數控機床未來四大發展趨勢

 目前，數控機床的發展（zhǎn）日新月異，高速化、高（gāo）精度化、複合化、智能化、開放化、並聯驅動化、網絡化、極端化、綠色化已成為數控機床發展的（de）趨勢和方向。
    中國（guó）作為一個（gè）製造大國，主要還是依靠勞動力、價格、資源等（děng）方麵的比（bǐ）較優勢，而在產品的技術創新與自主開發方麵與（yǔ）國外同行的差距還很大。中國的數控產業不能安於現狀，應（yīng）該抓住機會不斷發展，努（nǔ）力發展（zhǎn）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（lì）縮短與發達國家之間的差距。中國力爭早日實（shí）現數控機床產品從低端到高端（duān）、從初級產品加工到高精尖產品製造（zào）的轉變，實現（xiàn）從中國製造（zào）到中國創造、從製造大國到製造強（qiáng）國的轉變。
    1、高速化
    隨著汽車、國防、航空、航天等工業的（de）高速發展以及鋁合（hé）金等新材料的應用，對數控機床加（jiā）工的高速化要求越來越高。
    1）主軸轉（zhuǎn）速：機床采用電主軸（內裝式主軸電機），主軸最高轉速達200000r/min；
    2）進給率：在分辨率為0.01μm時（shí），最大進給率達到240m/min且可獲得複雜型麵的精確加工；
    3）運算速度：微處理器的迅速發展（zhǎn）為數控係統向高速（sù）、高精度方（fāng）向發展提供了保障，開發出CPU已發展到32位以及64位的數控係統，頻率提高（gāo）到幾百兆赫、上千兆赫。由（yóu）於（yú）運算速度的極大提高，使得當分辨率為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（jù）交換（huàn）時間普（pǔ）遍已在（zài）1s左右，高的已達0.5s。德國Chiron公司將刀庫（kù）設計成籃子樣式，以主軸為軸心（xīn），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（jú）限於靜態（tài）的幾何精度，機床的（de）運動精度、熱變形以及對振（zhèn）動的監測和補償越來越獲（huò）得重（chóng）視。
    1）提（tí）高CNC係統控製精度：采用高速插補（bǔ）技術，以微小（xiǎo）程序段實現連續（xù）進給，使CNC控製（zhì）單位精細化，並采用高（gāo）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脈衝/轉的內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/脈衝），位置伺服係統采用前饋控製與非線性控製等方法（fǎ）；
    2）采用誤差補償技（jì）術：采用反（fǎn）向（xiàng）間隙補償、絲杆螺距誤差補償和刀具誤差補償等技術，對設（shè）備的熱變形誤差和空間誤差進行綜合（hé）補償。研（yán）究結果表明，綜合誤差補償（cháng）技術的（de）應用可將加（jiā）工誤差減少60%～80%；
    3）采用（yòng）網格檢查和提（tí）高加（jiā）工中心的運動軌跡精（jīng）度，並通過仿真預測（cè）機床的加工精度，以保證機（jī）床的定位精度和重複（fù）定位精度，使其性能長期穩定，能（néng）夠在不（bú）同運（yùn）行（háng）條件下完成多種加工任務，並保（bǎo）證零件的加工質（zhì）量。
    3、功能複合化
    複合機床的（de）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為工藝（yì）複合型和工序複合型兩類（lèi）。工（gōng）藝複合型機（jī）床如鏜銑鑽複合——加工（gōng）中心、車銑（xǐ）複合——車削中心、銑鏜鑽車複合——複合加工中心等；工序複（fù）合型機（jī）床如多麵多軸聯動加工的複合機（jī）床和雙主軸車削中心等。采用複合機床進行（háng）加工，減少了工件裝卸、更換和調整刀具的輔助時間以及（jí）中間過程中（zhōng）產生的誤差，提高了（le）零件加工精度（dù），縮短了產品製造周（zhōu）期，提高了生產效率（lǜ）和製造商的市場（chǎng）反應能力，相對於傳統的工（gōng）序分散的生產方法（fǎ）具有明顯的優勢。
    4、控（kòng）製智能化
    隨著人工智能技術的發展，為了滿（mǎn）足製造業生產（chǎn）柔性化、製造（zào）自動化的發展需求（qiú），數控機床的智（zhì）能（néng）化程度（dù）在不斷提高。具體體現在以下幾個（gè）方麵：
    1）加工過程自適應控製技術：通（tōng）過監測加工（gōng）過程中的（de）切削力、主軸和進給電機的功率、電（diàn）流、電壓等信息，利用傳統的或現代的算（suàn）法進行識別，以辯識出刀具的受力、磨損、破損狀態（tài）及（jí）機床加（jiā）工的穩（wěn）定性狀態，並根據這些狀態實時調整加工參數（主軸轉速、進（jìn）給速度）和加（jiā）工指令，使設（shè）備處於最佳運行狀態，以提高加工精度、降（jiàng）低加工表（biǎo）麵粗糙度並提高設備運行的安（ān）全性；
    2）加工（gōng）參數（shù）的智能優化與選擇：將（jiāng）工藝（yì）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，構造基於專家係統或（huò）基於模型的（de）“加工參數的智能優化與選擇器”，利用它獲（huò）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、縮短生產準備時間的目（mù）的；
    3）智能故障自診斷與自修複技術：根據已有（yǒu）的故障信（xìn）息，應用（yòng）現代智（zhì）能方法實現故（gù）障的快速（sù）準確定位；
    4）智能故障回（huí）放和故障仿真技術：能夠完整記錄（lù）係統的各種信息，對數控機（jī）床發生的各種錯誤和事故進行回放和仿真（zhēn），用以確定錯誤引起（qǐ）的原因，找出解（jiě）決問題的辦法，積累生產（chǎn）經驗；
    5）智能化交流伺服驅動裝置：能（néng）自動識別負載，並自動調整參數的智能化伺服係統，包括智能主軸交流驅動裝置和智能化進給（gěi）伺服裝置。這種驅動（dòng）裝置能自動識別電機（jī）及負載的轉動慣量（liàng），並自動對控製係統參數進行優化和調整，使驅動係統獲得最佳（jiā）運行；
    6）智能4M數控係統：在製造過程中，加工、檢測一體化是（shì）實現快速製造、快速檢測和快速響應的有效途徑，將測量（Measurement）、建模（mó）（Modelling）、加工（Manufacturing）、機器操作（zuò）（Manipulator）四者（即4M）融合（hé）在一個係統中，實現（xiàn）信息共享，促進測量、建模、加工、裝夾、操作的一（yī）體化（huà）。
    國產數控機床缺乏核心（xīn）技術，從高（gāo）性能數控係統（tǒng）到關（guān）鍵功能部件基本都依賴進口（kǒu），即使近幾年有些國內製造商艱難地創出了自己（jǐ）的品牌，但其產品的功能、性（xìng）能的可靠（kào）性仍然（rán）與國（guó）外產品有一定差距。近幾年國產數控（kòng）機床製造商通過（guò）技術引進、海內外（wài）並購重組以及國外采購等獲得了一些先（xiān）進數控技術，但缺乏對機床結（jié）構與精度、可靠（kào）性、人性化設計等基礎性技術的研（yán）究，忽視了（le）自主開發能力的培育，國（guó）產數控機床的技術水平、性能和質量與國外還（hái）有（yǒu）較大差距，同樣難以得到大（dà）多數（shù）用戶（hù）的認可。
    一些國（guó）產數控機床製造商不夠重視整體工藝與製造水平的提（tí）高，加工手（shǒu）段基本以普通機（jī）床與低效刀具為主，裝配調試完全（quán）靠手工，加工質量在生產進度的（de）緊（jǐn）逼下不（bú）能得到穩定與（yǔ）提高（gāo）。另外很（hěn）多國產數控機（jī）床製造商的生產管理（lǐ）依然沿用原（yuán）始的手工台賬管理方式，工（gōng）藝水平和管理效率低下使得企業（yè）無法形成足夠生產規模。如國外機床（chuáng）製造商能做到每周裝調出產品，而國內的生產周期過長且很難控製。因此我們在引進（jìn）技術（shù）的同時應注意加強自身工藝技術改造和管理水平的提升。
    由於數控機床產（chǎn）業發展迅速，一部分企業不顧長遠利益，對提高（gāo）自身的綜合服務水平不夠重視，甚至（zhì）對服務缺乏（fá）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產的數控機床缺乏（fá）足夠了解，不會使用或使用不好數控機床，更不能指導用戶（hù）使用好（hǎo）機床；有的（de）對先進（jìn）高效刀具（jù）缺乏基本（běn）了解，不能提供較好的（de）工藝解決方案（àn），用戶（hù）自然對製造（zào）商缺乏（fá）信心。
    製造（zào）商的服務應從研究用戶的加（jiā）工產品、工（gōng）藝、生產（chǎn）類型、質量要求入手，幫助用戶進行設（shè）備選（xuǎn）型，推薦先進工（gōng）藝與工輔具，配備專業的培訓人（rén）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產品，這樣才能逐步得到用（yòng）戶的認同，提高國產數控（kòng）機床的市場占（zhàn）有率。