目前，數控機床
的(de)發展日新月異，高(gāo)速化、高精度化、複(fu)合化、智能化、開放(fàng)化、并聯♈驅動化、網(wǎng)絡化、極端化、綠色(se)化已成爲👄數控機(jī)床
發展的趨勢和(hé)方向。中國作爲一(yī)個制造大國，主要(yao)還是依靠勞動力(li)、價格、資源等方面(miàn)的比較優勢，而在(zài)産品的技術創新(xīn)與自主開發方面(mian)與國外同行的差(cha)距還很大。中國的(de)數控産業不能安(an)于現狀，應該抓住(zhu)機會不斷發展，努(nǔ)力發展自己的先(xiān)進技術，加大技術(shu)創新與人才培訓(xun)力度，提高企業綜(zōng)合服務能力，努力(lì)縮短與發達國家(jia)之間的差距。力争(zhēng)早日實現數控機(ji)床産品從低端到(dào)高端、從初級産品(pǐn)加工到高精尖産(chǎn)品制造的轉變，實(shí)現從中國制造到(dào)中國創造、從制造(zao)大國到制造強國(guó)的轉變
1、高速化
随(suí)着汽車、國防、航空(kong)、航天等工業的高(gao)速發展以及⚽鋁合(hé)金🐪等新材料的應(yīng)用，對數控機床加(jia)工
的高速化要求(qiu)越來越高。
（1）主軸
轉(zhuǎn)速：機床采用電主(zhǔ)軸
（内裝式主軸電(dian)機），主軸最高轉速(sù)達200000r/min；
（2）進給率：在分辨(bian)率爲0.01μm時，最大進給(gei)率達到240m/min且可獲得(dé)複❤️雜型面的精确(què)加工；
（3）運算速度：微(wēi)處理器的迅速發(fa)展爲數控系統
向(xiàng)高速、高精度方向(xiàng)發展提供了保障(zhàng)，開發出CPU已發展到(dào)32位以及64位的數控(kòng)系統，頻率提高到(dao)幾百兆赫、上千🈲兆(zhao)赫‼️。由于運算速度(dù)的極大提高，使得(dé)當分辨率爲0.1μm、0.01μm時仍(réng)能獲得高達24～240m/min的進(jìn)給速度；
（4）換刀速度(dù)：目前國外先進加(jia)工中心
的刀具
交(jiāo)換時間普遍已在(zai)1s左右，高的已達0.5s。德(de)國Chiron公司将刀庫
設(she)計成籃子樣式，以(yǐ)主軸爲軸心，刀具(ju)在圓周布置，其刀(dao)到刀的📧換刀時間(jiān)僅0.9s。
2、高精度化
數控(kòng)機床精度的要求(qiú)現在已經不局限(xiàn)于靜态的🈲幾🌈何精(jīng)度，機床的運動精(jīng)度、熱變形以及對(dui)振動的監測和補(bǔ)償越來越獲得重(zhòng)視。
（1）提高CNC系統控制(zhi)精度：采用高速插(cha)補技術，以微小程(chéng)序🏃段實現連續進(jin)給，使CNC控制單位精(jing)細化，并采用高分(fen)辨率位置檢🈲測裝(zhuāng)置，提高位置檢測(cè)精度（日本已開發(fa)裝有106脈沖/轉的内(nèi)藏位置✨檢測器的(de)交流伺服電機，其(qí)位置檢測精度可(ke)達到0.01μm/脈沖），位置伺(sì)服系統
采用前饋(kui)控制與非線性控(kong)制等方法；
（2）采用誤(wu)差補償技術：采用(yong)反向間隙補償、絲(si)杆螺距誤差補償(chang)和刀具誤差補償(chang)等技術，對設備的(de)熱變形誤👅差和空(kong)間誤差進行🙇♀️綜合(hé)補償。研究結果表(biao)明，綜合誤差補償(cháng)技術的應用可将(jiāng)加工誤差減少60%～80%；
（3）采(cǎi)用網格檢查和提(ti)高加工中心的運(yun)動軌迹精度，并☀️通(tōng)🔱過仿真預測機床(chuang)的加工精度，以保(bao)證機床的定位精(jīng)度和重複定位精(jīng)度，使其性能長期(qī)穩定，能夠在不💋同(tóng)運行🌈條件下🏃完成(cheng)多種加工任務，并(bìng)保證零件的加工(gong)質量。
3、功能複合化(huà)
複合機床的含義(yì)是指在一台機床(chuáng)上實現或盡可🆚能(néng)🚶♀️完📞成從毛坯至成(chéng)品的多種要素加(jia)工。根據其結構特(tè)點可分爲工藝㊙️複(fú)合型和工序複合(hé)型兩類。工藝複合(he)型機床如镗銑鑽(zuàn)複合——加工中心、車(chē)銑複合——車削中心(xin)、銑镗鑽車🏃♀️複合——複(fú)合加工中心
等；工(gong)序複合型機床如(rú)多面多軸聯動加(jia)工的複合機床和(hé)雙主軸車削中心(xīn)等。采用複合機床(chuáng)進行加⭐工，減少了(le)工件裝卸、更換和(hé)調整刀具的輔助(zhu)時間以及中間過(guo)程中産生的誤差(chà)，提高了零件加工(gong)精度，縮短了産品(pǐn)制造周期，提高了(le)生産效率和制造(zao)商的市場反應能(neng)力，相對于傳統的(de)工序分散的生🏃♀️産(chǎn)方法具有明顯的(de)優勢。
加工過程的(de)複合化也導緻了(le)機床向模塊化、多(duō)軸化發展。德國Index公(gong)司最新推出的車(che)削加工中心是模(mo)塊化結構，該加工(gong)中心能夠完成車(chē)削、銑削、鑽削、滾齒(chǐ)、磨削、激光熱處理(lǐ)等多種工序，可完(wan)成複雜零件的全(quan)部加工。随着現代(dai)機械加工要求的(de)不斷提高，大量的(de)多軸聯動數控機(jī)💁床越來越受到各(ge)大企業的歡迎。在(zài)2005年中國國際機床(chuáng)展
覽會（CIMT2005）上，國内外(wài)制造商展出了形(xing)式各異的多軸加(jiā)🔞工機床（包括雙主(zhǔ)軸、雙刀架、9軸控制(zhi)等）以及可實現4～5軸(zhou)聯動的五軸高速(su)門式加工中心、五(wu)軸聯動高速💋銑削(xue)中⭕心等。
4、控制智能(neng)化
随着人工智能(néng)技術的發展，爲了(le)滿足制造業生産(chǎn)柔性化、制造自動(dong)化的發展需求，數(shù)控機床的智能化(huà)程度在💔不斷提高(gao)。具體體現在以下(xia)幾個方面：
（1）加工過(guo)程自适應控制技(ji)術：通過監測加工(gong)過程中的切削力(lì)🐉、主軸和進給電機(ji)的功率、電流、電壓(yā)等信息，利用傳統(tong)的或現代的算法(fa)進行識别，以辯識(shi)出刀具的受力、磨(mó)損、破損狀态及機(ji)床加工的穩定性(xing)㊙️狀态，并根據這些(xie)狀态實時調整加(jiā)工參數（主軸轉速(sù)、進給速度）和加工(gōng)指令🙇♀️，使設備處于(yú)最佳運行狀🧑🏽🤝🧑🏻态，以(yi)提高加工精度、降(jiang)低加工🌐表面粗糙(cāo)度并提高🔆設備運(yùn)行的安全性；
（2）加工(gōng)參數的智能優化(huà)與選擇：将工藝專(zhuan)家或技師🈲的經驗(yàn)、零件加工的一般(ban)與特殊規律，用現(xian)代智能方法，構造(zào)基于專家👌系統或(huo)基于模型的“加工(gōng)參數的智能優化(hua)與選擇器”，利用它(tā)獲得優化的加工(gong)參數，從而達到提(tí)高編程效率和加(jiā)工工藝📧水平、縮短(duan)生産準備時間的(de)目的；
（3）智能故障自(zi)診斷與自修複技(ji)術：根據已有的故(gu)障信息，應用現代(dài)智能方法實現故(gu)障的快速準确定(dìng)♍位；
（4）智能故障回放(fang)和故障仿真技術(shu)：能夠完整記錄系(xì)統的各🐕種信息，對(dui)數控機床發生的(de)各種錯誤和事故(gu)進行回放和🔴仿真(zhēn)，用以确定錯誤引(yǐn)起的原因，找🧑🏽🤝🧑🏻出解(jie)決🐪問題的辦法，積(jī)累生産經驗；
（5）智能(néng)化交流伺服驅動(dòng)裝置：能自動識别(bie)負載，并自動💋調整(zheng)參數的智能化伺(sì)服系統，包括智能(neng)主軸交🔴流驅動裝(zhuang)置和智能化進給(gěi)伺服裝置。這種驅(qu)動裝置能自動識(shí)别電機及負載的(de)轉動慣✊量，并自動(dong)對⁉️控制系統參數(shù)進行優化和調整(zheng)，使驅動🌈系統獲得(de)♉最佳運行；
（6）智能4M數(shu)控系統：在制造過(guò)程中，加工、檢測一(yi)體化是實現☀️快💁速(sù)🧑🏾🤝🧑🏼制造、快速檢測和(hé)快速響應的有效(xiao)途徑，将測量（Measurement）、建❗模(mó)（Modelling）、加工（Manufacturing）、機器操作（Manipulator）四(si)者（即4M）融合在一個(ge)系統中，實現信息(xi)共享，促進測量、建(jiàn)模、加工、裝夾、操作(zuo)的一體化。
5、德體系(xì)開放化
（1）向未來技(ji)術開放：由于軟硬(yìng)件接口都遵循公(gōng)認的标準協🌈議✉️，隻(zhi)需少量的重新設(she)計和調整，新一代(dai)的㊙️通用軟硬件資(zī)源就可能被現有(yǒu)系統所采納、吸收(shou)和兼容，這就意味(wèi)着系統的開發費(fei)用将大大降低而(ér)系統性能與可靠(kao)性将不斷改善并(bing)處于長生命❌周期(qī)；
（2）向用戶特殊要求(qiú)開放：更新産品、擴(kuo)充功能、提供硬軟(ruan)件産品的各種組(zu)合以滿足特殊應(ying)用要求；
（3）數控标準(zhǔn)的建立：國際上正(zhèng)在研究和制定一(yī)種新的CNC系統标👅準(zhun)ISO14649（STEP-NC），以提供一種不依(yī)賴于具體系統的(de)中⭐性機制，能夠描(miao)述産✨品整個生命(mìng)周期内的統一數(shù)據模型，從而實現(xiàn)整個㊙️制造過程乃(nai)至各個工業領域(yu)産品信息的标準(zhun)化。标準化的編程(cheng)語言，既方便用戶(hu)使用，又降低了和(hé)操作效率直接🔅有(yǒu)關的勞動消耗。
6、驅(qū)動并聯化
并聯運(yun)動機床克服了傳(chuán)統機床串聯機構(gou)移動部件質量大(dà)、系✌️統剛度低、刀具(jù)隻能沿固定導軌(guǐ)
進給、作業自由度(dù)偏低、設備加工靈(líng)活性和機動性不(bú)夠等固有缺陷，在(zài)機床主軸（一般爲(wèi)動平台
）與機座（一(yi)般爲靜平台）之間(jian)采用多杆并聯聯(lián)接機構驅♻️動，通📧過(guo)控制杆系中杆的(de)長度使杆系支撐(cheng)的平台獲得相應(ying)自由度的運動，可(ke)實現多坐标聯動(dong)數控加工、裝配和(he)測量多種功能，更(geng)能滿足複雜特種(zhong)零件的加工，具有(yǒu)現代機器人的模(mo)塊化程度高、重量(liàng)輕和速度快等優(yōu)點。并聯機床作🈲爲(wei)一種新型的加工(gong)設備，已成爲當前(qian)機床技術的一個(gè)重要研究方向，受(shou)到了國♌際機床行(hang)業的高度重視，被(bèi)認爲是“自發明數(shu)控技術以來在機(jī)床行業中最有意(yì)義的進步”和“21世紀(ji)新一代數控加工(gōng)設備”。
7、極端化（大型(xíng)化和微型化）
國防(fang)、航空、航天事業的(de)發展和能源等基(ji)礎産業裝備✏️的大(da)型化需要大型且(qie)性能良好的數控(kong)機床的支撐。而超(chao)精密加工技術和(hé)微納米技術是21世(shì)紀的戰略技✂️術，需(xū)發展能适🍉應微小(xiǎo)型尺寸和微納米(mi)加工精度的新型(xíng)制造工藝和裝備(bei)，所以微型機床包(bāo)括微切削加工（車(chē)、銑、磨）機床、微電加(jiā)工機床
、微激光加(jia)工機床
和微型壓(yā)力機
等的需求量(liàng)正在逐漸增大。
8、信(xin)息交互網絡化
對(duì)于面臨激烈競争(zhēng)的企業來說，使數(shù)控機床具有雙向(xiang)、高速的聯網通訊(xùn)功能，以保證信息(xi)流在車間各個部(bu)門間暢通無阻是(shì)非常重要的。既可(ke)以實現網絡資源(yuán)共享，又能實現數(shu)控機床的遠程監(jian)視、控制、培訓、教學(xué)、管理，還可實現數(shù)控裝備的數字化(hua)服務（數控機床故(gù)障的遠程診斷、維(wei)護等）。例如，日本Mazak公(gōng)司推出新一代的(de)加工中心配備了(le)一個稱爲信息塔(ta)（e-Tower）的外部設備，包括(kuò)計算機、手機、機外(wai)和機内攝像頭等(deng)，能夠實現語音、圖(tú)形、視像和文本的(de)通信故障報警顯(xian)示、在線幫助排除(chú)故障等功能，是獨(dú)立的、自主管理的(de)制造單元。
9、新型功(gong)能部件
爲了提高(gāo)數控機床各方面(miàn)的性能，具有高精(jing)度和🐅高🛀🏻可靠性的(de)新型功能部件的(de)應用成爲必然。具(ju)有代表性的新型(xíng)❄️功能部件包括：
（1）高(gao)頻電主軸：高頻電(dian)主軸是高頻電動(dong)機與主軸部👈件的(de)❗集成，具有體積小(xiǎo)、轉速高、可無級調(diào)速等一系列優點(dian)，在各種新型數控(kòng)🌂機床中已經獲得(dé)廣泛的♍應用；
（2）直線(xiàn)電動機：近年來，直(zhi)線電動機的應用(yong)日益廣泛✨，雖然其(qi)價格高于傳統的(de)伺服系統，但由于(yu)負載變化擾動、熱(rè)變形補償、隔磁和(hé)防護等關鍵技術(shù)的應用，機械傳動(dong)結♍構得到簡化，機(jī)床的動态性能有(you)了提高。如：西門子(zǐ)公司生産的1FN1系列(liè)三相交流永磁式(shì)🥰同步直線電動機(jī)已開始廣泛應用(yòng)于高速銑床
、加工(gōng)中心、磨床
、并聯機(jī)床以及動态性能(neng)和運動精度要求(qiú)高的機床等；德國(guo)EX-CELL-O公司的XHC卧式加工(gong)中心
三向驅動均(jun1)采用兩個直線電(diàn)動機；
（3）電滾珠絲杆(gǎn)：電滾珠絲杆是伺(si)服電動機與滾珠(zhu)絲杆的集成，可以(yǐ)大大簡化數控機(jī)床的結構，具有傳(chuán)動環節少、結構緊(jǐn)湊等一系列優點(dian)。
10、高可靠性
數控機(ji)床與傳統機床相(xiang)比，增加了數控系(xi)統和相應的監📞控(kòng)裝置等，應用了大(dà)量的電氣、液壓和(hé)機電裝置，易于導(dǎo)緻出現失效的概(gài)率增大；工業電網(wǎng)電壓的波動和幹(gàn)擾對數控機床的(de)可靠💃🏻性極爲不利(li)，而數控機床加工(gōng)的零件型面較爲(wei)複雜，加工周期👈長(zhang)，要求平均無故障(zhàng)時間在2萬小時以(yǐ)上。爲了保證數控(kong)機床有高的可靠(kào)性，就要☔精心設計(jì)系統、嚴格制造和(he)明㊙️确可靠性目标(biao)以及通過維修分(fèn)析故障模式并找(zhǎo)出薄弱環☎️節。國外(wai)數控系統平均無(wu)故障時間在7～10萬小(xiao)時以上，國産數控(kong)系統平均無故障(zhang)時間僅爲10000小時左(zuǒ)右，國外整機平均(jun1)無故障工作時間(jian)🌈達800小時以上，而國(guo)内最高🌈隻有300小時(shi)。
11、加工過程綠色化(hua)
随着日趨嚴格的(de)環境與資源約束(shu)，制造加工的綠色(se)化越來越重要，而(ér)中國的資源、環境(jìng)問題尤爲突出。因(yīn)🤟此，近年來不用或(huò)少❌用冷卻液、實現(xiàn)幹切削、半幹切削(xuē)🐪節能環保的機🌈床(chuang)不斷出現，并在不(bú)斷發展當中。在21世(shi)紀，綠色制造的大(dà)趨勢将使各種節(jie)能環保機床加速(sù)💁發展，占領更多的(de)世界市🈲場。
12、多媒體(ti)技術的應用
多媒(méi)體技術集計算機(jī)、聲像和通信技術(shu)于一體，使計算機(jī)具有綜合處理聲(sheng)音、文字、圖像和視(shì)頻信息的能力，因(yīn)此也對用戶界面(miàn)提出了圖形化的(de)要求。合理的人性(xìng)化的用戶界面極(ji)大地方便了非專(zhuan)業用戶的使用，人(ren)們可以通過窗口(kǒu)和菜單進行操作(zuò)，便于藍圖編程和(he)快速編程、三維彩(cai)色立體動态圖形(xíng)顯示、圖形模拟、圖(tú)形動态跟蹤和仿(páng)真、不同方向的視(shì)圖和局部顯示比(bǐ)例縮放功能的實(shí)現。除此以外，在數(shù)控技術領域應用(yòng)多媒體技術可以(yi)做到信息處理綜(zōng)合化、智能化，應用(yòng)于實時監控系統(tong)和生産現場設備(bei)的故障診斷、生産(chǎn)過程參數監測等(deng)，因此有着重大的(de)應用價值。
國産數(shù)控機床缺乏核心(xin)技術，從高性能數(shù)控系統到關🔴鍵功(gong)能部件基本都依(yī)賴進口，即使近幾(jǐ)年有些國❌内制造(zao)商艱難♈地創出了(le)自己的品牌，但其(qí)産品的功能、性能(neng)的可靠性仍然與(yǔ)國外産品有一定(dìng)差距。近幾年國産(chǎn)數控機床制造商(shang)通過技術引進、海(hǎi)内外并購🐕重組以(yǐ)及國外采購等獲(huo)得了一些先進數(shù)控技術✍️，但缺乏對(duì)機床結✨構與精度(dù)、可靠性、人性化設(shè)計㊙️等基礎性技術(shu)的研究，忽💃視了自(zi)主開發能力的培(péi)育，國産數控機床(chuang)的技術水平、性能(néng)和質量與國外🔆還(hái)有較大差距，同樣(yàng)難以得到大多數(shù)用戶的認可。
一些(xie)國産數控機床制(zhi)造商不夠重視整(zhěng)體工藝與制♊造✔️水(shui)平的提高，加工手(shǒu)段基本以普通機(jī)床與低效刀具爲(wèi)主，裝配調試完全(quan)靠手工，加工質量(liang)在生産進度的緊(jin)逼下不能得到穩(wen)定與提高。另外很(hen)多國産數控機床(chuang)制造商的生産管(guǎn)理依然☂️沿用原始(shi)的手工台賬管理(lǐ)方式，工藝水平和(he)管‼️理效率低下👈使(shi)得企業無法形成(cheng)足夠生産規模。如(ru)國外機床制造商(shang)能做✍️到每周裝調(diào)出産品，而國内的(de)生産周期過長且(qiě)很難控制。因🥰此我(wǒ)們在引進技術的(de)同時應注意加強(qiang)自身工藝技術改(gai)造🐆和管理水平的(de)提升。
由于數控機(jī)床産業發展迅速(sù)，一部分企業不顧(gu)長遠利益，對提高(gāo)自身的綜合服務(wu)水平不夠重視，甚(shen)至對服務缺乏真(zhēn)正的理解，隻注重(zhòng)推銷而不注重售(shou)前與售後服務。有(you)些企業派出的人(rén)員對生産的數控(kòng)機床缺乏足夠了(le)解，不會使用或使(shi)用不好數控機床(chuáng)，更不能指導用戶(hu)使用好機床；有的(de)對先進高效刀具(ju)缺乏基本了解，不(bú)能提供較好的工(gong)藝解決方案，用戶(hu)自然對制造商缺(que)乏信心。制造商的(de)服務應從研究用(yong)戶的加工産品、工(gōng)藝、生産類型、質量(liang)要求入手，幫助用(yong)戶進行設備選型(xing)，推薦先進工藝與(yu)工輔具，配備專業(yè)的培訓人員和良(liang)好的培訓環境，幫(bang)助用戶發揮機床(chuáng)的最大效益、加工(gōng)出高質量的最終(zhong)産品，這樣才能逐(zhu)步得到用戶的認(ren)同，提高國産數控(kòng)機床的市場占有(yǒu)率。
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