我國數控機(ji)床未來發展(zhǎn)的十二種大(dà)趨勢

       目前，數(shù)控機床 的發(fā)展日新月異(yi)，高速化、高精(jing)度化、複合化(hua)、智能化、開🈲放(fàng)化、并聯✨驅動(dòng)化、網絡化、極(jí)端化、綠色化(huà)已成爲數控(kòng)機床 發展的(de)趨勢和方向(xiang)。中國作爲一(yī)個制造大國(guo)，主要還是依(yi)靠勞動力、價(jià)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(wai)同行的差距(jù)還很大。中國(guo)的數控産業(yè)不能安于現(xiàn)狀，應該抓住(zhù)機會不斷發(fa)展，努力發展(zhan)自己的先進(jin)技術，加大技(ji)術創新與人(rén)才培訓力度(dù)，提高企業綜(zong)合服務能力(li)，努力縮短與(yu)發達國家之(zhi)間的差距。力(lì)争早日實現(xiàn)數控機床産(chǎn)品從低端到(dao)高端、從初級(ji)産品加工到(dào)高精尖産品(pin)制造的轉變(biàn)，實現從中國(guo)制造到中國(guó)創造、從制造(zao)大國到制造(zào)強國的轉變(bian)
　　
　　1、高速化
　　
　　随着(zhe)汽車、國防、航(hang)空、航天等工(gōng)業的高速發(fa)展以及鋁合(hé)金等新材料(liào)的應用，對數(shù)控機床加工(gong) 的高速化要(yao)求越來越高(gao)。
　　
　　（1）主軸 轉速：機(jī)床采用電主(zhǔ)軸 （内裝式主(zhu)軸電機），主軸(zhou)最高轉速達(dá)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(sù)發展爲數控(kong)系統 向高速(sù)、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(shù)控系統，頻率(lü)提高到幾百(bǎi)兆赫、上千兆(zhào)赫🙇🏻。由于運算(suàn)速度♌的極大(da)提高，使得當(dang)分辨率爲0.1μm、0.01μm時(shí)仍能獲得高(gāo)達⛷️24～240m/min的進給✊速(sù)度；
　　
　　（4）換刀速度(du)：目前國外先(xian)進加工中心(xīn) 的刀具 交換(huàn)時間普遍已(yi)在1s左右，高的(de)已達0.5s。德國Chiron公(gōng)司将刀庫 設(shè)計成籃子樣(yàng)式，以主軸爲(wei)軸心，刀具在(zai)圓周布置♋，其(qí)🔴刀到刀的換(huan)刀時間僅0.9s。
　　
　　2、高(gao)精度化
　　
　　數控(kong)機床精度的(de)要求現在已(yǐ)經不局限于(yu)靜态的⭕幾何(he)精度，機床的(de)運動精度、熱(re)變形以及對(duì)振動的監測(ce)🤩和補償越🏃🏻來(lái)越獲得重視(shì)。
　　
　　（1）提高CNC系統控(kong)制精度：采用(yòng)高速插補技(ji)術，以微小程(chéng)序♋段實現連(lian)續進給，使CNC控(kong)制單位精細(xi)化，并采用高(gāo)分辨🔴率位❄️置(zhì)檢測裝置，提(tí)高位置檢測(ce)精度（日本已(yǐ)開發裝🍓有106脈(mo)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(kě)達到0.01μm/脈沖），位(wèi)置伺服系統(tǒng) 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(yòng)反向間隙補(bǔ)償、絲杆螺距(ju)誤差補償和(he)刀具誤差補(bǔ)償等技術，對(duì)設備的熱變(biàn)形誤差和☂️空(kong)間🧡誤差🚶‍♀️進行(hang)綜合補償。研(yán)究結果表明(ming)，綜合誤差補(bu)償技術的應(ying)用可将加工(gong)誤差減少60%～80%；
　　
　　（3）采(cai)用網格檢查(cha)和提高加工(gōng)中心的運動(dong)軌迹精度，并(bìng)通過仿真🔞預(yù)測機床的加(jiā)工精度，以保(bao)證機床的定(dìng)位精度😄和重(zhòng)複定位精度(du)，使其性能長(zhang)期穩定，能夠(gou)在不同運行(hang)條件下完成(cheng)多種加工任(rèn)務，并保證零(líng)件的加工質(zhi)量。
　　
　　3、功能複合(he)化
　　
　　複合機床(chuáng)的含義是指(zhi)在一台機床(chuáng)上實現或盡(jin)可能✌️完成從(cóng)毛坯至成品(pin)的多種要素(sù)加工。根據其(qi)結構特♉點可(kě)分爲工藝💜複(fu)合㊙️型和工序(xu)複合型兩類(lèi)。工藝複合型(xing)機床如镗銑(xi)鑽複合——加工(gōng)中心、車銑複(fú)合——車削中心(xin)、銑镗鑽車複(fu)合——複合加工(gong)中心 等；工序(xù)複合型機床(chuang)如多面多軸(zhou)聯動加工的(de)複合機床和(he)雙主軸車削(xuē)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(zhu)時間以及中(zhōng)間過程中産(chan)生的誤差，提(tí)高了零件加(jia)工精度，縮短(duan)了🔞産品制造(zao)☁️周期，提高了(le)生産效🛀🏻率和(he)制造🈲商的市(shi)場反🈚應能力(lì)，相對👉于傳統(tong)的工序分散(san)的生産方法(fa)具有📱明📞顯的(de)優勢。
　　
　　加工過(guo)程的複合化(hua)也導緻了機(ji)床向模塊化(hua)、多軸💘化發展(zhǎn)。德國Index公司最(zui)新推出的車(chē)削加工中心(xīn)是模塊化結(jié)構❓，該加工中(zhong)心能夠完成(cheng)車削、銑削、鑽(zuàn)削、滾齒、磨削(xue)、激光熱處理(li)等多種工序(xu)，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(dà)企業的歡迎(ying)。在2005年中⚽國國(guo)際機床展 覽(lan)會（CIMT2005）上，國内外(wai)制造商展出(chū)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(yǐ)及可實現㊙️4～5軸(zhou)聯動的五軸(zhou)🏃高速門式加(jia)工中心、五軸(zhóu)聯動高速㊙️銑(xǐ)削中心等。
　　
　　4、控(kong)制智能化
　　
　　随(suí)着人工智能(neng)技術的發展(zhan)，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(tǐ)現在以下幾(ji)個方面：
　　
　　（1）加工(gong)過程自适應(yīng)控制技術：通(tong)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(huò)現代的算法(fǎ)進行識别，以(yi)辯識出刀具(jù)的受力、磨損(sǔn)、破損♉狀态及(jí)機床加工的(de)穩定性✏️狀态(tài)，并根據這些(xie)狀态實時調(diao)整加工參數(shu)（主軸轉🌈速、進(jìn)給速度）和加(jiā)工指令，使設(shè)備處于🚩最佳(jia)運行狀态，以(yǐ)提高加工精(jing)度、降低加工(gōng)表面粗糙度(dù)并提高設備(bei)運行的安全(quan)性；
　　
　　（2）加工參數(shù)的智能優化(hua)與選擇：将工(gōng)藝專家或技(ji)師的經驗、零(ling)🌈件㊙️加工的一(yi)般與特殊規(guī)律，用現代智(zhì)能方法，構造(zao)基于專家系(xi)統或基于模(mó)型的“加工參(cān)數的智能優(yōu)化與⭕選擇器(qì)”，利用它獲得(de)優化的加工(gōng)參數，從而達(dá)到提高編程(cheng)效率和加工(gōng)工藝水平、縮(suō)短☀️生産準備(bèi)時間的目的(de)；
　　
　　（3）智能故障自(zi)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(fǎ)實現故障的(de)快速準确定(ding)位；
　　
　　（4）智能故障(zhang)回放和故障(zhang)仿真技術：能(neng)夠完整記錄(lù)系統的各種(zhǒng)信息，對數控(kong)機床發生的(de)各種錯誤和(he)事故進行回(huí)放和仿真，用(yong)以确定錯誤(wù)引起的原因(yin)，找出解決問(wèn)題的辦法，積(jī)✌️累生産經驗(yan)；
　　
　　（5）智能化交流(liú)伺服驅動裝(zhuang)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(kuò)智能主軸交(jiao)流驅💋動裝置(zhì)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(dé)☎️最佳運行；
　　
　　（6）智(zhi)能4M數控系統(tong)：在制造過程(cheng)中，加工、檢測(cè)一體化是🔞實(shí)現⛹🏻‍♀️快速制造(zào)、快速檢測和(he)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(hé)在一個系統(tong)中，實現信息(xī)共享，促進測(cè)量🌈、建模、加🧑🏽‍🤝‍🧑🏻工(gong)、裝夾、操作的(de)一體化。
　　
　　5、德體(tǐ)系開放化
　　
　　（1）向(xiàng)未來技術開(kai)放：由于軟硬(yìng)件接口都遵(zūn)循公認的标(biao)準協議，隻需(xu)少量的重新(xin)設計和調整(zhěng)，新一代的通(tong)用軟硬件資(zī)源就可能被(bèi)現有系統所(suǒ)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(ér)系統性能與(yǔ)可靠🏃性将不(bu)斷改善并處(chu)🔆于長生命💃🏻周(zhōu)期；
　　
　　（2）向用戶特(te)殊要求開放(fang)：更新産品、擴(kuo)充功能、提供(gòng)硬🔴軟件❄️産品(pǐn)的各種組合(hé)以滿足特殊(shu)應用要求；
　　
　　（3）數(shù)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(yǐ)提供一種不(bú)依賴于具體(tǐ)系統的中性(xìng)機制，能夠描(miao)述産品整個(gè)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(ge)個工業領域(yù)産品信⛱️息的(de)标準化。标準(zhun)化♌的編程語(yu)言，既方便用(yòng)戶使用，又降(jiang)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(dòng)機床克服了(le)傳統機床串(chuan)聯機構移動(dòng)部件質量大(dà)、系統剛度低(dī)、刀具隻能沿(yán)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(que)陷，在機床主(zhu)軸（一般爲動(dòng)平台 ）與機座(zuo)（一般爲靜平(píng)台）之間采用(yong)多杆并聯聯(lian)接機構驅動(dòng)㊙️，通過控制杆(gan)系中杆的長(zhǎng)度使杆系支(zhi)撐的💔平台✍️獲(huo)得相應自由(you)度的運動，可(kě)實現多坐标(biāo)聯動數控加(jia)工、裝配和測(cè)量多種功🔱能(néng)，更能滿足複(fú)雜特種零件(jiàn)的加工，具有(you)現代機器人(ren)的模塊化程(chéng)度高㊙️、重量輕(qīng)和速度快等(děng)優點。并聯機(ji)床作爲一種(zhǒng)新型✏️的加工(gōng)設備，已成爲(wèi)當前機床技(ji)術的一個重(zhong)要研究方向(xiang)，受到了國際(jì)機床行業的(de)高度重視，被(bèi)認爲是“自發(fā)明數控技術(shù)🙇‍♀️以來在機床(chuáng)行業中🔴最有(yǒu)意義的進步(bù)”和“21世紀新一(yi)代數控加工(gōng)設備”。
　　
　　7、極端化(huà)（大型化和微(wēi)型化）
　　
　　國防、航(háng)空、航天事業(yè)的發展和能(neng)源等基礎産(chǎn)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(shi)紀的戰略技(jì)🌈術，需發展能(néng)适應微小型(xing)尺寸和微納(nà)米加工精度(dù)的新型制造(zao)工藝和裝備(bei)，所以微型機(jī)床包括微切(qiē)削加工（車、銑(xi)、磨）機床、微電(diàn)加工機床 、微(wēi)激光加工機(ji)床 和微型壓(yā)力機 等的需(xū)求量正在逐(zhu)漸增大。
　　
　　8、信息(xi)交互網絡化(huà)
　　
　　對于面臨激(ji)烈競争的企(qǐ)業來說，使數(shu)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(jiān)暢通無阻是(shi)非常重要的(de)。既可以實現(xian)網絡資源共(gong)享，又能實現(xian)數控機床的(de)遠程監視、控(kong)制、培訓、教學(xue)、管理，還可實(shi)現數控裝備(bèi)的數字化服(fú)務（數控機床(chuang)故障的遠程(chéng)診斷、維護等(děng)）。例如，日本Mazak公(gōng)司推出新一(yī)代的加工中(zhōng)心配備了一(yī)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(wai)和機内攝像(xiang)頭等，能夠實(shi)現語音、圖形(xíng)、視像和文本(běn)的通信故障(zhang)報警顯示、在(zài)線幫助排除(chú)故障等功能(neng)，是獨立的、自(zì)主管理的制(zhi)造單元。
　　
　　9、新型(xíng)功能部件
　　
　　爲(wèi)了提高數控(kong)機床各方面(miàn)的性能，具有(yǒu)高精度和高(gao)可🚶靠性的新(xīn)型功能部件(jian)的應用成爲(wei)必然。具有代(dai)表🌍性的🍓新型(xing)功能部件包(bao)括：
　　
　　（1）高頻電主(zhǔ)軸：高頻電主(zhǔ)軸是高頻電(dian)動機與主軸(zhou)部件的🥰集成(chéng)，具有體積小(xiao)、轉速高、可無(wú)級調速等一(yī)系列優🈚點，在(zai)各種🏃新型🍉數(shù)控機床中已(yi)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(ri)益廣泛，雖然(rán)其價格☔高于(yu)傳統的伺服(fú)系統，但由于(yú)負載變化擾(rao)🌈動、熱變形補(bu)償、隔磁和防(fáng)護等關鍵技(ji)術的應用，機(ji)械傳動結構(gou)得到簡化，機(jī)床的動态性(xing)能有了提高(gāo)。如：西門子公(gōng)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(lián)機床以及動(dong)态性能和運(yùn)動精度要求(qiú)高的機床等(deng)；德🤟國EX-CELL-O公司的(de)XHC卧式加工中(zhōng)心 三向驅動(dong)均采用兩個(gè)直線電動機(jī)；
　　
　　（3）電滾珠絲杆(gǎn)：電滾珠絲杆(gan)是伺服電動(dòng)機與滾珠絲(sī)📱杆⭐的集成，可(ke)以大大簡化(huà)數控機床的(de)結構，具有傳(chuán)動環節少、結(jié)構緊湊等一(yī)系列優點。
　　
　　10、高(gāo)可靠性
　　
　　數控(kòng)機床與傳統(tǒng)機床相比，增(zēng)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(rǎo)對數控機床(chuáng)的可靠性極(ji)爲不利，而數(shu)控機床加工(gong)的零件型面(mian)較爲複雜，加(jia)工周期🔞長，要(yào)求平均無故(gu)障時間💯在2萬(wàn)小時以上。爲(wèi)了保證數控(kong)機床有高的(de)可靠性，就要(yao)🐉精心設計系(xi)統、嚴格制造(zào)和明确可靠(kao)性目标以及(jí)通過維修分(fèn)析故障模式(shi)并找出薄弱(ruò)環💃🏻節。國外數(shù)控系統平均(jun1)無故障時間(jiān)在7～10萬小時以(yǐ)上，國🐉産數控(kòng)系統平均無(wu)故障時間僅(jin)爲10000小時左右(yòu)🏒，國外整機平(ping)均無故障工(gōng)作時間達800小(xiao)時以上，而國(guo)内最高隻有(yǒu)300小時。
　　
　　11、加工過(guò)程綠色化
　　
　　随(sui)着日趨嚴格(gé)的環境與資(zi)源約束，制造(zao)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(chu)。因此，近年來(lái)不用🆚或少用(yòng)冷卻液、實現(xiàn)幹切削、半幹(gan)切削節能環(huan)保的機床不(bu)斷出現，并在(zài)不斷發展當(dāng)中。在21世紀，綠(lü)色制造的大(da)趨勢将使各(ge)種節能環🔅保(bǎo)機床加速發(fā)展，占領更多(duō)的世界市場(chang)。
　　
　　12、多媒體技術(shù)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(suàn)機具有綜合(hé)處理聲音、文(wen)字、圖像和視(shì)頻信息的能(néng)力，因此也對(dui)用戶界面提(ti)出了圖形化(hua)的要求。合理(lǐ)的人性化的(de)用戶界面極(jí)大地方便了(le)非專業用戶(hu)的使用，人們(men)可以通過窗(chuang)口和菜單進(jin)行操作，便于(yú)藍圖編程和(hé)快速編程、三(san)維彩色立體(tǐ)動态圖形顯(xiǎn)示、圖形模拟(ni)、圖形動态跟(gen)蹤和仿真、不(bú)同方向的視(shi)圖和局部顯(xiǎn)示比例縮放(fàng)功能的實現(xian)。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(chu)理綜合化、智(zhì)能化，應用于(yú)實時監控系(xi)統和生産現(xiàn)場設備的故(gu)障診斷、生産(chan)過程參數監(jian)測等，因此有(you)着重大的應(yīng)用價值。
　　
　　國産(chǎn)數控機床缺(quē)乏核心技術(shù)，從高性能數(shu)控系統到關(guān)鍵功能部件(jian)基本都依賴(lài)進口，即使近(jìn)幾年有些國(guó)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(rán)與國外産品(pǐn)有一定差距(ju)。近幾年國産(chǎn)數控機床制(zhi)造商通過技(ji)術引進、海内(nèi)外并購重組(zǔ)以及國外采(cǎi)購等獲得了(le)一些先進數(shù)控技術，但缺(que)乏對機床結(jié)構與精度、可(kě)靠性、人性化(huà)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(gōng)藝與制造🧡水(shui)平的提高，加(jia)工手段基本(ben)以普通機床(chuang)與低效刀具(ju)爲主，裝配調(diào)試完全靠手(shou)工，加工質量(liàng)在生産進度(dù)的緊逼👄下不(bú)能得到穩定(dìng)與提🔱高。另外(wài)很多😄國産數(shù)控機床制造(zao)商的生産管(guǎn)理依然沿用(yòng)原始的手工(gōng)台賬管理方(fāng)式，工藝水平(píng)和管理效率(lǜ)低下💚使得企(qi)業無法💰形成(chéng)足夠生産規(guī)模。如國外機(ji)床制造商能(néng)做到每周裝(zhuang)調出産品，而(er)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(he)管理水平的(de)提升。
　　
　　由于數(shù)控機床産業(yè)發展迅速，一(yi)部分企業不(bu)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(yu)售後服務。有(you)些企業派出(chu)的人員對生(shēng)産的數控機(jī)床缺乏足夠(gou)了解，不會使(shǐ)用或使用不(bú)好數控機床(chuáng)，更不能指導(dǎo)用戶使用好(hao)機床；有的對(duì)先進高效刀(dao)具缺乏基本(ben)了解，不能提(ti)供較好的工(gong)藝解決方案(àn)，用戶自然對(dui)制造商缺乏(fa)信心。制造商(shang)的服務應從(cong)研究用戶的(de)加工産品、工(gōng)藝、生産類型(xing)、質量要求入(rù)手，幫助用戶(hu)進行設備選(xuǎn)型，推薦先進(jìn)工藝與工輔(fǔ)具，配備專業(yè)的培訓人員(yuan)和良好的培(péi)訓環境，幫助(zhù)用戶發揮機(jī)床的最大效(xiào)益、加工出高(gao)質量的最終(zhōng)産品，這樣才(cái)能逐步得到(dao)用戶的認同(tong)，提高國産數(shu)控機床的市(shì)場占有率。