我國數控機(jī)床未來發展(zhan)的十二種大(dà)趨勢

       目前，數(shù)控機床 的發(fa)展日新月異(yi)，高速化、高精(jīng)度化、複合化(huà)、智能化🚩、開放(fàng)化、并🆚聯驅動(dong)化、網絡化、極(jí)端化、綠色化(hua)已成爲數控(kong)機床 發展的(de)趨勢和方向(xiàng)。中國作爲一(yi)個制造大國(guo)，主要還是依(yī)靠勞動力、價(jia)格、資源等方(fang)面的比較優(you)勢，而在産品(pǐn)的技術創新(xin)與自主開發(fā)方面與國外(wài)同行的差距(ju)還很大。中國(guó)的數控産業(yè)不能安于現(xiàn)狀，應該抓住(zhu)機會不斷發(fa)展，努力發展(zhǎn)自己的先進(jìn)技術，加大技(ji)術創新與人(rén)才培訓力度(du)，提高企業綜(zōng)合服務能力(lì)，努力縮短與(yǔ)發達國家之(zhi)間的差距。力(lì)争早日實現(xian)數控機床産(chǎn)品從低端到(dào)高端、從初級(ji)産品加工到(dao)高精尖産品(pǐn)制造的轉變(biàn)，實現從中國(guó)制造到中國(guo)創造、從制造(zào)大國到制造(zao)強國的轉變(biàn)
　　
　　1、高速化
　　
　　随着(zhe)汽車、國防、航(háng)空、航天等工(gōng)業的高速發(fā)展以及鋁合(hé)♉金等⁉️新材料(liao)的應用，對數(shù)控機床加工(gōng) 的高速化要(yào)求越來越高(gao)。
　　
　　（1）主軸 轉速：機(jī)床采用電主(zhu)軸 （内裝式主(zhǔ)軸電機），主軸(zhóu)最高轉速達(da)200000r/min；

　　（2）進給率：在分(fen)辨率爲0.01μm時，最(zuì)大進給率達(da)到240m/min且可獲得(dé)複⛷️雜型面的(de)🔴精确加工；
　　
　　（3）運(yun)算速度：微處(chù)理器的迅速(su)發展爲數控(kong)系統 向高速(su)、高精度方向(xiàng)發展提供了(le)保障，開發出(chu)CPU已發展到32位(wèi)以及64位的數(shu)控系統，頻率(lü)提高到幾百(bai)兆赫、上千兆(zhào)赫。由于運算(suan)速度的極大(da)提高，使得當(dāng)分辨🌏率爲0.1μm、0.01μm時(shi)仍能獲🔴得高(gao)達24～240m/min的進給速(su)度；
　　
　　（4）換刀速度(dù)：目前國外先(xian)進加工中心(xin) 的刀具 交換(huàn)時間普遍已(yǐ)在1s左右，高的(de)已達0.5s。德國Chiron公(gong)司将刀庫 設(shè)計成籃子樣(yàng)式，以主軸爲(wèi)軸心，刀具在(zài)圓周布置，其(qi)刀到刀的換(huan)刀時間僅0.9s。
　　
　　2、高(gāo)精度化
　　
　　數控(kòng)機床精度的(de)要求現在已(yǐ)經不局限于(yú)靜态的幾何(hé)💋精度，機床的(de)運動精度、熱(re)變形以及對(duì)振動的監測(cè)和補償越㊙️來(lai)越🏃🏻‍♂️獲得重視(shi)。
　　
　　（1）提高CNC系統控(kòng)制精度：采用(yong)高速插補技(jì)術，以微小程(chéng)序段實💁現連(lián)續進給，使CNC控(kong)制單位精細(xi)化，并采用高(gao)分辨👉率位置(zhì)檢測裝置，提(tí)高位置檢測(cè)精度（日本已(yǐ)開發裝有106脈(mò)沖/轉的内藏(cáng)位置檢測器(qi)的交流伺服(fú)🥵電機，其位置(zhi)檢測精度可(ke)達到0.01μm/脈沖），位(wei)置伺服系統(tong) 采用前饋控(kong)制與非線性(xìng)控制等方法(fǎ)；
　　
　　（2）采用誤差補(bu)償技術：采用(yong)反向間隙補(bǔ)償、絲杆螺距(jù)誤差補償👉和(he)刀具誤差補(bǔ)償等技術，對(dui)設備的熱變(bian)形誤差和空(kōng)間誤差進行(hang)綜合補償。研(yan)究結果表明(ming)，綜合誤⭐差補(bu)償技術的應(ying)用可将加工(gōng)誤差減少60%～80%；
　　
　　（3）采(cǎi)用網格檢查(chá)和提高加工(gōng)中心的運動(dong)軌迹精度，并(bing)通過仿真預(yù)測機床的加(jiā)工精度，以保(bǎo)證機床的定(dìng)位精度和重(zhong)㊙️複定位精度(dù)，使其性能長(zhǎng)期穩定，能夠(gòu)在不同運行(hang)條件下完成(chéng)多種加工任(rèn)務，并保證零(ling)件的加工質(zhì)量。
　　
　　3、功能複合(hé)化
　　
　　複合機床(chuáng)的含義是指(zhi)在一台機床(chuáng)上實現或盡(jìn)可能完📱成從(cóng)毛💋坯至成品(pǐn)的多種要素(sù)加工。根據其(qí)結構特點可(kě)分爲工藝複(fú)合型和工序(xù)複合型兩類(lèi)。工藝複合型(xíng)機床如镗銑(xi)鑽複合——加工(gōng)中心、車銑複(fu)合——車削中心(xīn)、銑镗鑽車複(fú)合——複合加工(gong)中心 等；工序(xù)複合型機床(chuang)如多面多軸(zhóu)聯動加工的(de)複合機床和(he)雙主軸車削(xue)中心等。采用(yong)複合機床進(jìn)行加工，減少(shǎo)了工件裝卸(xie)、更換❤️和調整(zhěng)刀具的輔助(zhù)時間以及中(zhong)間過程🏃‍♂️中産(chǎn)生🈲的誤差，提(tí)高了零件加(jia)工精度，縮短(duan)了産品制造(zào)📞周期，提高了(le)生産效💔率和(hé)制造🙇‍♀️商的市(shi)場反🐇應能力(li)，相對于傳統(tǒng)的工序分散(san)的生産方法(fa)具有明顯的(de)優勢。
　　
　　加工過(guò)程的複合化(hua)也導緻了機(ji)床向模塊化(huà)、多軸化發展(zhan)。德國Index公司最(zuì)新推出的車(chē)削加工中心(xin)是模塊化㊙️結(jie)構，該加工中(zhōng)心能夠完成(cheng)車削、銑削、鑽(zuan)削、滾📱齒、磨削(xuē)、激光熱處理(li)等多種工序(xù)，可完成複雜(zá)零件的全部(bù)加工。随着現(xiàn)代機械加🤟工(gōng)要求的不斷(duan)提高，大量的(de)多軸聯動數(shu)控機床越來(lái)越受到各大(da)企業的歡迎(yíng)。在2005年♊中國國(guó)際機床展 覽(lǎn)會（CIMT2005）上，國内外(wài)制造商展出(chu)了形式各異(yì)的多軸加工(gong)機🤩床❌（包括雙(shuāng)主軸、雙刀架(jia)、9軸控制等）以(yi)及可實現4～5軸(zhóu)聯動的🙇‍♀️五軸(zhóu)高速門式加(jia)工中心、五軸(zhou)聯動高速㊙️銑(xi)削中心等。
　　
　　4、控(kong)制智能化
　　
　　随(suí)着人工智能(néng)技術的發展(zhǎn)，爲了滿足制(zhi)造業生産柔(róu)性化、制造自(zì)動化的發展(zhǎn)需求，數控機(jī)床的智能化(hua)程度在不斷(duan)提高‼️。具體💘體(ti)現在以下幾(ji)個方面：
　　
　　（1）加工(gōng)過程自适應(yīng)控制技術：通(tōng)過監測加工(gong)過程中🔅的切(qiē)削力😘、主軸和(hé)進給電機的(de)功率、電流、電(diàn)壓等信息，利(li)用傳♈統的或(huo)現代的算法(fa)進行識别，以(yǐ)辯識出刀具(ju)的受力、磨✌️損(sun)、破損狀态及(jí)機床加⁉️工的(de)穩定性狀态(tai)，并根📧據這些(xie)狀态實時調(diao)🌈整加工參數(shù)（主軸轉速、進(jìn)給速度）和加(jiā)工指令，使設(shè)備處于最佳(jiā)運行狀态，以(yǐ)提高加工✂️精(jing)度、降低加工(gōng)表面粗糙度(du)并提高設備(bei)運行的安全(quan)👄性；
　　
　　（2）加工參數(shù)的智能優化(huà)與選擇：将工(gōng)藝專家或技(ji)師的🛀🏻經驗、零(ling)件加工的一(yī)般與特殊規(guī)律，用現代智(zhi)能方法，構造(zao)基于專家系(xì)統或基于模(mo)型的“加工參(can)數的智能優(you)化與選擇器(qi)”，利用它獲得(dé)優化的加工(gōng)參數，從而達(da)到提高編程(chéng)效率和加工(gōng)工藝水平、縮(suō)短🧑🏾‍🤝‍🧑🏼生産準備(bei)時間的目的(de)；
　　
　　（3）智能故障自(zì)診斷與自修(xiū)複技術：根據(ju)已有的故障(zhàng)信息，應用🐆現(xian)🆚代智能方法(fa)實現故障的(de)快速準确定(dìng)位；
　　
　　（4）智能故障(zhàng)回放和故障(zhàng)仿真技術：能(néng)夠完整記錄(lù)系統的各🐇種(zhong)信息，對數控(kong)機床發生的(de)各種錯誤和(hé)事故進🛀行回(hui)放和仿真，用(yòng)以确定錯誤(wù)引起的原因(yin)，找出解決問(wen)題的辦法，積(jī)累生産經驗(yàn)；
　　
　　（5）智能化交流(liú)伺服驅動裝(zhuāng)置：能自動識(shí)别負載，并自(zì)動🔞調整參數(shu)💛的智能化伺(si)服系統，包括(kuo)智能主軸交(jiao)流驅動裝置(zhi)和智能化進(jìn)給伺服裝置(zhì)。這種驅動裝(zhuang)置能自動識(shí)别電機及負(fù)載的轉動慣(guan)量，并自動對(dui)☎️控制系統參(can)數進行優化(huà)和調✏️整，使驅(qū)動系統獲得(de)最佳運行；
　　
　　（6）智(zhì)能4M數控系統(tong)：在制造過程(cheng)中，加工、檢測(cè)一體化是實(shi)🌈現快速制🌈造(zao)、快速檢測和(hé)快速響應的(de)有效途徑，将(jiang)測量（Measurement）、建模（Modelling）、加(jia)💔工（Manufacturing）、機器操🍉作(zuo)（Manipulator）四者（即4M）融合(he)在一個系統(tǒng)中，實現信息(xī)🤩共享，促🍓進測(cè)量、建模、加工(gōng)、裝夾、操作🤩的(de)一體化。
　　
　　5、德體(ti)系開放化
　　
　　（1）向(xiang)未來技術開(kāi)放：由于軟硬(yìng)件接口都遵(zun)循公認的标(biao)準協議🏃🏻，隻需(xū)少量的重新(xin)設計和調整(zheng)，新一代的通(tong)用軟硬件資(zi)源就可能被(bèi)現有系統所(suo)采納、吸收和(he)兼容，這就意(yì)味着系統的(de)開發費用将(jiāng)大大降低而(er)系統性能與(yu)可靠性将不(bu)斷‼️改善并處(chù)于長生命🔴周(zhōu)期；
　　
　　（2）向用戶特(te)殊要求開放(fàng)：更新産品、擴(kuò)充功能、提供(gong)硬軟件産品(pin)的各種組合(he)以滿足特殊(shū)應用要求；
　　
　　（3）數(shu)控标準的建(jian)立：國際上正(zheng)在研究和制(zhì)定一種新的(de)CNC系統标💋準ISO14649（STEP-NC），以(yi)提供一種不(bu)依賴于具體(tǐ)系統的中性(xìng)機制，能❗夠描(miao)述産品整個(ge)生命周期内(nei)的統一數☎️據(jù)模型☔，從而實(shí)現整個🌈制造(zao)過程乃至各(gè)個工業領㊙️域(yù)産品信息的(de)标準化。标準(zhun)化的編程語(yǔ)言，既方便用(yong)戶使用，又降(jiàng)低了和操作(zuò)效率直接✨有(you)關的勞動✊消(xiao)耗。
　　
　　6、驅動并聯(lian)化
　　
　　并聯運動(dong)機床克服了(le)傳統機床串(chuàn)聯機構移動(dong)部❌件⛷️質量大(da)、系統剛度低(di)、刀具隻能沿(yan)固定導軌 進(jin)給、作業自由(you)度偏低、設備(bei)加工靈活性(xing)和機動性不(bu)夠等固🌏有♻️缺(quē)陷，在機床主(zhu)軸（一般爲動(dòng)平台 ）與機座(zuò)（一般爲靜平(ping)台）之間采用(yòng)多杆并聯聯(lián)接機構驅動(dòng)，通過控制杆(gǎn)系中杆的長(zhang)度使杆系支(zhi)撐的平台獲(huò)得💃🏻相應☎️自由(yóu)度的✍️運動，可(ke)實現多坐标(biao)聯動數控加(jia)👌工、裝配和測(cè)量㊙️多種功能(neng)，更能滿足複(fu)雜特🔞種零件(jiàn)的加工，具有(yǒu)現代機器人(rén)的模塊化程(cheng)度高、重量輕(qīng)和速度快等(deng)優點。并聯機(jī)床作爲一種(zhong)新型的加工(gong)設備，已成爲(wèi)當前機床🤩技(jì)術的一個重(zhòng)💯要研究方向(xiàng)，受到了國際(ji)機床行業的(de)高度重視，被(bèi)認爲是“自發(fā)明數控技術(shu)以來在機床(chuang)行業中最有(yǒu)意義的進步(bù)”和“21世紀新一(yī)代數控加🏃‍♀️工(gōng)設備”。
　　
　　7、極端化(huà)（大型化和微(wei)型化）
　　
　　國防、航(hang)空、航天事業(yè)的發展和能(néng)源等基礎産(chan)業裝備的大(da)🐪型化需要大(da)型且性能良(liang)好的數控機(jī)床的支撐。而(er)超🔆精密加工(gōng)技術🔞和微納(nà)米技術是21世(shì)紀的戰略技(jì)術，需發展能(neng)适㊙️應微小型(xing)尺寸和微納(nà)米加工精度(dù)的新型制造(zào)工藝和裝備(bèi)，所以微型機(jī)床包括微切(qiē)削加工（車、銑(xi)、磨）機床、微電(dian)加工機床 、微(wei)激光加工機(jī)床 和微型壓(yā)力機 等的需(xū)求量正在逐(zhu)漸增大。
　　
　　8、信息(xī)交互網絡化(hua)
　　
　　對于面臨激(jī)烈競争的企(qi)業來說，使數(shù)控機床具有(you)雙向、高速的(de)聯網通訊功(gong)能，以保證信(xìn)息流在車間(jiān)各個部門間(jian)暢通無阻是(shi)非常重要的(de)。既可以實現(xian)網絡資源共(gòng)享，又能實現(xiàn)數控機床的(de)遠程監視、控(kòng)制、培訓、教學(xue)、管理，還可實(shí)現數控裝備(bei)的數字化服(fú)務（數控機床(chuang)故障的遠程(cheng)診斷、維護等(deng)）。例如，日本Mazak公(gong)司推出新一(yī)代的加工中(zhong)心配備了一(yi)個稱爲信息(xī)塔（e-Tower）的外部設(shè)備，包括計算(suàn)機、手機、機外(wài)和機内攝像(xiang)頭等，能夠實(shi)現語音、圖形(xíng)、視像和文本(ben)的通信故障(zhang)報警顯示、在(zai)線幫助排除(chu)故障等功能(néng)，是獨立的、自(zì)主管理的制(zhi)造單元。
　　
　　9、新型(xing)功能部件
　　
　　爲(wèi)了提高數控(kòng)機床各方面(mian)的性能，具有(you)高精度和🍉高(gāo)可靠性的新(xin)型功能部件(jian)的應用成爲(wei)必然。具有代(dai)表性的🔱新型(xíng)♻️功能部件包(bao)括：
　　
　　（1）高頻電主(zhu)軸：高頻電主(zhu)軸是高頻電(diàn)動機與主軸(zhou)部件的集成(cheng)，具有體積小(xiao)、轉速高、可無(wu)級調速等一(yī)系列優點，在(zai)♊各種新型數(shù)控機床中已(yǐ)經獲得廣泛(fàn)的應用；
　　
　　（2）直線(xian)電動機：近年(nián)來，直線電動(dong)機的應用日(rì)益廣泛，雖然(rán)其價🐆格高于(yú)傳統的伺服(fu)系統，但由于(yu)負載變化擾(rǎo)動、熱變形補(bu)償、隔磁和防(fáng)護等關鍵技(jì)術的應用，機(jī)械傳動結構(gòu)得到💃簡化，機(jī)床的動态性(xing)能有了提高(gāo)。如：西⁉️門子公(gong)司生産的1FN1系(xi)列三相交流(liú)永磁式同步(bù)直線電❓動機(ji)已開始廣泛(fàn)應用于高速(su)銑床 、加工中(zhong)心、磨床 、并聯(lian)機床以及動(dong)态性能和運(yùn)動精度要求(qiu)高的機床等(děng)♋；德國EX-CELL-O公司的(de)XHC卧式加工中(zhong)心 三向驅動(dong)均采用兩個(ge)直線電動機(ji)；
　　
　　（3）電滾珠絲杆(gǎn)：電滾珠絲杆(gǎn)是伺服電動(dong)機與滾珠絲(si)杆的集成，可(kě)以大大簡化(huà)數控機床的(de)結構，具有傳(chuan)動環節少、結(jie)構緊湊☔等一(yi)系列優點。
　　
　　10、高(gao)可靠性
　　
　　數控(kong)機床與傳統(tǒng)機床相比，增(zeng)加了數控系(xì)統和相應的(de)監控裝置等(deng)，應用了大量(liàng)的電氣、液壓(yā)和機電裝置(zhì)☁️，易于導緻出(chu)現失效的概(gài)率增大；工業(yè)電網電壓的(de)波動和幹擾(rao)對數控機床(chuang)的可靠性極(jí)爲不利，而數(shù)控機床加工(gōng)的零件型面(mian)🐇較爲複雜♈，加(jiā)工周期🚶‍♀️長，要(yào)求平均無故(gù)障時間💚在2萬(wàn)小時以上。爲(wei)了保證🧑🏾‍🤝‍🧑🏼數控(kong)機床有高的(de)可靠性，就要(yào)精心設計系(xì)統、嚴格制造(zào)和明确可靠(kào)性目标以及(jí)通過維修分(fen)析故障模式(shì)并找出薄弱(ruo)環節。國外數(shu)控系統平均(jun)無故障時間(jian)在7～10萬📧小時以(yǐ)上，國🌍産數控(kòng)系統平均無(wú)故障時🏃‍♀️間僅(jǐn)爲10000小時左右(yòu)，國外整機平(ping)均無故障工(gong)作時間達800小(xiǎo)時以上，而國(guó)内最高隻有(you)300小時。
　　
　　11、加工過(guò)程綠色化
　　
　　随(suí)着日趨嚴格(gé)的環境與資(zi)源約束，制造(zào)加工的綠😄色(se)化越來越重(zhong)要，而中國的(de)資源、環境問(wèn)題尤爲突出(chū)。因此，近年來(lai)不用或少☀️用(yong)冷卻液、實現(xian)幹切削、半🔅幹(gan)切削節能環(huan)保的機床不(bú)斷出現，并在(zài)不斷發展當(dang)中。在21世紀，綠(lü)色制造的大(da)趨勢将使各(gè)種節能環保(bao)機床加速🈚發(fa)展，占領更多(duō)的世界市☀️場(chang)。
　　
　　12、多媒體技術(shu)的應用
　　
　　多媒(mei)體技術集計(jì)算機、聲像和(he)通信技術于(yú)一體，使計算(suan)機具有綜合(hé)處理聲音、文(wen)字、圖像和視(shi)頻信息的能(neng)力，因此也對(dui)用戶界面提(tí)出了圖形化(huà)的要求。合理(li)的人性化的(de)用戶界面極(ji)大地方便了(le)非專業用戶(hù)的使用，人們(men)可以通過窗(chuāng)口和菜單進(jin)行操作，便于(yu)藍圖編程和(he)快速編程、三(san)維彩色立體(ti)動态圖形顯(xian)示、圖形模拟(ni)、圖形動态跟(gen)蹤和仿真、不(bu)同方向的視(shi)圖和局部顯(xian)示比例縮放(fang)功能的實現(xiàn)。除此以外，在(zai)數控技術領(lǐng)域應用多媒(méi)體技術可以(yǐ)做到信息處(chù)理綜合化、智(zhì)能化，應用于(yu)實時監控系(xi)統和生産現(xian)場設備的故(gu)障診斷、生産(chan)過程參數監(jiān)測等，因此有(yǒu)着重大的應(yīng)用價值。
　　
　　國産(chǎn)數控機床缺(que)乏核心技術(shu)，從高性能數(shù)控系統到關(guan)🛀鍵功能部件(jiàn)基本都依賴(lai)進口，即使近(jin)幾年有些國(guo)✨内制造商艱(jiān)難地創出了(le)自己的品牌(pai)，但其産品的(de)功能、性能的(de)可靠性仍然(ran)與國外産品(pin)有一定差距(jù)。近幾年國産(chan)數⛷️控機床制(zhì)造商通過技(ji)術引進🔴、海内(nèi)外并購重組(zu)以及國外采(cai)購等獲得了(le)一些先進數(shù)控技術，但缺(quē)乏對機床結(jié)構與精度、可(kě)靠性、人💰性化(hua)設計等基礎(chu)性技術的研(yán)究，忽👨‍❤️‍👨視了自(zi)主開發能力(lì)的培育，國産(chan)數✊控機床的(de)技術水平、性(xìng)能和質🚩量與(yǔ)國外還有較(jiào)大差距，同樣(yang)難以得到大(dà)多數用戶的(de)認可。
　　
　　一些國(guó)産數控機床(chuang)制造商不夠(gòu)重視整體工(gong)藝與制造水(shui)平的提高，加(jiā)工手段基本(běn)以普通機床(chuang)與低效刀具(ju)爲主，裝配調(diao)試完全靠手(shou)工，加工質量(liang)在生産進度(dù)的緊逼下不(bú)能得到穩定(dìng)與提高。另外(wai)很多國産數(shu)控🔴機床制造(zào)商的生産管(guan)理依然沿用(yong)原始的手工(gōng)台賬管理方(fāng)式，工💛藝水平(píng)和管理效率(lü)低下使得企(qǐ)業無✔️法形成(chéng)足夠生産規(gui)模。如國外機(ji)床制造商能(neng)做到每周裝(zhuang)調出産品，而(ér)國✌️内的生産(chǎn)周期過長且(qie)很難控制。因(yīn)此我們在引(yǐn)進技術的同(tóng)時應注意加(jia)強自身工藝(yi)技術改造和(hé)管理水平的(de)提升。
　　
　　由于數(shù)控機床産業(ye)發展迅速，一(yī)部分企業不(bú)顧長遠利益(yi)，對提高自身(shen)的綜合服務(wù)水平不夠重(zhòng)視，甚至對服(fú)務缺乏真正(zhèng)的理解，隻注(zhù)重推銷而不(bú)注重售前與(yǔ)售後服務。有(you)些企業派出(chu)的人員對生(sheng)産的數控機(jī)床缺乏足夠(gòu)了解，不會使(shǐ)用或使用不(bu)好數控機床(chuang)，更不能指導(dǎo)用戶使用好(hǎo)機床；有的對(dui)先進高效刀(dāo)具缺乏基本(ben)了解，不能提(ti)供較好的工(gong)藝解決方案(an)，用戶自然對(duì)制造商缺乏(fa)信心。制造商(shāng)的服務應從(cóng)研究用戶的(de)加工産品、工(gong)藝、生産類型(xíng)、質量要求入(rù)手，幫助用戶(hù)進行設備選(xuǎn)型，推薦先進(jìn)工藝與工輔(fǔ)具，配備專業(ye)的培訓人員(yuán)和良好的培(péi)訓環境，幫助(zhu)用戶發揮機(ji)床的最大效(xiao)益、加工出高(gāo)質量的最終(zhong)産品，這樣才(cai)能逐步得到(dào)用戶的認同(tóng)，提高國産數(shu)控機床的市(shi)場占有率。