我國(guó)數控機床未來發展(zhǎn)的十二種大趨勢(shì)

       目前，數控機床(chuáng) 的發展(zhǎn)日新月(yuè)異，高速化、高精度(dù)化、複合化、智能化、開放化、并聯驅動化、網絡化、極端(duān)化、綠色化已成(chéng)爲數控機床 發展的趨(qū)勢和方(fāng)向。中(zhōng)國作爲一個制造大國，主(zhǔ)要還是(shì)依靠勞動力、價(jià)格、資源(yuán)等方面的比較優勢(shì)，而在産品的技術創新與自主開發方面與國外同行的(de)差距還很大。中國(guó)的(de)數控産業不能(néng)安于現狀，應該抓(zhuā)住(zhù)機會不斷(duàn)發展(zhǎn)，努力(lì)發展自己的先進技(jì)術，加大技術創新(xīn)與人才培訓力度，提高企業綜合服務能力，努力縮短與發達國家之間的差距。力争(zhēng)早日實現數控機床産品從低端到高端、從初級産品加工到高精尖産品制造的轉變(biàn)，實現從中國制造到中國創造、從制(zhì)造大國到制造強國的轉變
　　
　　1、高(gāo)速化
　　
　　随(suí)着汽車、國防、航(háng)空、航天(tiān)等工業的(de)高速發展以及鋁(lǚ)合金等新材料的(de)應用，對數控機(jī)床加工 的(de)高速化要(yào)求越來越高。
　　
　　（1）主軸 轉速：機床采用電主軸 （内裝式主軸電機），主軸最高轉(zhuǎn)速達200000r/min；

　　（2）進給率：在分辨率爲(wèi)0.01μm時，最大進(jìn)給率達到240m/min且可獲(huò)得複雜型面的精(jīng)确加工；
　　
　　（3）運(yùn)算速度：微處理器的迅速發展爲數控系(xì)統 向高速、高精度方向發展提供了保(bǎo)障(zhàng)，開(kāi)發出CPU已發(fā)展到32位以及64位的數控系統，頻率提高到幾百(bǎi)兆赫、上千兆赫。由于運算速(sù)度的極大提高，使得當分辨(biàn)率爲0.1μm、0.01μm時仍能獲得高達24～240m/min的進給速度；
　　
　　（4）換刀速(sù)度：目(mù)前國外先(xiān)進(jìn)加工中心 的刀具(jù) 交換時間普遍已在(zài)1s左右，高的已達0.5s。德國Chiron公司将刀(dāo)庫 設計成籃子樣式(shì)，以主軸爲軸心，刀(dāo)具(jù)在圓周布置，其(qí)刀(dāo)到刀的換刀時間僅0.9s。
　　
　　2、高精度化
　　
　　數控(kòng)機床精度(dù)的要(yào)求現在已經(jīng)不局(jú)限于靜态的幾何精度，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重視。
　　
　　（1）提高CNC系統控(kòng)制精度：采用高速插補技術，以(yǐ)微小程序段實現連續進給，使CNC控制(zhì)單位精細化，并采用高分辨率位置檢測裝置，提高位置檢測精度（日本已開(kāi)發裝有106脈沖/轉的内藏位置檢測器的交流伺服電(diàn)機，其位置檢測精度可達到0.01μm/脈沖），位置伺服系統 采用前饋控制與非線性控制等方法；
　　
　　（2）采用誤差補償技術：采用反向間隙補償、絲杆螺距誤差補償和刀具誤差補償等技術，對設備的熱變形誤差和(hé)空(kōng)間(jiān)誤差進行綜合補償。研(yán)究結果(guǒ)表明，綜合誤差(chà)補償(cháng)技術的應用可(kě)将加工誤(wù)差減少60%～80%；
　　
　　（3）采用網格檢查和提高(gāo)加工中心的運動軌迹精度，并(bìng)通過仿真預測(cè)機床的加工精度，以保證機床(chuáng)的定位精度和重複定位精度，使其性能長期(qī)穩定，能夠在不(bú)同運行條件下完成(chéng)多種加工任務，并保證零件的加工質量。
　　
　　3、功能複合(hé)化
　　
　　複(fú)合機床的含義是指在一台機(jī)床上實現(xiàn)或盡可能完成從毛坯至成品的多種要素(sù)加工。根據其結構特點可分爲工藝複合型和工序複合型兩類。工藝複合型機床如镗銑鑽複(fú)合——加工中(zhōng)心、車銑複合——車削(xuē)中心、銑镗鑽車複合——複合加工中心 等(děng)；工序複合型機床如多面多軸聯動加工的複合機床和雙主軸車削中心等(děng)。采用複合機床進行加(jiā)工，減少(shǎo)了工件裝卸、更換和(hé)調整刀具的輔助時間以及中間過程中産生(shēng)的誤差，提高了零件加工精度，縮短了産(chǎn)品制造周期，提高了生産效率和制造商的市場反應能力，相對于傳統的工序(xù)分散的生産方法具有明顯的優(yōu)勢。
　　
　　加工過程的複合化也導(dǎo)緻了機床向模塊化(huà)、多軸化(huà)發展。德國(guó)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(xuē)、鑽削、滾齒、磨削、激光熱處理等多種工序，可完成複雜零件的全部加工。随着現(xiàn)代機(jī)械加工要求的不斷(duàn)提高，大量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(jì)機床展 覽會（CIMT2005）上，國内(nèi)外制造商展(zhǎn)出了形式各異的多軸加工機床(chuáng)（包括雙(shuāng)主軸、雙刀架、9軸控制等）以及可實現4～5軸聯動的五軸高速門(mén)式加工中心、五軸聯動高速銑削中心等。
　　
　　4、控制智能(néng)化
　　
　　随着人工智能技術的發展，爲了滿足制造業生産柔性化(huà)、制造自動化的發展需求，數控機床的智(zhì)能化程度在不斷提(tí)高。具體體現在以下幾個方面：
　　
　　（1）加工(gōng)過程自适應控制技術：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(liú)、電(diàn)壓等信息，利用傳統的或現(xiàn)代的算法進行識别，以辯識出(chū)刀具的受力、磨損、破(pò)損狀态及機床加工的穩定性狀态，并根據這(zhè)些狀态實時調整加工參(cān)數（主軸轉速、進給速度）和加工指令，使設備處(chù)于最佳(jiā)運行狀态，以提高加工精度(dù)、降低加工表面粗糙度并提高設備(bèi)運行(háng)的安全性；
　　
　　（2）加工參數的智能優(yōu)化與選擇：将工(gōng)藝專家或技(jì)師的經驗、零件加工的一(yī)般與特殊規律，用現代智能方(fāng)法，構造基于專家(jiā)系統(tǒng)或基于模型的“加工參數的智能優化與選擇器”，利(lì)用它獲得優化的加工參數，從而達到提高編程效率和加工工藝水平、縮短(duǎn)生産準備(bèi)時間(jiān)的目的；
　　
　　（3）智能故障自診斷與自修複(fú)技術：根據已有的故障信息，應用現代智(zhì)能方法實(shí)現(xiàn)故障的快速準确定位；
　　
　　（4）智能(néng)故障回放和故障仿真技術：能夠完整記錄系統的各種信息(xī)，對數控機床發生的各種錯誤和事故進行回放和仿真，用以确定錯誤引起的原因，找出解(jiě)決問題的辦法，積累生産經驗(yàn)；
　　
　　（5）智能化交流伺服驅動裝置：能(néng)自動識别負載，并自動調整參數的(de)智能化伺服系統，包括智(zhì)能主軸交流驅動裝置和智能(néng)化進(jìn)給(gěi)伺服裝置。這種驅動裝置能自動識别電機及負載的轉動慣量，并自動對(duì)控制系統參數進行優化和調(diào)整，使驅動系統獲得最佳運行；
　　
　　（6）智能4M數(shù)控系統：在制造過程中，加工、檢測(cè)一體化(huà)是實現快速制造、快速檢測和快(kuài)速響應的有效途徑，将測量（Measurement）、建模（Modelling）、加(jiā)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，促進測量(liàng)、建模、加工(gōng)、裝夾、操作(zuò)的一(yī)體化。
　　
　　5、德體系(xì)開放化
　　
　　（1）向未來技術開放：由(yóu)于軟(ruǎn)硬件接口(kǒu)都遵循公認的标準協議，隻需少量的重(zhòng)新設計和調整，新一代的通(tōng)用軟硬件資(zī)源就可能被現(xiàn)有系統(tǒng)所采納、吸(xī)收和兼(jiān)容，這就意味着系統的開發費(fèi)用将大大(dà)降低而系統性能與可靠性将不斷改善(shàn)并處于長生命周期(qī)；
　　
　　（2）向用戶特殊要(yào)求開(kāi)放：更新産品、擴充功(gōng)能、提供硬軟件産品(pǐn)的各種組合以滿足特殊應用要求(qiú)；
　　
　　（3）數控(kòng)标準的建立：國際上(shàng)正(zhèng)在研究和制定一種新的CNC系統标(biāo)準ISO14649（STEP-NC），以(yǐ)提供一種不依賴于具體系統的中性機制，能夠描述産品整個生(shēng)命周期内的統(tǒng)一數據模型，從而實現整(zhěng)個制造過(guò)程乃至各個工業領域産品信息的(de)标準化。标準化(huà)的編程語言，既(jì)方便用戶使用，又降低了和操作效率直接有關的勞動消耗(hào)。
　　
　　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(gāng)度低、刀具(jù)隻能沿固(gù)定導軌 進給、作業自由度(dù)偏低、設備(bèi)加工靈活性和機動性不夠等固有缺陷(xiàn)，在機床主軸（一般(bān)爲動平(píng)台 ）與機座(zuò)（一般爲靜平台(tái)）之間采用多杆(gǎn)并聯(lián)聯接機構驅動，通(tōng)過控制杆系中杆(gǎn)的長度使杆系支撐的平台獲得相應自由度的運動，可實現多坐标聯(lián)動數控加工、裝配(pèi)和測量多種功能，更能滿足複雜特種零件的加工，具(jù)有現代機器人的(de)模塊化程度(dù)高、重量輕和速度快等優點。并聯機床作爲一種新型的加工設備，已成爲當前機床技術的一個重要研究方向，受到了國際機床行業的高度重視(shì)，被認爲(wèi)是“自發明數控技術以來在(zài)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(dà)型化和微型化）
　　
　　國(guó)防(fáng)、航空、航天事業的發(fā)展和能源等基礎産業裝備(bèi)的大型化需要大型且性能(néng)良好的數(shù)控機床的支撐。而(ér)超精密加(jiā)工技術和微納米技術是21世紀的戰略技術，需發展能适應微小型尺寸和微納(nà)米加工精度的新(xīn)型(xíng)制造工藝和裝備，所以微型機床包括微切削加工(gōng)（車、銑、磨(mó)）機床、微電加(jiā)工機床 、微激光加工(gōng)機床 和微型壓力機 等的需求(qiú)量正在逐漸增大。
　　
　　8、信息交互網絡化
　　
　　對于面臨激烈競(jìng)争的企業來說，使(shǐ)數控(kòng)機床具有雙向(xiàng)、高速的聯(lián)網通訊功能，以保證信息(xī)流在車間各個部門間暢通無阻是非常重要的。既(jì)可以實現(xiàn)網絡(luò)資源共享，又能實現數控機床的(de)遠(yuǎn)程監視、控制、培訓、教學、管理，還可實現數控裝備的數字(zì)化服務（數(shù)控機床故障的遠程診斷、維護等(děng)）。例(lì)如，日(rì)本Mazak公司推出新一代(dài)的加工中心配備了一個稱爲信息(xī)塔（e-Tower）的(de)外部設備，包括計算機、手機(jī)、機(jī)外和機内攝像頭(tóu)等，能夠實現語音、圖(tú)形、視像和文(wén)本的通信故障報警顯示、在線幫(bāng)助排除故障等功能，是(shì)獨立的、自主管理的制造單元。
　　
　　9、新型功能部件
　　
　　爲了提高數控機床(chuáng)各方面的性能，具有(yǒu)高(gāo)精度和高可靠性的新型功能部件的應用成爲(wèi)必然。具有代表性的新(xīn)型功能部件包括(kuò)：
　　
　　（1）高頻電主軸：高頻電主軸是高頻電動機與主軸部(bù)件的集成，具有體積小(xiǎo)、轉速高、可無級調(diào)速等一系列優(yōu)點，在(zài)各種新(xīn)型數控機床中已經獲(huò)得廣泛的應用；
　　
　　（2）直線電動機：近年來，直線電動機的應用日益廣泛，雖然其價格高于傳統的伺服系統，但由于負載變化擾動、熱變形補償、隔磁和防護等關鍵技術的應用，機械傳動結構得到簡化(huà)，機床的動态性能(néng)有了提高。如：西門子(zǐ)公司生産的1FN1系列(liè)三相交流永磁式同步直線電動機已(yǐ)開始廣泛應用于高速銑床 、加(jiā)工中心、磨床 、并聯機床以及動态性(xìng)能和運動精度要求高的機床等；德國EX-CELL-O公司的XHC卧式加工(gōng)中心 三向驅動均采用兩個直線電動機；
　　
　　（3）電滾珠絲杆：電滾珠絲杆是伺服電動機(jī)與滾珠絲(sī)杆的集成，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(jī)床相比，增加了數控系統(tǒng)和(hé)相應的監控裝置等，應用了(le)大量的電氣、液壓(yā)和機電裝置，易于導緻出現失效的概(gài)率增大；工業電網電壓的波動和幹擾對數控(kòng)機床(chuáng)的可靠性極爲不利，而數控機床加(jiā)工的(de)零件型面較爲複雜，加工(gōng)周期長，要求平(píng)均無故障時間在2萬小時(shí)以上。爲了保證數控機床(chuáng)有高的可靠性，就要精心設計系統、嚴格制造(zào)和明确可靠性目标以(yǐ)及通過維修分析故障模式并找出薄弱環節。國外數控系統平均無(wú)故障時間在7～10萬(wàn)小時以上，國産數控系統平(píng)均無故(gù)障時間僅爲10000小時左(zuǒ)右，國外整機平均無故障工(gōng)作時間達800小時以上，而(ér)國内最高隻有300小時。
　　
　　11、加工過程綠色(sè)化
　　
　　随着日趨嚴格的環境(jìng)與資源約束，制造加工(gōng)的綠色化越(yuè)來越重要(yào)，而中國的資源、環境問題尤爲(wèi)突出(chū)。因此，近年來不用或少用冷卻液、實現幹切削、半幹切削(xuē)節(jiē)能環保的機(jī)床不斷出現，并(bìng)在不(bú)斷發展當中。在21世紀，綠色制造的大趨勢将使各種(zhǒng)節能環保機床加速發展，占領更多的世界市場。
　　
　　12、多媒體技術(shù)的應用
　　
　　多媒體(tǐ)技術集計算(suàn)機、聲(shēng)像和通信技術于一體(tǐ)，使計算機(jī)具有綜合(hé)處理(lǐ)聲音、文字、圖像和(hé)視頻信息的能力，因此也對用戶界面提出了圖形化的要求。合(hé)理的人(rén)性化的用戶界面(miàn)極大地方便了非專業用戶的(de)使用，人們可(kě)以通過窗口和菜單進行操(cāo)作，便于藍圖編程和(hé)快速編程、三維(wéi)彩色立(lì)體動态圖形顯示、圖形模拟、圖形動态跟蹤(zōng)和仿真、不同方向(xiàng)的視圖和局部顯示(shì)比例縮放功(gōng)能的實現。除此以外，在數控技術領域應用多媒體技術可(kě)以做到信息處理綜合化、智能化，應用(yòng)于實(shí)時監控系統和生産現場設備的故障診斷、生(shēng)産過程參數監測等，因此有着重大的應用價值。
　　
　　國(guó)産(chǎn)數控機床缺(quē)乏核心技術，從(cóng)高性能數控系統到(dào)關鍵功能部件基本都依賴進口，即使近幾年有些國内制造商艱難地創出(chū)了自己的品牌，但(dàn)其産品的功能、性能的可靠性仍然(rán)與(yǔ)國外産品有一定差距。近幾年國産數控機床制造(zào)商通(tōng)過技術引進、海内外并購(gòu)重組以及國外采購等(děng)獲得了一些先進(jìn)數控技術，但缺乏對機床結構(gòu)與精(jīng)度、可靠性、人性(xìng)化設(shè)計等基礎性技(jì)術的研究，忽視了自主開發能力的培育(yù)，國産數控機(jī)床的技術水平、性(xìng)能和質量與國(guó)外還有較大差距，同樣難以得到大多數用戶的認可。
　　
　　一些國産數控機床制(zhì)造商不夠重視整體工藝與制造水平的提高，加工手段基本以普通機床與低效刀具爲主，裝配調試(shì)完全靠手工(gōng)，加工質(zhì)量在生産進度(dù)的緊(jǐn)逼下不能得到穩定與提高。另外很多國(guó)産數控機床制造商的生産(chǎn)管理依然沿用原始的手工台賬管(guǎn)理方式，工藝水平和管理效率低下使得(dé)企業無法形(xíng)成足夠生産規模。如(rú)國外機床制造(zào)商能做到每周裝調出産品，而(ér)國内(nèi)的生産周(zhōu)期過長(zhǎng)且很難控制。因此(cǐ)我們在引進(jìn)技術的同時應注意加(jiā)強自身工藝技術改造和管理水平的提升。
　　
　　由于數控機床産(chǎn)業發展迅速，一(yī)部分企業不顧長遠利益，對提(tí)高自身的(de)綜合服(fú)務水平不夠重視，甚至對服務缺乏真正的理解，隻注(zhù)重(zhòng)推銷而不注重售(shòu)前與售後服務。有些企業派出的人員對生産(chǎn)的數控機床缺乏足夠了解，不會使用或使用不好數控機床，更不能指導用戶使用好(hǎo)機床；有的對先進高效刀具缺乏基本了解，不能提供較好的工藝解決方(fāng)案，用戶自然對制造商缺乏信心。制(zhì)造商的服務應從研究用戶的加(jiā)工産品、工藝、生産類型、質量要求入手，幫助用戶進行設備選(xuǎn)型，推薦先(xiān)進工藝與工輔具，配(pèi)備專業(yè)的培訓人員和(hé)良好的培訓環境(jìng)，幫助用戶發揮機床(chuáng)的最大效(xiào)益、加工出高質量的(de)最終産品，這樣才能(néng)逐步得到用戶的認同，提(tí)高國産數(shù)控機床的市場占有率。