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  • 数控技术

    数控技术来源于军事扩张的需求,第一台数控铣床的出现即是为军用直升飞机加工复杂精密的零件。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。世界各国信息产业、生物产业、航空、航天等国防工业广泛采用数控技术,以提高制造能力和水平,提高对市场的适应能力和竞争能力。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,不仅大力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。因此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。

    编辑摘要
    老牌代表大学: 上海工技大,上海科技学院 外文名: Numerical Control
    类 别: 工科 学 制: 三年
    又称: 计算机数控技术

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    发展历史/数控技术 编辑

    数控技术数控技术
    948年,美国帕森斯公司接受美国空军委托,研制直升飞机螺旋桨叶片轮廓检验用样板的加工设备。由于样板形状复杂多样,精度要求高,一般加工设备难以适应,于是提出采用数字脉冲控制机床的设想。
    1949年,该公司与美国麻省理工学院(MIT)开始共同研究,并于1952年试制成功第一台三坐标数控铣床,当时的数控装置采用电子管元件。
    1959年,数控装置采用了晶体管元件和印刷电路板,出现带自动换刀装置的数控机床,称为加工中心( MC Machining Center),使数控装置进入了第二代。
    1965年,出现了第三代的集成电路数控装置,不仅体积小,功率消耗少,且可靠性提高,价格进一步下降,促进了数控机床品种和产量的发展。
    60年代末,先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统(简称 DNC),又称群控系统;采用小型计算机控制的计算机数控系统(简称 CNC),使数控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代。
    1974年,研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置(简称 MNC),这是第五代数控系统。
    20世纪80年代初,随着计算机软、硬件技术的发展,出现了能进行人机对话式自动编制程序的数控装置;数控装置愈趋小型化,可以直接安装在机床上;数控机床的自动化程度进一步提高,具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。
    20世纪90年代后期,出现了PC+CNC智能数控系统,即以PC机为控制系统的硬件部分,在PC机上安装NC软件系统,此种方式系统维护方便,易于实现网络化制造。
    数控技术也叫计算机数控技术(Computerized Numerical Control 简称:CNC),它是采用计算机实现数字程序控制的技术。这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置,使输入数据的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现,均可以通过计算机软件来完成。数控技术是制造业信息化的重要组成部分。

    数控概述/数控技术 编辑

    数控技术数控技术

    数控技术是利用数字化的信息对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。用数控技术实施加工控制的机床,或者说装备了数控系统的机床称为数控(NC)机床。数控系统包括:数控装置、可编程控制器、主轴驱动器及进给装置等部分。数控机床是机、电、液、气、光高度一体化的产品。要实现对机床的控制,需要用几何信息描述刀具和工件间的相对运动以及用工艺信息来描述机床加工必须具备的一些工艺参数。例如:进给速度主轴转速、主轴正反转、换刀冷却液的开关等。这些信息按一定的格式形成加工文件(即正常说的数控加工程序)存放在信息载体上(如磁盘、穿孔纸带、磁带等),然后由机床上的数控系统读入(或直接通过数控系统的键盘输入,或通过通信方式输入),通过对其译码,从而使机床动作和加工零件.现代数控机床是机电一体化的典型产品,是新一代生产技术、计算机集成制造系统等的技术基础。
    数控技术是机械加工自动化的基础,是数控机床的核心技术,其水平高低关系到国家战略地位和体现国家综合实力的水平. 它随着信息技术、微电子技术、自动化技术和检测技术的发展而发展。

    数控术语/数控技术 编辑

    1.数控(NC)是数字控制(Numerical Control)的英文简称。它是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。其技术涉及多个领域:(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。
    2.计算机数控(CNC)是计算机数控(Compute Numerical Control )的英文简称。它是采用计算机实现数字程序控制的技术。这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的运动轨迹和外设的操作时序逻辑控制功能。由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置,使输入操作指令的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现,均可通过计算机软件来完成,处理生成的微观指令传送给伺服驱动装置驱动电机或液压执行元件带动设备运行。
    3.直接数控(DNC)是直接数控(Direct Numerical Control)的英文简称。它是用电子计算机对具有数控装置的机床群直接进行联机控制和管理,英文缩写DNC。直接数控又称群控,控制的机床由几台至几十台。直接数控是在数控 (NC)和计算机数控(CNC)基础上发展起来的。
    4.微机数控(MNC)是微型计算机数控(Micro-computer Numerical Control)的英文简称。它是指用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置。
    5.数控机床(Numerical Controled Machine Tool),是用数字代码形式的信息(程序指令),控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床,简称数控机床。

    数控机床/数控技术 编辑

    1.工作原理

    数控机床是机、电、液、气、光高度一体化的产品,是精密机械和自动化技术的综合体。它把机械加工过程中的各种控制信息用代码化的数字表示,通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号,控制机床的动作,按图纸要求的形状和尺寸,自动地将零件加工出来。
    (1)首先根据数控车床零件加工图样进行工艺分析,确定加工方案、工艺参数和位移数据。 
    (2)用规定的数控车床程序代码和格式规则编写零件加工程序单;或用自动编程软件进行CAD/CAM工作,直接生成零件的加工程序文件。 
    (3)将数控车床加工程序的内容以代码形式完整记录在信息介质(如穿孔带或磁带)上。 
    (4)通过阅读机把信息介质上的代码转变为电信号,并输送给数控装置。由手工编写的程序,可以通过数控机床的操作面板输入程序;由编程软件生成的程序,通过计算机的串行通信接口直接传输到数控单元(MCU)。 
    (5)数控装置将所接受的信号进行一系列处理后,再将处理结果以脉冲信号形式向伺服系统统发出执行的命令。 
    (6)数控车床伺服系统接到执行的信息指令后,立即驱动车床进给机构严格按照指令的要求进行位移,使车床自动完成相应零件的加工。 

    2.组成

    1数控机床组成

    数控机床的基本组成包括加工程序载体、数控装置、伺服驱动装置、机床主体和其他辅助装置等五大部分。下面分别对各组成部分的基本工作原理进行概要说明。

    加工程序载体
    数控机床工作时,不需要工人直接去操作机床,要对数控机床进行控制,必须编制加工程序。零件加工程序中,包括机床上刀具和工件的相对运动轨迹、工艺参数(进给量主轴转速等)和辅助运动等。将零件加工程序用一定的格式和代码,存储在一种程序载体上,如穿孔纸带、盒式磁带、软磁盘等,通过数控机床的输入装置,将程序信息输入到CNC单元。

    数控装置
    数控装置是数控机床的核心。现代数控装置均采用CNC(Computer Numerical Control)形式,这种CNC装置一般使用多个微处理器,以程序化的软件形式实现数控功能,因此又称软件数控(Software NC)。CNC系统是一种位置控制系统,它是根据输入数据插补出理想的运动轨迹,然后输出到执行部件加工出所需要的零件。因此,数控装置主要由输入、处理和输出三个基本部分构成。而所有这些工作都由计算机的系统程序进行合理地组织,使整个系统协调地进行作。
    (1)输入装置
    将数控指令输入给数控装置,根据程序载体的不同,相应有不同的输入装置。目前主要有键盘输入、磁盘输入、CAD/CAM系统直接通信方式输入和连接上级计算机的DNC(直接数控)输入,现仍有不少系统还保留有光电阅读机的纸带输入形式。
    1)纸带输入方式。
    2)MDI手动数据输入方式。
    3)采用DNC直接数控输入方式。
    (2)信息处理
    输入装置将加工信息传给CNC单元,编译成计算机能识别的信息,由信息处理部分按照控制程序的规定,逐步存储并进行处理后,通过输出单元发出位置和速度指令给伺服系统和主运动控制部分。CNC系统的输入数据包括:零件的轮廓信息(起点、终点、直线、圆弧等)、加工速度及其他辅助加工信息(如换刀、变速、冷却液开关等) ,数据处理的目的是完成插补运算前的准备工作。数据处理程序还包括刀具半径补偿、速度计算及辅助功能的处理等。
    (3)输出装置
    输出装置与伺服机构相联。输出装置根据控制器的命令接受运算器的输出脉冲,并把它送到各坐标的伺服控制系统,经过功率放大,驱动伺服系统,从而控制机床按规定要求运动。

    伺服系统和测量反馈系统
    伺服系统是数控机床的重要组成部分,用于实现数控机床的进给伺服控制和主轴伺服控制。伺服系统的作用是把接受来自数控装置的指令信息,经功率放大、整形处理后,转换成机床执行部件的直线位移或角位移运动。由于伺服系统是数控机床的最后环节,其性能将直接影响数控机床的精度和速度等技术指标,因此,对数控机床的伺服驱动装置,要求具有良好的快速反应性能,准确而灵敏地跟踪数控装置发出的数字指令信号,并能忠实地执行来自数控装置的指令,提高系统的动态跟随特性和静态跟踪精度。

    机床主体
    机床主机是数控机床的主体。它包括床身、底座、立柱、横梁、滑座、工作台、主轴箱、进给机构、刀架及自动换刀装置等机械部件。它是在数控机床上自动地完成各种切削加工的机械部分。与传统的机床相比,数控机床主体具有如下结构特点:
    (1)采用具有高刚度、高抗震性及较小热变形的机床新结构。通常用提高结构系统的静刚度、增加阻尼、调整结构件质量和固有频率等方法来提高机床主机的刚度和抗震性,使机床主体能适应数控机床连续自动地进行切削加工的需要。采取改善机床结构布局、减少发热、控制温升及采用热位移补偿等措施,可减少热变形对机床主机的影响。
    (2)广泛采用高性能的主轴伺服驱动和进给伺服驱动装置,使数控机床的传动链缩短,简化了机床机械传动系统的结构。
    (3)采用高传动效率、高精度、无间隙的传动装置和运动部件,如滚珠丝杠螺母副、塑料滑动导轨、直线滚动导轨、静压导轨等。

    数控机床的辅助装置
    辅助装置是保证充分发挥数控机床功能所必需的配套装置,常用的辅助装置包括:气动、液压装置,排屑装置,冷却、润滑装置,回转工作台和数控分度头,防护,照明等各种辅助装置。
    3.分类
    针对车削、铣削、磨削、钻削和刨削等金属切削加工工艺及电加工、激光加工等特种加工工艺的需求,开发了各种门类的数控加工机床。数控机床种类繁多,一般有以下16大类:

    数控车床数控车床

    (1 )数控车床(含有铣削功能的车削中心) 
    (2) 数控铣床(含铣削中心) 
    (3 )数控铿床 
    (4) 以铣削为主的加工中心 
    (5 )数控磨床(含磨削中心) 
    (6 )数控钻床(含钻削中心) 
    (7 )数控拉床 
    (8) 数控刨床
    (9) 数控切断机床 
    (10) 数控齿轮加工机床 
    (11) 数控激光加工机床 
    (12) 数控电火花线切割机床 
    (13) 数控电火花成型机床(含电加工中心) 
    (14) 数控板村成型加工机床 
    (15) 数控管料成型加工机床 
    (16) 其他数控机床
    加工中心加工中心

    4.加工特点
    (1) 自动化程度高,可以减轻操作者的体力劳动强度。数控加工过程是按输入的程序自动完成的,操作者只需起始对刀、装卸工件、更换刀具,在加工过程中, 主要是观察和监督机床运行。但是,由于数控机床的技术含量高,操作者的脑力劳动相应提高。
    (2)加工零件精度高、质量稳定。数控机床定位精度和重复定位精度都很高,较容易保证一批零件尺寸的一致性,只要工艺设计和程序正确合理,加之精心操作,就可以保证零件获得较高的加工精度,也便于对加工过程实行质量控制。
    (3)生产效率高。数控机床加工是能再一次装夹中加工多个加工表面,一般只检测首件,所以可以省区普通机床加工时的不少中间工序,如划线、尺寸检测等,减少了辅助时间,而且由于数控加工出的零件质量稳定,为后续工序带来方便,其综合效率明显提高。
    (4)便于新产品研制和改型。数控加工一般不需要很多复杂的工艺装备,通过编制加工程序就可把形状复杂和精度要求较高的零件加工出来,当产品改型,更改设计时,只要改变程序,而不需要重新设计工装。所以,数控加工能大大缩短产品研制周期,为新产品的研制开发、产品的改进、改型提供了捷径
    (5)可向更高级的制造系统发展。数控机床及其加工技术是计算机辅助制造的基础。
    (6)初始投资较大。这是由于数控机床设备费用高,首次加工准备周期较长,维修成本高等因素造成。
    (7)维修要求高。数控机床是技术密集型的机电一体化的典型产品,需要维修人员既懂机械,又要懂微电子维修方面的知识,同时还要配备较好的维修装备。

    5.安全操作规程
    开机前,应当遵守以下操作规程:

    (1)穿戴好劳保用品,不要戴手套操作机床。
    (2)详细阅读机床的使用说明书,在未熟悉机床操作前,切勿随意动机床,以免发生安全事故。
    (3)操作前必须熟知每个按钮的作用以及操作注意事项。
    (4)注意机床各个部位警示牌上所警示的内容。
    (5)按照机床说明书要求加装润滑油、液压油、切削液,接通外接气源。
    (6)机床周围的工具要摆放整齐,要便于拿放。
    (7)加工前必须关上机床的防护门

    在加工操作中,应当遵守以下操作规程:
    (1)文明生产,精力集中,杜绝酗酒疲劳操作;禁止打闹、闲谈、睡觉和任意离开岗位。
    (2)机床在通电状态时,操作者千万不要打开和接触机床上示有闪电符号的、装有强电装置的部位,以防被电伤。
    (3)注意检查工件和刀具是否装夹正确、可靠;在刀具装夹完毕后,应当采用手动方式进行试切。
    (4)机床运转过程中,不要清除切屑,要避免用手接触机床运动部件。
    (5)清除切屑时,要使用一定的工具,应当注意不要被切屑划破手脚。
    (6)要测量工件时,必须在机床停止状态下进行。
    (7)在打雷时,不要开机床。因为雷击时的瞬时高电压和大电流易冲击机床,造成烧坏模块或丢失改变数据,造成不必要的损失。

    工作结束后,应当遵守以下操作规程:
    (1)如实填写好交接班记录,发现问题要及时反映。
    (2)要打扫干净工作场地,擦拭干净机床,应注意保持机床及控制设备的清洁。
    (3)切断系统电源,关好门窗后才能离开。

    数控系统/数控技术 编辑

    1.基本概念
    数控系统是数字控制系统简称,英文名称为Numerical Control System,早期是由硬件电路构成的称为硬件数控(Hard NC),1970年代以后,硬件电路元件逐步由专用的计算机代替称为计算机数控系统。
    计算机数控(Computerized numerical control,简称CNC)系统是用计算机控制加工功能,实现数值控制的系统。CNC系统根据计算机存储器中存储的控制程序,执行部分或全部数值控制功能,并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算机系统。
    2.结构
    CNC系统的核心是CNC装置。由于使用了计算机,系统具有了软件功能,又用PLC代替了传统的机床电器逻辑控制装置,使系统更小巧,其灵活性、通用性、可靠性更好,易于实现复杂的数控功能,使用、维护也方便,并具有与上位机连接及进行远程通信的功能。
    计算机数控系统(CNC系统)是在硬件数控的基础上发展起来的,它用一台计算机代替先前的数控装置所完成的功能。所以,它是一种包含有计算机在内的数字控制系统,根据计算机存储的控制程序执行部分或全部数控功能。依照EIA所属的数控标准化委员会的定义,CNC是用一个存储程序的计算机,按照存储在计算机内的读写存储器中的控制程序去执行数控装置的一部分或全部功能,在计算机之外的唯一装置是接口。目前在计算机数控系统中所用的计算机已不再是小型计算机,而是微型计算机,用微机控制的系统称为MNC系统,亦统称为CNC系统。由于这二者的控制原理基本相同,因此本章将一并讨论这两种控制系统。

    3.组成
    数控系统由零件加工程序,输入输出设备,CNC装置,可编程序控制器,主轴驱动装置和进给驱动装置等组成。
    (1)CNC装置的组成
    CNC装置由硬件和软件组成,软件在硬件的支持下运行,离开软件,硬件便无法工作,两者缺一不可。软件包括管理软件和控制软件两大类。管理软件由输入程序、I/O处理程序、显示程序和诊断程序等组成。控制软件由译码程序、刀具补偿计算程序、速度控制程序、插补运算程序和位置控制程序等组成,
    CNC装置的硬件结构 微处理器(CPU)负责运算及对整个系统进行控制和管理。可编程只读存储器(EPROM)和随机存储器(ROM)用于储存系统软件和零件加工程序以及运算的中间结果等。输入输出接口供系统与外部进行信息交换。MDI/CRT接口完成手动数据输入并将信息显示在CRT上。位置控制部分是CNC装置的重要组成部分,它通过速度控制单元,驱使进给电机输出功率和扭矩,实现进给运动。
    (2)CNC装置的工作过程
    CNC装置的工作是在硬件的支持下执行软件的全过程,机床的逻辑功能信息是在CNC装置中经译码处理后,在机床逻辑控制软件的控制下,通过一些顺序执行电器送往机床强电部分,去执行机床的强电功能。零件加工程序的坐标控制信息经译码后,通过轨迹计算和速度计算传送给插补工作寄存器,由插补产生的运动指令提供给伺服电动机,去控制机床坐标轴的运动。
    (3)CNC装置可执行的功能
    CNC装置中使用了计算机,用存放在存储器中的软件来实现部分或全部数控功能,这就为丰富数控功能创造条件,也有利于数控机床进入FMSCIMS

    数控系统的功能数控系统的功能

    4..功能
    数控系统的功能一般包括基本功能和选择功能。基本功能是CNC系统必备的数控功能,选择功能是供用户根据机床特点和工作途径进行选择的功能。
    (1)基本功能
    ①控制功能
    控制功能主要反映了CNC系统能够同时控制的轴数(即联动轴数)。控制轴有移动轴和回转轴,有基本轴和附加轴。如数控车床一般为两个联动轴(X轴和Z轴),数控铣床和加工中心一般需要三个或三个以上的控制轴。控制轴数越多, CNC系统就越复杂。
    ②准备功能
    准备功能(G功能)是指定机床动作方式的功能,由指令G和它后面的两位数字表示。ISO标准中,G代码有100种,从G00~G99,主要有基本移动(G00,G01,G02,G03),程序暂停(G04)等。
    ③插补功能
    插补功能指CNC装置可以实现插补加工线型的能力,如直线插补、圆弧插补和其它一些线型的插补,甚至多次曲线和多坐标插补的能力。
    ④进给功能
    进给功能包括切削进给、同步进给、快速进给、进给倍率等。它反映了刀具的进给速度,一般用F代码后的数字直接指定各轴的进给速度,如F200表示进给速度为200mm/min。最大进给速度反映了CNC系统运算速度的大小,最新型的CNC系统允许采用100m/s的速度进行加工。
    ⑤刀具功能
    刀具功能用来选择刀具,用T代码和它后面的2位或4位数字表示。
    ⑥主轴功能
    主轴功能是指定主轴速度的功能,用S代码指定。主轴的转向用M03(正向)和M04(反向)指定。
    ⑦辅助功能
    辅助功能也称M功能。用来规定主轴的启停和转向,冷却液的接通和断开,刀具的更换,工件的夹紧和松开等。
    ⑧字符显示功能
    CNC系统可通过软件和接口在CRT显示器上实现字符显示,如显示程序、参数、各种补偿量、坐标位置和故障信息等。

    12西门子系统控制的机器人

    ⑨自诊断功能
    CNC系统有各种诊断程序,可以防止故障的发生和扩大。在故障出现后可迅速查明故障的类型和部位,减少因故障引起的停机时间。
    ⑩补偿功能及固定循环功能
    CNC系统具备补偿功能,对加工过程中由于刀具磨损或更换而造成的误差,以及机械传动的丝杠螺距误差和反向间隙所引起的加工误差等予以补偿。CNC系统的存储器中存放着刀具长度或半径的相应补偿量,加工时按补偿量重新计算刀具的运动轨迹和坐标尺寸,从而加工出符合要求的零件。
    固定循环功能指CNC装置为常见的加工工艺所编制的,可以多次循环加工的功能。用数控机床加工零件时,一些典型的加工工序,如钻孔、攻丝、镗孔、深孔钻削等,所完成的动作循环十分典型,将这些典型动作预先编好程序并存在存储器中,用G代码进行指定。固定循环中的G代码所指定的动作程序,要比一般G代码所指定的动作要多得多,因此使用固定循环功能,可以大大简化程序编制。
    (2)选择功能
    ①图形显示功能
    CNC装置可配置9英寸单色或14英寸彩色CRT,通过软件和接口实现字符和图形显示。可以显示程序、参数、各种补偿量、坐标位置、故障信息、人机对话界面、零件图形、动态刀具轨迹等。
    ②通信功能
    CNC系统通常具备RS-232C接口,有的还备有DNC接口,设有缓冲存储器,可以按文本格式输入,也可按二进制格式输入,进行高速传输。有些CNC系统还能进入工厂通信网络,以适应FMS和CIMS的要求。
    ③人机对话编程功能
    有些数控系统带有人机对话编程功能,它不但有助于编制复杂零件的加工程序,而且可以方便编程。如图形编程,只要输入图样上简单的表示几何尺寸的命令,就能自动生成加工程序;对话式编程可根据引导图和说明进行编程,并具有工序、刀具、切削条件等自动选择的智能功能;用户宏编程也可以使初步受过CNC训练的人能很快地进行编程。

    12发那科数控系统

    5.特点
    与NC系统相比,CNC系统主要的优点有:
    灵活性
    这是CNC系统的突出优点。对于传统的NC系统,一旦提供了某些控制功能,就不能被改变,除非改变相应的硬件。而对于CNC系统,只要改变相应的控制程序就可以补充和开发新的功能,并不必制造新的硬件。CNC系统能够随着工厂的发展而发展,也能适应将来改变工艺的要求。在CNC设备安装之后,新的技术还可以补充到系统中去,这就延长了系统的使用期限。因此,CNC系统具有很大的“柔性”——灵活性。

    通用性
    在 CNC 系统中,硬件系统采用模块结构,依靠软件变化来满足被控设备的各种不同要求。采用标准化接口电路,给机床制造厂和数控用户带来了许多方便。于是,用一种 CNC 系统就可能满足大部分数控机床 (包括车床、铣床、加工中心、钻镗床等) 的要求,还能满足某些别的设备应用。当用户要求某些特殊功能时,仅仅是改变某些软件而已。由于在工厂中使用同一类型的控制系统,培训和学习也十分方便。

    可靠性
    在CNC系统中,加工程序常常是一次送入计算机存储器内,避免了在加工过程中由于纸带输入机的故障而产生的停机现象 (普通数控装置的故障有一半以上发生在逐段光电输入时) 。同时,由于许多功能都由软件实现,硬件系统所需元器件数目大为减少,整个系统的可靠性大大改善,特别是随着大规模集成电路和超大规模集成电路的采用,系统可靠性更为提高。据美国第13届NCS年会统计的世界上数控系统平均无故障时间是:硬线NC系统为136h ,小型计算机CNC系统为984h ,而微处理机 CNC 系统据日本发那科公司宣称已达23000h 。
    易于实现许多复杂的功能
    CNC 系统可以利用计算机的高度计算能力,实现一些高级的复杂的数控功能。刀具偏移、英公制转换、固定循环等都能用适当的软件程序予以实现;复杂的插补功能,例如抛物线插补、螺旋线插补等也能用软件方法来解决;刀具补偿也可在加工过程中进行计算;大量的辅助功能都可以被编程;子程序概念的引入,大大简化了程序编制
    使用维修方便
    CNC 系统的一个吸引人的特点是有一套诊断程序,当数控系统出现故障时,能显示出故障信息,使操作和维修人员能了解故障部位,减少了维修的停机时间。另外,还可以备有数控软件检查程序,防止输入非法数控程序或语句,这将给编程带来许多方便。有的CNC系统还有对话编程、蓝图编程,使程序编制简便,不需很高水平的专业编程人员。零件程序编好后,可显示程序,甚至通过空运行,将刀具轨迹显示出来,检验程序是否正确。

    世界数控发展史/数控技术 编辑

     数控技术的发展来自军事扩张的需求。1948年,美国帕森斯公司接受美国空军委托,研制飞机螺旋桨叶片轮廓样板的加工设备。由于样板形状复杂多样,精度要求高,一般加工设备难以适应,于是提出计算机控制机床的设想。1949年,该公司在美国麻省理工学院伺服机构研究室的协助下,开始数控机床研究,并于1952年试制成功第一台由大型立式仿形铣床改装而成的三坐标数控铣床,不久即开始正式生产。 
    当时的数控装置采用电子管元件,体积庞大,价格昂贵,只在航空工业等少数有特殊需要的部门用来加工复杂型面零件;1959年,制成了晶体管元件和印刷电路板,使数控装置进入了第二代,体积缩小,成本有所下降;1960年以后,较为简单和经济的点位控制数控钻床,和直线控制数控铣床得到较快发展,使数控机床在机械制造业各部门逐步获得推广。
    1965年,出现了第三代的集成电路数控装置,不仅体积小,功率消耗少,且可靠性提高,价格进一步下降,促进了数控机床品种和产量的发展。60年代末,先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统(简称DNC),又称群控系统;采用小型计算机控制的计算机数控系统(简称CNC),使数控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代。
    1974年,研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置(简称MNC),这是第五代数控系统。第五代与第三代相比,数控装置的功能扩大了一倍,而体积则缩小为原来的1/20,价格降低了3/4,可靠性也得到极大的提高。 
    80年代初,随着计算机软、硬件技术的发展,出现了能进行人机对话式自动编制程序的数控装置;数控装置愈趋小型化,可以直接安装在机床上;数控机床的自动化程度进一步提高,具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。 
    随着微电子技术、计算机技术和软件技术的迅速发展,数控机床的控制系统日益趋向于小型化和多功能化,具备完善的自诊断功能;可靠性也大大提高;数控系统本身将普遍实现自动编程。 
    未来数控机床的类型将更加多样化,多工序集中加工的数控机床品种越来越多;激光加工等技术将应用在切削加工机床上,从而扩大多工序集中的工艺范围;数控机床的自动化程度更加提高,并具有多种监控功能,从而形成一个柔性制造单元,更加便于纳入高度自动化的柔性制造系统中。 

    欧洲数控发展史/数控技术 编辑

    美、德、日三国是当今世上在数控机床科研、设计、制造和使用上,技术最先进、经验最多的国家。因其社会条件不同,各有特点。

    美国哈斯美国哈斯加工中心

    1.美国数控发展史
    美国政府重视机床工业,美国国防部等部门因其军事方面的需求而不断提出机床的发展方向、科研任务,并且提供充足的经费,且网罗世界人才,特别讲究“效率”和“创新”,注重基础科研。因而在机床技术上不断创新,如1952年研制出世界第一台数控机床、1958年创制出加工中心、70年代初研制成FMS、1987年首创开放式数控系统等。由於美国首先结合汽车、轴承生产需求,充分发展了大量大批生产自动化所需的自动线,而且电子、计算机技术在世界上领先,因此其数控机床的主机设计、制造及数控系统基础扎实,且一贯重视科研和创新,故其高性能数控机床技术在世界也一直领先。当今美国生产宇航等使用的高性能数控机床,其存在的教训是,偏重於基础科研,忽视应用技术,且在上世纪80代政府一度放松了引导,致使数控机床产量增加缓慢,于1982年被后进的日本超过,并大量进口。从90年代起,纠正过去偏向,数控机床技术上转向实用,产量又逐渐上升。

    西门子车削中心西门德国子车削中心

    2.德国数控发展史
    德国政府一贯重视机床工业的重要战略地位,在多方面大力扶植,於1956年研制出第一台数控机床后,德国特别注重科学试验,理论与实际相结合,基础科研与应用技术科研并重。企业与大学科研部门紧密合作,对数控机床的共性和特性问题进行深入的研究,在质量上精益求精。德国的数控机床质量及性能良好、先进实用、货真价实,出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密数控机床。德国特别重视数控机床主机及配套件之先进实用,其机、电、液、气、光、刀具、测量、数控系统、各种功能部件,在质量、性能上居世界前列。如西门子公司之数控系统,均为世界闻名,竞相采用。

    日本发那科钻削中心日本发那科钻削中心

    3.日本的数控发展史
    日本政府对机床工业之发展异常重视,通过规划、法规(如“机振法”、“机电法”、“机信法”等)引导发展。在重视人才及机床元部件配套上学习德国,在质量管理及数控机床技术上学习美国,甚至青出于蓝而胜于蓝。自1958年研制出第一台数控机床后,1978年产量(7,342台)超过美国(5,688台),至今产量、出口量一直居世界首位(2001年产量46,604台,出口27,409台,占59%)。战略上先仿后创,先生产量大而广的中档数控机床,大量出口,占去世界广大市场。在上世纪80年代开始进一步加强科研,向高性能数控机床发展。日本FANUC公司战略正确,仿创结合,针对性地发展市场所需各种低中高档数控系统,在技术上领先,在产量上居世界第一。该公司现有职工3,674人,科研人员超过600人,月产能力7,000套,销售额在世界市场上占50%,在国内约占70%,对加速日本和世界数控机床的发展起了重大促进作用。


    中国数控发展史/数控技术 编辑

    中国于1958年研制出第一台数控机床,发展过程大致可分为两大阶段。在1958~1979年间为第一阶段,从1979年至今为第二阶段。
    第一阶段中对数控机床特点、发展条件缺乏认识,在人员素质差、基础薄弱、配套件不过关的情况下,一哄而上又一哄而下,曾三起三落、终因表现欠佳,无法用於生产而停顿。主要存在的问题是盲目性大,缺乏实事求是的科学精神。
    在第二阶段从日、德、美、西班牙先後引进数控系统技术,从日、美、德、意、英、法、瑞士、匈、奥、韩国、台湾省共11国(地区)引进数控机床先进技术和合作、合资生产,解决了可靠性、稳定性问题,数控机床开始正式生产和使用,并逐步向前发展。
    在20余年间,数控机床的设计和制造技术有较大提高,主要表现在三大方面:培训一批设计制造、使用和维护的人才;通过合作生产先进数控机床,使设计、制造、使用水平大大提高,缩小了与世界先进技术的差距;通过利用国外先进元部件、数控系统配套,开始能自行设计及制造高速、高性能、五面或五轴联动加工的数控机床,供应国内市场的需求,但对关键技术的试验、消化、掌握及创新却较差。至今许多重要功能部件、自动化刀具、数控系统依靠国外技术支撑,不能独立发展,基本上处於从仿制走向自行开发阶段,与日本数控机床的水平差距很大。
    存在的主要问题包括:缺乏象日本“机电法”、“机信法”那样的指引;严重缺乏各方面专家人才和熟练技术工人;缺少深入系统的科研工作;元部件和数控系统不配套;企业和专业间缺乏合作,基本上孤军作战,虽然厂多人众,但形成不了合力。
    1945年日本战败,1949年中国解放,两国机床工业发展基本处于同一起跑线上,1958年日本和我国同年研制出第一台数控机床,50年过去,而今日本已成为数控机床世界强国,而我国数控机床却需要大量依赖进口。1994年,日本机床拥有量100万台,数控机床拥有量16万台,2000年中国数控机床的拥有量,接近日本1994年的水平。
    我国已连续3年成为世界上最大的机床进口国。到2004年,我国国产金切数控机床销售收入接近12亿美元,而进口金切数控机床价值28亿美元。国产金切数控机床在国内市场占有率为30%,而国外进口产品则为70%。这个比例还未统计进口的数控系统、电气件、液压件、轴承、滚珠丝杠、数控转台、刀库等配套产品,如果扣除进口配套产品的价值,只计算国内新增值的部分,30%的市场占有率还要大打折扣。
    我国数控机床的现状,可以用三句话来描述:进步很大,问题不少;拥有量较多,利用率不高;产量较少,高性能产品缺乏。据1995年的全国调查,我国机床拥有量为383万台,其中数控机床7.28万台。虽然机床总拥有量居世界第一,但性能普遍落后,结构陈旧,机床数控率不高。到了2000年,我国数控机床拥有量达到14万台,平均利用率约为40%,而日本的数控机床利用率则约在80%以上。

    中国数控现状/数控技术 编辑

    在常规数控机床领域,如数控车床立式加工中心数控铣床数控镗床、数控齿轮机床、数控磨床电加工机床数控重型机床数控成形机床等一大批产品,我国已经拥有自主知识产权,具有较强的市场竞争力,基本满足国内需求。在高档数控机床研发方面取得了新的突破,代表产品有五轴联动横梁移动式高速龙门铣床、五轴联动龙门加工中心、五轴联动车铣中心、五轴联动立式叶片加工中心、五轴联动卧式加工中心、六轴五联动弧齿锥齿轮磨床等。
    中国华中数控系统中国华中数控系统

    目前,我国是机床生产大国,但不是机床制造强国,国产机床的发展仍然难以支撑国民经济和国防军工的需要。与世界先进水平相比差距仍然十分明显。一是国产高档数控机床在品种、水平和数量上远远满足不了国内发展需求。尽管近几年国产机床市场销售量不断提高,至2005年进口机床在国内市场占有率仍高达60%,其中汽车、航空、航天、兵器、造船
    通用机械等行业是主要进口大户。2002~2005年,我国已经连续四年成为世界最大的机床进口国,以2004年进口为例,从日本、台湾、德国进口分别占国内市场19.7%、12.1%和8.6%。二是国产功能部件和数控系统发展滞后,成为数控机床产业发展的瓶颈,尤其是为高档数控机床配套的关键功能部件和数控系统。三是机床制造企业技术装备水平不高,行业制造能力、综合管理和服务能力等方面不能满足市场快节奏的要求。
    我们国家机床业最薄弱的环节在数控系统。目前世界最大的三家数控系统厂商是:日本发那客、德国西门子、日本三菱;其余还有法国扭姆、西班牙凡高等。国内由华中数控航天数控等。国内的数控系统刚刚开始产业化、水平质量一般。高档次的系统全都是进口。 华中数控这几年发展迅速,软件水平相当不错,但差就差在电器硬件上,故障率比较高。华中数控也有意向数控机床业进军,但机床的硬件方面不行,质量精度一般。目前国内一些大厂还没有采用华中数控的。广州机床厂的简易数控系统也不错。目前我们国家内承认的机床精度体系大致是四种体系:德国VDI标准、日本JIS标准、国际标准ISO标准、国标GB,国标和国际标准差不多。
    随着我国国防工业和汽车行业的发展,我们国家会诞生世界水平的机床制造商,也将会超越日本,成为世界第一机床生产大国。

    缺点不足/数控技术 编辑

    长期以来,国产数控机床始终处于低档迅速膨胀,中档进展缓慢,高档依靠进口的局面,特别是国家重点工程需要的关键设备主要依靠进口,技术受制于人。究其原因,国内本土数控机床企业大多处于“粗放型”阶段,在产品设计水平、质量、精度、性能等方面与国外先进水平相比落后了5-10年;在高、精、尖技术方面的差距则达到了10-15年。同时中国在应用技术及技术集成方面的能力也还比较低,相关的技术规范和标准的研究制定相对滞后,国产的数控机床还没有形成品牌效应。同时,中国的数控机床产业还缺少完善的技术培训、服务网络等支撑体系,市场营销能力和经营管理水平也不高。更重要原因是缺乏自主创新能力,完全拥有自主知识产权的数控系统少之又少,制约了数控机床产业的发展。
    国外公司在中国数控系统销量中的80%以上是普及型数控系统。如果我们能在普及型数控系统产品快速产业化上取得突破,中国数控系统产业就有望从根本上实现战略反击。同时,还要建立起比较完备的高档数控系统的自主创新体系,提高中国的自主设计、开发和成套生产能力,创建国产自主品牌产品,提高中国高档数控系统总体技术水平。

    发展趋势/数控技术 编辑

    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。
    从1952年美国麻省理工学院研制出第一台试验性数控系统,到现在已走过了半个世纪历程。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,与此同时加工技术以及一些其他相关技术的发展对数控系统的发展和进步提出了新的要求。
    1.机床的高速化
    随着汽车、航空航天等工业轻合金材料的广泛应用,高速加工已成为制造技术的重要发展趋势。高速加工具有缩短加工时间、提高加工精度和表面质量等优点,在模具制造等领域的应用也日益广泛。机床的高速化需要新的数控系统、高速电主轴和高速伺服进给驱动,以及机床结构的优化和轻量化。高速加工不仅是设备本身,而是机床、刀具、刀柄、夹具和数控编程技术,以及人员素质的集成。高速化的最终目的是高效化,机床仅是实现高效的关键之一,绝非全部,生产效率和效益在“刀尖”上。

    2瑞士夏米尔加工中心,主轴转速达80000r/m,加工精度达0.0002mm。

    2.机床的精密化
    按照加工精度,机床可分为普通机床、精密机床和超精机床,加工精度大约每8年提高一倍。数控机床的定位精度即将告别微米时代而进入亚微米时代,超精密数控机床正在向纳米进军。在未来10年,精密化与高速化、智能化和微型化汇合而成新一代机床。机床的精密化不仅是汽车、电子、医疗器械等工业的迫切需求,还直接关系到航空航天、导弹卫星、新型武器等国防工业的现代化。
    3.从工序复合到完整加工
    70年代出现的加工中心开多工序集成之先河,现已发展到完整加工,即在一台机床上完成复杂零件的全部加工工序。完整加工通过工艺过程集成,一次装卡就把一个零件加工过程全部完成。由于减少装卡次数,提高了加工精度,易于保证过程的高可靠性和实现零缺陷生产。此外,完整加工缩短了加工过程链和辅助时间,减少了机床台数,简化了物料流,提高了生产设备的柔性,生产总占地面积小,使投资更加有效。
    4.机床的信息化
    机床信息化的典型案例是Mazak410H,该机床配备有信息塔,实现了工作地的自主管理。信息塔具有语音、文本和视像等通讯功能。与生产计划调度系统联网,下载工作指令和加工程序。工件试切时,可在屏幕上观察加工过程。信息塔实时反映机床工作状态和加工进度,并可以通过手机查询。信息塔同时进行工作地数据统计分析和刀具寿命管理,以及故障报警显示、在线帮助排除。机床操作权限需经指纹确认 。

    马扎克加工中心是
数控机床信息化和智能化的典型代表马扎克加工中心是数控机床信息化和智能化的典型代表

    5.机床的智能化
    测量、监控和补偿 机床智能化包括在线测量、监控和补偿。数控机床的位置检测及其闭环控制就是简单的应用案例。为了进一步提高加工精度,机床的圆周运动精度和刀头点的空间位置,可以通过球杆仪和激光测量后,输入数控系统加以补偿。未来的数控机床将会配备各种微型传感器,以监控切削力振动热变形等所产生的误差,并自动加以补偿或调整机床工作状态,以提高机床的工作精度和稳定性。
    6.机床的微型化
    随着纳米技术和微机电系统的迅速进展,开发加工微型零件的机床已经提到日程上来了。微型机床同时具有高速和精密的特点,最小的微型机床可以放在掌心之中,一个微型工厂可以放在手提箱中。操作者通过手柄和监视屏幕控制整个工厂的运作。
    7.新的并联机构原理
    传统机床是按笛卡尔坐标将沿3个坐标轴线的移动X、Y、Z和绕3个坐标轴线转动A、B、C依次串联叠加,形成所需的刀具运动轨迹。并联运动机床是采用各种类型的杆机构在空间移转主轴部件,形成所需的刀具运动轨迹。并联运动机床具有结构简单紧凑、刚度高、动态性能好等一系列优点,应用前景广阔。
    8.新的工艺过程
    除了金属切削和锻压成形外,新的加工工艺方法和过程层出不穷,机床的概念正在变化。激光加工领域日益扩大,除激光切割、激光焊接外,激光孔加工、激光三维加工、激光热处理、激光直接金属制造等应用日益广泛。电加工、超声波加工、叠层铣削、快速成型技术、三维打印技术各显神通。

     9.新结构和新材料
    机床高速化和精密化要求机床的结构简化和轻量化,以减少机床部件运动惯量对加工精度的负面影响,大幅度提高机床的动态性能。例如,借助有限元分析对机床构件进行拓扑优化,设计箱中箱结构,以及采用空心焊接结构或铅合金材料已经开始从实验室走向实用。
    10.新的设计方法和手段
    我国机床设计和开发手段要尽快从甩图板的二维CAD向三维CAD过渡。三维建模和仿真是现代设计的基础,是企业技术优势的源泉。在此三维设计基础上进行CAD/CAM/CAE/PDM的集成,加快新产品的开发速度,保证新产品的顺利投产,并逐步实现产品生命周期管理。
    11.直接驱动技术
    在传统机床中,电动机和机床部件是借助耦合元件,如皮带、齿轮和联轴节等加以连接,实现部件所需的移动或旋转,机和电是分家的。直接驱动技术是将电动机与机械部件集成为一体,成为机电一体化的功能部件,如直线电动机、电主轴、电滚珠丝杆和力矩电动机等。直接驱动技术简化了机床结构,提高了机床的刚度和动态性能,运动速度和加工精度。
    12.开放式数控系统
    数控系统的开放是大势所趋。目前开放式数控系统有三种形式:1)全开放系统,即基于微机的数控系统,以微机作为平台,采用实时操作系统,开发数控系统的各种功能,通过伺服卡传送数据,控制坐标轴电动机的运动。2)嵌入系统,即CNC+PC,CNC控制坐标轴电动机的运动,PC作为人机界面和网络通信。3)融合系统,在CNC的基础上增加PC主板,提供键盘操作,提高人机界面功能,如Siemens840Di和Fanuc210i。

    12柔性制造和虚拟制造技术

    13.可重组制造系统
    随着产品更新换代速度的加快,专用机床的可重构性和制造系统的可重组性日益重要。通过数控加工单元和功能部件的模块化,可以对制造系统进行快速重组和配置,以适应变型产品的生产需要。机械、电气和电子、液和气、以及控制软件的接口规范化和标准化是实现可重组性的关键。
    14.虚拟机床和虚拟制造
    为了加快新机床的开发速度和质量,在设计阶段借助虚拟现实技术,可以在机床还没有制造出来以前,就能够评价机床设计的正确性和使用性能,在早期发现设计过程的各种失误,减少损失,提高新机床开发的质量。

    重点发展范围

    (1)高速、精密数控车床,车削中心类及四轴以上联动的复合加工机床。主要满足航天、航空、仪器、仪表、电子信息和生物工程等产业的需要。
    (2)高速、高精度数控铣镗床及高速、高精度立卧式加工中心。主要满足汽车发动机缸体缸盖及航天航空、高新技术等行业大型复杂结构支架、壳体、箱体、轻金属材料零件和精密零件加工需求。
    (3)重型、超重型数控机床类:数控落地铣镗床、重型数控龙门镗铣床和龙门加工中心、重型数控卧式车床及立式车床,数控重型滚齿机等,该类产品满足能源、航天航空、军工、舰船主机制造、重型机械制造、大型模具加工、汽轮机缸体等行业零件加工需求。
    (4)数控磨床类:数控超精密磨床、高速高精度曲轴磨床和凸轮轴磨床、各类高精高速专用磨床等,满足精密超精密加工需求。
    (5)数控电加工机床类:大型精密数控电火花成形机床、数控低速走丝电火花切割机床、精密小孔电加工机床等,主要满足大型和精密模具加工、精密零件加工、锥孔或异型孔加工及航天、航空等行业的特殊需求。
    (6)数控金属成形机床类(锻压设备):数控高速精密板材冲压设备、激光切割复合机、数控强力旋压机等,主要满足汽车、摩托车、电子信息产业、家电等行业板金批量高效生产需求及汽车轮毂及军工行业各种薄壁、高强度、高精度回转型零件加工需求。
    (7)数控专用机床及生产线:柔性加工自动生产线(FMS╱FMC)及各种专用数控机床,该类生产线是针对汽车、家电等行业加工缸体、缸盖、变速箱箱体等及多品种变批量壳体、箱体类零件加工需求。

    应用领域/数控技术 编辑

    1.制造行业
    机械制造行业是最早应用数控技术的行业,它担负着为国民经济各行业提供先进装备的重任。应该重点研制开发与生产现代化军事装备用的高性能三轴和五轴高速立式加工中心,五坐标加工中心,大型五坐标龙门铣等;汽车行业发动机、变速箱、曲轴柔性加工生产线上用的数控机床和高速加工中心,以及焊接、装配、喷漆机器人、板件激光焊接机和激光切割机等;航空、船舶、发电行业加工螺旋桨、发动机、发电机和水轮机叶片零件用的高速五坐标加工中心、重型车铣复合加工中心等。
    2.信息行业
    在信息产业中,从计算机到网络、移动通信、遥测、遥控等设备,都需要采用基于超精技术、纳米技术的制造装备,如芯片制造的引线键合机、晶片键合机光刻机等,这些装备的控制都需要采用数控技术。
    3.医疗设备行业
    在医疗行业中,许多现代化的医疗诊断、治疗设备都采用了数控技术,如CT诊断仪、全身刀治疗机以及基于视觉引导的微创手术机器人等。
    4.军事装备
    现代的许多军事装备,都大量采用伺服运动控制技术,如火炮的自动瞄准控制、雷达的跟踪控制和导弹的自动跟踪控制等。
    5.其他行业
    在轻工行业,采用多轴伺服控制(最多可达50 个运动轴)的印刷机械、纺织机械、包装机械以及木工机械等;在建材行业,用于石材加工的数控水刀切割机;用于玻璃加工的数控玻璃雕花机;用于席梦思加工的数控行缝机和用于服装加工的数控绣花机等。

    就业前景/数控技术 编辑

    数控技术数控技术
    数控技术就业方向
    从事生产管理、机械产品设计,数控编程与加工操作,数控设备安装、调试与操作,数控设备故障诊断与维修、改造及售后服务等工作。
    数控技术就业前景
    随着我国机制行业新技术的应用,我国世界制造业加工中心地位形成,数控机床的使用、维修、维护人员在全国各工业城市都非常紧缺,再加上数控技术人员从业面非常广,可在现代制造业的模具、钟表业、五金行业、中小制造业、从事相应公司企业的电脑绘图、数控编程设计、加工中心操作、模具设计与制造、 电火花及线切割工作,所以目前现有的数控技术人才无法满足制造业的需求,而且人才市场上的这类人才储备并不大,导致模具设计、CAD/CAM工程师、数控编程、数控加工等已成为我国各人才市场招聘频率最高的职位之一。就业前景乐观。
    为了增强竞争能力,制造企业已开始广泛使用先进的数控技术。据统计,目前我国数控机床操作工短缺60万左右。数控技术专业人才短缺已引起中央领导、教育部、劳动与社会保障部等政府部门的高度重视。随着制造业信息化工程的进一步推进,利用高新技术和先进适用技术改造提升传统产业,提高企业的技术装备水平和产品竞争力,制造设备的大规模数控化,社会对数控技术人才的需求进一步增加。[1]

    数控人才需求/数控技术 编辑

    数控技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础;数控技术的应用是提高制造业的产品质量和劳动生产率必不可少的重要手段;数控机床是国防工业现代化的重要战略装备,是关系到国家战略地位和体现国家综合国力水平的重要标志。专家们预言: 二十一世纪,数控技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础;数控技术的应用是提高制造业的产品质量和劳动生产率必不可少的重要手段;数控机床是国防工业现代化的重要战略装备,是关系到国家战略地位和体现国家综合国力水平的重要标志。专家们预言: 二十一世纪机械制造业的竞争,其实质是数控技术的竞争。 
    我国加入世贸组织后,正在逐步变成“世界制造中心”。为了增强竞争能力,中国制造业开始广泛使用先进的数控技术。同时,人才市场出现数控技术应用型人才的严重短缺,媒体不断呼吁“高薪难聘高素质的数控人才”。数控人才的严重短缺成为全社会普遍关注的热点问题,这已引起温家宝总理等国家领导人的关注,人事部、教育部、劳动与社会保障部等政府部门正在积极采取措施,加强数控技术应用型人才的培养。 
    长三角,已经是中国主要的制造业基地,制造业的迅速发展使得数控模具等高技能人才的需求缺口逐渐拉大,高技能人才培养的速度难补缺口迅速的增长,人才的短缺导致很多工厂高薪难聘高技能人才的尴尬局面。目前,我国数控技术、模具、焊接等高技能人才只能满足市场需求的十分之一,已成为制造业发展的瓶颈。 
    根据人事部门的相关调查,目前模具、数控人才的薪酬也有上涨趋势,如专业的模具设计人才一般月薪4000元,有丰富经验的数控加工人才月薪5000元以上,而高级设计师或技师月薪可达10000元以上。能够用英语流利交流的数控模具人才,一直是猎头公司们的宠儿。记者最近从某知名猎头公司了解到,多家欧美企业的数控编程(CNC)经理、工艺工程经理、数控机床设备的维护经理、研发经理等一直找不到合适的人选,尽管职位的年薪高达30万以上,但现实情况是,既精通英语又懂数控的高级人才实在是凤毛麟角。 
    某知名职业学院院长在一次接受记者采访中说,我们国家的博士和硕士很多,但是博士和硕士去求职,这个岗位可能是2比1或者是10比1。但这个高技能的人才可能反过来,是20个岗位等一个高技能的人才。如果你拿一个硕士文凭到人才市场去说我是硕士,有没有人要?可能半天没反应,但是如果你拿一个高级技工或技师的证去找工作,不用你拿出来,可能20个老板就把你抢走了,所以现在有的20万找一个高级焊工都找不到。

    人事部门和紧缺人才办公室调研组对长三角范围内的十多所正在或准备从事数控技术人才培养的各层次学校的教学、培训工作开展情况和所用设备状况及其企业对数控技术人才需求情况进行了一系列调研。具体情况如下:

    12数控人才属于国家紧缺型人才

    1 数控人才需求

     发达国家中,数控机床已经大量普遍使用。我国制造业与国际先进工业国家相比存在着很大的差距,机床数控化率还不到3%,对于目前我国现有的有限数量的数控机床(大部分为进口产品)也未能充分利用。原因是多方面的,数控人才的匾乏无疑是主要原因之一、由于数控技术是最典型的、应用最广泛的机电光一体化综合技术,我国迫切需要大量的从研究开发到使用维修的各个层次的技术人才。
    数控人才的需求主要集中在以下的企业:
    (1)民用航空制造业、军工企业和国家重大装备制造企业.其中军工制造业是我国数控技术的主要应用对象之一。国家对大型企业的数控高级人才给予特殊津贴,享受专家待遇。
    (2)精密零部件企业,包括电脑、半导体及设备的零部件、飞机零部件、汽车零部件、精密模具零部件等的制造和加工。其中外商投资的工厂对数控人才最具有吸引力。
    某外资企业用9000元月薪招不到懂英语的数控操作技师
    (3)随着民营经济的飞速发展,数控人才更是供不应求,民营企业对数控人才的需求主要集中在模具制造企业和汽车零部件制造企业。
    2.数控人才的知识结构
    现在处于生产一线的各种数控人才主要有二个来源:一是大学、高职和中职的机电一体化或数控技术应用等专业的毕业生,他们都很年轻,具有不同程度的英语、计算机应用、机械和电气基础理论知识和一定的动手能力,容易接受新工作岗位的挑战。他们最大的缺陷就是学校难以提供的工艺经验,同时,由于学校教育的专业课程分工过窄,仍然难以满足某些企业对加工和维修一体化的复合型人才的要求。
    另一个来源就是从企业现有员工中挑选人员参加不同层次的数控技术中、短期培训,以适应企业对数控人才的急需。这些人员一般具有企业所需的工艺背景、比较丰富的实践经验,但是他们大部分是传统的机类或电类专业的各级毕业生,知识面较窄,特别是对计算机应用技术和计算机数控系统不太了解。
    对于数控人才,有以下三个需求层次,所需掌握的知识结构也各不同:
    (1)蓝领层
    数控操作技工:精通机械加工和数控加工工艺知识,熟练掌握数控机床的操作和手工编程,了解自动编程和数控机床的简单维护维修。这类人才大都由中职学校组织培养,也有很多从工厂普通操作工中培养出来的。此类人员市场需求量大,适合作为车间的数控机床操作技工。但由于其知识较单一,其工资待遇不会大高。

    精密机床需要高素质的技能型人才操作精密机床需要高素质的技能型人才操作

     (2)灰领层
    1)数控编程员:掌握数控加工工艺知识和数控机床的操作,掌握复杂模具的设计和制造专业知识,熟练掌握三维CAD/CAM软件,如Pro/EUGMastercam等;熟练掌握数控手工和自动编程技术;这类人才很多由高职、本科学校培养后到工厂实训锻炼出来的,但很多优秀的编程员是出身数控操作技工的,因为他们有丰富的现场生产经验。这类人才适合作为工厂设计部门和工艺部门的数控编程员。此类人员需求量大,尤其在模具行业非常受欢迎;待遇也较高。
    2)数控机床维护、维修人员:掌握数控机床的机械结构和机电联调,掌握数控机床的操作与编程,熟悉各种数控系统的特点、软硬件结构、PLC和参数设置。精通数控机床的机械和电气的调试和维修。从高职学校培养出来的多。适合作为工厂设备部门的工程技术人员。此类人员需求量相对少一些,但培养此类人员非常不易,知识结构要求很广,适应与数控相关的工作能力强,需要大量实际经验的积累,目前非常缺乏,其待遇也较高。
    (3)金领层
    数控通才:“金领层”是指具备并精通数控操作、数控工艺编程、夹具设计和数控机床维护、维修所需要的综合知识,并在实际工作中积累了大量实际经验,知识面很广。精通数控机床的机械结构设计和数控系统的电气设计,掌握数控机床的机电联调。能自行完成数控系统的选型、数控机床的安装、调试、维修和精度优化。能独立完成机床的数控化改造.是企业(特别是外资企业和民营企业)的抢手人才,其待遇很高。从本科、高职学校培养出来的多,但必须在提供特殊的实训措施和名师指导等手段,促其成才。这类人才适合于担任企业的工程、设计、研发、技术部门负责人或机床厂数控机床产品开发的机电设计主管。
    数控技术-怎样培养企业需要的数控人才
    新的形势下,我国社会劳动力就业迫切需要加强技能培训,产业结构优化升级迫切需要培养更多的高级技工,加强技能型人才培养成为摆在我们面前的一项战略任务。

    数控人才培养/数控技术 编辑

    加入世贸组织后,中国正在逐步变成“世界制造加工中心”。数控技术的广泛应用,是我国制造业发展壮大的重要前提和必然趋势。在教育部、劳动保障部、国防科工委、信息产业部、交通部、卫生部联合启动的“职业院校制造业和现代服务业技能型紧缺人才培养培训工程”中,数控技术应用被列为优先领域,90所高等职业院校、96所中等职业学校与403个企业单位被确定合作开展数控技术应用专业领域技能型紧缺人才培养培训工作。
    1.现状分析
    以数控技术的广泛应用为标志,近年来,我国现代制造业得到迅速发展。与此同时,在全国人才市场上也出现了数控技术应用技能型人才严重短缺的现象。 一项对全国不同地区、不同类型152家企业的调查结果表明,我国企业目前拥有的数控装备呈现出以下两个特点:
    (1)“普通型”、“经济型”机床数量较多。
    在被调研企业的现有数控设备中,按照通常的分类标准,高档型、普通型和经济型数控机床各占30.4%、34.95%和35.15%。其中,“普通型”和“经济型”数控机床共占企业现有数控装备的70.1%;在老工业基地、大型制造业密集的地区,“高档型”数控机床所占比例相对较高。
    (2)维修力量不足是影响设备利用率和完好率的主要原因。
    据了解,我国企业现有数控设备的利用率和完好率普遍偏低,除了生产任务不足的因素外,维修力量不足和编程能力不够成为开工不足的主要原因,分别占36.5%和17.2%;影响数控设备完好率的主要原因是维修力量不足,占38.4%。
    2.人才现状
    初、中、高级数控技术人才在企业数控技术岗位中分别占70.13%、25.04%和4.83%。
    (1)初级数控技术人才。初级数控人才是指在生产岗位上承担数控机床具体操作及日常简单维护工作的技术工人,通常称为“蓝领”。“蓝领”在企业数控技术岗位中占70.13%,是目前需求量最大的数控技术人才。其所需知识与能力结构包括:掌握数控机床结构的基本知识和机械加工与数控加工的工艺知识,具备数控机床的操作、日常维护和手工编程的能力,了解数控加工的自动编程
    (2)中级数控技术人才。中级数控人才是指在生产岗位上承担数控编程的工艺人员和数控机床维护、维修人员,通常称为“灰领”。“灰领”在企业数控技术岗位中占25.04%,其中数控编程工艺员占12.6%,数控机床维修员占12.44%。 其所需知识与能力结构包括:
    数控编程工艺员:掌握数控加工工艺专业知识和一定的模具制造基础知识,具备数控机床的操作、日常维护和手工编程的能力,能运用至少一种三维CAD/CAM软件进行三维造型和自动编程。
    数控机床维护、维修人员:掌握数控机床的工作原理和结构知识,掌握主要数控系统的特点、接口技术PLC、参数设置和机电联调知识;具备数控机床的操作、手工编程和数控机床的机械和电气的调试和维护维修能力。
    (3)高级数控技术人才。高级数控技术人才是指具备并精通数控操作、数控工艺编程和数控机床维护、维修所需要的综合知识,并在实际工作中积累了大量实际经验,知识面很广,通常称为“金领”。“金领”在企业中仅占4.83%。其所需知识与能力结构包括:精通数控机床的机械结构设计和数控系统的电气设计,掌握数控机床的机电联调;能自行完成数控系统的选型、数控机床的安装、调试、维修和精度优化;能独立完成机床的数控化改造。
    3.来源渠道
    职业院校培养的数控人才难以满足企业的需要。调研数据表明,企业现有数控技术人才中,依靠企业自身力量培养提高的占36.26%;直接从学校来的毕业生占48.3%,从社会招聘占15.44%。这说明:
    (1)职业院校培养的数控人才还很难完全满足企业的需要。刚走出校门的毕业生,具有不同程度的英语、计算机应用、机械和电气基础理论知识和一定的动手能力,但由于在校期间难以积累工艺经验,实际动手能力差,难以满足企业对数控人才的要求。
    (2)数控人才的培养并非高不可攀,企业可以依靠自身力量从普通机床操作工中培养。这就要求职业院校进一步拓展办学功能,加强校企合作,湖南信息职业技术学院根据企业用人需求“订单”培养人才,同时为企业职工提供在岗、转岗数控技术培训。
    4.需求预测
    现代制造业发展需要一大批面向第一线的数控技术及数控机床的操作、编程及维修方面的专门人才。
    近年来,随着我国国民经济和国防工业的迅速发展,国家对制造装备提出了大量急迫的需求。我国制造业的机床数控化率每增加一个百分点就需要近4万台数控机床。如果要实现国家提出的到2010年数控化率达到10%以上的目标,需要增加大量数控机床及其配套的软硬件;同时需要一大批面向第一线的数控技术及数控机床的操作、编程及维修方面的专门人才。
    数控技术在精密制造、模具制造、汽车制造等行业中应用最为广泛。据调查,仅天津地区具有规模的数控加工设备的企业就达数百家,平均一个中型模具制造厂最少拥有数控加工设备为15台。另外,具有一定数控规模的中、小型企业也急需操作技能型人员,这就使得数控人才缺口很大。
    (1)军工企业需要大量数控技术人才。近年来,军工企业通过技术改造,数控机床的数量和水平得到较大提高,迫切需要大量的掌握数控技术的各层次人才,数控机床的操作、编程、维修人才已成为制约军工制造业快速发展的重要因素之一。
    (2)国家装备制造企业是数控机床应用大户,也需要大量数控技术人才。这些企业近年来效益较好、任务饱满,但企业技术与设备的更新能力和可持续发展能力不足,无论是数控机床操作人员、数控加工工艺编程人员,还是数控机床的维修人员都很缺乏。
    (3)我国沿海经济发达地区数控人才更是供不应求,主要集中在模具制造企业和汽车零部件制造企业。大量民营、合资和外资企业人员比较精干,更加需要既精通数控加工工艺、编程,又能熟练操作数控机床,同时对数控机床的维护维修有一定基础的复合型技术人才。
    5.培养现状
    职业院校在数控人才培养方面主要存在专业师资数量不足、素质不高,实训设备条件数量严重不足且不配套,以及课程设置和教学内容不能满足企业需求等问题。 具体而言,各职业院校在数控人才培养方面主要存在以下问题:
    (1)数控专业师资数量不足、素质不高。
    数控技术在近几年的广泛应用,引起了企业对于数控人才的大量需求,同时造成职业院校数控师资,特别是同时具备相当的理论知识和丰富的实践经验的数控师资数量严重不足。“双师型”专业教师的缺乏,严重制约着现代数控技术人才培养水平的提高。有些院校从社会上引进了一些具有丰富实践经验、又有一定理论水平的工程技术人员充实教师队伍,确实提高了数控教学水平,特别是对提高学生的实际动手能力大有好处。但是,由于学校固有的体制和政策规定上的限制,这些从社会上引进的教师在职称、工资、福利等方面得不到公正待遇,工作积极性得不到充分发挥。
    (2)数控实训设备条件数量严重不足,且不配套。
    近年来,受数控人才需求增长的拉动,各职业院校均建有不同规模的数控实训基地,有的是规模大、设备种类多的实训中心,也有设备种类和数量相对较少的实验室。尽管实训基地的模式多种多样,但基本上包括以下数控设备:数控车床、数控铣床、加工中心、电火花成型机床、电火花线切割机床等加工设备,以及数控机床典型部件装拆、数控系统调试和维护维修综合实验台。值得注意的是,为了与企业尽可能保持一致,以达到实训效果,各院校在实训硬件选型上逐步趋向全部采用工业用数控机床、加工中心,而且实训基地往往以加工设备配备进口数控系统为主。由于每台数控设备非常昂贵,学校购置设备数量有限,每个学生的独立动手实际操作机会很少,实训效果并不好。这种安排,不能适应普及性的教学实验,只能给学生作“演示实验”。而数控技术是实践性很强的综合技术,没有通过实践体验很难获得良好的教学效果。
    (3)课程设置和教学内容不能满足企业需求。
    我国机电类专业的课程设置近几年虽有所改进,但教学内容仍较陈旧。学生所学到的知识与企业的要求尚存在差距。例如,数控加工刀具和工艺的教学还较薄弱;企业急需的数控机床的编程、操作、维护的培训,部分学校因实训条件所限,仍以理论讲授为主,效果较差。
    在实践技能培训方面,很多院校把实训重点放在数控机床简单操作上,而对数控加工工艺(如工艺路线选择、刀具选择、切削用量设置等)、模具设计、CAD/CAM与数控自动编程、数控机床机电设计与联调技术、数控机床的维护、维修等专业技术能力训练不够。
    现有数控技术教育专业教材,形态单一,内容陈旧,实践性差。适合数控系统原理、数控机床机电控制技术、数控机床故障诊断与维护维修和数控人才实训等课程的教材非常有限,且与生产实际相脱离。
    6.对策建议
    以职业岗位训练为核心加强实践教学体系建设
    培养经济社会及企业发展需要的大量数控人才,是当前我国职业教育面临的重要任务。培养数控人才首先要遵循职业教育的本质要求,把职业岗位训练作为教育教学工作的核心,即要面向生产和服务第一线培养实用人才;湖南信息职业技术学院专业教学内容应是成熟的技术和管理规范,课程设置按适应职业岗位(或岗位群)的职业能力来确定;基础课按专业学习要求,以必须够用为度;在校期间完成上岗实践训练,使学生毕业就能基本顶岗工作。
    其次,相关职业能力结构确定以后,应根据每一种专项能力的培养要求来设计教学模块。在教学模块中既有理论知识传授,也有技能训练。然后将这些模块按教学规律排列,在此基础上研究课程设置问题,根据教学模块来组成有关课程,真正体现“能力本位”思想和理论知识以“必须够用”为度的原则。
    第三,专项技能、综合技能的基础训练,应该在职业院校实习场地进行。为此,一种选择是,在部分现有实验室基础上加以补充和完善,使之能承担基础技能的模拟训练;另一种选择是,新建部分技能模拟训练实验室,如电工工艺基本技能、钳工工艺基本技能、机床电气故障分析与排除模拟实验室等。同时,要不断完善实训技能效果评价体系。
    针对目前我国职业院校数控人才培养当中,特别是在实践教学及实训基地建设方面存在的问题,我们建议:
    (1)加快数控人才培养,需要国家有关部门的协调与支持。建议由国家教育主管部门组织职业院校数控技术专业教学指导委员会,及时对数控人才需求和培养现状进行调研,并对职业院校的数控技术专业的改革提出指导性意见;组织制订适合不同类型数控技术人才培养需要的教学指导方案、实训基地建设标准、考核评估标准等指导性文件;劳动保障部门及时制订和调整相关的职业资格证书考核标准,使证书考核内容与企业实际需要相适应;有关部门联合组织开发适合各层次实用型数控技术人才教育与培训的教材,丰富教材形态,及时更新教育教学内容,增强教材的先进性和适用性。
    (2)加强校企合作,强化"订单式"人才培养模式。技能型人才培养必须贴近企业的生产实际,离不开企业的参与和支持。职业院校要建立稳定的校外实训基地,实行产学结合。特别是在最后一学年,双方在师资、教学资源上进行共享,让学生能够全方位接触企业环境、进行实际操作,毕业后可以立即走上工作岗位,能够很快适应岗位的需要,并且留得住。
    (3)加强“双师型”师资队伍的建设。职业院校应从企业招聘有丰富的实践经验、表达能力强的工程技术人员充实教师队伍;对缺乏实际经验的年轻教师有计划地送到企业进行实践和见习,重点放在工艺技术、故障诊断和排除等方面;同时,可参考湖南信息职业技术学院直接在企业聘用数控技术人员作为兼职教师,参与教学大纲和教学计划的制定,并直接承担教学任务。
    (4)加大实践教学及基地建设的研究力度。通过与有关国家合作、聘请外国专家协助、定期召开相关的研讨会等,以形成一种教学改革的氛围,使学校的探索与改革能够在不断地总结经验的同时借鉴国外的先进经验,缩短我们与发达国家在这方面的差距。在此,需要特别注意的是,实践教学及基地建设往往对硬件设施和软件条件提出严格要求,受财力、人力等办学条件方面的限制,职业院校如果完全照搬某种方案可能并不现实。这就要求我们要深入研究各种实践教学及基地建设方案,结合本校的实际,在实践中加以灵活有效地运用。
    此外,任何一种教学改革和建设项目的引入,都必须在师资力量、实践设施、教学计划、教材、教具等诸方面做大量细致的工作,都必须要在整个教学系统中统一组织、统一协调、统一规划、重点建设。在改革实践中,我们遇到的许多障碍也不是单靠学校自身能力所能克服的,需要政府相关部门的大力支持和介入。

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    同时可以按照客户提供样板、图纸定做各种异型毛刷。诚信品质,价格优惠。


    参考资料
    [1]^引用日期:2014-05-21
    扩展阅读
    1湖南信息职业技术学院
    2数控技术就业前景
    3数控技术专业就业前景

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