关键词：数控机床；历史；发展趋势
一、引言
机床，作为“机器的机器”，从工业革命诞生以来，便被视为一个国家工业化的基础。机床是先进制造技术和制造信息集成的重要元素，是重要商品，又是决定一个国家生产力水平的关键要素。
二、数控机床的历史
20世纪中叶,随着信息技术革命的到来，机床也由之前的手工测绘、简单操作性逐渐演变为数字操控，全自动化成型部件的数控机床。数控机床是一种高度机电一体化的产品，在传统的机床基础上引进了数字化控制，将以往凭借工人经验的操作变为数字化、可复制的自动操作。数控机床可以加工多品种小批量零件（降低规模化适用门槛）、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。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。目前，工业发达国家机床产业的数控化比率通常在50%以上，在日本和德国更是超过了70%。
我国真正的工业化进程起始于20世纪50年代。由于种种原因，我们错过了20世纪70到80年代的新型工业化大发展时期，导致我国的机械装备制造产业到现在为止仍然在赶超发达国家的阶段。自20世纪末开始，我国开始了大规模引进西方技术，同时在引进技术的基础上吸收、融合、创造，最终发展出我们自己的数控机床制造产业。这一时期，我国的整体制造业也开始了逐渐由制造大国向制造强国迈进了脚步，机床制造业也跟着取得数控机床快速增长的业绩。机床的发展和创新在一定程度上能映射出加工技术的主要趋势。近年来,我国在数控机床和机床工具行业对外合资合作进一步加强,无论在精度、速度、性能,还是智能化方面都取得了相当的成绩。
三、我国数控机床产业现状
目前，国内生产的数控机床可以大致分为经济型机床、普及型机床、高档型机床三种类型。经济型机床基本都是开环控制;普及型机床采用半闭环控制技术，分辨率可达到1微米;高档型机床采用闭环控制，以计算机程序来实现全过程无人控制，具有各种补偿功能、新控制功能、自动诊断，分辨率可以达到0.1微米。
截止到2014年，国产低档经济型机床已经在国内机床生产企业得到了很好的应用，经济型数控机床基本都是国内产品，不管是从质量上还是从可靠性上都可以满足大部分机床用户的需要。在普及型产品段中，国内普及型数控机床中大约有60～70%是采用的国内产品。但是需要指出的是，这些国产数控机床当中大约80%的数控系统都在使用国外产品，国内机床企业将各个子系统进口后进行拼装，组成最终的成品机床。我国部分中档普及型数控机床的功能、性能和可靠性方面已具有较强的市场竞争力。在中、高档数控机床方面、四轴、五轴联动机床等高端产品，我国国产产品与国外产品相比，仍存在较大差距。高档机床方面国内产品大约只能占到10%，大部分都是靠进口。数控机床的核心技术―数控系统，由显示器、控制器伺服、伺服电机和各种开关、传感器构成，中国更是几乎全部需要国外进口。目前，我国在上海、烟台建厂的大多是国外数控机床生产厂家，所有的核心技术都被外方掌握。国内能做的中、高端数控机床，更多处于组装和制造环节，普遍未掌握核心技术。国内的华中数控近几年发展迅速，软件水平相当不错，但在电器硬件方面还需进一步提高。目前，国内一些大厂还没有采用华中数控的。
在市场需求方面低档机床和中档机床大约各占50%和40%，高档数控机床的需求大约是10%。从整体市场环境看，欧美等一些老牌机床公司有着长时间的技术积淀，同时不断致力于科技创新和新产品的研发，引导着数控机床技术发展。2014年，国家宏观经济持续低位运行，国家宏观调控政策将继续稳增长、调结构。在此大环境下，数控机床行业也相应地调整现有产业结构，在现有经济型、普及型产品取得成果的基础上发展高端，一方面需要面临国外产品以及合资产品挤压国内中端市场的竞争压力；另一方面要加大研发，挤入高端市场，摆脱受制于人的严峻形势。
四、我国数控机床产业的发展趋势
开放性是新一代数控系统的开发核心。开放性的数控机床采用模块化，层次化的结构，并通过形式向外提供统一的应用程序接口。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，数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。同时，和许多产业将会互联网化一样，数控机床未来也必将走上网络化道路。互联网化的数控装备是近两年的一个新的焦点。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。届时，网络化的数控机床将真正实现在全世界任意地点制造出满足用户需求的产品，进一步缩小制造业在地理和空间上的差异，为下一次的制造业革命奠定良好基础。
经过30多年的发展，我国数控机床制造产业已经基本由市场配置资源，形成了从科研单位、试制生产应用单位、大规模市场推广渠道、下游终端客户、一直到最末级的维修保养与使用反馈这样一个较为完整的产业链。数控机床市场竞争力也大大提高。2014年，我国机床行业发展主旋律概括为八个字：“稳中求进、转型升级”。面对整体下行趋势和国内外市场环境的不断变化，行业企业转型的意识不同程度地增长，从被动应对，到主动顺应，再到能动把握，已有很多企业步入了转型升级的正确轨道。加快普及数控化技术将是解决中国本土机床企业产品竞争力弱、利润薄、产品同质化严重等产业难题的重要手段。
为了让机床铸造产业高速增长，“十二五”规划中对我国机床铸造产业提出了明确的目标，到2015年，机床铸造产业要实现工业总产值8000亿元。要实现这个目标，需要将国家经济政策和行业自主调整发展两个要素相结合。在国家政策层面，已经出台了大量的专项支持措施。国家通过专项财政补贴，税务减免、专项奖励基金、市场开拓扶持、专利申请绿色通道等方面给予了大力支持。与此同时，在行业层面，应当继续实施创新发展战略，以企业为主题，以创新为驱动力。鉴于机床属于投资大、见效慢的行业，仅凭企业自身努力无法实现长久发展，需要多家企业参与共性技术研发，同时引入科研院校参与，实行公私合营伙伴关系推进研发。在行业技术层面，需要加大基础研究投入和研发人才培养。中国机床工业的振兴，数控机床的加速发展，归根到底，取决于人员素质的提高、工业文化水平的提高。人才的加速培养与良好的市场机制、有效的深化改革、改组、改制，可以显著提高工作质量、生产率、劳动生产率。进入21世纪知识经济时代，科学知识及作为重要生产要素的机床，其作用将更加突出。
全称核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品项目，简称“核高基”。其中核心电子器件主要应用在国防科技方面，如卫星和宇宙飞船等；高端通用芯片就是CPU等；基础软件产品就是操作系统、文字处理系统等。简单地说，这个项目就是花大价钱开发出具有完全自主知识产权的CPU和软件操作系统。
科学目标
1.开发微波毫米波器件、高端通用芯片、操作系统、数据库管理系统和中间件为核心的基础软件。
2.提高计算机和网络应用、国家安全等领域整机系统产品和基础软件产品的自主知识产权拥有量和自主品牌的市场占有率。
难点
如何建立中国自己的软件标准。如何应对国家专利、贸易谈判（包括WTO反补贴条款）等。
声音
倪光南（中国工程院院士，汉字联想输入法发明者）
要实现产业化，实际上我们所面临的难题不是技术问题，“核高基”专项所涉及的技术和产品大多是被跨国公司所垄断的，象微软、英特尔，你要能够进入市场和他们竞争，这是很难的，也是最重要的，即使技术上赶上去了，市场可能还打不开。
极大规模的集成
仔细算算你家电子产品的芯片，应该不下100片。严格地遵循着摩尔定律，这些电子产品以18个月为一个周期贬值一半，而最新的电子产品配备的集成电路芯片则拥有着这些淘汰货两倍的处理性能。单位体积越小，就越能极大的集成。集成电路在纳米级进行着殊死的较量。
这就是残酷的半导体行业：芯片越做越小，性能来越好，价格却越来越贱。（参见《新知客》2008年11月刊《小肚能容的存储技术》。）但是这并不妨碍集成电路制造工艺成为当今全球装备制造业中最尖端的技术。它是信息技术的硬件核心。
项目概况
全称极大规模集成电路制造装备及成套工艺项目。
科学目标
1.实现90纳米制造装备产品化，若干关键技术和元部件国产化。
2.研究开发出65纳米制造装备样机。
3.突破45纳米以下关键技术，攻克若干项极大规模集成电路制造核心技术、共性技术，初步建立我国集成电路制造产业创新体系。
难点
缺乏完整产业链上的各个环节的互相支持。配套零部件的国产化水平不高。国内的芯片生产商考虑到生产线各个环节的兼容性与匹配性，以及日后装备技术升级和维护的需要，目前优先选择用进口装备。
高智能“机器制造者”
美国在10年前制定的“集成制造技术计划及其路线图计划”中，就已经将智能化的工艺和装备作为未来制造业取得成功的6项条件之一。实现智能化工艺的数控机床业牵动的是整个制造业的发展。高档数控机床和基础制造装备又被称为“母机”，它们是造机器的机器，因此这个领域的科技水平影响到从航空航天、船舶、汽车、发电设备到电子及通信设备等制造业的各个大小领域。
中国是世界的“制造工厂”，对高档数控机床与基础制造技术有着巨大的市场需求。早在2003年我国已经成为世界第一机床消费大国和第一进口大国。今天，中国的数控机床产业的市场占有过半居世界第一，然而，只是占据了数量上的优势，高端产品却很少。
2008年9月，在上海举行的中德制造领域的高端技术交流会议上，专家们把中国制造产业升级的思路最终建立在了以高档数控机床为基础的“下一代制造技术”。那将是更高速、超精密而且具有高度智能的制造技术。此刻，随着世界金融风暴席卷全球，中国制造的出口环境已经显露窘态，坊间甚至盛传江浙和广州的制造业在一夜之间倒闭殆半。这也许是一种暗示：30年来劳动密集型的传统中国制造业大限将至。我们只有期待着数控机床行业在整合与产业升级的过程中，最终带动着整个制造业的升级，且告别低端市场。
声音
屈贤明（中国机械科学研究院原副院长）
高档数控机床是工业现代化的基石。高档数控机床与基础制造装备直接关系到大飞机等专项计划能否顺利实施，因为这是在为生产大飞机零件而研制机器。大飞机关键设备的加工、成型；发动机涡轮的设计制造都需要首先研制开发出相应的机床和基础设备。
项目概况
全称高档数控机床与基础制造技术项目。实施周期内的投入总概算为208.16亿元，中央财政投入84.07亿元，企业自筹124.09亿元。
科学目标
1.重点研究2~3种大型、高精度数控母机。
2.开发航空、航天、船舶、汽车、能源设备等行业需要的关键高精密数控机床与基础装备。
3.突破一批数控机床基础技术和关键共性技术，建立数控装备研发平台和人才培养基地，促进中高档数控机床发展。
难点
1.自主开发能力薄弱。
2.我国在高端数控机床生产领域，技术薄弱，而且有70%的零部件依赖进口。
关联
关键词：数控机床；故障问题；维修改造；优化对策
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.02.001
1数控机床维修改造中的常见问题
1.1工作环境恶劣，缺乏保护措施
第一，数控机床的故障问题大多发生在运行过程中，对于没有安装防护装置或是不具备连锁功能的机床来说，很容易给周边的设备操作人员造成健康危害；第二，部分大型数控机床，出于操作安全考虑，要求机床操作人员必须站在安全区内进行设备管理，在数控机床故障维修或改造期间，操作人员没有按照相关的安全作业规定，或是没有遵循技术标准，在安全区以外进行维修改造，从而增加了自身的安全风险；第三，在进行特殊产品加工时，会产生大量的粉尘或材料碎屑，造成工作环境污染。在加工完成后如果没有及时进行打扫，这些粉尘、碎屑就会落入到数控机床内部，导致机床加工精度受到影响，严重情况下还会引发设备故障。
1.2电气设备保护不当
部分企业为了追求利润最大化，常常使数控机床超负荷运作。在这种工作条件下，数控机床内部电机持续运作，电机运转过程中产生的热量不能及时散失出去，当热量积累到一定程度后，就会烧毁内部线路。通常情况下，当电动机连续工作500w以上，就必须启动热保护措施。但是在数控机床的实际维修改造过程中，部分企业所使用的“t-v”保护器与数控机床的电动机功率不匹配，当被保护设备的时间常数（t0）与保护器的时间常数（t1）差异过大时，保护器的功能将难以发挥。
1.3操作人员保护意识不足
数控机床的内部结构较为紧凑和复杂，在多数情况下，数控机床某一故障问题的出现，是多种因素共同作用而引起的。如果维修人员在进行故障维修时，没有进行全面的分析和综合的探讨，则只能解决表面的故障，难以排查更深层次的安全隐患，在后期数控机床使用过程中，这些潜在的故障必然会影响机械加工精度。除此之外，还有部分操作人员缺乏故障防范意识，对于修理过的设备或是更换过的零件，没有做好记录或标记，也就无法跟踪这些零件的工作效率，不利于设备维修改造质量的提升。目前，数控机床的功能日趋多样化，为了满足各种功能的需要，机床内部结构也更加复杂。如果数控机床操作人员缺乏保护意识，或是自身专业技术不过关，就很有可能在维修改造中留下安全隐患。
2数控机床维修改造问题的改进建议
2.1大型专用数控设备技术要点
对于大型数控设备主轴而言，基本都是采取齿轮变速的转动方式，这样能有效地扩大功率变速范围，即使在低速时也能传递较大的转矩。一般齿轮变速都存在挂档问题，可以利用电动瞬动解决这一问题，所以在利用大惯量部件进行延时时，可以用时间继电器进行检测。同时，挂档限位开关需要回答计算机是否挂档成功，挂档的瞬间点应该向接口输入口令，在PAL系统中很难顺利完成这一操作过程，所以PAL无法有效地处理电动机运动问题。
2.2掌握常见数控机床结构
如上文所说，现代数控机床设备的内部结构精密化和复杂化方向发展，一旦设备出现内部故障，必须要第一时间锁定故障源，并及时采取故障维修和改造措施，将故障损失降到最低。因此，数控机床的维修人员应当熟悉机床的整体结构，并对数控机床常见的故障问题有一个大体的了解，从而提高维修和改造的工作效率。对于数控机床的制造商，一方面要结合现代化技术，不断提升数控机床的性能和效率；另一方面也要严格遵循行业内的技术标准，即便是出现了设备故障，也能够采取有效的维修和改造措施。
2.3加强数控机床维修改造的调试和验收
特殊情况下，数控机床的某一故障问题，可能是由多方面因素共同影响而产生的。如果维修人员没有进行全面的检测，只针对其中的某一部件进行维修，则不能彻底解决数控机床的故障问题。为了避免故障返修所造成的损失，要求在数控机床维修改造后，必须进行调试和验收。首先，应当安排专人对数控机床的机械动力装置、传感设备、液压系统进行调试，调试期间按照由外到内、由易到难的原则，逐步完成调试工作。其次，调试工作完成后，进行整机验收。启动数控机床，在机床运行过程中观察其各项工作参数，并对照相应的标准。确保各项参数符合标准范围后，进行验收。
2.4建立高素质的维修改造队伍
数控机床作为一种集合了计算机技术、信息技术和工程加工技术的综合性高科技产品，要想确保其应有功能的最优化发挥，必须培养一支综合能力强、专业素质高的现代化技术队伍，一方面能够确保数控基础维修改造工作的高质量开展，另一方面也能够定期做好数控机床的维护，避免大的故障问题的发生。从企业角度来说，应当加强对人才队伍建设的重视程度，并积极创造充分的人才培养机会。例如，可以聘请该行业领域的专家，定期来单位进行专业知识讲座，教授操作人员基本的维修和改造技巧；还可以挑选部分优秀员工，外出学习和深造，实现理论、操作水平的协同进步。
3结语
数控机床在工作过程中，由于多方面因素的影响，很容易发生各种形式的机械故障，及时采取维修改造措施，能够将故障损失降到最低。但是由于工作环境、专业技术等因素的制约，数控机床维修改造中还存在一些问题，企业必须要通过加强技术培训、开展专业教育等方式，做好数控基础维修改造后的调试和验收工作，避免故障隐患的存在，确保数控机床能够高效、安全运行。
参考文献：
[1]段少虎，周洪明.基于多源信息融合的数控机床进给系统机械故障诊断研究[J].中国制造业信息化，2013（07）：164-165.
