浅析数控机床的发展进程及趋势浅析数控机床的发展进程及趋势内容摘要我国作为世界制造大国实现装备制造业的现代化是我国经济社会发展的必然选择 ，也是实现社会经济科学发展，顺利完成新型工业化道路，实现国民经济可持续发展的重要方针。与传统机床相比数控机床具有良好的制造柔性、生产精度高、产品生产率提高显著、操作者劳动强度低、较为舒适的工作条件、易于实现批量生产等特点博得了广大生产企业用户的青睐。本文以数控机床为研究对象，首先阐述了数控机床的发展历程，尤其对其进给伺服系统和机械传动系统的发展过程进行了详细描述，接下来对我国数控机床的发展现状与发展趋势进行了介绍，并分析了其存在的问题，最后提出了针对我国数控机床的发展策略。关键词：数控机床；进给伺服系统；机床加工程序I 浅析数控机床的发展进程及趋势的提高，大大提升了加工表面质量；同时，各种高性能新型材料在机床结构制造中的使用，使得数控机床的各项精度显著提高。（l）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 l06 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0.0lm/脉冲），位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制等方法；（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。2.3 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。在零部件一体化程度不断提高、数量不断减少的同时，加工的产品形状日益复杂，多轴化控制的机床适合加工形状复杂的工件。另一方面，产品周期的缩短要求加工机床能够随时调整和适应新的变化，满足各种各样产品的加工需求，这就要求一台机床能够处理以往需要几台机床处理的工序。复合加工机床突出体现了工件在一次装卡中完成大部分或全部加工工序，从而达到减少机床和夹具、免去工序间的搬运和储存、提高工件加工精度、缩短加工周期和节约作业面积的目的。复合加工机床已成为机床发展的一个重要方向。2.4 智能化（l）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8 浅析数控机床的发展进程及趋势（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；（2）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；（3）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；（4）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；（5）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；2.5 网络化机床联网可进行远程控制和无人化操作。通过机床联网，可在任何一台机床上对其它机床进行编程、设定、操作、运行，不同机床的画面可同时显示在每一台机床的屏幕上。随着互联网技术的普及与发展，在企业日常工作管理过程中网络化管理模式已经日益普及。管理者往往可以通过手中的鼠标实现对企业的管理。数控机床作为企业生产的重要工具也逐渐进行了数字化得改造。数控机床的网络化推进了了柔性制造自动化技术的快速发展，使数控机床得发展更加具有信息集成化、智能化和系统化。数控机床的网络化发展方向也体现在远程监控与故障处理上。当数控机床运行过程中出现故障后，数控机床生产厂家不用直接亲临现场就可以通过互联网对故障数控机床进行远程诊断与故障排除，这样不仅可以大大减少数控机床的维修成本，而且还可以大大提高企业的生产效率。数控机床的网络化发展方向还表现在远程操作与培训上。可以通过把数控机床共享到网络上，从而实现多地、多用户的远程操作与培训的需要，甚至可以依靠电子商务平台任意组成网上虚拟数控车间，实现跨地域全球性的CAD/CAM/CNC 网络制造。2.6 柔性和开放性9 浅析数控机床的发展进程及趋势由于用户总有一些通用数控系统不能满足的功能，因此要求能在通用数控系统的平台上，自行开发一些专用功能，以满足其特殊需求。从而要求数控系统具有一定的柔性和开放性，形成通用数控和专用数控特殊功能之间的结合，如在普通数控车床上增加车削非圆截面工件（如活塞）的功能等。目前基于个人计算机（PC）的数控系统和基于工业控制计算机的数控系统都具有一定的开放性，而新近发展起来的嵌入式数控系统和可重构数控系统具有更好的开放性，已得到广泛应用。（l）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，在国际上正在研究和制定一种新的 CNC 系统标准ISO14649，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。2.7 绿色化为了追求符合环保要求的机床，干式切削和微量润滑剂切削方法因其可大大减少润滑剂的挥发而得到越来越广泛的应用，同时，机床操作者在工作时的环境、位置会被考虑得非常舒适。 此外， 无污染的清洁加工技术也受到极大重视。在“十二五”期间，国家将继续坚持扩大内需的方针，进一步规范投资市场，实施积极的财政政策和稳健的货币政策，适时适度调整政策的力度和重点，切实把工作重点转到调整转变增长方式、提高增长质量和效益上来，保持我国经济平稳增长。因此，宏观经济环境将更有利于机床工具行业的发展。 随着科技进步、 产品升级以及国家重点工程、 地方投资项目的不断推进， 国民经济各行业对机床工具产品的需求水平将进一步提高，国防现代化对高水平机床的需求将更为迫切， 市场需求将向更高层次发展， 新一轮的市场竞争也将更加激烈。10 浅析数控机床的发展进程及趋势3 数控机床发展中所存在的问题由于我国的技术水平和基础工业相对其他发达国家相比比较落后, 数控机床的性能、水平和可靠性与工业发达国家相比差距还很大。因此, 加速进行中国数控系统的工程化、商品化攻关, 尽快建成与完善我国数控机床和数控产业成了我国的主要任务[5]。目前，我国在发展数控机床业中存在的主要问题主要有以下几点：1) 缺乏实事求是的科学精神，忽视了数控机床本身的技术特点、发展规律，没有实事求是地制定数控机床发展的规划，盲目性大。2) 缺乏系统深入的科研工作难以对各种技术资料进行积累，设计方法陈旧，仅靠类比模仿进行产品设计，既缺乏机床创新的基本理论，又缺乏丰富的生产实际经验，对高效自动化机床、数控机床的刚度、振动、热变形、噪声、精度补偿等基础技术缺乏深入研究，对各类机床加工工艺、布局、结构、导轨、卡轴、卡具等应用技术又缺乏认真试验，难以创新设计出优质适销的先进产品。3) 没有合理地运用资源这主要表现在两点，第一，对于所涉及到的研究所、厂房等没有综合应用、取长补短，往往见到的是他们孤军作战，而且各单位忙于生存，普遍缺乏深入系统的科研工作，更没有做到生产一代、研制一代、预研一代等可持续的发展；第二，机床行业人员素质低，缺乏各方而人才，而且各研究单位、企业、人才流失严重，科研、设计力量十分虚弱，往往呈现低效运行状态。4) 我国制造业大环境的制约。由于没有在全国范围内发展大量大批生产自动化，对高效自动化机床的卞机设计的基本功较差，而机床的品种结构发展，全靠主机设计本领加以变化，因此，依靠引进和合作生产来发展各类卞机，至今我国许多高性能、新结构的数控机床大都为合作产品，基本处于仿制阶段。5) 缺乏吸引高层次、高素质人才创新创业的环境，高速、柔性、精密机床配套技术的自主研发能力低。6) 对国外技术重引进、轻消化吸收的问题仍很突出。“消化”在整个资金投入中所占的比例相对其他工业发达国家来讲太低。11 浅析数控机床的发展进程及趋势4 数控机床的发展策略从上世纪 80 年代起, 我国机床制造业对数控技术和数控机床一直给予较大的关注。但是由于我们的数控技术与其他工业发达国家差距较大，与国外一些先进产品相比，仍存在着很大劣势, 使得我们总是处于技术跟踪阶段。面对这种情况，为了加速振兴我国的机床制造业，提高我国的数控机床技术，应当加强以下几个方面的研究工作：1) 以高速化为先导，提高数控机床的综合性能数控机床的高速化是提高其高效柔性和高精化的一个重要措施。分析中型加工中心的高速化与高精化的发展历程，可以得出，作为表征其切削运动高速化的主轴最高转速和最大进给速度，大致持续地以每 10 年增长 1 倍的比率上升，而表征压缩机床辅助时间的快移速度（指以滚珠丝杠和旋转伺服电机驱动）和自动换刀/工作台转位速度，基本上以每 12～15 年翻一番的速度增长，1993 年后逐步推广用直线电动机直接驱动的新技术，使加工中心的快移速度比用滚珠丝杠副驱动时又提高了 1 倍。高速化的发展还要多注意 2 个问题：从先进适用出发确定高速范围；高速化要和机床的结构和控制性能相匹配。2) 推进 μm 工程，研制高效精密数控机床目前国内生产的数控机床尚缺少高效、高可靠性且加工精度达微米级的产品。为此，需研发一些能兼顾高效化和高精化的数控制造装备以适应汽车制造业加工关键零件的需求。由于这些数控制造装备的加工精度主要在微米级 μm）范围内，因此可称为 μm 级制造装备及技术研究，简称“μm 工程”。3) 发展复合加工数控机床、缩短制造过程链加快复合数控机床的发展步伐，提高工序的集中度，使加工过程链集约化，可以提高多品种单件和中小批量加工的工效，也有利于加工精度的稳定性。复合数控机床可以减少在不同数控机床间进行工序的转换而引起的待工以及多次上下料等时间。通常这些时间占零件整个生产周期的 40%～60%，即使在信息管理良好的情况下，仍将占 20%左右。因此，复合数控机床具有明显的技术效果。为了避免复合机床因功能的扩展而过多地引起结构的复杂化和成本的增加，还需要探求两个问题：通过创新技术扩大功能部件的适用面来简化结构；发展模块化和可重构化的复合机床。4) 高效柔性化的新一代制造系统12 浅析数控机床的发展进程及趋势1995 年开始研究的在可重构制造技术支持下，构建具有适应大批量高效柔性化生产的可重组制造系统（RMS）是一个值得注意的发展动向。其核心为制造系统能物理组态，即根据加工对象的变化方便地进行布局和设备配置的调整，发展了能对多变的市场需求做出合理的配置规划和易于调整的布局方式、适应重构的控制软件、开放式控制系统和规范化接口以及能快速提升系统重组后制造质量的诊断系统等技术，使其兼具专用生产线的高效性能和适用的柔性以取得更佳的经济性，已在生产中取得了初步成功的应用。5) 发展网络化制造单元，推进企业制造能力的高效柔性化当前，国内外一些机床和数控系统制造企业在从分布式网络化联盟制造的角度出发研究相适应的制造单元，强化其自治管理能力，能与企业的资源计划 ERP），产品数据管理 PDM）和计算机辅助设计/计算机辅助制造/计算机辅助工程 CAD/CAPP/CAM）的信息集成，进而通过与客户关系管理（CRM）和供应链管理（SCM）的联系做出智能决策，实施并行工程、可视化监控等以提高机床利用率，实现高效的柔性生产。6) 开展可靠性设计，加强全面质量管理，保证数控机床的可靠性增长为了保证数控机床有高的可靠性，设计时不仅要考虑其功能和力学特性，还要进行可靠性设计，根据可靠性要求合理分配各组成件的可靠性指标，在配套件采购和制造过程中重视质量要求，加强全面质量管理以求可靠性的不断增长。7) 提高技术人员的综合素质。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，有效的深化改革、改组、改制，切切实实加强科学管理，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。13 浅析数控机床的发展进程及趋势参考文献[1] 毕承恩.现代数控机床.北京：机械工业出版社，2010.15-19.[2] 中国机床工具工业协会.年机床工具行业运行情况分析，2010.23-24.[3] 智能化与数字化.数控机床业走入高端围城.中国经济和信息化，2011，3.[4] 张莉松.伺服系统原理与设计.北京：北京理工大学出版社，2010.20-21.[5] 郭庆鼎.交流伺服系统.北京：机械工业出版社，2008.7-8.14 浅析数控机床的发展进程及趋势目 录内容摘要............................................................................................................................I前 言................................................................................................................................11 数控机床的发展进程..................................................................................................21.1 进给伺服系统...................................................................................................21.2 机械传动系统...................................................................................................41.3 数控机床加工程序的结构...............................................................................52 数控机床的发展趋势..................................................................................................73 数控机床发展中所存在的问题................................................................................114 数控机床的发展策略................................................................................................12参考文献.........................................................................................................................14 浅析数控机床的发展进程及趋势前 言自 20 世纪末开始，我国制造业就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。机床是先进制造技术和制造信息集成的重要元素，既是生产力要素，又是重要商品。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[1]。在国际贸易中, 很多发达国家把数控机床视为具有高技术附加值、高利润的主要机电出口产品。因此，对数控机床技术的发展历程进行总结分析，将有助于推进我国数控机床技术实现跨越式发展的目标。数控机床自问世以来，数控机床以其系统自身较传统机床所具有的柔性好、精度稳定、生产率高、劳动强度低、工作条件优良、易于实现批量生产等特点博得了广大生产企业用户的青睐。不久前我国政府颁布了《加快振兴装备制造业的若干建议》，通过这一具有全局性的总纲性文件透视出我国发展超大型、超精密和超高速数控机床的决心，加上我国工业化的快速发展，对数控机床行业也有着显著的促进作用。《加快振兴装备制造业的若干建议》中进一步明确和揭示了装备制造业在我国经济社会建设和强国之路建设道路中所发挥的重要作用。大力促进我国装备制造业的快速发展，实现装备制造业的现代化是我国经济生活中的一件大事，是实现社会经济科学发展，走新型工业化道路，实现国民经济可持续发展的重要方针。1 浅析数控机床的发展进程及趋势1 数控机床的发展进程自上世纪 50 年代以来，世界数控机床主要经历了数控 NCNumerical Control）和计算机数控 CNCComputer Numerical Control）2 个阶段[2]。数控 NC 阶段主要经历了以下 3 代：第 1 代数控系统，始于 50 年代初年，系统全部采用电子管元件，逻辑运算与控制采用硬件电路完成。第 2 代数控系统，始于 50 年代末，以晶体管元件和印刷电路板广泛应用于数控系统为标志。第 3 代数控系统，始于 60 年代中期，由于小规模集成电路的出现，使其体积变小、功耗降低，可靠性提高，推动了数控系统的进一步发展。计算机数控 CNC 阶段也经历了 3 代：第 4 代数控系统，始于 70 年代，当首个采用小型计算机的 CNC 装置芝加哥展览会上露面时，标志着 CNC 技术的问世。第 5 代数控系统，70 年代后期，中、大规模集成电路技术所取得成就，促使价格低廉、体积更小、集成度更高、工作可靠的微处理器芯片的产生，并逐步应用于数控系统。第 6 代数控系统，始于 90 年代初，受通用微机技术飞速发展的影响，数控系统正朝着以个人计算机（PC）为基础，向着开放化、智能化、网络化等方面进一步发展。数控机床通常由控制系统、进给伺服系统、检测系统、机械传动系统及其他辅助系统组成。其中进给伺服系统作为数控机床的重要功能部件，其性能是决定数控机床加工性能的极其重要的技术指标。因此提高进给伺服系统的动态特性与静态特性的品质是人们始终追求的目标。接下来主要介绍一下进给伺服系统和机械传动系统的发展历程。1.1 进给伺服系统进给伺服以数控机床的各坐标为控制对象，产生机床的切削进给运动。为此，要求进给伺服能快速调节坐标轴的运动速度，并能精确地进行位置控制。具体要求其调速范围宽、位移精度高、稳定性好、动态响应快。根据系统使用的电动机，给伺服可细分为步进伺服、直流伺服、交流伺服和直线伺服。1.1.1 步进伺服系统2 浅析数控机床的发展进程及趋势步进伺服是一种用脉冲信号控制，并将脉冲信号转换成相应角位移的控制系统。其角位移与脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比，通过改变脉冲频率可调节电动机的转速。如果停机后某些绕组仍保持通电状态，则系统还具有白锁能力。步进电动机每转 1 周都有固定的步数，如 500 步、1000 步、50000 步等，理论上其步距误差不会累计。步进伺服结构简单，符合系统数字化发展需要，但精度差、能耗高、速度低，且其功率越大移动速度越低。特别是步进伺服易于失步，使其主要用于速度与精度要求不高的经济型数控机床及旧设备改造。但近年发展起来的恒斩波驱动、PWM 驱动、微步驱动、超微步驱动和混合伺服技术，使步进电动机的高、低频特性得到很大提高，特别是随着智能超微步驱动技术的发展，将把步迸伺服的性能提高到新的水平。1.1.2 直流伺服系统直流伺服的工作原理建立在电磁定律基础上。与电磁转矩相关的是互相独立的两个变量：主磁通与电枢电流，分别控制励磁电流与电枢电流，可方便地进行转矩与转速控制。另一方面，从控制角度看，直流伺服的控制是一个单输人单输出的单变量控制系统，经典控制理论完全适用于这种系统，因此，直流伺服系统控制简单，调速性能优异，在数控机床的进给驱动中曾占据主导地位。然而，从实际运行考虑，直流伺服电动机引入了机械换向装置，其成本高、故障多、维护困难。经常因碳刷产生的火花而影响生产，并对其他设备产生电磁干扰。同时，机械换向器的换向能力限制了电动机的容量和速度。电动机的电枢在转子上，使得电动机效率低、散热差。为改善换向能力、减小电枢的漏感。转子变得短粗，影响了系统的动态性能。1.1.3 交流伺服系统针对直流电动机的缺陷，如果将其做“里翻外”的处理，即把电驱绕组装在定子、转子为永磁部分，由转子轴上的编码器测出磁极位置，就构成永磁无刷电动机，同时，矢量控制方法的实用化使交流伺服系统具有良好的伺服特性。其宽调速范围、高稳速精度、快速动态响应及四象限运行等良好的技术性能，使其动、静态特性可与直流伺服系统相媲美。同时可实现弱磁高速控制，拓宽了系统的调速范围，适应了高性能伺服驱动的要求。目前，在机床进给伺服中采用的主要是永磁同步交流伺服系统，有三种类型：模拟形式、数字形式和软件形式。模拟伺服用途单一，只接收模拟信号，位置控制通常由上位机实现；数字伺服可实现一机多用，如做速度、力矩、位置控制，可接收模拟指令和脉冲指令，各种参数均以数字方式设定，稳定性好，具有较丰富的自诊断、报3 浅析数控机床的发展进程及趋势警功能；软件伺服是基于微处理器的全数字伺服系统，其将各种控制方式和不同规格、功率的伺服电机的监控程序以软件实现。使用时可由用户设定代码与相关的数据即自动进人工作状态。配有数字接口，改变工作方式、更换电动机规格时，只需重设代码即可，故也称万能伺服。交流伺服已占据了机床进给伺服的主导地位，并随着新技术的发展而不断完善，具体体现在三方面：（1）系统功率驱动装置中的电力电子器件不断向高频化方向发展，智能化功率模块得到普及与应用；（2）基于微处理器嵌人式平台技术的成熟，将促进先进控制算法的应用；（3）网络化制造模式的推广及现场总线技术的成熟，将使基于网络的伺服控制成为可能。1.1.4 直线伺服系统直线伺服系统采用一种直接驱动方式（direct drive），与传统的旋转传动方式相比，最大特点是取消了电动机到工作台间的一切机械中间传动环节，即把机床进给传动链的长度缩短为零。这种“零传动”方式带来了旋转驱动方式无法达到的性能指标，如加速度可达 29.4m／s2 以上，为传统驱动装置的 10～20 倍，进给速度是传统的 4—5倍。从电动机的工作原理来讲，直线电动机有直流、交流、步进、永磁、电磁、同步和异步等多种方式；而从结构来讲，又有动圈式、动铁式、平板型和圆筒型等形式。目前应用到数控机床上的主要有高精度高频响小行程直线电动机与大推力长行程高精度直线电动机两类。1.2 机械传动系统机械传动系统中以大型高速重载齿轮传动系统尤为重要，由于它作为一个复杂的弹性系统，受到齿轮啮合刚度、传动误差以及箱体支承的非线性刚度等系统参数激励的作用而发生振动，再加之受到工作装置非线性耦合作用的影响，因此系统出现振动噪声的环节很多，可以诱发多种故障，而在实际运转过程中常常是多故障并存，这给检测和诊断带来了许多困难,机械传动的齿轮传动包括齿轮轴（转子）、齿轮、轴承和箱体等元件，而在损伤失效中，齿轮和齿轮轴（转子）、轴承的失效概率最大，据有关资料报道分别为 60%和 29%,因此，关于机械传动系统的损伤失效可按齿轮和齿轮轴（转子）两大类来分别研究目前的现状和未来发展方向。机械传动系统的在线监测及故障预报系统能够实时监控机电设备运行状态，并进行自动故障预报、故障类型识别及维修决策提示。数据信号采集及传输是机械传动系统的在线监测及故障预报系统实现的前提。随着机械传动系统中微弱信号所处环境越4 浅析数控机床的发展进程及趋势来越恶劣，高温、高速、振动、空间狭小等特殊环境使得目标信号的获取日趋复杂。传统的信号采集设备由于体积大、可测量点远离信号源等特点使目标信号能量损失过大，外围噪声强度过高，信号间耦合程度过强且映射关系复杂，难以提取到对象的目标信号。这导致一些重要技术装备，特别是机械传动系统的状态监测、损坏原因分析及残余寿命预测等都无法有效实现，难以提高产品可靠性。现代化仪器设备日益向高速化、微型化、智能化、信息化、网络化发展，嵌入式技术日趋成熟，同时无线射频技术的快速发展，数据的无线传输在许多领域得到了越来越广泛地应用，这为解决当前在机械传动系统上的特殊环境下信号采集难题创造了前提。因此，本文提出了一种用于机械传动系统的嵌入式信号采集与无线数据传输系统的设计与实现。该系统采用LPC2146 作为为处理器，CCllOl 作为数据发送和接收的载体，有效地实现了传动系统上数据信号的采集与无线传输。1.3 数控机床原理及特点数字控制机床( Computer numerical controlmachine tools) 即数控机床是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作数控折弯机并加工零件。20 世纪中期，随着电子技术的发展，自动信息处理、数据处理以及电子计算机的出现，给自动化技术带来了新的概念，用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制，推动了机床自动化的发展。与普通机床相比，数控机床加工精度高，具有稳定的加工质量; 可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件; 加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间；机床本身的精度高、刚性大，可选择有利的加工用量，生产率高，一般为普通机床的 3～5 倍；机床自动化程度高，可以减轻劳动强度；对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高。1.3.1 工作原理数控机床是数字控制机床的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。 其工作原理就是将加工过程中所需要的各种操作(如主轴变速、进刀与退刀、开车与停车、工件松开与夹紧、自动关停冷却液等)和步骤，以及工件形状尺寸用数字化代码予以表示，通过控制介质(如磁盘或穿孔纸带等)将数字信息送入数控装置，数控装置则将对所输入的信息进行处理与运算，发出各种控制信号，以控制机床伺服系统和其他驱动原件，从而使机床自动加工出生产中所需要的工件。简单地说，数控机床就是能够5 浅析数控机床的发展进程及趋势逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，将其译码，从而使机床动作并加工零件。1.3.2 加工内容 数控机床由主机、数控装置、驱动装置、辅助装置、编程及其他附属设备几个部分组成。数控机床的数控系统由显示器、伺服控制器、伺服电机、开关和传感器构成。数控机床的加工一般包括对图纸进行分析，确定需要数控加工部分；利用图形软件对需要数控加工部分造型；加工条件，选择合适加工参数，生成包括粗加工、半精加工、精加工的加工轨迹；轨迹仿真检验；生成代码；传给机床加工几项内容。 使用数控机床进行生产加工的关键是加工数据和工艺参数的获取，即数控编程。1.3.3 基本特点数控机床自动化程度高， 机床操作者的劳动趋于智力型工作，极大地降低了劳动强度；加工过程属于封闭式加工，既清洁又安全，有利于改善劳动条件；机床本身的精度高、刚性大，具有稳定的加工质量，可进行多坐标的联动，不但能加工形状复杂的零件，在加工用量上可选择有利的，大大提高了生产效率；适合单件、小批生产及新产品开发，具有高度柔性，当加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，这不仅缩短了生产准备周期，而且节省了大量工艺设备费用；加工中所使用的数字信号与标准代码为控制信息， 易于实现加工信息的标准化，在有效减少零件的加工时间和辅助时间的同时，更有利于生产管理的规范化、现代化。 另外，数控机床是一种价格昂贵的精密设备，对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高。6 浅析数控机床的发展进程及趋势2 数控机床的发展趋势进入 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。数控机床正向高速化、高精度化、复合化、智能化、开放化、网络化、多轴化、绿色化等方面发展。在数控机床的早期产品中，数控装置是专用的。近年来，数控系统技术的突飞猛进，柔性制造系统的迅速发展和超高速切削、超精密加工等技术的广泛应用，以及电子、计算机信息技术的不断成熟，为数控机床的技术进步提供有利条件的同时，也提出了更高的要求。数控装置中的逻辑电路已被计算机所取代，从而实现了控制多样化和多功能化。为更好地满足市场的需要，达到现代制造技术对数控机床所提出的更高要求，使数控机床控制功能实现最佳控制和自适应控制，在数控机床中增加其系统诊断功能并通过传感器反馈，实现加工智能化，更好地保证系统的可靠性是十分必要的。总之，数控机床应不断吸收最新、最先进技术成就，朝着高可靠性、高速度化、高效率化、高精度化、高柔性化、高智能化、数控编程自动化、制造控制系统小型化、多功能复合化、设计宜人化等方向发展。2.1 高速化机床向高速化方向发展，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。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 60～200m/min，切削进给速度高于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。2.2 高精度化当代工业产品对精度的要求越来越高，特别是在航空航天等行业体现尤为突出．在计算机技术发展的推动下，各种加工精度补偿技术得以发展和应用;机床主轴转速7