数控机床的发展趋势及国内发展现状

1. 数控机床的发展趋势及国内发展现状

数控机床主要上市公司：目前国内数控机床行业的上市公司主要有：华明装备(002270)、秦川机床(000837)、创世纪(300083)、亚威股份(002559)、沈阳机床(000410)、海天精工(601882)、华中数控(300161)、华东数控(002248)等。
本文核心数据：机床行业营业收入、机床行业利润总额、机床企业分布、数控金属切削机床产量、数控金属成形机床产量、数控机床行业市场规模、数控机床行业前景预测
2020年我国机床行业营业收入规模稳定，利润上升
1、近两年我国机床行业营业收入均在7000亿元以上
根据国家统计局规模以上企业统计数据，机床工具行业2020年累计完成营业收入7082.2亿元，同比降低0.5%。分业务来看，2020年金属切削机床业务营业收入为1086.7亿元，同比增长2.3%;金属成形机床业务营收为631.2亿元，同比下降1.2%。

机床主要包括金属切削机床、金属成形机床，以及其他非金属加工机床。2014-2020年，中国金属切削机床及金属成形机床的产量整体呈下降趋势。2020年，中国金属切削机床产量为44.6万台，同比增长5.9%，金属成形机床产量为20.2万台，同比下降13.7%。2021年1-4月，我国金属切削机床行业产量为20.5万台，金属成形机床产量6.6万台。

2、2020年我国机床行业利润总额同比增长20.6%
根据国家统计局规模以上企业统计数据，机床工具行业2020年累计实现利润总额475.6亿元，同比增长20.6%，较1-9月同比增幅扩大12.6个百分点。2020年，除工量具及量仪行业外，其他细分行业的利润总额均有提升，其中金属切削机床行业的利润总额同比增长146.1%，主要是由于2019年低基数因素和疫情后政府的助企纾困政策。

3、我国机床行业中的磨料磨具企业数量最多
根据中国机床工具协会数据，截至2020年12月，我国机床工具行业规模以上企业(指年营业收入2000万元以上企业)共5721家，比2019年12月增加10家。涉及八个分行业：金属切削机床833(14.6%)、金属成形机床529家(占9.2%)、工量具及量仪747家(占13.1%)、磨料磨具2025家(占35.4%)、机床功能部件及附件356家(占6.2%)、铸造机械467家(占8.2%)、木竹材加工机械127家(占2.2%)和其它金属加工机械636家(占11.1%)。

我国数控机床产业规模呈上升趋势
1、2020年我国数控金属切削机床产量同比增长23.5%
根据中国机经网的数据，2015-2019年我国数控金属切削机床总体呈逐年下降态势。2020年，中国数控机床产品触底反弹，恢复增长。2020年，中国数控金属切削机床产量为19.3万台，同比增长23.5%。

根据数控金属切削机床产量占金属切削机床总产量的比例计算得到金属切削机床产量数控化率。近年来，中国机床行业产量数控化率波动提升，以金属切削机床产量数控化率为例，从2015年的31.15%上升至2020年的43.27%。

2、2020年我国数控金属成形机床产量为1.8万台
2017年以来，我国数控金属成形机床产量持续下降，产量由2.7万台下降至1.8万台。2020年，数控金属成形机床产量为1.8万台，同比下降2.7%。

3、2020年我国数控机床产业规模达到4405亿元
2017-2020年我国数控机床产业规模波动上升。2018年我国数控机床产业规模为3347亿元，同比增速10.50%，较2017年增速有所放缓。2019年我国数控机床产业规模为3270亿元，同比下降2.30%，主要是数控机床行业整体需求结构调整及升级，下游领域不景气所致。2020年，受数控机床产量提升及单价提升影响，数控机床产业规模为4405亿元，同比增长34.7%。

从我国数控机床上市企业中挑选了8家上市企业进行经营情况分析，上市企业分别为华明装备、秦川机床、创世纪、亚威股份、沈阳机床、海天精工、华中数控和华东数控。可以看出我国数控机床上市企业营收差距较大，其中营收较高的主要为秦川机床、创世纪、亚威股份，秦川机床2020年营收为40.95亿元，营业收入位于八家上市公司之首。
从8家上市企业营业利润上来看，除华明装备外，其余企业利润总额均较小于3亿元，可以看出我国数控机床行业整体收益情况有待提高。

预计到2026年中国数控机床市场规模将超过6200亿元
目前中国正处于重化工业化时期，所谓重化工业化时期，也就是工业化的中期，即从解决短缺为主的发展方式逐步向建设经济强国转变，煤炭、汽车、钢铁、房地产、建材、机械、电子、化工等一批以重工业为基础的行业加速转型升级，构成了对机床市场尤其是数控机床的巨大需求。
目前，中国已经成为世界第一大机床市场，数控机床已成为机床消费的主流。预计到2026年中国数控机床市场规模将超过6200亿元。

更多数据可参考前瞻产业研究院《中国数控机床行业市场需求预测与投资战略规划分析报告》，

2. 简述数控机床的发展趋势

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。本文简要分析了数控机床高速化、高精度化、复合化、智能化、开放化、网络化、多轴化、绿色化等发展趋势，并提出了我国数控机床发展中存在的一些问题。

数控机床的发展趋势
1、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。
2、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；
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64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。

5、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。
6、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；
7、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%；

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。

1、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。

2、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：
 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；
 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；
 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；
 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；
 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；
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。

3、体系开放化
 向未来技术开放：由于软硬件接口都遵循公认的标准协议，只需少量的重新设计和调整，新一代的通用软硬件资源就可能被现有系统所采纳、吸收和兼容，这就意味着系统的开发费用将大大降低而系统性能与可靠性将不断改善并处于长生命周期；
向用户特殊要求开放：更新产品、扩充功能、提供硬软件产品的各种组合以满足特殊应用要求；
 数控标准的建立：国际上正在研究和制定一种新的CNC系统标准ISO14649(STEP-NC)，以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。标准化的编程语言，既方便用户使用，又降低了和操作效率直接有关的劳动消耗。

4、驱动并联化
并联运动机床克服了传统机床串联机构移动部件质量大、系统刚度低、刀具只能沿固定导轨进给、作业自由度偏低、设备加工灵活性和机动性不够等固有缺陷，在机床主轴(一般为动平台)与机座(一般为静平台)之间采用多杆并联联接机构驱动，通过控制杆系中杆的长度使杆系支撑的平台获得相应自由度的运动，可实现多坐标联动数控加工、装配和测量多种功能，更能满足复杂特种零件的加工，具有现代机器人的模块化程度高、重量轻和速度快等优点。
并联机床作为一种新型的加工设备，已成为当前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“自发明数控技术以来在机床行业中最有意义的进步”和“21世纪新一代数控加工设备”。

5、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。

6、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，是独立的、自主管理的制造单元。

7、新型功能部件
为了提高数控机床各方面的性能，具有高精度和高可靠性的新型功能部件的应用成为必然。具有代表性的新型功能部件包括：
高频电主轴：高频电主轴是高频电动机与主轴部件的集成，具有体积小、转速高、可无级调速等一系列优点，在各种新型数控机床中已经获得广泛的应用；
直线电动机：近年来，直线电动机的应用日益广泛，虽然其价格高于传统的伺服系统，但由于负载变化扰动、热变形补偿、隔磁和防护等关键技术的应用，机械传动结构得到简化，机床的动态性能有了提高。如：西门子公司生产的1FN1系列三相交流永磁式同步直线电动机已开始广泛应用于高速铣床、加工中心、磨床、并联机床以及动态性能和运动精度要求高的机床等；德国EX-CELL-O公司的XHC卧式加工中心三向驱动均采用两个直线电动机；

电滚珠丝杆：电滚珠丝杆是伺服电动机与滚珠丝杆的集成，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。

8、高可靠性
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。

9、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。

10、多媒体技术的应用
多媒体技术集计算机、声像和通信技术于一体，使计算机具有综合处理声音、文字、图像和视频信息的能力，因此也对用户界面提出了图形化的要求。合理的人性化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。除此以外，在数控技术领域应用多媒体技术可以做到信息处理综合化、智能化，应用于实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、生产过程参数监测等，因此有着重大的应用价值。

3. 数控机床的产生和发展

数控机床是—种采用计算机，利用数字化信息进行控制的，具有高附加值的，技术密集型机电一体化产品。 
  数控机床自20世纪50年代问世以来，得到了迅速发展，不断地更新换代。我国的数控机床行业起步于1958年。到目前为止，在开发、设计、制造具有自主版权的中、高档CNC系统方面取得了可喜的成果。我国的数控产品覆盖了车、铣(包括仿型铣)、镗铣、钻、磨、加工中心及齿轮机床、折弯机、火焰切割机，柔性制造单元等，品种达300多种。中、低档CNC系统已达到小批量生声能力。

4. 数控系统与数控机床技术发展趋势是什么？

一、数控系统发展趋势从1952年美国麻省理工学院研制出首台试验性数控系统，到现在已走过了46年历程。数控系统由当初的电子管式起步，经历了以下几个发展阶段：分立式晶体管式--小规模集成电路式--大规模集成电路式--小型计算机式--超大规模集成电路--微机式的数控系统。到80年代，总体发展趋势是：数控装置由NC向CNC发展；广泛采用32位CPU组成多微处理器系统；提高系统的集成度，缩小体积，采用模块化结构，便于裁剪、扩展和功能升级，满足不同类型数控机床的需要；驱动装置向交流、数字化方向发展；CNC装置向人工智能化方向发展；采用新型的自动编程系统；增强通信功能；数控系统可靠性不断提高。总之，数控机床技术不断发展，功能越来越完善，使用越来越方便，可靠性越来越高，性能价格比也越来越高。到1990年，全世界数控系统专业生产厂家年产数控系统约13万台套。国外数控系统技术发展的总体发展趋势是：1、新一代数控系统采用开放式体系结构进入90年代以来，由于计算机技术的飞速发展，推动数控机床技术更快的更新换代。世界上许多数控系统生产厂家利用PC机丰富的软硬件资源开发开放式体系结构的新一代数控系统。开放式体系结构使数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，并向智能化、网络化方向大大发展。近几年许多国家纷纷研究开发这种系统，如美国科学制造中心（NCMS）与*共同领导的“下一代工作站/机床控制器体系结构”NGC，欧共体的“自动化系统中开放式体系结构”OSACA，日本的OSEC计划等。开发研究成果已得到应用，如Cincinnati-Milacron公司从1995年开始在其生产的加工中心、数控铣床、数控车床等产品中采用了开放式体系结构的A2100系统。开放式体系结构可以大量采用通用微机的先进技术，如多媒体技术，实现声控自动编程、图形扫描自动编程等。数控系统继续向高集成度方向发展，每个芯片上可以集成更多个晶体管，使系统体积更小，更加小型化、微型化。可靠性大大提高。利用多CPU的优势，实现故障自动排除；增强通信功能，提高进线、联网能力。开放式体系结构的新一代数控系统，其硬件、软件和总线规范都是对外开放的，由于有充足的软、硬件资源可供利用，不仅使数控系统制造商和用户进行的系统集成得到有力的支持，而且也为用户的二次开发带来极大方便，促进了数控系统多档次、多品种的开发和广泛应用，既可通过升档或剪裁构成各种档次的数控系统，又可通过扩展构成不同类型数控机床的数控系统，开发生产周期大大缩短。这种数控系统可随CPU升级而升级，结构上不必变动。2、新一代数控系统控制性能大大提高数控系统在控制性能上向智能化发展。随着人工智能在计算机领域的渗透和发展，数控系统引入了自适应控制、模糊系统和神经网络的控制机理，不但具有自动编程、前馈控制、模糊控制、学习控制、自适应控制、工艺参数自动生成、三维刀具补偿、运动参数动态补偿等功能，而且人机界面极为友好，并具有故障诊断专家系统使自诊断和故障监控功能更趋完善。伺服系统智能化的主轴交流驱动和智能化进给伺服装置，能自动识别负载并自动优化调整参数。直线电机驱动系统已实用化。总之，新一代数控系统技术水平大大提高，促进了数控机床性能向高精度、高速度、高柔性化方向发展，使柔性自动化加工技术水平不断提高。二、数控机床发展趋势为了满足市场和科学技术发展的需要，为了达到现代制造技术对数控技术提出的更高的要求，当前，世界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、高可靠性要提高加工效率，首先必须提高切削和进给速度，同时，还要缩短加工时间；要确保加工质量，必须提高机床部件运动轨迹的精度，而可靠性则是上述目标的基本保证。为此，必须要有高性能的数控装置作保证。（1）高速、高效机床向高速化方向发展，可充分发挥现代刀具材料的性能，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且还可提高零件的表面加工质量和精度。超高速加工技术对制造业实现高效、优质、低成本生产有广泛的适用性。新一代数控机床（含加工中心）只有通过高速化大幅度缩短切削工时才可能进一步提高其生产率。超高速加工特别是超高速铣削与新一代高速数控机床特别是高速加工中心的开发应用紧密相关。90年代以来，欧、美、日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15000-100000r/min）、高速且高加/减速度的进给运动部件（快移速度60~120m/min，切削进给速度高达60m/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。随着超高速切削机理、超硬耐磨长寿命刀具材料和磨料磨具，大功率高速电主轴、高加/减速度直线电机驱动进给部件以及高性能控制系统（含监控系统）和防护装置等一系列技术领域中关键技术的解决，应不失时机地开发应用新一代高速数控机床。依靠快速、准确的数字量传递技术对高性能的机床执行部件进行高精密度、高响应速度的实时处理，由于采用了新型刀具，车削和铣削的切削速度已达到5000米~8000米/分以上；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1微米时，在100米/分（有的到200米/分）以上，在分辨率为0.1微米时，在24米/分以上；自动换刀速度在1秒以内；小线段插补进给速度达到12米/分。根据高效率、大批量生产需求和电子驱动技术的飞速发展，高速直线电机的推广应用，开发出一批高速、高效的高速响应的数控机床以满足汽车、农机等行业的需求。还由于新产品更新换代周期加快，模具、航空、军事等工业的加工零件不但复杂而且品种增多。（2）高精度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（当前，机械加工高精度的要求如下：普通的加工精度提高了一倍，达到5微米；精密加工精度提高了两个数量级，超精密加工精度进入纳米级（0.001微米），主轴回转精度要求达到0.01~0.05微米，加工圆度为0.1微米，加工表面粗糙度Ra=0.003微米等。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。随着高新技术的发展和对机电产品性能与质量要求的提高，机床用户对机床加工精度的要求也越来越高。为了满足用户的需要，近10多年来，普通级数控机床的加工精度已由±10μm提高到±5μm，精密级加工中心的加工精度则从±3~5μm，提高到±1~1.5μm。（3）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在一个数量级以上，但也不是可靠性越高越好，仍然是适度可靠，因为是商品，受性能价格比的约束。对于每天工作两班的无人工厂而言，如果要求在16小时内连续正常工作，无故障率P（t）＝99%以上的话，则数控机床的平均无故障运行时间MTBF就必须大于3000小时。MTBF大于3000小时，对于由不同数量的数控机床构成的无人化工厂差别就大多了，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10：1的话（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10万小时。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。2、模块化、智能化、柔性化和集成化（1）模块化、专门化与个性化机床结构模块化，数控功能专门化，机床性能价格比显著提高并加快优化。为了适应数控机床多品种、小批量的特点，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。（2）智能化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方面的智能化，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；--智能诊断、智能监控方面的内容，方便系统的诊断及维修等。（3）柔性化和集成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。

5. 数控机床的发展趋势

数控机床的发展趋势：
1、多功能化

配有自动换刀机构（刀库容量可达100把以上）的各类加工中心，能在同一台机床上同时实现铣削、镗削、钻削、车削、铰孔、扩孔、攻螺纹等多种工序加工，现代数控机床还采用了多主轴、多面体切削，即同时对一个零件的不同部位进行不同方式的切削加工。

2、高速度、高精度化

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质量。目前，数控系统采用位数、频率更高的处理器，以提高系统的基本运算速度。同时，采用超大规模的集成电路和多微处理器结构，以提高系统的数据处理能力，即提高插补运算的速度和精度。

3、智能化

现代数控机床将引进自适应控制技术，根据切削条件的变化，自动调节工作参数，使加工过程中能保持最佳工作状态，从而得到较高的加工精度和较小的表面粗糙度，同时也能提高刀具的使用寿命和设备的生产效率。具有自诊断、自修复功能，在整个工作状态中，系统随时对CNC系统本身以及与其相连的各种设备进行自诊断、检查。


4、数控编程自动化

随着计算机应用技术的发展，目前CAD/CAM图形交互式自动编程已得到较多的应用，是数控技术发展的新趋势。它是利用CAD绘制的零件加工图样，再经计算机内的刀具轨迹数据进行计算和后置处理，从而自动生成NC零件加工程序，以实现CAD与CAM的集成。

5、可靠性最大化

数控机床的可靠性一直是用户最关心的主要指标。数控系统将采用更高集成度的电路芯片，利用大规模或超大规模的专用及混合式集成电路，以减少元器件的数量，来提高可靠性。通过硬件功能软件化，以适应各种控制功能的要求，同时采用硬件结构机床本体的模块化、标准化和通用化及系列化，使得既提高硬件生产批量，又便于组织生产和质量把关。

6. 数控机床的发展

7. 数控机床的六大发展趋势

    　　随着世界先进制造技术不断发展，超高速切削、超精密加工等技术的应用，柔性制造系统的迅速发展和计算机集成系统的不断成熟，对数控加工技术提出了更高的要求。现今的数控机床行业，将向着以下6个趋势发展：
        　　1、多功能化。 
       　　配有自动换刀机构(刀库容量可达100把以上)的各类加工中心，能在同一台机床上同时实现 铣 削、镗削、钻削、车削、 铰 孔、扩孔、攻螺纹等多种工序加工，现代数控机床还采用了多主轴、多面体切削，即同时对一个零件的不同部位进行不同方式的切削加工。数控系统由于采用了多CPU结构和分级中断控制方式，即可在一台机床上同时进行零件加工和程序编制，实现所谓的“前台加工，后台编辑”。为了适应柔性制造系统和计算机集成系统的要求，数控系统具有远距离串行接口，甚至可以联网，实现数控机床之间的数据通信，也可以直接对多台数控机床进行控制。
        　　2、高速度、高精度化。 
       　　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质量。目前，数控系统采用位数、频率更高的处理器，以提高系统的基本运算速度。同时，采用超大规模的集成电路和多微处理器结构，以提高系统的数据处理能力，即提高插补运算的速度和精度。并采用直线电动机直接驱动机床工作台的直线伺服进给方式，其高速度和动态响应特性相当优越。采用前馈控制技术，使追踪滞后误差大大减小，从而改善拐角切削的加工精度。为适应超高速加工的要求，数控机床采用主轴电动机与机床主轴合二为一的结构形式，实现了变频电动机与机床主轴一体化，主轴电机的轴承采用磁浮轴承、液体动静压轴承或陶瓷滚动轴承等形式。目前，陶瓷刀具和金刚石涂层刀具已开始得到应用。
        　　3、智能化。 
       　　现代数控机床将引进自适应控制技术，根据切削条件的变化，自动调节工作参数，使加工过程中能保持最佳工作状态，从而得到较高的加工精度和较小的表面粗糙度，同时也能提高刀具的使用寿命和设备的生产效率。具有自诊断、自修复功能，在整个工作状态中，系统随时对CNC系统本身以及与其相连的各种设备进行自诊断、检查。一旦出现故障时，立即采用停机等措施，并进行故障报警，提示发生故障的部位、原因等。还可以自动使故障模块脱机，而接通备用模块，以确保无人化工作环境的要求。为实现更高的'故障诊断要求，其发展趋势是采用人工智能专家诊断系统。
        　　4、数控编程自动化。 
       　　随着计算机应用技术的发展，目前CAD/CAM图形交互式自动编程已得到较多的应用，是数控技术发展的新趋势。它是利用CAD绘制的零件加工图样，再经计算机内的刀具轨迹数据进行计算和后置处理，从而自动生成NC零件加工程序，以实现CAD与CAM的集成。随着CIMS技术的发展，当前又出现了CAD/CAPP/CAM集成的全自动编程方式，它与CAD/CAM系统编程的最大区别是其编程所需的加工工艺参数不必由人工参与，直接从系统内的CAPP数据库获得。
        　　5、可靠性最大化。 
       　　数控机床的可靠性一直是用户最关心的主要指标。数控系统将采用更高集成度的电路芯片，利用大规模或超大规模的专用及混合式集成电路，以减少元器件的数量，来提高可靠性。通过硬件功能软件化，以适应各种控制功能的要求，同时采用硬件结构机床本体的模块化、标准化和通用化及系列化，使得既提高硬件生产批量，又便于组织生产和质量把关。还通过自动运行启动诊断、在线诊断、离线诊断等多种诊断程序，实现对系统内硬件、软件和各种外部设备进行故障诊断和报警。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，以实现故障自恢复;利用各种测试、监控技术，当生产超程、刀损、干扰、断电等各种意外时，自动进行相应的保护。
        　　6、控制系统小型化。 
       　　数控系统小型化便于将机、电装置结合为一体。目前主要采用超大规模集成元件、多层印刷电路板，采用三维安装方法，使电子元器件得以高密度安装，较大规模缩小系统的占有空间。而利用新型的彩色液晶薄型显示器替代传统的阴极射线管，将使数控操作系统进一步小型化。这样可以方便地将它安装在机床设备上，更便于对数控机床的操作使用。

8. 数控机床有什么发展趋势(2)

 数控机床有什么发展趋势
                    
  　　(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。
   　　德体系开放化 
  　　(1)向未来技术开放：由于软硬件接口都遵循公认的标准协议，只需少量的重新设计和调整，新一代的通用软硬件资源就可能被现有系统所采纳、吸收和兼容，这就意味着系统的开发费用将大大降低而系统性能与可靠性将不断改善并处于长生命周期;
  　　(2)向用户特殊要求开放：更新产品、扩充功能、提供硬软件产品的各种组合以满足特殊应用要求;
  　　(3)数控标准的建立：国际上正在研究和制定一种新的CNC系统标准ISO14649(STEP-NC)，以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。标准化的编程语言，既方便用户使用，又降低了和操作效率直接有关的劳动消耗。
   　　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。
   　　多媒体技术的应用 
  　　多媒体技术集计算机、声像和通信技术于一体，使计算机具有综合处理声音、文字、图像和视频信息的能力，因此也对用户界面提出了图形化的要求。合理的人性化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。
  　　除此以外，在数控技术领域应用多媒体技术可以做到信息处理综合化、智能化，应用于实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、生产过程参数监测等，因此有着重大的应用价值。
  　　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。
  　　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。
  　　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。
   　　驱动并联化 
  　　并联运动机床克服了传统机床串联机构移动部件质量大、系统刚度低、刀具只能沿固定导轨进给、作业自由度偏低、设备加工灵活性和机动性不够等固有缺陷，在机床主轴(一般为动平台)与机座(一般为静平台)之间采用多杆并联联接机构驱动，通过控制杆系中杆的长度使杆系支撑的平台获得相应自由度的运动，可实现多坐标联动数控加工、装配和测量多种功能，更能满足复杂特种零件的加工，具有现代机器人的模块化程度高、重量轻和速度快等优点。
  　　并联机床作为一种新型的加工设备，已成为当前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“自发明数控技术以来在机床行业中最有意义的进步”和“21世纪新一代数控加工设备”。
   　　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。
   　　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，是独立的、自主管理的制造单元。
   　　新型功能部件 
  　　为了提高数控机床各方面的性能，具有高精度和高可靠性的新型功能部件的应用成为必然。具有代表性的新型功能部件包括：
  　　(1)高频电主轴：高频电主轴是高频电动机与主轴部件的集成，具有体积小、转速高、可无级调速等一系列优点，在各种新型数控机床中已经获得广泛的应用;
  　　(2)直线电动机：近年来，直线电动机的应用日益广泛，虽然其价格高于传统的伺服系统，但由于负载变化扰动、热变形补偿、隔磁和防护等关键技术的应用，机械传动结构得到简化，机床的动态性能有了提高。如：西门子公司生产的1FN1系列三相交流永磁式同步直线电动机已开始广泛应用于高速铣床、加工中心、磨床、并联机床以及动态性能和运动精度要求高的机床等;德国EX-CELL-O公司的XHC卧式加工中心三向驱动均采用两个直线电动机;
  　　(3)电滚珠丝杆：电滚珠丝杆是伺服电动机与滚珠丝杆的集成，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。
   　　高可靠性 
  　　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。
   　　数控机床发展前景 
  　　近年来，我国的数控机床无论从产品种类、技术水平、质量和产量上都取得高速发展，在一些关键技术方面也已取得重大突破。自从我国数控机床的技术发展到了成熟期以后，各个领域都开始了对于数控机床的广泛关注。然而，与快速发展的数控机床行业相比，我国从事数控机床行业的技能人才始终供不应求，据权威部门统计，当前我国制造业十大重点领域对人才需求量较大，预计到2020年，高档数控机床和机器人领域人才缺口为300万人。
  　　如今，制造业对数控机床人才的需求大大增加，就业待遇优厚。很多企业反映，数控机床人才“一将难求”，因为抢手，数控机床人才的身价持续上涨，月收入都在1.5万元以上。据我了解，河北省邯郸市曲周县职教中心已经把数控机床专业作为重点发展专业，势必做强做大该专业，为中国制造输送一批批技能人才。
  　　当下，数控机床作为工业4.0重要发展领域，已经成为主要工业国家重点竞争领域。中国数控机床产业在国家战略的支持下，近年来呈现出快速发展态势，技术追赶势头不可阻挡。在新一轮产业发展周期中，中国有望通过加大技术研发实现数控机床产业的弯道超车。因此，在产业发展大好的优势下，数控机床人才的就业前景将是一片光明。
   　　高档数控机床发展前景 
  　　当前机床行业下游用户需求结构出现高端化发展态势，多个行业都将进行大范围、深层次的结构调整和升级改造，对于高质量、高技术水平机床产品需求迫切，总体上来说，中高档数控机床市场需求上升较快，用户需要更多高速、高精度、复合、柔性、多轴联动、智能、高刚度、大功率的数控机床，发展前景广阔。例如，汽车行业表现出生产大批量、多品种、车型更新快的发展趋势，新能源汽车发展加速，从而要求加工设备朝着精密、高效、智能化方向不断发展。在航空航天产业领域，随着民用飞机需求量的剧增以及军用飞机的跨代发展，新一代飞机朝着轻质化、高可靠性、长寿命、高隐身性、多构型、快速响应及低成本制造等方向发展，新一代技术急切需要更先进的加工装备来承载，航空制造装备朝着自动化、柔性化、数字化和智能化等方向发展。例如，在“两机专项”致力于突破的飞机发动机制造中，发动机叶片、整机机匣和叶盘等典型零件逐渐向尺寸大型化、型面复杂化、结构轻量化和制造精密化发展，尤其是高强度的高温耐热合金等新型轻质材料的大量应用，这些整体结构件的几何构型复杂且难加工，对大扭矩、高精度数控机床提出新的更高要求。燃气轮机的大型结构件和大型设备异地维修所需的便携性或可移动式多轴联动数控装备，这种用无固定基座、可重构拼组的小机床加工大型工件的加工方式对新型数控装备的结构设计、工艺规格和高能效加工技术提出更大挑战。
   　　数控机床专业就业方向 
  　　我国制造企业已普遍运用先进的数控技术，随之而来的是对数控人才的大量需求。 数控就业前景美妙在兴旺国度中，数控机床曾经大量普遍运用。我国制造业与国际先进工业国度相比存在着很大的差距，机床数控化率还不到2%关于目前我国现有的有限数量的数控机床(大局部为进口产品)也未能充沛应用。原因是多方面的，数控就业人才的匾乏无疑是主要缘由之一、由于数控技术是最典型的、应用最普遍的机电光一体化综合技术，我国迫切需求大量的从研讨开发到运用维修的各个层次的数控技术人才。
   　　一、数控就业的人才需求主要集中在以下的企业和地域： 
  　　1、国有大中型企业，特别是目前经济效益较好的军工企业和国度严重配备制造企业。军工制造业是我国数控技术的主要应用对象. 有很大的数控就业空间。杭州发电设备厂用6000元月薪招不到数控技术工。
  　　2、随着民营经济的飞速开展，我国沿海经济兴旺地域(如广东，浙江、江苏、山东)，数控就业人才更是供不应求，主要集中在模具制造企业和汽车零部件制造企业。具有数控学问的模具技工的年薪已开到了30万元，超越了“博士”。
   　　二、数控人才的学问构造—数控就业技艺需求： 
   　　另一个来源就是从企业现有员工中选择人员参与不同层次的数控技术中、短期培训，以顺应企业对数控人才的急需。这些人员普通具有企业所需的工艺背景、比拟丰厚的理论经历，但是他们大局部是传统的机类或电类专业的各级毕业生，学问面较窄，特别是对计算机应用技术和计算机数控系统不太理解。
   　　就业方向 
  　　在工业企业，从事数控程序编制、数控设备的使用、维护与技术管理，数控设备销售与售后服务等工作。数控技术专业在主要面向机械、模具、电子、电气、轻工等行业，可从事产品设计与加工、数控编程、数控机床操作、数控常用CAM软件多轴加工、数控设备调试与维修等相关工作。数控技术应用专业的毕业生分配单位的性质分布如下：三资企业占58%，国有企业占26%，民营企业占9%，其他占5%。数控技术应用专业的毕业生所从事的工作性质分布如下：操作占55.7%，编程占13.4%，维修占9.4%，工艺占8.0%，生产管理占7.1%，质量检测占4.5%，综合占1.2%，营销占1.7%，行政管理占1.4%，其他占5.5%。
   　　就业前景 
  　　数控技术专业是一种集机、电、液、光、计算机、自动控制技术为一体的知识密集型技术,它是制造业实现现代化、柔性化、集成化生产的基础,同时也是提高产品质量,提高生产率必不可少的物质手段。日本、美国、德国等工业发达国家采用数控技术所获取经济效益大致为：操作人员减少50%,成本降低60%,机床利用率达60%--80%,机床台数减少50%,生产面积减少40%。世界制造业由于数控技术的广泛应用,普通机械逐渐被高效率、高精度的数控设备所替代。数控技术在机械制造业的广泛应用,已成为国民经济发展的强大动力。加入世贸组织后,随着经济的快速发展,中国正逐步成为“世界制造中心”,数控化率已成为衡量一个国家或企业制造技术水平和经济实力的重要指标之一(数控化率：设备拥有量中数控设备所占的比例)。目前我国机床的数控化率仅为1.9%,而日本高达30%,美国超过了40%。在发达国家数控机床已经普遍大量使用,而我国数控技术应用推广同发达国家相比差距很大。我国数年内将增加40-50万台数控机床,相应需要60-80万数控专业技术人才。
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