目前，數控機床的發展日新月異，高速化、高精度化、復合化、智能化、化、并聯驅動化、網絡化、極端化、綠色化已成為數控機床發展的趨勢和方向。 中國作為一個制作大國，重要還是依附勞動力、價格、資源等方面的比較優勢，而在產品的技巧創新與自主開發方面與國外同行的差距還很大。 中國的數控產業不能安于現狀，應當抓住機會不斷發展，努力發展自己的先進技巧，加大技巧創新與人才培訓力度，進步企業綜合服務能力，努力縮短與發達國家之間的差距。 力爭早日實現數控機床產品從低端到高端、從初級產品加工到高精尖產品制作的轉變，實現從中國制作到中國創造、從制作大國到制作強國的轉變。 1、高速化：隨著汽車、國防、航空、航天等工業的高速發展以及鋁合金等新材料的利用，對數控機床加工的高速化請求越來越高。 （1）主軸轉速：機床采用電主軸（內裝式主軸電機），主軸最高轉速達200000r/min；（2）進給率：在分辨率為0.01m時，最大進給率達到240m/min且可獲得復雜型面的準確加工；（3）運算速度：微處理器的迅速發展為數控系統向高速、高精度方向發展供給了保障，開發出CPU已發展到32位以及64位的數控系統，頻率進步到幾百兆赫、上千兆赫。 由于運算速度的極大進步，使得當分辨率為0.1m、0.01m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廣泛已在1s左右，高的已達0.5s。 德國Chiron公司將刀庫設計成籃子樣式，以主軸為軸心，刀具在圓周安排，其刀到刀的換刀時間僅0.9s。 2、高精度化：數控機床精度的請求現在已經不局限于靜態的幾何精度，機床的運動精度、熱變形以及對振動的監測和補償越來越獲得器重。 （1）進步CNC系統把持精度：采用高速插補技巧，以渺小程序段實現持續進給，使CNC把持單位精致化，并采用高分辨率地位檢測裝置，進步地位檢測精度（日本已開發裝有106脈沖/轉的內藏地位檢測器的交換伺服電機，其地位檢測精度可達到0.01m/脈沖），地位伺服系統采用前饋把持與非線性把持等方法；（2）采用誤差補償技巧：采用反向間隙補償、絲桿螺距誤差補償和刀具誤差補償等技巧，對設備的熱變形誤差和空間誤差進行綜合補償。 研究成果表明，綜合誤差補償技巧的利用可將加工誤差減少60%～80%；（3）采用網格檢查和進步加工中心的運動軌跡精度，并通過仿真預測機床的加工精度，以保證機床的定位精度和重復定位精度，使其性能長期穩固，能夠在不同運行條件下完成多種加工任務，并保證零件的加工質量。 3、功效復合化：復合機床的含義是指在一臺機床上實現或盡可能完成從毛坯至成品的多種要素加工。 根據其結構特點可分為工藝復合型和工序復合型兩類 工藝復合型機床如鏜銑鉆復合加工中心、車銑復合車削中心、銑鏜鉆車復合復合加工中心等；工序復合型機床如多面多軸聯動加工的復合機床和雙主軸車削中心等。 采用復合機床進行加工，減少了工件裝卸、調換和調劑刀具的贊助時間以及中間過程中產生的誤差，進步了零件加工精度，縮短了產品制作周期，進步了生產效率和制作商的市場反響能力，相對于傳統的工序疏散的生產方法具有明顯的優勢。 加工過程的復合化也導致了機床向模塊化、多軸化發展 德國Index公司最新推出的車削加工中心是模塊化結構，該加工中心能夠完成車削、銑削、鉆削、滾齒、磨削、激光熱處理等多種工序，可完成復雜零件的全部加工。 隨著現代機械加工請求的不斷進步，大批的多軸聯動數控機床越來越受到各大企業的歡迎。 在2005年中國國際機床展覽會（CIMT2005）上，國內外制作商展出了情勢各異的多軸加工機床（包含雙主軸、雙刀架、9軸把持等）以及可實現4～5軸聯動的五軸高速門式加工中心、五軸聯動高速銑削中心等。 4、把持智能化：隨著人工智能技巧的發展，為了滿足制作業生產柔性化、制作主動化的發展需求，數控機床的智能化程度在不斷進步。 具體體現在以下幾個方面：（1）加工過程自適應把持技巧：通過監測加工過程中的切削力、主軸和進給電機的功率、電流、電壓等信息，利用傳統的或現代的算法進行辨認，以辯識出刀具的受力、磨損、破損狀態及機床加工的穩固性狀態，并根據這些狀態實時調劑加工參數（主軸轉速、進給速度）和加工指令，使設備處于最佳運行狀態，以進步加工精度、降低加工表面粗糙度并進步設備運行的安全性；（2）加工參數的智能優化與選擇：將工藝專家或技師的經驗、零件加工的一般與特別規律，用現代智能方法，結構基于專家系統或基于模型的“加工參數的智能優化與選擇器”，利用它獲得優化的加工參數，從而達到進步編程效率和加工工藝程度、縮短生產籌備時間的目標；（3）智能故障自診斷與自修復技巧：根據已有的故障信息，利用現代智能方法實現故障的快速準斷定位；（4）智能故障回放和故障仿真技巧：能夠完整記載系統的各種信息，對數控機床產生的各種毛病和事故進行回放和仿真，用以斷定毛病引起的原因，找出解決問題的措施，積累生產經驗；（5）智能化交換伺服驅動裝置：能主動辨認負載，并主動調劑參數的智能化伺服系統，包含智能主軸交換驅動裝置和智能化進給伺服裝置。 這種驅動裝置能主動辨認電機及負載的轉動慣量，并主動對把持系統參數進行優化和調劑，使驅動系統獲得最佳運行；（6）智能4M數控系統：在制作過程中，加工、檢測一體化是實現快速制作、快速檢測和快速響應的有效道路，將測量（Measurement）、建模（Modelling）、加工（Manufacturing）、機器操作（Manipulator）四者（即4M）融合在一個系統中，實現信息共享，增進測量、建模、加工、裝夾、操作的一體化。 5、系統化（1）向未來技巧：由于軟硬件接口都遵守公認的標準協議，只需少量的重新設計和調劑，新一代的通用軟硬件資源就可能被現有系統所采用、吸收和兼容，這就意味著系統的開發費用將大大降低而系統性能與可靠性將不斷改良并處于長生命周期；（2）向用戶特別請求：更新產品、擴充功效、供給硬軟件產品的各種組合以滿足特別利用請求；（3）數控標準的建立：國際上正在研究和制定一種新的CNC系統標準ISO14649（STEP-NC），以供給一種不依附于具體系統的中性機制，能夠描寫產品全部生命周期內的統一數據模型，從而實現全部制作過程乃至各個工業領域產品信息的標準化。 標準化的編程語言，既方便用戶應用，又降低了和操作效率直接有關的勞動耗費。 6、驅動并聯化并聯運動機床克服了傳統機床串聯機構移動部件質量大、系統剛度低、刀具只能沿固定導軌進給、作業自由度偏低、設備加工機動性和機動性不夠等固有缺點，在機床主軸（一般為動平臺）與機座（一般為靜平臺）之間采用多桿并聯聯接機構驅動，通過把持桿系中桿的長度使桿系支撐的平臺獲得相應自由度的運動，可實現多坐標聯動數控加工、裝配和測量多種功效，更能滿足復雜特種零件的加工，具有現代機器人的模塊化程度高、重量輕和速度快等優點。 并聯機床作為一種新型的加工設備，已成為當前機床技巧的一個重要研究方向，受到了國際機床行業的高度器重，被認為是“自創造數控技巧以來在機床行業中最有意義的進步”和“21世紀新一代數控加工設備”。 7、極端化（大型化和微型化）國防、航空、航天事業的發展和能源等基礎產業設備的大型化需要大型且性能良好的數控機床的支撐。 而超精密加工技巧和微納米技巧是21世紀的戰略技巧，需發展能適應渺小型尺寸和微納米加工精度的新型制作工藝和設備，所以微型機床包含微切削加工（車、銑、磨）機床、微電加工機床、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、信息交互網絡化對于面臨激烈競爭的企業來說，使數控機床具有雙向、高速的聯網通信功效，以保證信息流在車間各個部門間暢通無阻是非常重要的。 既可以實現網絡資源共享，又能實現數控機床的遠程監督、把持、培訓、教學、管理，還可實現數控設備的數字化服務（數控機床故障的遠程診斷、掩護等）。 例如，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）的外部設備，包含盤算機、手機、機外和機內攝像頭等，能夠實現語音、圖形、視像和文本的通信故障報警顯示、在線贊助排除故障等功效，是的、自主管理的制作單元。 9、新型功效部件：為了進步數控機床各方面的性能，具有高精度和高可靠性的新型功效部件的利用成為必定。 具有代表性的新型功效部件包含：（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、轉速高、可無級調速等一系列優點，在各種新型數控機床中已經獲得廣泛的利用；（2）直線電動機：近年來，直線電動機的利用日益廣泛，雖然其價格高于傳統的伺服系統，但由于負載變更擾動、熱變形補償、隔磁和防護等要害技巧的利用，機械傳動結構得到簡化，機床的動態性能有了進步。 如：西門子公司生產的1FN1系列三相交換永磁式同步直線電動機已開端廣泛利用于高速銑床、加工中心、磨床、并聯機床以及動態性能和運動精度請求高的機床等；德國EX-CELL-O公司的XHC臥式加工中心三向驅動均采用兩個直線電動機；（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，可以大大簡化數控機床的結構，具有傳動環節少、結構緊湊等一系列優點。 10、高可靠性數控機床與傳統機床相比，增長了數控系統和相應的監控裝置等，利用了大批的電氣、液壓和機電裝置，易于導致涌現失效的概率增大；工業電網電壓的波動和干擾對數控機床的可靠性極為不利，而數控機床加工的零件型面較為復雜，加工周期長，請求平均無故障時間在2萬小時以上。 為了保證數控機床有高的可靠性，就要精心設計系統、嚴格制作和明確可靠性目標以及通過維修分析故障模式并找出單薄環節。 國外數控系統平均無故障時間在7～10萬小時以上，國產數控系統平均無故障時間僅為10000小時左右，國外整機平均無故障工作時間達800小時以上，而國內最高只有300小時。 11、加工過程綠色化隨著日趨嚴格的環境與資源束縛，制作加工的綠色化越來越重要，而中國的資源、環境問題尤為突出。 因此，近年來不用或少用冷卻液、實現干切削、半干切削節能環保的機床不斷涌現，并在不斷發展當中。 在21世紀，綠色制作的大趨勢將使各種節能環保機床加速發展，占領更多的世界市場。 12、多媒體技巧的利用多媒體技巧集盤算機、聲像和通信技巧于一體，使盤算機具有綜合處理聲音、文字、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請求。 合理的人性化的用戶界面極大處所便了非專業用戶的應用，人們可以通過窗口和菜單進行操作，便于藍圖編程和快速編程、三維彩色立體動態圖形顯示、圖形模仿、圖形動態跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功效的實現。 除此以外，在數控技巧領域利用多媒體技巧可以做到信息處理綜合化、智能化，利用于實時監控系統和生產現場設備的故障診斷、生產過程參數監測等，因此有著重大的利用價值。 國產數控機床缺乏核心技巧，從高性能數控系統到要害功效部件基礎都依附進口，即使近幾年有些國內制作商艱巨地創出了自己的品牌，但其產品的功效、性能的可靠性仍然與國外產品有必定差距。 近幾年國產數控機床制作商通過技巧引進、海內外并購重組以及國外采購等獲得了一些先進數控技巧，但缺乏對機床結構與精度、可靠性、人性化設計等基礎性技巧的研究，疏忽了自主開發能力的造就，國產數控機床的技巧程度、性能和質量與國外還有較大差距，同樣難以得到大多數用戶的認可。 一些國產數控機床制作商不夠器重整體工藝與制作程度的進步，加工手段基礎以普通機床與低效刀具為主，裝配調試完整靠手工，加工質量在生產進度的緊逼下不能得到穩固與進步。 另外很多國產數控機床制作商的生產管理依然沿用原始的手工臺賬管理方法，工藝程度和管理效率低下使得企業無法形成足夠生產規模。 如國外機床制作商能做到每周裝調出產品，而國內的生產周期過長且很難把持。 因此我們在引進技巧的同時應注意加強自身工藝技巧和管理程度的提升。 由于數控機床產業發展迅速，一部分企業不顧長遠利益，對進步自身的綜合服務程度不夠器重，甚至對服務缺乏真正的懂得，只重視傾銷而不重視售前與售后服務。 有些企業派出的人員對生產的數控機床缺乏足夠懂得，不會應用或應用不好數控機床，更不能領導用戶應用好機床；有的對先進高效刀具缺乏基礎懂得，不能供給較好的工藝解決方案，用戶自然對制作商缺乏信心。 制作商的服務應從研究用戶的加工產品、工藝、生產類型、質量請求入手，贊助用戶進行設備選型，推薦先進工藝與工輔具，配備專業的培訓人員和良好的培訓環境，贊助用戶施展機床的最大效益、加工出高質量的最終產品，這樣才干逐步得到用戶的認同，進步國產數控機床的市場占領率。 （責任編輯:董瑩） |
