我國數控機床未來發展的十二種大趨勢

       目前，數控機床 的發展日新月異，高速化、高精度化、複合化、智能化、開放化、并聯驅動化、網絡化、極端化、綠色化已成爲數控機床 發展的趨勢和方向。中國作爲一個制造大國，主要還是依靠勞動力、價格、資源等方面的比較優勢，而在産品的技術創新與自主開發方面與國外同行的差距還很大。中國的數控産業不能安于現狀，應該抓住機會不斷發展，努力發展自己的先進技術，加大技術創新與人才培訓力度，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，實現從中國制造到中國創造、從制造大國到制造強國的轉變
　　
　　1、高速化
　　
　　随着汽車、國防、航空、航天等工業的高速發展以及鋁合金等新材料的應用，對數控機床加工 的高速化要求越來越高。
　　
　　（1）主軸 轉速：機床采用電主軸 （内裝式主軸電機），主軸最高轉速達200000r/min；

　　（2）進給率：在分辨率爲0.01μm時，最大進給率達到240m/min且可獲得複雜型面的精确加工；
　　
　　（3）運算速度：微處理器的迅速發展爲數控系統 向高速、高精度方向發展提供了保障，開發出CPU已發展到32位以及✍🏻64位的數控系統，頻率提高到幾百兆赫、上千兆赫。由于運算速度的極大提高，使得當分辨率爲0.1μm、0.01μm時👨🏻‍🏭仍能獲😁得高達24～240m/min的進給速度；
　　
　　（4）換刀速度：目前國外先進加工中心 的刀具 交換時間普遍已在1s左右，高的已達0.5s。德國Chiron公司将刀庫 設計成籃子樣式，以主軸爲軸心，刀具在圓周布置😘，其刀到刀的換刀時間僅0.9s。
　　
　　2、高精度化
　　
　　數控機床精度的要求現在已經不局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系統控制精度：采用高速插補技術，以微小程序👹段實😘現連續進給，使CNC控制單位精細化，并采用高分辨率位置檢測裝置，提☠️高位置檢測精度（日本已開發裝有106脈沖😁/轉的内藏位置檢測器的交流伺服電機，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空間誤差進行綜合補償。研究結果表明，綜合誤差補償技術的應用可将加工🛀🏼誤差減少60%～80%；
　　
　　（3）采用網格檢查和提高加工中心的運動軌迹精度，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複定位精度，使其性能長期穩定，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、功能複合化
　　
　　複合機床的含義是指在一台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👹如镗銑鑽複合——加工中心、車銑複合——車削中心、銑镗鑽車複合——複合加工中心 等；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。采用複合機床進行加工，減少了工件裝卸😸、更換和調整刀具的輔助時間👧🏾以及中間過程中産生的誤差，提高了零件加工精度，縮短了産品制造周期，提高了生産效率和制造商的市場反應能力，相對于傳統的工序分散的生産方法具有明👯🏾‍♂️顯的優勢。
　　
　　加工過程的複合化也導緻了機床向模塊化、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、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ˇ代機械加工要求的不斷提高，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ˇ中國國際機床展 覽會（CIMT2005）上，國内外制造商展出了形式各異的多軸加工機😥床（包括雙主軸、雙刀架、9軸控制等）以及可實現4～5軸聯動的五軸高速門式加工中心、五軸聯動高速銑削中心等。
　　
　　4、控制智能化
　　
　　随着人工智能技術的發展，爲了滿足制造業生産柔性🧑🏻‍❤️‍🧑🏼化、制💁🏼‍♀️造自動化的發展需求，數控機床的智能化程度在💁🏼‍♀️不斷👀提高。具體🙈體現在以下幾個方面：
　　
　　（1）加工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、電壓等信息，利用傳統的或現代的算法進行識别，以辯識出刀具的受力、磨損、破損~狀态及機床加工的穩定性狀态，并根據這些狀态實時調整加工參數（主軸轉速、進給速度）和加工指令，使設備處于最佳運行狀🛀🏼态，以提高加工精度、降低加工表面粗糙度并提高設備運行的安全🛀🏼性；
　　
　　（2）加工參數的智能優化與選擇：将工藝專家或技師的💘經驗、零件加工的一般與特殊規律，用現代智能😘方法，構造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，從而達到提高編程效率和加工工藝水平、縮短👨🏻‍🏭生産準備時間的目的；
　　
　　（3）智能故障自診斷與自修複技術：根據已有的故障信息，應用現代智能方法實現故障的快速準确定位；
　　
　　（4）智能故障回放和故障仿真技術：能夠完整記錄系統👩🏽‍🐰‍👩🏿的各種信息，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，找出解決問題的辦法，積累生産經驗；
　　
　　（5）智能化交流伺服驅動裝置：能自動識别負載，并自動調整參數👩‍🍼的智能化伺服系統，包括智能主軸交流驅動裝置和智能化進給伺服裝置。這種驅動裝✡️置能自動識别電機及負載的轉動慣量，并自動對控制系統參數進行優化和調整，使驅動系統獲得🙂‍↕️最佳運行；
　　
　　（6）智能4M數控系統：在制造過程中，加工、檢測一體化是實現快速制造、快速檢測和快速響應的有效途徑，将測♌️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，促進測量、建模、加工、裝夾、操作😺的一體化。
　　
　　5、德體系開放化
　　
　　（1）向未來技術開放：由于軟硬件接口都遵循公認的标準協議，隻🙂‍↕️需少量的重新設計和調整，新一代的通用軟硬💕件資👩🏼‍❤️‍👨🏾源就可能✋被現有系統所采納、吸收和兼容，這就意味着系統的開發費用将大大降低而系統性能與可靠性将不斷改善并處于長生命周期；
　　
　　（2）向用戶特殊要求開放：更新産品、擴充功能、提供硬軟件産品的各種組合以滿足特殊應用要求；
　　
　　（3）數控标準的建立：國際上正在研究和制定一種新的CNC系統🔞标準ISO14649（STEP-NC），以提供一種不依賴于具體系統的中性機制，能夠描💯述産品整👽個生命周期内的統一數據模型，從而實現整個制造過程乃至各個工業領域産品信息的标準化。标準化的編程語言，既方便🔞用戶使用，又降低了和操作效率直接💫有關的勞動消耗。
　　
　　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、刀具隻能沿固定導軌 進給、作業自由度偏低、設備加工靈活性和機動性😍不夠👨‍🦰等固有缺陷，在機床主軸（一般爲動平台 ）與機座（一般爲靜平台）之間采用多杆并聯聯接機構驅動🧑🏻‍❤️‍🧑🏼，通🏃🏻‍♀️過控制杆系中杆的長度使杆系支撐的🥑️平台獲得相應自由👩🏼‍❤️‍👨🏾度的運動，可實現多坐标聯動數控加工、裝配和測量🧎🏻‍♀️‍➡️多種功能，更能滿足複雜特種零件的加工，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ˇ度重視，被認爲是“自發明數控技術🙂‍↕️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産業裝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米加工精度的👿新型制造工藝和裝備，所以微型機床包括微切削加工（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
　　
　　對于面臨激烈競争的企業來說，使數控機床具有雙向、高速的聯網通訊功能，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視、控制、培訓、教學、管理，還可實現數控裝備的數字化服務（數控機床故障的遠程診斷、維護等）。例如，日本Mazak公司推出新一代的加工中心配備了一個稱爲信息塔（e-Tower）的外部設備，包括計算機、手機、機外和機内攝像頭等，能夠實現語音、圖形、視像和文本的通信故障報警顯示、在線幫助排除故障等功能，是獨立的、自主管理的制造單元。
　　
　　9、新型功能部件
　　
　　爲了提高數控機床各方面的性能，具有高精度和ˇ高🤶🏾可靠性的新型功能部件的應用成爲必然。具有🔞代表性的^新型功能部件包括：
　　
　　（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ˇ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，機🙈床的動态性能有了提高。如：西門子公司生産的1FN1系列三相交流永磁式同步直線電👋動機已開始廣泛應用于高速銑床 、加工中心、磨床 、并聯機床以及動态性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與滾珠絲🚶🏾‍♀️‍➡️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
　　
　　數控機床與傳統機床相比，增加了數控系統和相應的監控裝置等，應用了大量的電氣、液壓和機電😁裝置，易于👩🏿‍❤️‍💋‍👨🏽導緻出現失效的概率增大；工業電網電壓的波🛌🏻動和幹擾對數👩🏼‍❤️‍👨🏾控機床的可靠性極爲不利，而數控機床加工的零件型面較爲複雜，加工周期長，要求平均💘無故障時間👧🏾在2萬小時以😈上。爲了保證數控機床有高的可靠性，就要😺精心設計系統、嚴格制造和明确可靠性目标以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故障時間在7～10萬🧑🏽‍🎄小時以上，國産數控🧎🏻‍♀️‍➡️系統平均無故障時間僅爲10000小時左右，國外整機平均無故障🛀🏼工作時間達800小時以上，而國内最高隻🧛🏾‍♀️有300小時。
　　
　　11、加工過程綠色化
　　
　　随着日趨嚴格的環境與資源約束，制造加工的綠色化越來越重要，而中國的資源、環境問題尤爲突出。因此，近年來不用或少用冷卻液、實現幹切削、半幹切削節能環保的機🧛🏽床不斷出現，并在不斷發展當中。在21世紀，綠色制造的大趨勢将使各種節能環保機床加速發展，占領更🧛🏾‍♀️多的世界市場。
　　
　　12、多媒體技術的應用
　　
　　多媒體技術集計算機、聲像和通信技術于一體，使計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要求。合理的人性化的用戶界面極大地方便了非專業用戶的使用，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、三維彩色立體動态圖形顯示、圖形模拟、圖形動态跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實現。除此以外，在數控技術領域應用多媒體技術可以做到信息處理綜合化、智能化，應用于實時監控系統和生産現場設備的故障診斷、生産過程參數監測等，因此有着重大的應用價值。
　　
　　國産數控機床缺乏核心技術，從高性能數控系統到關😸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👾地創出了自己的品牌，但其産品的功能、性能的可靠性仍然與國外産品有一定🤑差距。近幾年國産數控機床制造商通過技術引進、海内外并購重組以及國外采購等獲得了一些先進數控技術，但⛹🏻‍♂️缺乏對機床結構與精度、可靠性、人性化設計🛀🏼等基礎性技術的研究，忽視了自主開發🧎🏻‍♀️‍➡️能力的培育，國産數控機床的技術水💁🏼‍♀️平、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。
　　
　　一些國産數控機床制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😺配調試完全靠手工，加工質量在生産進度的緊逼下不能得到穩定與提高。另外很多😸國産數控機床制造商的生産管理依然沿用原始😁的手工台賬管理方式，工藝水平和管理效率低下使得企業無法形成足夠生産規模。如國外機床制造商能做到每周裝調出👼🏾産品，而國内的生産周期過長且很難控制。因此我們在引進技術的同時應👹注意加強自身工藝技🏃🏿‍♀️‍➡️術改造和管理水平的提升。
　　
　　由于數控機床産業發展迅速，一部分企業不顧長遠利益，對提高自身的綜合服務水平不夠重視，甚至對服務缺乏真正的理解，隻注重推銷而不注重售前與售後服務。有些企業派出的人員對生産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案，用戶自然對制造商缺乏信心。制造商的服務應從研究用戶的加工産品、工藝、生産類型、質量要求入手，幫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，幫助用戶發揮機床的最大效益、加工出高質量的最終産品，這樣才能逐步得到用戶的認同，提高國産數控機床的市場占有率。