【編者按】數(shù)控機床的發(fā)展日新月異巨坊，高速化撬槽、高精度化、復(fù)合化抱究、智能化恢氯、開放化带斑、并聯(lián)驅(qū)動化鼓寺、網(wǎng)絡(luò)化、極端化勋磕、綠色化已成為數(shù)控機床發(fā)展的趨勢和方向妈候。

中國作為一個制造大國敢靡，主要還是依靠勞動力、價格苦银、資源等方面的比較優(yōu)勢啸胧，而在產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新與自主開發(fā)方面與國外同行的差距還很大。中國的數(shù)控產(chǎn)業(yè)不能安于現(xiàn)狀幔虏，應(yīng)該抓住機會不斷發(fā)展鲫础，努力發(fā)展自己的先進技術(shù)，加大技術(shù)創(chuàng)新與人才培訓力度奥徒，提高企業(yè)綜合服務(wù)能力嫉卵，努力縮短與發(fā)達國家之間的差距。力爭早日實現(xiàn)數(shù)控機床產(chǎn)品從低端到高端吐捞、從初級產(chǎn)品加工到高精尖產(chǎn)品制造的轉(zhuǎn)變移卢，實現(xiàn)從中國制造到中國創(chuàng)造、從制造大國到制造強國的轉(zhuǎn)變

1吹蜡、高速化

隨著汽車涩凑、國防、航空锤衡、航天等工業(yè)的高速發(fā)展以及鋁合金等新材料的應(yīng)用宜掏，對數(shù)控機床加工的高速化要求越來越高。

（1）主軸轉(zhuǎn)速：機床采用電主軸（內(nèi)裝式主軸電機）试郎，主軸最高轉(zhuǎn)速達200000r/min注芯；

（2）進給率：在分辨率為0.01μm時，最大進給率達到240m/min且可獲得復(fù)雜型面的精確加工党饮；

（3）運算速度：微處理器的迅速發(fā)展為數(shù)控系統(tǒng)向高速肝陪、高精度方向發(fā)展提供了保障，開發(fā)出CPU已發(fā)展到32位以及64位的數(shù)控系統(tǒng)刑顺，頻率提高到幾百兆赫氯窍、上千兆赫。由于運算速度的極大提高蹲堂，使得當分辨率為0.1μm狼讨、0.01μm時仍能獲得高達24～240m/min的進給速度；

（4）換刀速度：目前國外先進加工中心的刀具交換時間普遍已在1s左右柒竞，高的已達0.5s政供。德國Chiron公司將刀庫設(shè)計成籃子樣式，以主軸為軸心朽基，刀具在圓周布置布隔，其刀到刀的換刀時間僅0.9s。

2稼虎、高精度化

數(shù)控機床精度的要求現(xiàn)在已經(jīng)不局限于靜態(tài)的幾何精度衅檀，機床的運動精度招刨、熱變形以及對振動的監(jiān)測和補償越來越獲得重視。

（1）提高CNC系統(tǒng)控制精度：采用高速插補技術(shù)倾氮，以微小程序段實現(xiàn)連續(xù)進給匣酸，使CNC控制單位精細化，并采用高分辨率位置檢測裝置英甜，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卡撤，其位置檢測精度可達到0.01μm/脈沖），位置伺服系統(tǒng)采用前饋控制與非線性控制等方法埃灿；

（2）采用誤差補償技術(shù)：采用反向間隙補償琅瘦、絲桿螺距誤差補償和刀具誤差補償?shù)燃夹g(shù)，對設(shè)備的熱變形誤差和空間誤差進行綜合補償咒付。研究結(jié)果表明乌诚，綜合誤差補償技術(shù)的應(yīng)用可將加工誤差減少60%～80%；

（3）采用網(wǎng)格檢查和提高加工中心的運動軌跡精度枷斩，并通過仿真預(yù)測機床的加工精度蜒午，以保證機床的定位精度和重復(fù)定位精度，使其性能長期穩(wěn)定味测，能夠在不同運行條件下完成多種加工任務(wù)截胯，并保證零件的加工質(zhì)量。

3起宽、功能復(fù)合化

復(fù)合機床的含義是指在一臺機床上實現(xiàn)或盡可能完成從毛坯至成品的多種要素加工洲胖。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點可分為工藝復(fù)合型和工序復(fù)合型兩類。工藝復(fù)合型機床如鏜銑鉆復(fù)合——加工中心坯沪、車銑復(fù)合——車削中心绿映、銑鏜鉆車復(fù)合——復(fù)合加工中心等；工序復(fù)合型機床如多面多軸聯(lián)動加工的復(fù)合機床和雙主軸車削中心等腐晾。采用復(fù)合機床進行加工叉弦，減少了工件裝卸、更換和調(diào)整刀具的輔助時間以及中間過程中產(chǎn)生的誤差藻糖，提高了零件加工精度淹冰，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)能力巨柒，相對于傳統(tǒng)的工序分散的生產(chǎn)方法具有明顯的優(yōu)勢樱拴。

加工過程的復(fù)合化也導致了機床向模塊化、多軸化發(fā)展洋满。德國Index公司最新推出的車削加工中心是模塊化結(jié)構(gòu)晶乔，該加工中心能夠完成車削、銑削、鉆削摹钳、滾齒、磨削拧淘、激光熱處理等多種工序疲席，可完成復(fù)雜零件的全部加工。隨著現(xiàn)代機械加工要求的不斷提高族焰，大量的多軸聯(lián)動數(shù)控機床越來越受到各大企業(yè)的歡迎台古。在2005年中國國際機床展覽會（CIMT2005）上，國內(nèi)外制造商展出了形式各異的多軸加工機床（包括雙主軸蚊凫、雙刀架盲赚、9軸控制等）以及可實現(xiàn)4～5軸聯(lián)動的五軸高速門式加工中心、五軸聯(lián)動高速銑削中心等肛英。

4膘椿、控制智能化

隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，為了滿足制造業(yè)生產(chǎn)柔性化林索、制造自動化的發(fā)展需求笙隙，數(shù)控機床的智能化程度在不斷提高。具體體現(xiàn)在以下幾個方面：

（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坎缭、主軸和進給電機的功率竟痰、電流、電壓等信息掏呼，利用傳統(tǒng)的或現(xiàn)代的算法進行識別坏快，以辯識出刀具的受力、磨損憎夷、破損狀態(tài)及機床加工的穩(wěn)定性狀態(tài)莽鸿，并根據(jù)這些狀態(tài)實時調(diào)整加工參數(shù)（主軸轉(zhuǎn)速、進給速度）和加工指令拾给，使設(shè)備處于最佳運行狀態(tài)富拗，以提高加工精度、降低加工表面粗糙度并提高設(shè)備運行的安全性鸣戴；

（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)驗啃沪、零件加工的一般與特殊規(guī)律，用現(xiàn)代智能方法窄锅，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”创千，利用它獲得優(yōu)化的加工參數(shù)，從而達到提高編程效率和加工工藝水平割对、縮短生產(chǎn)準備時間的目的揖姆；

（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，應(yīng)用現(xiàn)代智能方法實現(xiàn)故障的快速準確定位；

（4）智能故障回放和故障仿真技術(shù)：能夠完整記錄系統(tǒng)的各種信息眼厕，對數(shù)控機床發(fā)生的各種錯誤和事故進行回放和仿真煮泪，用以確定錯誤引起的原因，找出解決問題的辦法半就，積累生產(chǎn)經(jīng)驗酌非；

（5）智能化交流伺服驅(qū)動裝置：能自動識別負載，并自動調(diào)整參數(shù)的智能化伺服系統(tǒng)吸自，包括智能主軸交流驅(qū)動裝置和智能化進給伺服裝置叭静。這種驅(qū)動裝置能自動識別電機及負載的轉(zhuǎn)動慣量，并自動對控制系統(tǒng)參數(shù)進行優(yōu)化和調(diào)整窥扭，使驅(qū)動系統(tǒng)獲得最佳運行给庶；

（6）智能4M數(shù)控系統(tǒng)：在制造過程中，加工逼肯、檢測一體化是實現(xiàn)快速制造耸黑、快速檢測和快速響應(yīng)的有效途徑，將測量（Measurement）篮幢、建模（Modelling）崎坊、加工（Manufacturing）、機器操作（Manipulator）四者（即4M）融合在一個系統(tǒng)中洲拇，實現(xiàn)信息共享奈揍，促進測量、建模赋续、加工男翰、裝夾、操作的一體化纽乱。

5蛾绎、德體系開放化

（1）向未來技術(shù)開放：由于軟硬件接口都遵循公認的標準協(xié)議，只需少量的重新設(shè)計和調(diào)整鸦列，新一代的通用軟硬件資源就可能被現(xiàn)有系統(tǒng)所采納租冠、吸收和兼容，這就意味著系統(tǒng)的開發(fā)費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策退；

（2）向用戶特殊要求開放：更新產(chǎn)品电味、擴充功能、提供硬軟件產(chǎn)品的各種組合以滿足特殊應(yīng)用要求跑腮；

（3）數(shù)控標準的建立：國際上正在研究和制定一種新的CNC系統(tǒng)標準ISO14649（STEP-NC）晌箍，以提供一種不依賴于具體系統(tǒng)的中性機制，能夠描述產(chǎn)品整個生命周期內(nèi)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型帮冶，從而實現(xiàn)整個制造過程乃至各個工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品信息的標準化剿恬。標準化的編程語言索击，既方便用戶使用，又降低了和操作效率直接有關(guān)的勞動消耗铡暂。

6邢侵、驅(qū)動并聯(lián)化

并聯(lián)運動機床克服了傳統(tǒng)機床串聯(lián)機構(gòu)移動部件質(zhì)量大、系統(tǒng)剛度低倡油、刀具只能沿固定導軌進給版鳞、作業(yè)自由度偏低、設(shè)備加工靈活性和機動性不夠等固有缺陷祈很，在機床主軸（一般為動平臺）與機座（一般為靜平臺）之間采用多桿并聯(lián)聯(lián)接機構(gòu)驅(qū)動昧识，通過控制桿系中桿的長度使桿系支撐的平臺獲得相應(yīng)自由度的運動钠四，可實現(xiàn)多坐標聯(lián)動數(shù)控加工盗扒、裝配和測量多種功能，更能滿足復(fù)雜特種零件的加工缀去，具有現(xiàn)代機器人的模塊化程度高侣灶、重量輕和速度快等優(yōu)點。并聯(lián)機床作為一種新型的加工設(shè)備缕碎，已成為當前機床技術(shù)的一個重要研究方向褥影，受到了國際機床行業(yè)的高度重視，被認為是“自發(fā)明數(shù)控技術(shù)以來在機床行業(yè)中最有意義的進步”和“21世紀新一代數(shù)控加工設(shè)備”咏雌。

7凡怎、極端化（大型化和微型化）

國防、航空赊抖、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)控機床的支撐统倒。而超精密加工技術(shù)和微納米技術(shù)是21世紀的戰(zhàn)略技術(shù)，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氛雪，所以微型機床包括微切削加工（車房匆、銑、磨）機床灶昏、微電加工機床茬麻、微激光加工機床和微型壓力機等的需求量正在逐漸增大。

8言雀、信息交互網(wǎng)絡(luò)化

對于面臨激烈競爭的企業(yè)來說模譬，使數(shù)控機床具有雙向、高速的聯(lián)網(wǎng)通訊功能刚哼，以保證信息流在車間各個部門間暢通無阻是非常重要的闲堆。既可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享，又能實現(xiàn)數(shù)控機床的遠程監(jiān)視揍丘、控制捍辫、培訓牺胎、教學、管理沉年，還可實現(xiàn)數(shù)控裝備的數(shù)字化服務(wù)（數(shù)控機床故障的遠程診斷暂一、維護等）。例如脾婚，日本Mazak公司推出新一代的加工中心配備了一個稱為信息塔（e-Tower）的外部設(shè)備拐云，包括計算機、手機近她、機外和機內(nèi)攝像頭等叉瘩，能夠?qū)崿F(xiàn)語音、圖形粘捎、視像和文本的通信故障報警顯示薇缅、在線幫助排除故障等功能，是獨立的攒磨、自主管理的制造單元泳桦。

9、新型功能部件

為了提高數(shù)控機床各方面的性能娩缰，具有高精度和高可靠性的新型功能部件的應(yīng)用成為必然灸撰。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機與主軸部件的集成，具有體積小拼坎、轉(zhuǎn)速高浮毯、可無級調(diào)速等一系列優(yōu)點，在各種新型數(shù)控機床中已經(jīng)獲得廣泛的應(yīng)用泰鸡；

（2）直線電動機：近年來债蓝，直線電動機的應(yīng)用日益廣泛，雖然其價格高于傳統(tǒng)的伺服系統(tǒng)深牲，但由于負載變化擾動熬席、熱變形補償、隔磁和防護等關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用辽松，機械傳動結(jié)構(gòu)得到簡化贝狈，機床的動態(tài)性能有了提高。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機已開始廣泛應(yīng)用于高速銑床裸努、加工中心芦终、磨床、并聯(lián)機床以及動態(tài)性能和運動精度要求高的機床等垃桨；德國EX-CELL-O公司的XHC臥式加工中心三向驅(qū)動均采用兩個直線電動機眉堪；

（3）電滾珠絲桿：電滾珠絲桿是伺服電動機與滾珠絲桿的集成，可以大大簡化數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)器赦，具有傳動環(huán)節(jié)少奉堵、結(jié)構(gòu)緊湊等一系列優(yōu)點吹似。

10、高可靠性

數(shù)控機床與傳統(tǒng)機床相比抚垃，增加了數(shù)控系統(tǒng)和相應(yīng)的監(jiān)控裝置等喷楣，應(yīng)用了大量的電氣、液壓和機電裝置鹤树，易于導致出現(xiàn)失效的概率增大铣焊；工業(yè)電網(wǎng)電壓的波動和干擾對數(shù)控機床的可靠性極為不利，而數(shù)控機床加工的零件型面較為復(fù)雜罕伯，加工周期長曲伊，要求平均無故障時間在2萬小時以上。為了保證數(shù)控機床有高的可靠性追他，就要精心設(shè)計系統(tǒng)坟募、嚴格制造和明確可靠性目標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)平均無故障時間在7～10萬小時以上湿酸，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)平均無故障時間僅為10000小時左右婿屹，國外整機平均無故障工作時間達800小時以上灭美，而國內(nèi)最高只有300小時推溃。

11、加工過程綠色化

隨著日趨嚴格的環(huán)境與資源約束届腐，制造加工的綠色化越來越重要万窄，而中國的資源、環(huán)境問題尤為突出仪荞。因此付忆，近年來不用或少用冷卻液、實現(xiàn)干切削江构、半干切削節(jié)能環(huán)保的機床不斷出現(xiàn)艺退，并在不斷發(fā)展當中。在21世紀在缆，綠色制造的大趨勢將使各種節(jié)能環(huán)保機床加速發(fā)展与钳，占領(lǐng)更多的世界市場。

12茫失、多媒體技術(shù)的應(yīng)用

多媒體技術(shù)集計算機精柒、聲像和通信技術(shù)于一體，使計算機具有綜合處理聲音真王、文字探九、圖像和視頻信息的能力，因此也對用戶界面提出了圖形化的要求街立。合理的人性化的用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶的使用舶衬，人們可以通過窗口和菜單進行操作埠通，便于藍圖編程和快速編程、三維彩色立體動態(tài)圖形顯示逛犹、圖形模擬植阴、圖形動態(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現(xiàn)圾浅。除此以外掠手，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、智能化狸捕，應(yīng)用于實時監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備的故障診斷喷鸽、生產(chǎn)過程參數(shù)監(jiān)測等，因此有著重大的應(yīng)用價值灸拍。

國產(chǎn)數(shù)控機床缺乏核心技術(shù)做祝，從高性能數(shù)控系統(tǒng)到關(guān)鍵功能部件基本都依賴進口，即使近幾年有些國內(nèi)制造商艱難地創(chuàng)出了自己的品牌鸡岗，但其產(chǎn)品的功能混槐、性能的可靠性仍然與國外產(chǎn)品有一定差距。近幾年國產(chǎn)數(shù)控機床制造商通過技術(shù)引進咕烟、海內(nèi)外并購重組以及國外采購等獲得了一些先進數(shù)控技術(shù)韵楼，但缺乏對機床結(jié)構(gòu)與精度、可靠性憎对、人性化設(shè)計等基礎(chǔ)性技術(shù)的研究决盔，忽視了自主開發(fā)能力的培育，國產(chǎn)數(shù)控機床的技術(shù)水平散岩、性能和質(zhì)量與國外還有較大差距酿乾，同樣難以得到大多數(shù)用戶的認可。

一些國產(chǎn)數(shù)控機床制造商不夠重視整體工藝與制造水平的提高萌圣，加工手段基本以普通機床與低效刀具為主渣蒙，裝配調(diào)試完全靠手工，加工質(zhì)量在生產(chǎn)進度的緊逼下不能得到穩(wěn)定與提高低海。另外很多國產(chǎn)數(shù)控機床制造商的生產(chǎn)管理依然沿用原始的手工臺賬管理方式缔寒，工藝水平和管理效率低下使得企業(yè)無法形成足夠生產(chǎn)規(guī)模。如國外機床制造商能做到每周裝調(diào)出產(chǎn)品糕米，而國內(nèi)的生產(chǎn)周期過長且很難控制忠伊。因此我們在引進技術(shù)的同時應(yīng)注意加強自身工藝技術(shù)改造和管理水平的提升。

由于數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速巷波，一部分企業(yè)不顧長遠利益萎津，對提高自身的綜合服務(wù)水平不夠重視，甚至對服務(wù)缺乏真正的理解抹镊，只注重推銷而不注重售前與售后服務(wù)锉屈。有些企業(yè)派出的人員對生產(chǎn)的數(shù)控機床缺乏足夠了解荤傲，不會使用或使用不好數(shù)控機床，更不能指導用戶使用好機床颈渊；有的對先進高效刀具缺乏基本了解遂黍，不能提供較好的工藝解決方案，用戶自然對制造商缺乏信心俊嗽。制造商的服務(wù)應(yīng)從研究用戶的加工產(chǎn)品雾家、工藝、生產(chǎn)類型绍豁、質(zhì)量要求入手芯咧，幫助用戶進行設(shè)備選型，推薦先進工藝與工輔具竹揍，配備專業(yè)的培訓人員和良好的培訓環(huán)境妆吱，幫助用戶發(fā)揮機床的最大效益、加工出高質(zhì)量的最終產(chǎn)品棱悄，這樣才能逐步得到用戶的認同啃端，提高國產(chǎn)數(shù)控機床的市場占有率。

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