數控斜床身車床分析未來發展的十二種趨勢
    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、並聯驅動化、網絡化、極端化、綠色化已成為(wei) 數控機床發展的趨勢和方向。中國作為(wei) 一個(ge) 製造大國，主要還是依靠勞動力、價(jia) 格、資源等方麵的比較優(you) 勢，而在產(chan) 品的技術創新與(yu) 自主開發方麵與(yu) 國外同行的差距還很大。中國的數控產(chan) 業(ye) 不能安於(yu) 現狀，應該抓住機會(hui) 不斷發展，努力發展自己的先進技術，加大技術創新與(yu) 人才培訓力度，提高企業(ye) 綜合服務能力，努力縮短與(yu) 發達國家之間的差距。力爭(zheng) 早日實現數控機床產(chan) 品從(cong) 低端到高端、從(cong) 初級產(chan) 品加工到高精尖產(chan) 品製造的轉變，實現從(cong) 中國製造到中國創造、從(cong) 製造大國到製造強國的轉變
    1、高速化
    隨著汽車、國防、航空、航天等工業(ye) 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（內(nei) 裝式主軸電機），主軸最高轉速達200000r/min；
    （2）進給率：在分辨率為(wei) 0.01μm時，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為(wei) 數控係統向高速、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位的數控係統，頻率提高到幾百兆赫、上千兆赫。由於(yu) 運算速度的極大提高，使得當分辨率為(wei) 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公司將刀庫設計成籃子樣式，以主軸為(wei) 軸心，刀具在圓周布置，其刀到刀的換刀時間僅(jin) 0.9s。
    2、高精度化
    數控機床精度的要求現在已經不局限於(yu) 靜態的幾何精度，機床的運動精度、熱變形以及對振動的監測和補償(chang) 越來越獲得重視。
    （1）提高CNC係統控製精度：采用高速插補技術，以微小程序段實現連續進給，使CNC控製單位精細化，並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脈衝(chong) /轉的內(nei) 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(chong) ），位置伺服係統采用前饋控製與(yu) 非線性控製等方法；
    （2）采用誤差補償(chang) 技術：采用反向間隙補償(chang) 、絲(si) 杆螺距誤差補償(chang) 和刀具誤差補償(chang) 等技術，對設備的熱變形誤差和空間誤差進行綜合補償(chang) 。研究結果表明，綜合誤差補償(chang) 技術的應用可將加工誤差減少60%～80%；
    （3）采用網格檢查和提高加工中心的運動軌跡精度，並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，並保證零件的加工質量。
    3、功能複合化
    複合機床的含義(yi) 是指在一台機床上實現或盡可能完成從(cong) 毛坯至成品的多種要素加工。根據其結構特點可分為(wei) 工藝複合型和工序複合型兩(liang) 類。工藝複合型機床如鏜銑鑽複合——加工中心、車銑複合——車削中心、銑鏜鑽車複合——複合加工中心等；工序複合型機床如多麵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產(chan) 生的誤差，提高了零件加工精度，縮短了產(chan) 品製造周期，提高了生產(chan) 效率和製造商的市場反應能力，相對於(yu) 傳(chuan) 統的工序分散的生產(chan) 方法具有明顯的優(you) 勢。
    加工過程的複合化也導致了機床向模塊化、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。隨著現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(ye) 的歡迎。在2005年中國國際機床展覽會(hui) （CIMT2005）上，國內(nei) 外製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軸控製等）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、控製智能化
    隨著人工智能技術的發展，為(wei) 了滿足製造業(ye) 生產(chan) 柔性化、製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(ti) 體(ti) 現在以下幾個(ge) 方麵：
    （1）加工過程自適應控製技術：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(chuan) 統的或現代的算法進行識別，以辯識出刀具的受力、磨損、破損狀態及機床加工的穩定性狀態，並根據這些狀態實時調整加工參數（主軸轉速、進給速度）和加工指令，使設備處於(yu) 最佳運行狀態，以提高加工精度、降低加工表麵粗糙度並提高設備運行的安全性；
    （2）加工參數的智能優(you) 化與(yu) 選擇：將工藝專(zhuan) 家或技師的經驗、零件加工的一般與(yu) 特殊規律，用現代智能方法，構造基於(yu) 專(zhuan) 家係統或基於(yu) 模型的“加工參數的智能優(you) 化與(yu) 選擇器”，利用它獲得優(you) 化的加工參數，從(cong) 而達到提高編程效率和加工工藝水平、縮短生產(chan) 準備時間的目的；
    （3）智能故障自診斷與(yu) 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確定位；
    （4）智能故障回放和故障仿真技術：能夠完整記錄係統的各種信息，對數控機床發生的各種錯誤和事故進行回放和仿真，用以確定錯誤引起的原因，找出解決(jue) 問題的辦法，積累生產(chan) 經驗；
    （5）智能化交流伺服驅動裝置：能自動識別負載，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伺服裝置。這種驅動裝置能自動識別電機及負載的轉動慣量，並自動對控製係統參數進行優(you) 化和調整，使驅動係統獲得最佳運行；
    （6）智能4M數控係統：在製造過程中，加工、檢測一體(ti) 化是實現快速製造、快速檢測和快速響應的有效途徑，將測量（Measurement）、建模（Modelling）、加工（Manufacturing）、機器操作（Manipulator）四者（即4M）融合在一個(ge) 係統中，實現信息共享，促進測量、建模、加工、裝夾、操作的一體(ti) 化。
    5、德體(ti) 係開放化
    （1）向未來技術開放：由於(yu) 軟硬件接口都遵循公認的標準協議，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係統所采納、吸收和兼容，這就意味著係統的開發費用將大大降低而係統性能與(yu) 可靠性將不斷改善並處於(yu) 長生命周期；
    （2）向用戶特殊要求開放：更新產(chan) 品、擴充功能、提供硬軟件產(chan) 品的各種組合以滿足特殊應用要求；
    （3）數控標準的建立：國際上正在研究和製定一種新的CNC係統標準ISO14649（STEP-NC），以提供一種不依賴於(yu) 具體(ti) 係統的中性機製，能夠描述產(chan) 品整個(ge) 生命周期內(nei) 的統一數據模型，從(cong) 而實現整個(ge) 製造過程乃至各個(ge) 工業(ye) 領域產(chan) 品信息的標準化。標準化的編程語言，既方便用戶使用，又降低了和操作效率直接有關(guan) 的勞動消耗。
    6、驅動並聯化
    並聯運動機床克服了傳(chuan) 統機床串聯機構移動部件質量大、係統剛度低、刀具隻能沿固定導軌進給、作業(ye) 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（一般為(wei) 動平台）與(yu) 機座（一般為(wei) 靜平台）之間采用多杆並聯聯接機構驅動，通過控製杆係中杆的長度使杆係支撐的平台獲得相應自由度的運動，可實現多坐標聯動數控加工、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(you) 點。並聯機床作為(wei) 一種新型的加工設備，已成為(wei) 當前機床技術的一個(ge) 重要研究方向，受到了國際機床行業(ye) 的高度重視，被認為(wei) 是“自發明數控技術以來在機床行業(ye) 中最有意義(yi) 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(ye) 的發展和能源等基礎產(chan) 業(ye) 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，需發展能適應微小型尺寸和微納米加工精度的新型製造工藝和裝備，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
    對於(yu) 麵臨(lin) 激烈競爭(zheng) 的企業(ye) 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(ge) 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、控製、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(ge) 稱為(wei) 信息塔（e-Tower）的外部設備，包括計算機、手機、機外和機內(nei) 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、自主管理的製造單元。
    9、新型功能部件
    為(wei) 了提高數控機床各方麵的性能，具有高精度和高可靠性的新型功能部件的應用成為(wei) 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(yu) 主軸部件的集成，具有體(ti) 積小、轉速高、可無級調速等一係列優(you) 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(jia) 格高於(yu) 傳(chuan) 統的伺服係統，但由於(yu) 負載變化擾動、熱變形補償(chang) 、隔磁和防護等關(guan) 鍵技術的應用，機械傳(chuan) 動結構得到簡化，機床的動態性能有了提高。如：西門子公司生產(chan) 的1FN1係列三相交流永磁式同步直線電動機已開始廣泛應用於(yu) 高速銑床、加工中心、磨床、並聯機床以及動態性能和運動精度要求高的機床等；德國EX-CELL-O公司的XHC臥式加工中心三向驅動均采用兩(liang) 個(ge) 直線電動機；
    （3）電滾珠絲(si) 杆：電滾珠絲(si) 杆是伺服電動機與(yu) 滾珠絲(si) 杆的集成，可以大大簡化數控機床的結構，具有傳(chuan) 動環節少、結構緊湊等一係列優(you) 點。
    10、高可靠性
    數控機床與(yu) 傳(chuan) 統機床相比，增加了數控係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，易於(yu) 導致出現失效的概率增大；工業(ye) 電網電壓的波動和幹擾對數控機床的可靠性極為(wei) 不利，而數控機床加工的零件型麵較為(wei) 複雜，加工周期長，要求平均無故障時間在2萬(wan) 小時以上。為(wei) 了保證數控機床有高的可靠性，就要精心設計係統、嚴(yan) 格製造和明確可靠性目標以及通過維修分析故障模式並找出薄弱環節。國外數控係統平均無故障時間在7～10萬(wan) 小時以上，國產(chan) 數控係統平均無故障時間僅(jin) 為(wei) 10000小時左右，國外整機平均無故障工作時間達800小時以上，而國內(nei) 最高隻有300小時。
    11、加工過程綠色化
    隨著日趨嚴(yan) 格的環境與(yu) 資源約束，製造加工的綠色化越來越重要，而中國的資源、環境問題尤為(wei) 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，並在不斷發展當中。在21世紀，綠色製造的大趨勢將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(ti) 技術的應用
    多媒體(ti) 技術集計算機、聲像和通信技術於(yu) 一體(ti) ，使計算機具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力，因此也對用戶界麵提出了圖形化的要求。合理的人性化的用戶界麵極大地方便了非專(zhuan) 業(ye) 用戶的使用，人們(men) 可以通過窗口和菜單進行操作，便於(yu) 藍圖編程和快速編程、三維彩色立體(ti) 動態圖形顯示、圖形模擬、圖形動態跟蹤和仿真、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(ti) 技術可以做到信息處理綜合化、智能化，應用於(yu) 實時監控係統和生產(chan) 現場設備的故障診斷、生產(chan) 過程參數監測等，因此有著重大的應用價(jia) 值。
    國產(chan) 數控機床缺乏核心技術，從(cong) 高性能數控係統到關(guan) 鍵功能部件基本都依賴進口，即使近幾年有些國內(nei) 製造商艱難地創出了自己的品牌，但其產(chan) 品的功能、性能的可靠性仍然與(yu) 國外產(chan) 品有一定差距。近幾年國產(chan) 數控機床製造商通過技術引進、海內(nei) 外並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(yu) 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，國產(chan) 數控機床的技術水平、性能和質量與(yu) 國外還有較大差距，同樣難以得到大多數用戶的認可。
    一些國產(chan) 數控機床製造商不夠重視整體(ti) 工藝與(yu) 製造水平的提高，加工手段基本以普通機床與(yu) 低效刀具為(wei) 主，裝配調試完全靠手工，加工質量在生產(chan) 進度的緊逼下不能得到穩定與(yu) 提高。另外很多國產(chan) 數控機床製造商的生產(chan) 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(ye) 無法形成足夠生產(chan) 規模。如國外機床製造商能做到每周裝調出產(chan) 品，而國內(nei) 的生產(chan) 周期過長且很難控製。因此我們(men) 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。
    由於(yu) 數控機床產(chan) 業(ye) 發展迅速，一部分企業(ye) 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(yu) 售後服務。有些企業(ye) 派出的人員對生產(chan) 的數控機床缺乏足夠了解，不會(hui) 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(jue) 方案，用戶自然對製造商缺乏信心。製造商的服務應從(cong) 研究用戶的加工產(chan) 品、工藝、生產(chan) 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(yu) 工輔具，配備專(zhuan) 業(ye) 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產(chan) 品，這樣才能逐步得到用戶的認同，提高國產(chan) 數控機床的市場占有率。