從1952年美國(guó)研制成功第一臺(tái)數(shù)字控制機(jī)床以來(lái)敏簿，不僅使制造裝備出現(xiàn)了重大創(chuàng)新媳搪，而且也促使工藝集中成為高效制造的一個(gè)主流趨勢(shì)邑彪。上世紀(jì)末出現(xiàn)的以完整加工(EndtoEnd)為工藝集中特征的復(fù)合機(jī)床已成為數(shù)控機(jī)床發(fā)展史上的又一次重大飛躍瞧毙。

　　完整加工是指盡可能在一臺(tái)數(shù)控機(jī)床上完成零件的所有加工工序，它可以消除或減少工序間輸送與等待時(shí)間寄症，并可以避免多次裝卸宙彪，用以提高生產(chǎn)效率和保證加工精度，對(duì)于復(fù)雜形狀零件和大型零件其優(yōu)越性更為明顯有巧。

　　這種具有完整加工功能的復(fù)合機(jī)床與以往傳統(tǒng)多功能機(jī)床相比释漆，其先進(jìn)性不僅在于具有數(shù)控的柔性自動(dòng)化悲没、多軸聯(lián)動(dòng)加工復(fù)雜型面和反饋控制的高加工精度，更由于它并不是把各種功能部件在結(jié)構(gòu)上作簡(jiǎn)單地推砌灵汪，而是通過(guò)創(chuàng)新充分發(fā)揮各功能部件的功能集成性和結(jié)構(gòu)緊湊性檀训。例如銑車復(fù)合機(jī)床應(yīng)用直驅(qū)技術(shù)的銑頭既可進(jìn)行銑削，又能作為車刀座姆赔，它靈活的A軸和B軸運(yùn)動(dòng)能很方便地實(shí)現(xiàn)空間的車阅窝、銑、鉆等加工豆凛。因此研發(fā)新一代功能集成坞龙、運(yùn)動(dòng)靈便、結(jié)構(gòu)獨(dú)立缸舱、外形緊湊的機(jī)電一體化的功能部件蚀稻，對(duì)推進(jìn)高性價(jià)比的多軸控制復(fù)合機(jī)床的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。

　　功能部件的發(fā)展及特征

　　盛伯浩先生：數(shù)控機(jī)床的功能部件與普通傳統(tǒng)機(jī)床的功能部件是不同的把意，最大的區(qū)別在于機(jī)電一體化府塘。機(jī)電一體化中，各部分的不斷加強(qiáng)绿捶，對(duì)機(jī)床的發(fā)展有了一個(gè)更好的促進(jìn)棚疏，使之發(fā)展更快。傳統(tǒng)的機(jī)床的功能部件不具有統(tǒng)一性婆精，各廠生產(chǎn)的部件继溯、模塊、品種都不相同沈条，在使用上有一定的阻礙需忿，現(xiàn)在的功能部件已經(jīng)進(jìn)一步規(guī)范化。首先各功能部件間的聯(lián)系不再單純地通過(guò)機(jī)構(gòu)或機(jī)械來(lái)緊密地耦合蜡歹，而是通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)及程序指令來(lái)完成屋厘；其次它們都具有不同程度的反饋控制的能力以保證動(dòng)作的精確性。這些特點(diǎn)充分反映出它的機(jī)電一體化的時(shí)代特征月而，成為具有高性能的新型功能部件擅这。

　　例如，電主軸是把電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子內(nèi)裝于主軸和主軸套筒上景鼠，用編碼器進(jìn)行速度檢測(cè)并與伺服控制裝置構(gòu)成電主軸單元仲翎，根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)合還有在主軸上能對(duì)刀具或工件自動(dòng)夾持等功能；又如應(yīng)用直接驅(qū)動(dòng)原理的直線電機(jī)也成為集動(dòng)力铛漓、控制和執(zhí)行機(jī)構(gòu)于一體的功能部件溯香。

　　功能部件的發(fā)展和其專業(yè)化生產(chǎn)為機(jī)床主軸制造廠提供功能完善、品質(zhì)優(yōu)良、運(yùn)行可靠玫坛、結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化且性價(jià)比合適的選件结笨，不僅有利于縮短新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和制造周期，而且由于功能部件已占據(jù)數(shù)控機(jī)床成本相當(dāng)大的比例傅慈，運(yùn)行的可靠性和工作的諧和性是先進(jìn)功能部件優(yōu)化應(yīng)用的基礎(chǔ)蹦虏，運(yùn)行的可靠性和工作的諧和性是先進(jìn)功能部件優(yōu)化應(yīng)用的基礎(chǔ)，它的產(chǎn)業(yè)化也有助增強(qiáng)數(shù)控機(jī)床的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)碘淘。

　　數(shù)控機(jī)床的功能部件對(duì)機(jī)床的功能擴(kuò)展和性能的提升起著極為重要的作用刮血，因此，它不同于一般配套件和附件的選用惰采，不僅須與數(shù)控機(jī)床的整體結(jié)構(gòu)諧和協(xié)調(diào)颂鞭，融入整機(jī)系統(tǒng)具有最佳的匹配性能，而且還能很好地彰顯出該數(shù)控機(jī)床的個(gè)性化特征栋锣。

　　例如刑袒，應(yīng)用電機(jī)與主軸一體化的電主軸可以減少轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和增加傳動(dòng)剛度，成為數(shù)控機(jī)床高速化的一項(xiàng)主要措施谍竿。但目前不少電主軸商品雖用于鋁合金和模具型面加工非常合適程悼，但在加工鋼件和鑄鐵件時(shí)由于主軸最大扭矩不足，反使金屬切除率下降路影，從而出現(xiàn)雖有高速的能力诬像，卻有不能獲得高效的不足。因此需從整個(gè)機(jī)床系統(tǒng)的角度來(lái)綜合考慮相適應(yīng)的電主軸的轉(zhuǎn)速范圍时迫、功率、扭矩等參數(shù)谓晌，以及研發(fā)高速小慣量的內(nèi)置變速裝置等多樣化結(jié)構(gòu)以適應(yīng)不同加工領(lǐng)域的需要掠拳。

　　又如當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度的提高會(huì)引起一些負(fù)面影響，它會(huì)使機(jī)床結(jié)構(gòu)和測(cè)量系統(tǒng)的熱變形以及裝置控制的跟蹤誤差隨速度增加而增大纸肉，因此能用于高速化的數(shù)控系統(tǒng)不能僅是提高數(shù)據(jù)處理能力溺欧，而是應(yīng)具備熱誤差補(bǔ)償單元以及能實(shí)現(xiàn)速度前瞻控制、位置環(huán)前饋控制和加減速平穩(wěn)控制等先進(jìn)控制技術(shù)的功能柏肪。

　　由此可見(jiàn)姐刁，功能部件的研發(fā)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，通過(guò)它的功能烦味、性能和可靠性指標(biāo)來(lái)保障數(shù)控機(jī)床發(fā)揮優(yōu)異的品質(zhì)聂使。

　　兼顧速度與精度

　　蕭瑞華博士：作為機(jī)床的最主要的基礎(chǔ)功能部件，導(dǎo)軌導(dǎo)向系統(tǒng)與滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)極大的影響著機(jī)床速度的提升谬俄。

　　目前力士樂(lè)的導(dǎo)軌導(dǎo)向系統(tǒng)具有很高的速度和加速度柏靶，滾珠導(dǎo)軌導(dǎo)向系統(tǒng)速度可達(dá)5m/s；加速度可達(dá)500m/s2；滾柱導(dǎo)軌導(dǎo)向系統(tǒng)速度可達(dá)3m/s铛田，加速度可達(dá)150m/s2挂蹦。

　　而力士樂(lè)的滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠內(nèi)循環(huán)模式，改良了運(yùn)動(dòng)特性嚣历，實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)叼叙。在運(yùn)行方向上具有較高的剛度，同時(shí)具有較高的精度和較低的噪聲盟挤，同直線電機(jī)相比具有更高的進(jìn)給力么酪，但是速度和加速度較低，維護(hù)要求也相對(duì)較高忘拧。而直線電機(jī)在響應(yīng)速度捏诫，定位精度上相比滾珠絲杠傳動(dòng)具有更大的優(yōu)勢(shì)。但是溃擒，采用直線電機(jī)的整個(gè)機(jī)器結(jié)構(gòu)沒(méi)有緩沖连定，所以控制系統(tǒng)復(fù)雜，還需要采取防護(hù)措施解決磁鐵吸引切屑以及散熱等問(wèn)題叮洋。價(jià)格也比滾珠絲杠高磁携。

　　對(duì)于要求高運(yùn)行速度的應(yīng)用，力士樂(lè)提供有高速系列精密滾珠絲杠產(chǎn)品良风。配合精密滾壓的絲杠谊迄，具有滾珠循環(huán)功能的特殊端蓋的法蘭式單螺母是決定整體系統(tǒng)性能的主要元件。此端蓋復(fù)合了在一個(gè)單體內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效切線循環(huán)必須的全部功能烟央，保證了很高的系統(tǒng)穩(wěn)定性统诺。具有四列滾道的螺母可容納更多數(shù)量的滾珠，從而增大了負(fù)載能力疑俭。最大導(dǎo)程為40mm粮呢，直線運(yùn)動(dòng)速度可達(dá)240m/min。

　　力士樂(lè)開(kāi)發(fā)的配驅(qū)動(dòng)螺母FAR的滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)钞艇，雖然滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)的絲杠固有頻率不變啄寡，但由于絲杠的兩端固定不動(dòng)，而省去了回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)哩照，因此就不會(huì)出現(xiàn)由于回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而引起的自激頻率挺物。力士樂(lè)對(duì)被驅(qū)動(dòng)螺母采用了高精密加工，也不會(huì)由此而產(chǎn)生自激頻率飘弧。所以盘胯，這種方案能夠允許高轉(zhuǎn)速(高直線速度)，而不會(huì)產(chǎn)生共振現(xiàn)象要尚。與常規(guī)的滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)相比咧笔，能夠達(dá)到常規(guī)系統(tǒng)速度的10倍鉴膝。

　　劉震先生：在提高機(jī)床精度方面，運(yùn)動(dòng)控制解決方案的創(chuàng)新主要有以下幾點(diǎn)：

　　(1)提高處理器的性能垂票，可以實(shí)現(xiàn)納米甚至高于納米級(jí)的定位控制

　　(2)提高運(yùn)動(dòng)控制總線的傳輸速率李晾，使得通信效率不成為高性能運(yùn)動(dòng)控制的瓶頸。力士樂(lè)SercosIII運(yùn)動(dòng)控制總線育需，傳輸速率達(dá)到100MB恕且，是目前世界上速度最高的運(yùn)動(dòng)控制總線。

　　(3)提高伺服驅(qū)動(dòng)器的性能阎揪，是提升插補(bǔ)的最有效的手段吩欣。

　　(4)伺服電機(jī)作為運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行者，它的性能和質(zhì)量同樣是保證高精度的關(guān)鍵所在海庆。

　　應(yīng)對(duì)復(fù)雜加工與大工件加工

　　劉震先生：多任務(wù)復(fù)合加工機(jī)床恋瞳，是未來(lái)機(jī)床的發(fā)展方向，當(dāng)前也受到很大的關(guān)注溃蔫，它對(duì)運(yùn)動(dòng)控制的要求最主要體現(xiàn)在數(shù)控系統(tǒng)對(duì)多通道支持和多軸的支持健提，簡(jiǎn)而言之就是一套高端數(shù)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)幾套甚至十幾套中低端數(shù)控系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)的性能。力士樂(lè)IndraMotionMTX機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的典型特征就是可實(shí)現(xiàn)最多達(dá)到12個(gè)通道伟叛，64個(gè)伺服軸私痹，32個(gè)主軸的運(yùn)動(dòng)控制。2005年瑞士Micron公司推出的轉(zhuǎn)臺(tái)式自動(dòng)加工線NG50就是典型的多任務(wù)符合加工機(jī)床统刮，使用IndraMotionMTX系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了12個(gè)通道紊遵，12個(gè)主軸，40個(gè)伺服軸的控制侥蒙，在高端機(jī)床市場(chǎng)引起強(qiáng)烈反響暗膜。

　　隨著全球能源熱，還有國(guó)內(nèi)航空航天鞭衩、鐵路学搜、工程機(jī)械等行業(yè)對(duì)大型機(jī)床的強(qiáng)勁需求，大工件加工效率的提升倍受矚目醋旦。而大工件加工效率對(duì)機(jī)床控制系統(tǒng)的主要要求首先體現(xiàn)在驅(qū)動(dòng)功率的滿足恒水。力士樂(lè)IndraDrive系列驅(qū)動(dòng)器的功率范圍達(dá)到120kW会放，完全滿足大工件的加工需求俗耗。其次，加工效率還體現(xiàn)在機(jī)床的易操作性匈惑，易維護(hù)性缝聋，要求在機(jī)床進(jìn)行故障排查和檢修的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)最小的停機(jī)時(shí)間。力士樂(lè)IndraMotionforHandling是機(jī)床行業(yè)物料搬運(yùn)的交鑰匙的解決方案庇鸭，完全實(shí)現(xiàn)機(jī)床零件各加工工序之間的自動(dòng)化的輸送減少人力投入废徙，提高加工效率紧贪。

　　提高功能部件市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力

　　盛伯浩先生：數(shù)控機(jī)床的功能部件是一個(gè)具有機(jī)電一體化特征的子系統(tǒng)。它在控制信息方面與上位的數(shù)控系統(tǒng)構(gòu)成邏輯上的分布式數(shù)控體系爵孔；在物理結(jié)構(gòu)上則成為執(zhí)行機(jī)床系統(tǒng)中一個(gè)或多個(gè)功能的獨(dú)立單元藤该。因此，它的運(yùn)動(dòng)參數(shù)神阔、承載能力里状、物理特性、精度保持性和工作壽命等都需與機(jī)床系統(tǒng)協(xié)調(diào)匹配吩捞。不斷提高品質(zhì)加強(qiáng)服務(wù)是提高功能部件市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力的重要措施鳞编。這里對(duì)如何發(fā)展品質(zhì)優(yōu)良且具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的功能部件提出以下幾點(diǎn)意見(jiàn)。

　　(1)充分提升功能部件的技術(shù)含量渐扮，以其高附加值來(lái)取得良好的經(jīng)濟(jì)效益论悴。一種先進(jìn)的功能部件不是僅僅依靠批量化生產(chǎn)降低成本來(lái)取得市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，而是需要從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造上樹(shù)立精益求精的主導(dǎo)思想墓律，加強(qiáng)創(chuàng)新力度膀估，才能形成強(qiáng)勢(shì)的拳頭產(chǎn)品。

　　(2)建立機(jī)電一體化功能部件的集成設(shè)計(jì)技術(shù)只锻。適用于數(shù)控機(jī)床的先進(jìn)功能部件本身就是一個(gè)機(jī)電一體化的集成子系統(tǒng)玖像，它是動(dòng)力能源、廣義機(jī)械執(zhí)行裝置和動(dòng)態(tài)反饋控制三者的總成齐饮，不僅包含三者間的內(nèi)部匹配和連接捐寥，而且還具有與外部的接口。例如伺服驅(qū)動(dòng)裝置祖驱，只有在綜合協(xié)調(diào)伺服電機(jī)的動(dòng)力特性握恳、外部負(fù)載的力學(xué)特性與伺服控制平臺(tái)的參數(shù)設(shè)置，才能使該裝置實(shí)現(xiàn)優(yōu)化捺僻。

　　(3)有利于促進(jìn)數(shù)控機(jī)床向個(gè)性化和可重構(gòu)化發(fā)展乡洼。這也是功能部件與一般配套件的一個(gè)主要區(qū)別。功能部件作為數(shù)控機(jī)床中的一個(gè)分系統(tǒng)嚼讹，要做到設(shè)法以己之長(zhǎng)來(lái)推進(jìn)數(shù)控機(jī)床的整體性能優(yōu)勢(shì)扛焊。這就需要加強(qiáng)售前服務(wù)，既要為用戶推薦適用的產(chǎn)品脊腺，又能根據(jù)需要作必要的改進(jìn)崎绽。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，對(duì)功能部件結(jié)構(gòu)上要深化模塊化設(shè)計(jì)茉园，在制造上要運(yùn)用定制化規(guī)模生產(chǎn)方式宅殿，以達(dá)到功能提升和成本降低的目標(biāo)。

　　機(jī)電一體化功能部件向功能多樣化汁讹、接口智能化诞书、結(jié)構(gòu)緊湊化方向發(fā)展將有利于促進(jìn)個(gè)性化復(fù)合加工機(jī)床的推廣以及適用于生產(chǎn)線的新一代可重構(gòu)機(jī)床的出現(xiàn)锤知。

　　(4)加強(qiáng)“產(chǎn)學(xué)研用”結(jié)合和多學(xué)科專業(yè)的合作。在我國(guó)數(shù)控機(jī)床功能部件制造企業(yè)中有不少是在機(jī)床元件和附件制造廠基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的快檀，為了能實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展贩纵，除了很好分析國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品的技術(shù)外，加強(qiáng)“產(chǎn)學(xué)研用”的結(jié)合都晶，引入多學(xué)科的專業(yè)知識(shí)將是促進(jìn)創(chuàng)新的一個(gè)有效措施然走。例如發(fā)展在30000r/min轉(zhuǎn)速下用直徑50mm銑刀超高速切削鋁合金的電主軸所需的功率就超過(guò)80kW，而目前大多數(shù)高速電主軸商品僅在30kW左右戏挡，問(wèn)題在于大功率電機(jī)需要較大的轉(zhuǎn)子直徑芍瑞，受電機(jī)轉(zhuǎn)子材料的允許線速度的制約，轉(zhuǎn)子直徑又不能增大褐墅，這就需要對(duì)電機(jī)結(jié)構(gòu)拆檬、轉(zhuǎn)子材料以及動(dòng)平衡技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新才能有所突破。

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