數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代制造業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備，一個(gè)國(guó)家數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)量和技術(shù)水平在某種程度上代表了這個(gè)國(guó)家的制造業(yè)水平和競(jìng)爭(zhēng)力。

我國(guó)數(shù)控機(jī)床的技術(shù)水平、性能和質(zhì)量與國(guó)外還有很大差距。到目前為止，技術(shù)含量較低的簡(jiǎn)易數(shù)控車床仍占主導(dǎo)地位，高檔數(shù)控機(jī)床及功能部件大多數(shù)依靠進(jìn)口。因此，盡管當(dāng)前市場(chǎng)活躍、需求旺盛，如果只顧眼前利益，滿足于產(chǎn)品有銷路，不深入研究國(guó)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)，提高自主開(kāi)發(fā)能力，積極培育新產(chǎn)品，那么在投資高潮過(guò)去以后，我國(guó)的機(jī)床工業(yè)將更加缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，有可能在家門(mén)口就被人家打得一敗涂地。

我們正在邁向制造大國(guó)，但我們面臨一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)：誰(shuí)來(lái)裝備中國(guó)的制造業(yè)？長(zhǎng)期依賴國(guó)外技術(shù)，我們只能是跨國(guó)公司的生產(chǎn)車間，而永遠(yuǎn)不能成為一個(gè)制造強(qiáng)國(guó)。

中國(guó)機(jī)床工業(yè)的使命

機(jī)床是工作母機(jī)，制造機(jī)器的機(jī)器。機(jī)床工業(yè)是裝備工業(yè)的核心，產(chǎn)業(yè)雖小，關(guān)系國(guó)家經(jīng)濟(jì)命脈和安全。我國(guó)在從制造大國(guó)邁向強(qiáng)國(guó)的征途中，依靠誰(shuí)來(lái)裝備中國(guó)？沒(méi)有自己的強(qiáng)大的裝備工業(yè)，特別是先進(jìn)的機(jī)床工業(yè)，怎能夠奢談制造強(qiáng)國(guó)。中國(guó)機(jī)床工業(yè)的使命是擎起裝備中國(guó)的“半邊天”。我們的愿景是掌握核心技術(shù)，趕上世界發(fā)展潮流，開(kāi)創(chuàng)世界裝備中國(guó)、中國(guó)裝備世界的新局面。

汽車及零部件產(chǎn)業(yè)是機(jī)床工業(yè)的最大用戶，數(shù)量占總用戶的40%以上。機(jī)床工業(yè)隨汽車工業(yè)興旺而發(fā)展、蕭條而下降，目前發(fā)動(dòng)機(jī)和關(guān)鍵零部件生產(chǎn)設(shè)備基本依賴進(jìn)口。航空航天需要各種高速、精密、大型5軸數(shù)控機(jī)床，精加工大多采用進(jìn)口機(jī)床，國(guó)產(chǎn)機(jī)床僅用于粗加工。船舶制造和電站裝備制造所需要的5軸數(shù)控機(jī)床進(jìn)口量也相當(dāng)大。信息、電子產(chǎn)業(yè)需要模具和中小零件制造用的高速加工中心、電加工機(jī)床和特種加工數(shù)控機(jī)床。

切勿妄自菲薄，自主才能成大器�！耙晃濉逼陂g中國(guó)機(jī)床工業(yè)從無(wú)到有，滿足當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)機(jī)床需求的80%。50年來(lái)積累了許多好經(jīng)驗(yàn)，我們完全有可能在今后10～15年趕上發(fā)達(dá)國(guó)家。摒棄急功近利，堅(jiān)持居安思危。機(jī)床是反映新材料、新工藝和高新技術(shù)的機(jī)電一體化產(chǎn)品，沒(méi)有長(zhǎng)遠(yuǎn)的戰(zhàn)略規(guī)劃和研發(fā)投入是無(wú)法占領(lǐng)和保持市場(chǎng)占有率的。體制、觀念和人才對(duì)機(jī)床行業(yè)的發(fā)展都非常重要，小巨人、北京阿奇、浙江日發(fā)的成功，從不同角度說(shuō)明體制、觀念和人才的重要。

在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中成長(zhǎng)。2003-2004年德國(guó)DMG、日本豐田工機(jī)和牧野銑床、韓國(guó)大宇等著名機(jī)床公司都在我國(guó)開(kāi)辦獨(dú)資企業(yè)。秦川發(fā)展收購(gòu)美國(guó)UAI公司60%的股權(quán)，大連集團(tuán)收購(gòu)Ingersoll屬下的兩個(gè)分公司，上海明精收購(gòu)德國(guó)Wohlemberg公司53%股權(quán)等收購(gòu)事件不斷出現(xiàn)。北一大隈機(jī)床公司的投產(chǎn)可能掀起新一輪合資潮，外資和合資企業(yè)已占我國(guó)2238家機(jī)床企業(yè)的14%。2003年中國(guó)出口機(jī)床600萬(wàn)臺(tái)，平均單價(jià)60美元，進(jìn)口機(jī)床平均單價(jià)33000美元，相差550倍。

數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢(shì)

第一是高速化，主軸轉(zhuǎn)速40000r/min，最大進(jìn)給速度120m/min，最大加速度3m/s2；第二是高精度，定位精度正在向亞微米進(jìn)軍，納米級(jí)五軸聯(lián)動(dòng)加工中心已經(jīng)商品化；第三是工序集約化，車銑復(fù)合、完整加工，一臺(tái)機(jī)床能夠加工完畢一個(gè)復(fù)雜零件；第四是機(jī)床的智能化，機(jī)床配置各種微型傳感器，具有監(jiān)控和誤差自動(dòng)補(bǔ)償功能；第五是自主管理和通信，如加工程序仿真、作業(yè)排序、數(shù)據(jù)采集、刀具壽命管理和網(wǎng)絡(luò)通信等。

加工中心發(fā)展趨勢(shì)

1.高性能加工中心、高速加工機(jī)床

隨著汽車、航空航天等工業(yè)輕合金和復(fù)合材料的廣泛應(yīng)用，高速加工已成為制造技術(shù)的重要發(fā)展趨勢(shì)。高速加工具有縮短加工時(shí)間、提高加工精度和表面質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，在模具制造等領(lǐng)域的應(yīng)用也日益廣泛。機(jī)床的高速化需要新的數(shù)控系統(tǒng)、高速電主軸和高速伺服進(jìn)給驅(qū)動(dòng)，以及機(jī)床結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和輕量化。高速加工不僅是設(shè)備，而是機(jī)床、刀具、夾具和數(shù)控系統(tǒng)以及編程技術(shù)的集成。

2.超精密加工機(jī)床、多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控

多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工是在笛卡爾坐標(biāo)X、Y、Z 直線移動(dòng)的基礎(chǔ)上，增加2～3個(gè)回轉(zhuǎn)控制軸。有三種基本結(jié)構(gòu)：擺動(dòng)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、懸臂回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和萬(wàn)能銑頭。

3.一次做成，復(fù)合加工

70年代的加工中心開(kāi)多工序集成之先河，現(xiàn)已發(fā)展成為“復(fù)合完整加工”，在一臺(tái)機(jī)床上完成全部工序。復(fù)合完整加工通過(guò)工藝過(guò)程集成，一次裝卡就把一個(gè)復(fù)雜零件加工完成，提高了加工精度，易于保證過(guò)程的高可靠性和實(shí)現(xiàn)零缺陷生產(chǎn)，Done in One。復(fù)合完整加工縮短了加工過(guò)程鏈和輔助時(shí)間，減少了機(jī)床臺(tái)數(shù)，簡(jiǎn)化了物料流，生產(chǎn)總占地面積小，投資更加有效，一臺(tái)機(jī)床就是一個(gè)小工廠。

新型功能部件

數(shù)控機(jī)床的心臟是電主軸，直線電動(dòng)機(jī)帶來(lái)了機(jī)床產(chǎn)業(yè)上的一場(chǎng)革命。蒸氣機(jī)把直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)各種輪系，引發(fā)了工業(yè)革命。電動(dòng)機(jī)能直接提供回轉(zhuǎn)動(dòng)力，促進(jìn)了生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的發(fā)展。直線電動(dòng)機(jī)也是一場(chǎng)革命，它借助電能直接提供直線驅(qū)動(dòng)力，省去不同運(yùn)動(dòng)形式之間的轉(zhuǎn)換，大大簡(jiǎn)化了機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。直線電動(dòng)機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)還在于高速度和高加速度，動(dòng)態(tài)性能好。其缺點(diǎn)是價(jià)格較高。

滾珠絲桿是使機(jī)床移動(dòng)部件在床身、立柱上實(shí)現(xiàn)直線位移的主要部件。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是：伺服電動(dòng)機(jī)通過(guò)連軸節(jié)與滾珠絲桿連接，降低了傳動(dòng)精度，特別是在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)熱量較大，產(chǎn)生熱變形。電滾珠絲桿是伺服電動(dòng)機(jī)與滾珠絲桿的集成，提高了傳動(dòng)精度和明顯減少熱變形，保證機(jī)床部件的高速移動(dòng)性能。

滾動(dòng)元件將滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)化為滾動(dòng)摩擦，提高了運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率，減少了機(jī)構(gòu)的磨損。滾動(dòng)元件包括滾動(dòng)軸承、滾珠絲桿和線性導(dǎo)軌三大類，是相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件之間的連接環(huán)節(jié)。滾動(dòng)元件直接影響到機(jī)床運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性，旋轉(zhuǎn)部件的回轉(zhuǎn)精度、移動(dòng)部件的直線度和定位精度，以及部件的高速運(yùn)轉(zhuǎn)能力。

高性能數(shù)控系統(tǒng)

開(kāi)放式控制系統(tǒng)和數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)。傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)是將編程系統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成為模擬信號(hào)，再以電壓的大小控制驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，是模擬量控制，而不是數(shù)字量控制。數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)是借助“串聯(lián)實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)”接口（Serial Real-time Communication System—SERCOS）將數(shù)控系統(tǒng)與伺服控制器實(shí)現(xiàn)數(shù)字化連接。SERCOS技術(shù)可以將位置控制、速度控制、精密插補(bǔ)以及伺服電動(dòng)機(jī)的控制集成在一塊集成電路中。

數(shù)控系統(tǒng)從原理上來(lái)說(shuō)，提供的是不連續(xù)運(yùn)動(dòng)的控制，通過(guò)插補(bǔ)技術(shù)，借助微小的直線線段去逼近一條曲線。這個(gè)線段的數(shù)值越小，插補(bǔ)的精度越高，加工零件的尺寸精度也越高，表面粗糙度越小，機(jī)床運(yùn)動(dòng)越平穩(wěn)，刀具磨損越小。數(shù)控系統(tǒng)性能的提高與插補(bǔ)精度是分不開(kāi)的，從微米到納米，現(xiàn)在進(jìn)入皮米時(shí)代。

板材數(shù)控加工設(shè)備和板材激光切割。激光切割是一種高速高效和高精度加工工藝，它可以切割薄鈑材，也可以切割厚鈑材。將激光器安裝在5軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床上，就可以在板金零件的曲面上進(jìn)行切割。日本Mazak公司的世界技術(shù)中心的整個(gè)建筑和家具都是由鈑材激光切割，折彎，卷管，然后激光焊接而成，成為“機(jī)床加工的建筑”。

板材數(shù)控加工機(jī)床

板材數(shù)控加工機(jī)床的代表是超重超大型數(shù)控機(jī)床。超重超大型機(jī)床的典型產(chǎn)品是中心高2m以上的車床、工作臺(tái)5m以上的龍門(mén)銑床、鏜桿直徑320mm以上的鏜床等。復(fù)合加工、多軸聯(lián)動(dòng)對(duì)超重超大型數(shù)控機(jī)床具有特別重要的意義，工序集中提高效率，節(jié)約裝夾和搬運(yùn)時(shí)間，都可創(chuàng)造可觀的財(cái)富。對(duì)現(xiàn)有傳統(tǒng)超重超大機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造具有重大的戰(zhàn)略意義。

納米加工中心。5軸納米加工中心已經(jīng)走出實(shí)驗(yàn)室，如德國(guó)KERN公司Pyramid Nano立式加工中心，其基礎(chǔ)件是對(duì)稱的龍門(mén)式結(jié)構(gòu)，以保證機(jī)床的高剛度和熱穩(wěn)定性。床身和龍門(mén)架整體由 Kern Armorith 人造大理石制成，采用具有靜壓軸承的伺服驅(qū)動(dòng)裝置和靜壓導(dǎo)軌。加工中心的定位誤差為±0.4μm，重復(fù)定位精度為±0.3μm，表面粗糙度Ra<0.05μm。進(jìn)給率范圍為0.01～30000mm/min，最小位移量為0.1μm，最大加速度10m/s2。可加工硬度64HRC以下的淬硬鋼、石墨和陶瓷。微尺度機(jī)床（Micro Machine Tool）是使用刀具尺寸小于1mm的鉆床和銑床，或加工工件直徑小于1mm的車床，以及電加工和激光加工。微尺度切削加工需要高轉(zhuǎn)速主軸、高進(jìn)給速度和高進(jìn)給加速度以及高速大帶寬的閉環(huán)伺服系統(tǒng)，機(jī)床不大，技術(shù)含量很高。由不同的微尺度機(jī)床可以組成桌面型微工廠，通過(guò)顯示器進(jìn)行操作，制造微尺度機(jī)械產(chǎn)品。</P

并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床

混聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床是由2桿或3桿并聯(lián)機(jī)構(gòu)與串聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)綜合而成的數(shù)控機(jī)床，各取其所長(zhǎng)，從而優(yōu)化機(jī)床的性能。將2桿并聯(lián)機(jī)構(gòu)連接主軸部件，改變2桿的長(zhǎng)度或支點(diǎn)的距離，就可使刀具中心產(chǎn)生X和Y方向的移動(dòng)，構(gòu)成混聯(lián)機(jī)床。

聰明加工系統(tǒng)——SMS

數(shù)控加工的基本原理是機(jī)床部件按照50多年前制定的G和M指令組成的程序運(yùn)動(dòng)。機(jī)床不知道加工什么零件，怎樣加工，是瞎子走路。聰明加工系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)是智能化，主要特征是：知道本系統(tǒng)的加工能力和狀態(tài)；能夠監(jiān)控和自主優(yōu)化加工過(guò)程；能夠自行度量工作（輸出）的質(zhì)量；能夠不斷持續(xù)學(xué)習(xí)和提高自己的能力。
誤差的檢測(cè)和補(bǔ)償。

先進(jìn)過(guò)程控制系統(tǒng)——APS

先進(jìn)過(guò)程控制系統(tǒng)的任務(wù)是監(jiān)控電主軸的工作狀態(tài)，它在很大程度上反映了數(shù)控機(jī)床的“健康”水平。當(dāng)主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，主軸軸承和電機(jī)的發(fā)熱都會(huì)造成熱變形，使主軸端產(chǎn)生軸向位移。當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速超過(guò)10000r/min時(shí)，主軸軸承滾珠的離心力，使?jié)L珠壓緊外環(huán)，也使主軸端產(chǎn)生軸向位移。借助安放在主軸殼體中的位移傳感器，測(cè)出位移量，輸入誤差模型，在數(shù)控系統(tǒng)中加以補(bǔ)償。

智能溫度控制——ITC

除了主軸以外，滾珠絲桿在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的熱量也不容忽視。采用中空的滾珠絲桿，將恒溫冷卻液在其中循環(huán)，可以顯著減少熱變形。實(shí)時(shí)測(cè)量冷卻液溫度，并將其輸入誤差模型，通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)一步補(bǔ)償機(jī)床的位移誤差，提高工作精度。

操作支持系統(tǒng)——OSS

操作支持系統(tǒng)OSS是聰明加工系統(tǒng)的主要組成部分，它幫助操作者正確設(shè)定機(jī)床性能。工件的加工時(shí)間、加工精度和表面質(zhì)量是優(yōu)化機(jī)床性能的3個(gè)相互制約的因素。要求加工時(shí)間短，加工精度和表面質(zhì)量就差一點(diǎn)，要求加工精度高，加工時(shí)間就長(zhǎng)一點(diǎn)。操作者選擇優(yōu)化目標(biāo)，系統(tǒng)自動(dòng)優(yōu)化性能參數(shù)。

遠(yuǎn)距通知系統(tǒng)——RNS

遠(yuǎn)距通知系統(tǒng)（RNS）建立了機(jī)床與有關(guān)人員的通信關(guān)系，人和機(jī)在時(shí)間和空間上完全分離卻保持著實(shí)時(shí)聯(lián)系。將加工狀態(tài)通知操作者和調(diào)度，缺少刀具還要通知工具室和供應(yīng)商，機(jī)床故障通知維修部門(mén)等，不同的信息立即通知到責(zé)任人和相關(guān)人。保證加工質(zhì)量和數(shù)量，提高整體運(yùn)作效率。