2 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢

1. 高速化
   隨著汽車、國防组砚、航空吻商、航天等工業(yè)的高速發(fā)展以及鋁合金等新材料的應(yīng)用，對(duì)數(shù)控機(jī)床加工的高速化要求越來越高糟红。

   1. 主軸轉(zhuǎn)速：機(jī)床采用電主軸(內(nèi)裝式主軸電機(jī))诅鹰，主軸最高轉(zhuǎn)速達(dá)200000r/min；
   2. 進(jìn)給率：在分辨率為0.01μm時(shí)流沦，最大進(jìn)給率達(dá)到240m/min且可獲得復(fù)雜型面的精確加工笋骡；
   3. 運(yùn)算速度：微處理器的迅速發(fā)展為數(shù)控系統(tǒng)向高速、高精度方向發(fā)展提供了保障邢窜，開發(fā)出CPU已發(fā)展到32位以及64位的數(shù)控系統(tǒng)叮盲，頻率提高到幾百兆赫、上千兆赫丘隙。由于運(yùn)算速度的極大提高只忿，使得當(dāng)分辨率為0.1μm、0.01μm時(shí)仍能獲得高達(dá)24～240m/min的進(jìn)給速度伶离；
   4. 換刀速度：目前國外先進(jìn)加工中心的刀具交換時(shí)間普遍已在1s左右禾膀，高的已達(dá)0.5s。德國Chiron公司將刀庫設(shè)計(jì)成籃子樣式诺教，以主軸為軸心驹柴，刀具在圓周布置，其刀到刀的換刀時(shí)間僅0.9s碗帅。
2. 高精度化
   數(shù)控機(jī)床精度的要求現(xiàn)在已經(jīng)不局限于靜態(tài)的幾何精度夹厌，機(jī)床的運(yùn)動(dòng)精度、熱變形以及對(duì)振動(dòng)的監(jiān)測和補(bǔ)償越來越獲得重視裆悄。

   1. 提高CNC系統(tǒng)控制精度：采用高速插補(bǔ)技術(shù)矛纹，以微小程序段實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)給，使CNC控制單位精細(xì)化光稼，并采用高分辨率位置檢測裝置或南，提高位置檢測精度(日本已開發(fā)裝有106脈沖/轉(zhuǎn)的內(nèi)藏位置檢測器的交流伺服電機(jī)，其位置檢測精度可達(dá)到0.01μm/脈沖)艾君，位置伺服系統(tǒng)采用前饋控制與非線性控制等方法采够；
   2. 采用誤差補(bǔ)償技術(shù)：采用反向間隙補(bǔ)償肄方、絲桿螺距誤差補(bǔ)償和刀具誤差補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)，對(duì)設(shè)備的熱變形誤差和空間誤差進(jìn)行綜合補(bǔ)償吁恍。研究結(jié)果表明扒秸，綜合誤差補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用可將加工誤差減少60%～80%播演；
   3. 采用網(wǎng)格解碼器檢查和提高加工中心的運(yùn)動(dòng)軌跡精度冀瓦，并通過仿真預(yù)測機(jī)床的加工精度，以保證機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度写烤，使其性能長期穩(wěn)定秘舅，能夠在不同運(yùn)行條件下完成多種加工任務(wù)，并保證零件的加工質(zhì)量培车。
3. 功能復(fù)合化
   復(fù)合機(jī)床的含義是指在一臺(tái)機(jī)床上實(shí)現(xiàn)或盡可能完成從毛坯至成品的多種要素加工猩烘。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為工藝復(fù)合型和工序復(fù)合型兩類。工藝復(fù)合型機(jī)床如鏜銑鉆復(fù)合——加工中心割钧、車銑復(fù)合——車削中心内会、銑鏜鉆車復(fù)合——復(fù)合加工中心等；工序復(fù)合型機(jī)床如多面多軸聯(lián)動(dòng)加工的復(fù)合機(jī)床和雙主軸車削中心等衔侯。采用復(fù)合機(jī)床進(jìn)行加工蝉嘲，減少了工件裝卸、更換和調(diào)整刀具的輔助時(shí)間以及中間過程中產(chǎn)生的誤差迈枪，提高了零件加工精度痛的，縮短了產(chǎn)品制造周期，提高了生產(chǎn)效率和制造商的市場反應(yīng)能力违酣，相對(duì)于傳統(tǒng)的工序分散的生產(chǎn)方法具有明顯的優(yōu)勢梆栏。
   加工過程的復(fù)合化也導(dǎo)致了機(jī)床向模塊化、多軸化發(fā)展受啥。德國Index公司最新推出的車削加工中心是模塊化結(jié)構(gòu)做个，該加工中心能夠完成車削、銑削滚局、鉆削叁温、滾齒、磨削核畴、激光熱處理等多種工序膝但，可完成復(fù)雜零件的全部加工。隨著現(xiàn)代機(jī)械加工要求的不斷提高谤草，大量的多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床越來越受到各大企業(yè)的歡迎跟束。
   在2005年中國國際機(jī)床展覽會(huì)(CIMT2005)上，國內(nèi)外制造商展出了形式各異的多軸加工機(jī)床(包括雙主軸丑孩、雙刀架冀宴、9軸控制等)以及可實(shí)現(xiàn)4～5軸聯(lián)動(dòng)的五軸高速門式加工中心灭贷、五軸聯(lián)動(dòng)高速銑削中心等。
4. 控制智能化
   隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展略贮，為了滿足制造業(yè)生產(chǎn)柔性化甚疟、制造自動(dòng)化的發(fā)展需求，數(shù)控機(jī)床的智能化程度在不斷提高梯盹。具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

   1. 加工過程自適應(yīng)控制技術(shù)：通過監(jiān)測加工過程中的切削力俗股、主軸和進(jìn)給電機(jī)的功率、電流约绒、電壓等信息馁言，利用傳統(tǒng)的或現(xiàn)代的算法進(jìn)行識(shí)別，以辯識(shí)出刀具的受力痛主、磨損群骂、破損狀態(tài)及機(jī)床加工的穩(wěn)定性狀態(tài)，并根據(jù)這些狀態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)整加工參數(shù)(主軸轉(zhuǎn)速蚂芹、進(jìn)給速度)和加工指令谱聂，使設(shè)備處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，以提高加工精度榨厚、降低加工表面粗糙度并提高設(shè)備運(yùn)行的安全性桐装；
   2. 加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇：將工藝專家或技師的經(jīng)驗(yàn)、零件加工的一般與特殊規(guī)律沧仿，用現(xiàn)代智能方法箍秧，構(gòu)造基于專家系統(tǒng)或基于模型的“加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇器”，利用它獲得優(yōu)化的加工參數(shù)馁筐，從而達(dá)到提高編程效率和加工工藝水平涂召、縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間的目的；
   3. 智能故障自診斷與自修復(fù)技術(shù)：根據(jù)已有的故障信息敏沉，應(yīng)用現(xiàn)代智能方法實(shí)現(xiàn)故障的快速準(zhǔn)確定位果正；
   4. 智能故障回放和故障仿真技術(shù)：能夠完整記錄系統(tǒng)的各種信息，對(duì)數(shù)控機(jī)床發(fā)生的各種錯(cuò)誤和事故進(jìn)行回放和仿真盟迟，用以確定錯(cuò)誤引起的原因秋泳，找出解決問題的辦法，積累生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)攒菠；
   5. 智能化交流伺服驅(qū)動(dòng)裝置：能自動(dòng)識(shí)別負(fù)載迫皱，并自動(dòng)調(diào)整參數(shù)的智能化伺服系統(tǒng)，包括智能主軸交流驅(qū)動(dòng)裝置和智能化進(jìn)給伺服裝置辖众。這種驅(qū)動(dòng)裝置能自動(dòng)識(shí)別電機(jī)及負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量卓起，并自動(dòng)對(duì)控制系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)獲得最佳運(yùn)行凹炸；
   6. 智能4M數(shù)控系統(tǒng)：在制造過程中戏阅，加工肚乓、檢測一體化是實(shí)現(xiàn)快速制造、快速檢測和快速響應(yīng)的有效途徑做法，將測量(Measurement)案帆、建模(Modelling)、加工 (Manufacturing)反饲、機(jī)器操作(Manipulator)四者(即4M)融合在一個(gè)系統(tǒng)中捎梢，實(shí)現(xiàn)信息共享，促進(jìn)測量拱屈、建模妖啸、加工卵手、裝夾鸦贩、操作的一體化。
5. 體系開放化
   1. 向未來技術(shù)開放：由于軟硬件接口都遵循公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議诫列，只需少量的重新設(shè)計(jì)和調(diào)整垄怯，新一代的通用軟硬件資源就可能被現(xiàn)有系統(tǒng)所采納、吸收和兼容剂东，這就意味著系統(tǒng)的開發(fā)費(fèi)用將大大降低而系統(tǒng)性能與可靠性將不斷改善并處于長生命周期迂卢；
   2. 向用戶特殊要求開放：更新產(chǎn)品、擴(kuò)充功能桐汤、提供硬軟件產(chǎn)品的各種組合以滿足特殊應(yīng)用要求而克；
   3. 數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)的建立：國際上正在研究和制定一種新的CNC系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)ISO14649(STEP-NC)，以提供一種不依賴于具體系統(tǒng)的中性機(jī)制怔毛，能夠描述產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型员萍，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)制造過程乃至各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品信息的標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)化的編程語言拣度，既方便用戶使用碎绎，又降低了和操作效率直接有關(guān)的勞動(dòng)消耗。
6. 驅(qū)動(dòng)并聯(lián)化
   并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床克服了傳統(tǒng)機(jī)床串聯(lián)機(jī)構(gòu)移動(dòng)部件質(zhì)量大抗果、系統(tǒng)剛度低筋帖、刀具只能沿固定導(dǎo)軌進(jìn)給、作業(yè)自由度偏低冤馏、設(shè)備加工靈活性和機(jī)動(dòng)性不夠等固有缺陷日麸，在機(jī)床主軸(一般為動(dòng)平臺(tái))與機(jī)座(一般為靜平臺(tái))之間采用多桿并聯(lián)聯(lián)接機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，通過控制桿系中桿的長度使桿系支撐的平臺(tái)獲得相應(yīng)自由度的運(yùn)動(dòng)逮光，可實(shí)現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工代箭、裝配和測量多種功能，更能滿足復(fù)雜特種零件的加工醇盏，具有現(xiàn)代機(jī)器人的模塊化程度高腔族、重量輕和速度快等優(yōu)點(diǎn)虑夕。
   并聯(lián)機(jī)床作為一種新型的加工設(shè)備，已成為當(dāng)前機(jī)床技術(shù)的一個(gè)重要研究方向羽折，受到了國際機(jī)床行業(yè)的高度重視沼改，被認(rèn)為是“自發(fā)明數(shù)控技術(shù)以來在機(jī)床行業(yè)中最有意義的進(jìn)步”和“21世紀(jì)新一代數(shù)控加工設(shè)備”。
7. 極端化(大型化和微型化)
   國防巍樟、航空经翻、航天事業(yè)的發(fā)展和能源等基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)裝備的大型化需要大型且性能良好的數(shù)控機(jī)床的支撐。而超精密加工技術(shù)和微納米技術(shù)是21世紀(jì)的戰(zhàn)略技術(shù)捍幽，需發(fā)展能適應(yīng)微小型尺寸和微納米加工精度的新型制造工藝和裝備竹砾，所以微型機(jī)床包括微切削加工(車、銑衩缘、磨)機(jī)床吊违、微電加工機(jī)床、微激光加工機(jī)床和微型壓力機(jī)等的需求量正在逐漸增大延都。
   
8. 信息交互網(wǎng)絡(luò)化
   對(duì)于面臨激烈競爭的企業(yè)來說雷猪，使數(shù)控機(jī)床具有雙向、高速的聯(lián)網(wǎng)通訊功能晰房，以保證信息流在車間各個(gè)部門間暢通無阻是非常重要的求摇。既可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享，又能實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的遠(yuǎn)程監(jiān)視殊者、控制与境、培訓(xùn)、教學(xué)猖吴、管理摔刁，還可實(shí)現(xiàn)數(shù)控裝備的數(shù)字化服務(wù)(數(shù)控機(jī)床故障的遠(yuǎn)程診斷、維護(hù)等)距误。例如簸搞，日本Mazak公司推出新一代的加工中心配備了一個(gè)稱為信息塔(e-Tower)的外部設(shè)備，包括計(jì)算機(jī)准潭、手機(jī)趁俊、機(jī)外和機(jī)內(nèi)攝像頭等，能夠?qū)崿F(xiàn)語音完骑、圖形剩跛、視像和文本的通信故障報(bào)警顯示、在線幫助排除故障等功能谢佩，是獨(dú)立的优狡、自主管理的制造單元。
9. 新型功能部件
   為了提高數(shù)控機(jī)床各方面的性能，具有高精度和高可靠性的新型功能部件的應(yīng)用成為必然铣瞒。具有代表性的新型功能部件包括：

   1. 高頻電主軸：高頻電主軸是高頻電動(dòng)機(jī)與主軸部件的集成芯拇，具有體積小、轉(zhuǎn)速高腔资、可無級(jí)調(diào)速等一系列優(yōu)點(diǎn)双漫，在各種新型數(shù)控機(jī)床中已經(jīng)獲得廣泛的應(yīng)用；
   2. 直線電動(dòng)機(jī)：近年來淡厦，直線電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用日益廣泛刑吕，雖然其價(jià)格高于傳統(tǒng)的伺服系統(tǒng)，但由于負(fù)載變化擾動(dòng)旋乙、熱變形補(bǔ)償端伪、隔磁和防護(hù)等關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)得到簡化装蓬，機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能有了提高著拭。如：西門子公司生產(chǎn)的1FN1系列三相交流永磁式同步直線電動(dòng)機(jī)已開始廣泛應(yīng)用于高速銑床、加工中心矛物、磨床茫死、并聯(lián)機(jī)床以及動(dòng)態(tài)性能和運(yùn)動(dòng)精度要求高的機(jī)床等跪但；德國EX-CELL-O公司的XHC臥式加工中心三向驅(qū)動(dòng)均采用兩個(gè)直線電動(dòng)機(jī)履羞；
   3. 電滾珠絲桿：電滾珠絲桿是伺服電動(dòng)機(jī)與滾珠絲桿的集成，可以大大簡化數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)屡久，具有傳動(dòng)環(huán)節(jié)少忆首、結(jié)構(gòu)緊湊等一系列優(yōu)點(diǎn)。
10. 高可靠性
    數(shù)控機(jī)床與傳統(tǒng)機(jī)床相比被环，增加了數(shù)控系統(tǒng)和相應(yīng)的監(jiān)控裝置等糙及，應(yīng)用了大量的電氣、液壓和機(jī)電裝置筛欢，易于導(dǎo)致出現(xiàn)失效的概率增大浸锨；工業(yè)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)和干擾對(duì)數(shù)控機(jī)床的可靠性極為不利，而數(shù)控機(jī)床加工的零件型面較為復(fù)雜蝴勉，加工周期長私庇，要求平均無故障時(shí)間在2萬小時(shí)以上。為了保證數(shù)控機(jī)床有高的可靠性生肖，就要精心設(shè)計(jì)系統(tǒng)舀蚕、嚴(yán)格制造和明確可靠性目標(biāo)以及通過維修分析故障模式并找出薄弱環(huán)節(jié)。國外數(shù)控系統(tǒng)平均無故障時(shí)間在7～10萬小時(shí)以上盘瞄，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)平均無故障時(shí)間僅為10000小時(shí)左右厢申，國外整機(jī)平均無故障工作時(shí)間達(dá)800小時(shí)以上，而國內(nèi)最高只有300小時(shí)裹侍。
11. 加工過程綠色化
    隨著日趨嚴(yán)格的環(huán)境與資源約束钧饥，制造加工的綠色化越來越重要惨侍，而中國的資源、環(huán)境問題尤為突出嫩誉。因此栽埠，近年來不用或少用冷卻液、實(shí)現(xiàn)干切削镐胃、半干切削節(jié)能環(huán)保的機(jī)床不斷出現(xiàn)镶骗，并在不斷發(fā)展當(dāng)中。在21世紀(jì)躲雅，綠色制造的大趨勢將使各種節(jié)能環(huán)保機(jī)床加速發(fā)展鼎姊，占領(lǐng)更多的世界市場。
12. 多媒體技術(shù)的應(yīng)用
    多媒體技術(shù)集計(jì)算機(jī)相赁、聲像和通信技術(shù)于一體相寇，使計(jì)算機(jī)具有綜合處理聲音、文字钮科、圖像和視頻信息的能力唤衫，因此也對(duì)用戶界面提出了圖形化的要求。合理的人性化的用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶的使用绵脯，人們可以通過窗口和菜單進(jìn)行操作佳励，便于藍(lán)圖編程和快速編程、三維彩色立體動(dòng)態(tài)圖形顯示蛆挫、圖形模擬赃承、圖形動(dòng)態(tài)跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實(shí)現(xiàn)悴侵。除此以外瞧剖，在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用多媒體技術(shù)可以做到信息處理綜合化、智能化灌滤，應(yīng)用于實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備的故障診斷名娶、生產(chǎn)過程參數(shù)監(jiān)測等，因此有著重大的應(yīng)用價(jià)值誉芙。