操作简单但其定位精度差，只适用于印刷要求较低的场合和科研。

2、半自动印刷机

SMT半自动印刷机,用于取代手印台,实现半自动锡膏印刷，钢网自动上升下降,PCB需要手工载入和取出。半自动印刷机特点是：（1）PLC控制系统，工作稳定可靠，触控式操作，简单方便。

（2）高精密架构，采用进口线形导轨、调速马达传动，确保印刷之稳定性和精密度。

（3）根据红胶和锡膏的各种不同的特性，自动设定运行参数，可适合不同的产品以达到良好效果。

（4）伸缩自如的手臂座，机台手臂可分别左右调整，适合于不同基板尺寸。

3、全自动印刷机

全自动印刷机是利用模板被印刷刮刀向下压，这样一来模板的底 部就可以充分的接触到电路板的顶面，从而进行印刷作业的。全自动印刷机优点：PCB尺寸兼容范围广，高精度印刷分辨率’全自动锡膏印刷机控制可以提高生产效率，控制品质，节省成本

（三）点胶机

1、手工点胶机

手工点胶机，就是由手动来控制点胶控制器的开关，属于半自动化点胶机的范畴，自动化程度不高，一般常用于点胶产品种类多，规格多的设备上，不适宜批量生产的物品的点胶。

2、全自动点胶机 全自动点胶机是通过压缩空气将胶压进与活塞相连的进给管中，当活塞处于上冲时，活塞室中填满胶，当活塞下推时胶从点胶头压出。全自动点胶机适用于流体点胶，在自动化程度上远远高于手动点胶机，从点胶的效果来看，产品的品质级别会更高。自动化的操作，简单可控。点胶机应用的行业在不断的扩大，生产技术也在不断的创新。

（四）贴片机

1、动臂式贴片机

动臂式贴片机运动机构、贴装头机构和控制系统，贴装头机构安装于运动机构上，控制系统通过线路控制运动机构和贴装头机构的工作，运动机构包括安装由贴装头机构的横梁、平行并列的两个运动轴和一对丝杠机构，横梁安装于运动轴上，且与运动轴垂直，其上设有导轨和用于贴装头横向移动的两个电机，运动轴上设有同步驱动横梁纵向移动的电机，一对丝杠机构分别安装于运动轴上。

2、转塔式贴片机

转塔式贴片机是元件送料器放于一个单坐标移动的料车上，基板(PCB)放于一个X/Y坐标系统移动的工作台上，贴片头安装在一个转塔上，工作时，料车将元件送料器移动到取料位置，贴片头上的真空吸料嘴在取料位置取元件，经转塔转动到贴片位置(与取料位置成180度)，在转动过程中经过对元件位置与方向的调整，将元件贴放于基板上。

3、模组式贴片机

元件送料器、基板(PCB)是固定的，贴片头(安装多个真空吸料嘴)在送料器与基板之间来回移动，将元件从送料器取出，经过对元件位置与方向的调整，然后贴放于基板上。由于贴片头是安装于拱架型的X/Y坐标移动横梁上，所以得名。

（五）焊接设备

1、电烙铁

电烙铁是电子制作和电器维修的必备工具，主要用途是焊接元件及导线，按机械结构可分为内热式电烙铁和外热式电烙铁，按功能可分为无吸锡电烙铁和吸锡式电烙铁，根据用途不同又分为大功率电烙铁和小功率电烙铁。

2、回流焊炉

回流焊炉在电子制造领域并不陌生，我们电脑内使用的各种板卡上的元件都是通过这种焊炉焊接到线路板上的，这种设备的内部有一个加热电路，将空气或氮气加热到足够高的温度后吹向已经贴好元件的线路板，让元件两侧的焊料融化后与主板粘结。这种工艺的优势是温度易于控制，焊接过程中还能避免氧化，制造成本也更容易控制。

3、波峰焊炉

波峰焊是让插件板的焊接面直接与高温液态锡接触达到焊接目的,其高温液态锡保持一个斜面,并由特殊装置使液态锡形成一道道类似波浪的现象,所以叫波峰焊，完成波峰焊的机器就是波峰焊炉。

（六）清洗设备

1、超声波清洗机

超声波在液体中传播，使液体与清洗槽在超声波频率下一起振动，液体与清洗槽振动时有自己固有频率，这种振动频率是声波频率，所以人们就听到嗡嗡声。超声波清洗机的优点是:超声波清洗效果好，操作简单。

三．电子制造工艺

（一）技术文件

技术文件是指公司的产品设计图纸，各种技术标准、技术档案和技术资料以及未打印出图的尚在计算机里的图纸资料、技术文档等。

（二）工艺文件

指导工人操作和用于生产、工艺管理等的各种技术文件。

一、品质管理

（一）ISO9000：2015 ISO9000质量管理体系是国际标准化组织(ISO)制定的国际标准之一，在1994年提出的概念，是指“由ISO/TC176(国际标准化组织质量管理和质量保证技术委员会)制定的所有国际标准”。该标准可帮助组织实施并有效运行质量管理体系，是质量管理体系通用的要求和指南。

（二）QC七手法 QC七手法又称品管七大手法，它是常用的统计管理方法，又称为初级统计管理方法。它主要包括控制图、因果图、直方图、排列图、检查表、层别法、散布图等所谓的QC七工具。

（三）5S 5S起源于日本，是指在生产现场中对人员、机器、材料、方法等生产要素进行有效的管理，这是日本企业一种独特的管理办法。因为这5个词日语中罗马拼音的第一个字母都是“S”，所以简称为“5S”，开展以整理、整顿、清扫、清洁和素养为内容的活动，称为“5S”活动。

四，工艺流程。

六，发展趋势。

未来SMT装备技术发展趋势：

新技术革命和成本压力催生了自动化、智能化和柔性化生产制造，组装、物流装连、封装、测试一体化系统MES。SMT设备通过技术进步提高电子业自动化水平实现少人作业，降低人工成本增加个人产出，保持竞争力，是SMT制造业的主旋律。高性能、易用性、灵活性和环保是SMT设备的主要发展必然趋势： 1）.高精度、柔性化：行业竞争加剧、新品上市周期日益缩短、对环保要求更加苛刻；顺应更低成本、更微型化趋势，对电子制造设备提出了更高的要求。电子设备正在向高精度、高速易用、更环保以及更柔性的方向发展。贴片头功能头实现任意自动切换；贴片头实现点胶、印刷、检测反馈，贴装精度的稳定性将更高，部品和基板窗口大兼容柔性能力将更强。

2）.高速化、小型化：带来实现高效率、低功率、占空间少、低成本。贴片效率与多功能双优的高速多功能贴片机的需求逐渐增多，多轨道、多工作台贴装的生产模式生产率可达到100000CPH左右。

3.半导体封装与SMT融合趋势:电子产品体积日趋小型化、功能日趋多样化、元件日趋精密化，半导体封装与表面贴装技术的融合已成大势所趋。半导体厂商已开始应用高速表面贴装技术，而表面贴装生产线也综合了半导体的一些应用，传统的技术区域界限日趋模糊。技术的融合发展也带来了众多已被市场认可的产品。POP技术已经在高端智能产品上广泛使用，多数品牌贴片机公司提供倒装芯片设备（直接应用晶圆供料器），即为表面贴装与半导体装配融合提供了良好的解决方案。

七．总结。

目前，封装技术的定位已从连接、组装等一般性生产技术逐步演变为实现高度多样化电子信息设备的一个关键技术。更高密度、更小凸点、无铅工艺等需要全新的封装技术，更能适应消费电子产品市场快速变化的需求。封装技术的推陈出新，也已成为半导体及电子制造技术继续发展的有力推手，并对半导体前道工艺和表面贴装技术的改进产生着重大影响。如果说倒装芯片凸点生成是半导体前道工艺向后道封装的延伸，那么，基于引线键合的硅片凸点生成则是封装技术向前道工艺的扩展。

在整个电子行业中，新型封装技术正推动制造业发生变化，市场上出现了将传统分离功能混合起来的技术手段，正使后端组件封装和前端装配融合变成一种趋势。不难观察到，面向部件、系统或整机的多芯片组件封装技术的出现，彻底改变了只是面向器件的概念，并很有可能会引发SMT产生一次工艺革新。

元器件是SMT技术的推动力，而SMT的进步也推动着芯片封装技术不断提升。片式元件是应用最早、产量最大的表面贴装元件，自打SMT形成后，相应的IC封装则开发出了适用于SMT短引线或无引线的LCCC、PLCC、SOP等结构。四侧引脚扁平封装（QFP）实现了使用SMT在PCB或其他基板上的表面贴装，BGA解决了QFP引脚间距极限问题，CSP取代QFP则已是大势所趋，而倒装焊接的底层填料工艺现也被大量应用于CSP器件中。

随着01005元件、高密度CSP封装的广泛使用，元件的安装间距将从目前的0.15mm向0.1mm发展，这势必决定着SMT从设备到工艺都将向着满足精细化组装的应用需求发展。但SiP、MCM、3D等新型封装形式的出现，使得当今电子制造领域的生产过程中遇到的问题日益增多。

由于MCM技术是集混合电路、SMT及半导体技术于一身的集合体，所以我们可称之为保留器件物理原型的系统。多芯片模组等复杂封装的物理设计、尺寸或引脚输出没有一定的标准，这就导致了虽然新型封装可满足市场对新产品的上市时间和功能需求，但其技术的创新性却使SMT变得复杂并增加了相应的组装成本。

可以预见，随着无源器件以及IC等全部埋置在基板内部的3D封装最终实现，引线键合、CSP超声焊接、PoP（堆叠装配技术）等也将进入板级组装工艺范围。所以，SMT如果不能快速适应新的封装技术则将难以持续发展。

第五篇：炼钢技术发展

转炉、电炉、平炉炼钢各有什么优缺点？炼钢技术有哪些新

发展？

炼钢的方法有很多种，其基本原理是相同的，所不同的是在冶炼过程中需要的氧和热能来源不同，所用的设备和操作方法不同。目前各国采用的炼钢方法有转炉炼钢、电炉炼钢和平炉炼钢等，而主要发展趋势为纯氧顶吹转炉炼钢。至1976年，转炉钢已占世界钢总产量的70％。

（1）纯氧顶吹转炉炼钢法

这种方法是1952年以后发展起来的新技术，它是目前世界上采用较多也是较先进的一种方法。纯氧顶吹转炉炼钢有以下优点：

（i）生产速度快 由于用纯氧吹炼，就会高速降碳，快速提温，大大缩短冶炼时间。一座300t转炉吹炼时间不到20min，包括辅助工作时间在内，一共不超过1h。

（ii）品种多、质量好纯氧顶吹转炉既能炼普通钢，也能炼普通低碳钢。如首都钢厂采用这种方法成功地试炼了一百多种钢材。由于用纯氧吹炼，钢中氮、氢等有害气体含量较低。

（iii）基建投资和生产费用低 纯氧顶吹转炉的基建投资相当于同样生产量的平炉车间的60～70％，生产费用也低于平炉。

目前纯氧顶吹转炉随着氧枪的多孔喷头的研制成功，大大提高了单位时间内的供氧量，并由于操作技术上的革新（例如，用电子计算技术来调节、控制冶炼过程），不论转炉容量的大小，吹炼时间基本上相差不多，即使300t转炉，净吹氧时时也可缩短到12min左右。在一定限度内，炉容量越大，经济效果越好，因此顶吹转炉迅速走向大型化。现在世界上最大的转炉为350t，并且正在研究建造400～450t转炉。

（2）电炉炼钢法

电炉炼钢法主要利用电弧热，在电弧作用区，温度高达4000℃。冶炼过程一般分为熔化期、氧化期和还原期，在炉内不仅能造成氧化气氛，还能造成还原气氛，因此脱磷、脱硫的效率很高。

以废钢为原料的电炉炼钢，比之高炉转炉法基建投资少，同时由于直接还原的发展，为电炉提供金属化球团代替大部分废钢，因此就大大地推动了电炉炼钢。世界上现有较大型的电炉约1400座，目前电炉正在向大型、超高功率以及电子计算机自动控制等方面发展，最大电炉容量为400t。

国外150t以上的电炉几乎都用于冶炼普通钢，许多国家电炉钢产量的60～80％均为低碳钢。我国由于电力和废钢不足，目前主要用于冶炼优质钢和合金钢。

（3）平炉炼钢法

五十年代以前，平炉钢占世界钢产量的85％。近年来，除浇铸大型铸件或供水压机等成材的大钢锭，平炉炼钢仍在发挥其作用外，由于纯氧顶吹转炉炼钢技术的发展，转炉钢的产量大幅度增长，世界各国平炉钢产量才逐年下降。平炉炼钢法的最大缺点是冶炼时间长（一般需要6～8h），燃料耗损大（热能的利用只有20～25％），基建投资和生产费用高。一个年产1200万吨钢的钢厂，只要建成六个250～300t的纯氧顶吹转炉就够了，如果修建平炉却需要500t的大型平炉30～40座。虽然目前世界上仍在生产的平炉已普遍采用氧气炼钢，生产率有较大的提高，但除尘系统复杂，投资高昂，因此平炉炼钢不再发展，甚至有拆除改建为顶吹或底吹转炉的趋势。