世界機床的發展史

採用數字技術進行機械加工，最早是在40年代初，由美國北密支安的一個小型飛機工業承包商派爾遜斯公司（ParsonsCorporation）實現的。他們在製造飛機的框架及直升飛機的轉動機翼時，利用全數字電子計算機對機翼加工路徑進行數據處理，並考慮到刀具直徑對加工路線的影響，使得加工精度達到±0.0381mm（±0.0015in），達到了當時的最高水平。

1952年，麻省理工學院在一台立式銑床上，裝上了一套試驗性的數控系統，成功地實現了同時控制三軸的運動。這台數控機床被大家稱為世界上第一台數控機床。

這台機床是一台試驗性機床，到了1954年11月，在派爾遜斯專利的基礎上，第一台工業用的數控機床由美國本迪克斯公司（Bendix-Cooperation）正式生產出來。

在此以後，從1960年開始，其他一些工業國家，如德國、日本都陸續開發、生產及使用了數控機床。

數控機床中最初出現並獲得使用的是數控銑床，因為數控機床能夠解決普通機床難於勝任的、需要進行輪廓加工的曲線或曲面零件。

然而，由於當時的數控系統採用的是電子管，體積龐大，功耗高，因此除了在軍事部門使用外，在其他行業沒有得到推廣使用。

到了1960年以後，點位控制的數控機床得到了迅速的發展。因為點位控制的數控系統比起輪廓控制的數控系統要簡單得多。因此，數控銑床、沖床、坐標鏜床大量發展，據統計資料表明，到1966年實際使用的約6000台數控機床中，85%是點位控制的機床。

數控機床的發展中，值得一提的是加工中心。這是一種具有自動換刀裝置的數控機床，它能實現工件一次裝卡而進行多工序的加工。這種產品最初是在1959年3月，由美國卡耐?;特雷克公司（Keaney&TreckerCorp.）楷發出來的。這種機床在刀庫中裝有絲錐、鑽頭、鉸刀、銑刀等刀具，根據穿孔帶的指令自動選擇刀具，並通過機械手將刀具裝在主軸上，對工件進行加工。它可縮短機床上零件的裝卸時間和更換刀具的時間。加工中心現在已經成為數控機床中一種非常重要的品種，不僅有立式、卧式等用於箱體零件加工的鏜銑類加工中心，還有用於迴轉整體零件加工的車削中心、磨削中心等。

1967年，英國首先把幾台數控機床連接成具有柔性的加工系統，這就是所謂的柔性製造系統（FlexibleManufacturingSystem——FMS）之後，美、歐、日等也相繼進行開發及應用。 1974年以後，隨著微電子技術的迅速發展，微處理器直接用於數控機床，使數控的軟體功能加強，發展成計算機數字控制機床（簡稱為CNC機床），進一步推動了數控機床的普及應用和大力發展。

80年代，國際上出現了1～4台加工中心或車削中心為主體，再配上工件自動裝卸和監控檢驗裝置的柔性製造單元（FlexibleManufacturingCell——FMC）。這種單元投資少，見效快，既可單獨長時間少人看管運行，也可集成到FMS或更高級的集成製造系統中使用。

目前，FMS也從切削加工向板材冷作、焊接、裝配等領域擴展，從中小批量加工向大批量加工發展。

所以機床數控技術，被認為是現代機械自動化的基礎技術。

那什麼是車床呢？據資料所載，所謂車床，是主要用車刀對旋轉的工件進行車削加工的機床。在車床上還可用鑽頭、擴孔鑽、鉸刀、絲錐、板牙和滾花工具等進行相應的加工。車床主要用於加工軸、盤、套和其他具有迴轉表面的工件，是機械製造和修配工廠中使用最廣的一類機床。

古代的車床是靠手拉或腳踏，通過繩索使工件旋轉，並手持刀具而進行切削的。1797年，英國機械發明家莫茲利創製了用絲杠傳動刀架的現代車床，並於1800年採用交換齒輪，可改變進給速度和被加工螺紋的螺距。1817年，另一位英國人羅伯茨採用了四級帶輪和背輪機構來改變主軸轉速。

為了提高機械化自動化程度，1845年，美國的菲奇發明轉塔車床；1848年，美國又出現回輪車床；1873年，美國的斯潘塞製成一台單軸自動車床，不久他又製成三軸自動車床；20世紀初出現了由單獨電機驅動的帶有齒輪變速箱的車床。

第一次世界大戰後，由於軍火、汽車和其他機械工業的需要，各種高效自動車床和專門化車床迅速發展。為了提高小批量工件的生產率，40年代末，帶液壓仿形裝置的車床得到推廣，與此同時，多刀車床也得到發展。50年代中，發展了帶穿孔卡、插銷板和撥碼盤等的程序控制車床。數控技術於60年代開始用於車床，70年代后得到迅速發展。

車床依用途和功能區分為多種類型。

普通車床的加工對象廣，主軸轉速和進給量的調整範圍大，能加工工件的內外表面、端面和內外螺紋。這種車床主要由工人手工操作，生產效率低，適用於單件、小批生產和修配車間。

轉塔車床和迴轉車床具有能裝多把刀具的轉塔刀架或回輪刀架，能在工件的一次裝夾中由工人依次使用不同刀具完成多種工序，適用於成批生產。

自動車床能按一定程序自動完成中小型工件的多工序加工，能自動上下料，重複加工一批同樣的工件，適用於大批、大量生產。

多刀半自動車床有單軸、多軸、卧式和立式之分。單軸卧式的布局形式與普通車床相似，但兩組刀架分別裝在主軸的前後或上下，用於加工盤、環和軸類工件，其生產率比普通車床提高3～5倍。

仿形車床能仿照樣板或樣件的形狀尺寸，自動完成工件的加工循環，適用於形狀較複雜的工件的小批和成批生產，生產率比普通車床高10～15倍。有多刀架、多軸、卡盤式、立式等類型

立式車床的主軸垂直於水平面，工件裝夾在水平的迴轉工作台上，刀架在橫粱或立柱上移動。適用於加工較大、較重、難於在普通車床上安裝的工件，一般分為單柱和雙柱兩大類。

鏟齒車床在車削的同時，刀架周期地作徑嚮往復運動，用於鏟車銑刀、滾刀等的成形齒面。通常帶有鏟磨附件，由單獨電動機驅動的小砂輪鏟磨齒面。

專門車床是用於加工某類工件的特定表面的車床，如曲軸車床、凸輪軸車床、車輪車床、車軸車床、軋輥車床和鋼錠車床等。聯合車床主要用於車削加工，但附加一些特殊部件和附件后，還可進行鏜、銑、鑽、插、磨等加工，具有「一機多能」的特點，適用於工程車、船舶或移動修理站

看機床的水平主要看金屬切削機床，其他機床技術和複雜性不高，就是近幾年很流行的電加工機床，也只是方法的改變，沒什麼複雜性和科技含量。

我國的數控磨床水平不錯，每年都有大量出口，因為它簡單，基本屬於勞動密集型。

金屬加工主要是去除材料，得到想得到的金屬形狀。去除材料，主要靠車和銑，車床發展為數控車床，銑床發展為加工中心。高精度多軸機床，可以讓複雜零件在精度和形狀上一次到位，例如，飛機上的一個複雜零件，以前由很多種工人：車工、銑工、磨床工、畫線工、熱處理工用好幾個月干，其中還有報廢的，最新的複合數控機床幾天甚至幾個小時就全乾好了，而且精度比你設計的還高。零件精度高就意味著壽命長，可靠性好。

由普通發展到數控，一個人頂原來的十個，在精度上，更是沒法說，適應性上，零件變了，換個程序就行。把人的因素也降為最低，以前在工廠，誰要時會車渦輪、蝸桿，沒個10年8年的不行，要是誰掌握了，那牛得很。現在用數控設備，只要你會編程，把參數輸進去就可以了，很簡單，剛畢業的技校學生都會，而且批量的產品質量也有保證。

自美國在50年代末搞出世界一台數控車床后，機床製造業就進入了數控時代，中國在六十年代也搞出了第一代數控機床，但後來中國進入了什麼年代，大家都知道。等80年代我們再去看世界的數控機床水平，差距就是20年了，其實奮起直追還有希望，但國營工廠不思進取，到了90年代，我們再去看世界水平，已有30年的差距了。中國改革開放前走的是蘇聯的路子，什麼叫蘇聯的路子，舉個例子來講：比如，生產一根軸，蘇聯的方式是建一個專用生產線，用多台專用機床，好處是批量很容易上去，但一旦這根軸的參數發生了變化，這條線就報廢了，生產人員也就沒事做了。在1960－1980年代，國營工廠一個產品生產幾十年不變樣。到了1980年代后，當時搞商品經濟，這些廠不能迅速適應市場，經營就困難了，到了90年代就大量破產，大量職工下崗。現代的生產也有大批量生產，但主要是單件小批量，不管是那種，只要你的設備是數控的，適應起來就快。專業機床的路子已經到頭了， ;西方走的路和前蘇聯不一樣，當年的「東芝」事件，就是日本東芝賣給蘇聯了幾台五軸聯動的數控銑床，讓蘇聯在潛艇的推進螺旋槳上的製造，上了一個檔次，讓美國的聲納聽不到潛艇聲音了，所以美國要懲處東芝公司。由此也可見，前蘇聯的機床製造業也落後了，他們落後，我們就更不用說了。雖然，美國搞出了世界第一台數控機床，但數控機床的發展，還是要數德國。德國本來在機械方面就是世界第一，數控機床無非就是搞機電一體化，機械方面德國已沒問題，剩下的就是電子系統方面，德國的電子系統工業本來就強大，所以在上世紀六、七十年代，德國就執機床界的牛耳了。

但日本人的強項就是仿造，從上世紀70年代起，日本大量從德國引進技術，消化后大量仿造，經過努力，日本在90年代起，就超越了德國，成為世界第一大數控機床生產國，直到現在還是。他們在機床製造水平上，有一些也走在了世界前面，如在機床複合（一機多種功能）化方面，是世界第一。數控機床的核心就在數控系統方面，日本目前在系統方面也排世界第一，主要是它的發拿科公司。第一代的系統用步進電機，我們現在也能造，第二代用交流伺服電機。現在的數控系統的核心就是交流伺服電機和系統內的邏輯控制軟體，交流伺服電機我們國家目前還沒有誰能製造，這是一個光學、機械、電子的綜合體。邏輯控制軟體就是控制機床的各軸運動，而這些軸是用伺服電機驅動的，一般的系統能同時控制3軸，高級系統能控制五軸，能控5軸的，五軸以上也沒問題。我們國家也由有5軸系統，但「做秀」的成份多，還沒實用化。我們的工廠用的五軸和五軸以上機床，100％進口。

機床是一個國家製造業水平高低的象徵，其核心就是數控系統。我們目前不要說系統，就是國內造的質量稍微好一點的數控機床，所用的高精度滾珠絲杠，軸承都是進口的，主要是買日本的，我們自產的滾珠絲杠、軸承在精度、壽命方面都有問題。目前國內的各大機床廠，數控系統100％外購，各廠家一般都買日本發那科、三菱的系統，佔80％以上，也有德國西門子的系統，但比較少。德國西門子系統為什麼用的少呢？早期，德國系統不太能適合我們的電網，我們的電網穩定性不夠，西門子系統的電子伺服模塊容易燒壞。日本就不同了，他們的系統就燒不壞。近來西門子系統改進了不少，價格方面還是略高。德國人很不重視中國，所以他們的系統漢語化最近才有，不像日本，老早就有漢語化版的。

就國產高級數控機床而言，其利潤的主體是被外國人拿走了，中國只是掙了一個辛苦錢。

美國為什麼沒有能成為數控機床製造大國呢？這個和他們當時制定產業政策的人有關，再加上當時美國的勞動力貴，買比製造划算。機床屬於投資大，見效慢，回報率底的產業，而且需要技術積累。不太附和美國情況。但後來美國發現，機床屬於戰略物資，沒有它，飛機、大炮、坦克、軍艦的製造都有問題，所以他們重新制定政策，扶植了一些機床廠，規定了一些單位只能買國產設備，就是貴也得買，這就為美國保留了一些數控機床行業。美國機床在世界上沒有什麼競爭力。

歐洲的機床，除德國外，瑞士的也很好，要說超高精密機床，瑞士的相當好，但價格也是天價。一般用戶用不起。義大利、英國、法國屬於二流，中國很少買他們的機床。西班牙為了讓中國進口他們的機床，不惜貸款給中國，但買的人也很少??借錢總是要還的。

韓國、台灣的數控機床製造能力比大陸地區略強，不過水平差不多。他們也是在上世紀90年代引進日本技術發展的。韓國應該好一點，它有自己製造的、已經商業化了的數控系統，但進口到中國的機床，應我們的要求，也換成了日本系統。我們對他們的系統信不過。韓國數控機床主要有兩家：大宇和現代。大宇目前在我國設有合資企業。台灣機床和我們大體一樣，自己造機械部分，系統採購日本的。但他們的機床質量差，壽命短，目前在大陸影響很壞。其實他們比我們國產的要好一點。但我們自己的差，我們還能容忍，台灣的機床是用美金買來的，用的不好，那火就大了。台灣最主要的幾家機床廠已打算把工廠遷往大陸，大部分都在上海。這些廠目前在國內的競爭中，也打著「國產」的旗號。

近來隨著中國的經濟發展，也引起了世界一些主要機床廠商的注意，2000年，日本最大的機床製造商「馬扎克」在中國銀川設立了一家數控機床合資廠，據說製造水平相當高，號稱「智能化、網路化」工廠，和世界同步。今年日本另外一家大機床廠大隈公司在北京設立了一家能年產1000台數控機床的控股公司，德國的一家很有名的企業也在上海設立了工廠。

目前，國家制定了一些政策，鼓勵國民使用國產數控機床，各廠家也在努力追趕。國內買機床最多的是軍工企業，一個購買計劃里，80％是進口，國產機床滿足不了需要。今後五年內，這個趨勢不會改變。不過就目前國內的需要來講，我國的數控機床目前能滿足中低檔產品的訂貨。

美、德、日三國是當今世上在數控機床科研、設計、製造和使用上，技術最先進、經驗最多的國家。因其社會條件不同，各有特點。

1.美國的數控發展史

美國政府重視機床工業，美國國防部等部門因其軍事方面的需求而不斷提出機床的發展方向、科研任務,並且提供充足的經費，且網羅世界人才，特別講究「效率」和「創新」，注重基礎科研。因而在機床技術上不斷創新，如1952年研製出世界第一台數控機床、1958年創製出加工中心、70年代初研製成FMS、1987年首創開放式數控系統等。由於美國首先結合汽車、軸承生產需求，充分發展了大量大批生產自動化所需的自動線，而且電子、計算機技術在世界上領先，因此其數控機床的主機設計、製造及數控系統基礎紮實，且一貫重視科研和創新，故其高性能數控機床技術在世界也一直領先。當今美國生產宇航等使用的高性能數控機床，其存在的教訓是，偏重於基礎科研，忽視應用技術，且在上世紀80代政府一度放鬆了引導，致使數控機床產量增加緩慢，於1982年被後進的日本超過，並大量進口。從90年代起，糾正過去偏向，數控機床技術上轉向實用，產量又逐漸上升。

2.德國的數控發展史

德國政府一貫重視機床工業的重要戰略地位，在多方面大力扶植。，於1956年研製出第一台數控機床后，德國特別注重科學試驗，理論與實際相結合，基礎科研與應用技術科研並重。企業與大學科研部門緊密合作，對數控機床的共性和特性問題進行深入的研究，在質量上精益求精。德國的數控機床質量及性能良好、先進實用、貨真價實，出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密數控機床。德國特別重視數控機床主機及配套件之先進實用，其機、電、液、氣、光、刀具、測量、數控系統、各種功能部件，在質量、性能上居世界前列。如西門子公司之數控系統，均為世界聞名，競相採用。

3.日本的數控發展史

日本政府對機床工業之發展異常重視，通過規劃、法規(如「機振法」、「機電法」、「機信法」等)引導發展。在重視人才及機床元部件配套上學習德國，在質量管理及數控機床技術上學習美國，甚至青出於藍而勝於藍。自1958年研製出第一台數控機床后，1978年產量(7,342台)超過美國(5,688台)，至今產量、出口量一直居世界首位(2001年產量46,604台，出口27,409台，佔59%)。戰略上先仿后創，先生產量大而廣的中檔數控機床，大量出口，佔去世界廣大市場。在上世紀80年代開始進一步加強科研，向高性能數控機床發展。日本FANUC公司戰略正確，仿創結合，針對性地發展市場所需各種低中高檔數控系統，在技術上領先，在產量上居世界第一。該公司現有職工3,674人，科研人員超過600人，月產能力7,000套，銷售額在世界市場上佔50%，在國內約佔70%，對加速日本和世界數控機床的發展起了重大促進作用。