數（shù）控機床（chuáng）未來12大發展趨勢（shì）-數控（kòng）機床市場網

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數控機床未來12大發展趨（qū）勢

2016-10-24 作者：-

目前，數（shù）控機床的發展日新月異，高速化、高精度化、複合化（huà）、智能化、開放化、並（bìng）聯驅動化、網絡化、極端化、綠色（sè）化（huà）已成為數控機床發展的趨勢（shì）和方向。

　　中國作為一個製造大國，主要（yào）還是依（yī）靠勞動力、價格、資源等方麵的比較優勢，而在產品的技術創新與自主開發方麵與國外同（tóng）行的（de）差距還很大。中國的數控產業不能安於現狀，應該抓住機會不（bú）斷發（fā）展，努力發展自己的先進技術，加大技術創新與人才培訓力（lì）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。中國力爭早日實現數控機（jī）床（chuáng）產品從低端到高端、從初級產品加工到高精尖產品製造的轉變，實現從中國製造到中國創造、從製造大（dà）國到製造強國的轉變。

1、高速化

隨（suí）著汽車、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（jiā）工的高速化要求越來越高。

　　（1）主軸（zhóu）轉速：機床（chuáng）采用電主軸（內裝式主軸電（diàn）機），主軸最高（gāo）轉速達200000r/min；

　　（2）進給率：在分（fèn）辨率為0.01μm時，最大進給率達到240m/min且可獲（huò）得複雜型麵的精確加（jiā）工（gōng）；

　　（3）運算速度：微處理器的迅速發展為數（shù）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。由於運算速度的極（jí）大提高，使得當（dāng）分辨率為0.1μm、0.01μm時仍能獲（huò）得高達24～240m/min的進給速度；

　　（4）換刀速度（dù）：目（mù）前國外先進（jìn）加工中心的刀具交換時間普遍已在（zài）1s左右，高的已達0.5s。德國Chiron公司將刀（dāo）庫設計成籃子樣式，以主軸為軸心（xīn），刀具在圓周布置，其刀到刀的換刀時間僅（jǐn）0.9s。

2、高精度（dù）化

　　數控機床精度的要求現在已經不局限於靜態的幾何精度，機床的運動精度、熱（rè）變形以及對振動（dòng）的監測和補償越來越（yuè）獲得重視。

　　（1）提高（gāo）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（biàn）率位置檢測裝置，提高位置檢測（cè）精度（日本已開發裝有106脈衝/轉的內藏位置檢測器的交（jiāo）流（liú）伺服電機，其位置檢（jiǎn）測精度可達到0.01μm/脈衝），位置伺服（fú）係統采用前饋（kuì）控製與非線性控製等方（fāng）法；

　　（2）采（cǎi）用誤差補償技術：采（cǎi）用反向間隙補償（cháng）、絲杆螺距誤差補償（cháng）和刀（dāo）具誤差補償等技術，對設備的熱（rè）變形誤（wù）差和空間誤差進（jìn）行綜合補償。研究結果表明，綜合誤差補償技術的（de）應用可將加工誤差減少60%～80%；

　　（3）采用網格（gé）檢（jiǎn）查和提高加工中（zhōng）心（xīn）的運動軌（guǐ）跡精（jīng）度，並通過仿真預測機床的加工精度，以保證（zhèng）機床的定位精度和重複定位（wèi）精度，使其性能長期穩（wěn）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（hán）義是指（zhǐ）在一台機床上實現或盡可能完成從毛坯至成（chéng）品的多種（zhǒng）要素加工。根據其結構特點可分為工藝複合型和工（gōng）序複合型兩類。工藝複合型機床如鏜銑鑽複合——加（jiā）工中心、車銑複合——車削中心、銑鏜（táng）鑽車（chē）複合——複（fù）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（hé）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生的誤差，提高了零件加工精度，縮短了產品製造（zào）周期，提高了生（shēng）產效率和製造商的市場反應能力，相對於傳統的工序分散的生產方法具有明顯的優（yōu）勢。

　　加工過程的複合化也導致（zhì）了機床向模塊化、多軸化發展。德國Index公司最新（xīn）推出的（de）車削加（jiā）工中心是（shì）模塊化結構，該加工中心能夠完成車削（xuē）、銑削、鑽削（xuē）、滾齒、磨削、激光熱處理等多種工（gōng）序，可完成複雜（zá）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（lián）動數控機床越來越受到各（gè）大企業的歡迎。在2005年中國國際機床展覽（lǎn）會（CIMT2005）上（shàng），國內外製造商展出了形式各異的多軸加工機床（包括（kuò）雙主軸（zhóu）、雙刀架、9軸控製等）以及可實現4～5軸聯動（dòng）的五軸（zhóu）高速門式加工中心、五軸聯動高（gāo）速銑削中心等。

4、控製智能化

　　隨著人工智能技術的發展，為了滿足製造業生產柔性化、製造自動化的發展需求，數控機（jī）床的（de）智能化程度在不斷提高。具（jù）體體現在（zài）以（yǐ）下幾個（gè）方麵：

　　（1）加工過程（chéng）自適應控製技術：通過監（jiān）測加工過程中的切削力、主軸和進給電機的（de）功（gōng）率、電流、電壓等信（xìn）息，利用傳統的或現代的算法進（jìn）行（háng）識（shí）別，以辯識（shí）出刀具的受力、磨損（sǔn）、破損狀態及機床加工的穩定（dìng）性狀（zhuàng）態，並根據（jù）這些狀（zhuàng）態實（shí）時調整加工參數（主軸轉速、進給速度）和（hé）加工指令，使設備處於最佳運行狀態，以提高加工精度、降低加工表麵（miàn）粗糙（cāo）度並提高設備運（yùn）行（háng）的安全性；

　　（2）加工（gōng）參數（shù）的智能優化（huà）與選擇：將（jiāng）工藝專家或技師的經驗（yàn）、零件加（jiā）工的一般與特殊規律（lǜ），用現代智（zhì）能方法（fǎ），構造基於專家係統或基於模型的“加工參數的智能優化與選擇器”，利（lì）用它獲得優化的加工參（cān）數，從而達到提高編程效率和加（jiā）工工（gōng）藝水平、縮短生產準備時間的目的；

　　（3）智能故（gù）障自診（zhěn）斷與自修複技術：根據已有的故障信息，應用現代智（zhì）能方法實現故障的快速準確定位；

　　（4）智能故（gù）障回放和故障仿真技（jì）術：能夠完整記錄（lù）係統的各種信息（xī），對數控機床發（fā）生的（de）各種（zhǒng）錯誤和事故進行回放和仿真，用以確定錯誤引起的原因，找出解決問（wèn）題的辦法，積累生（shēng）產經驗；

　　（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（zì）動識別電機及負載的轉動慣量，並自動對控製（zhì）係統參數進行優化和調整，使驅（qū）動係統獲（huò）得最佳運行；

　　（6）智能4M數控係統（tǒng）：在製造過程中，加工、檢測一體（tǐ）化是實現（xiàn）快速製造、快速檢測和快速響應的（de）有效途徑，將測量（Measurement）、建模（Modelling）、加工（gōng）（Manufacturing）、機器操作（Manipulator）四者（即4M）融合在一個係統中，實（shí）現信息共享，促進測量、建模、加工、裝（zhuāng）夾、操作（zuò）的一（yī）體化。

5、德體係開放（fàng）化

（1）向（xiàng）未來技術開放：由於軟硬件（jiàn）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（kě）能被現有係統所采（cǎi）納、吸（xī）收（shōu）和兼容，這就意味（wèi）著係統的開發費用將大大降低而係統性能與可靠性將不斷（duàn）改善並處於長生命周期；

　　（2）向用戶特（tè）殊（shū）要求開（kāi）放：更新（xīn）產品、擴充功能、提供硬軟件產品的各種組合以滿足特殊應用要（yào）求；

　　（3）數控標準的建立：國際上正（zhèng）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具體係統的中（zhōng）性機製，能夠描述產品整個生命周期內的統一數據模型（xíng），從而實現整個製造過程乃至各個工業領域產品信息的（de）標準（zhǔn）化。標準化（huà）的編（biān）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（láo）動消耗。

6、驅動並聯化

　　並聯運動機床克服了傳（chuán）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（jī）床主（zhǔ）軸（一般為動平台）與機（jī）座（一般為靜平台（tái））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（huò）得相應自由度（dù）的（de）運動，可實現多坐（zuò）標（biāo）聯動（dòng）數控加工、裝配（pèi）和測量多種功能，更能滿足複雜特種零件（jiàn）的加工，具有現代機器人的模塊化程度高、重量（liàng）輕和速度快等優點。

　　並聯機床作為一種新型的加工設備，已成（chéng）為當前機床技術的一（yī）個重要研究方向，受到了國際（jì）機床行業的高（gāo）度重視，被認為是（shì）“自發明數控技術以來在機床行業中最有意義的進步”和（hé）“21世紀新一代數控加工設備”。

7、極端化（大型化和微型化）

　　國（guó）防、航空（kōng）、航天事業的發展和能源等基礎產業裝（zhuāng）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（jì）術（shù）和（hé）微納米技術是21世紀的戰略技（jì）術，需發展能適應微小型尺寸和微納米加工精（jīng）度的新型製造工（gōng）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（jiā）工機床、微激光加工機床和微型（xíng）壓力機等的需求量正在逐漸增大。

8、信息交互網絡化

　　對於麵臨激烈競爭的企（qǐ）業來說，使數控機床具有雙向、高速的聯網（wǎng）通訊（xùn）功能，以保證信息流（liú）在（zài）車間（jiān）各個部門間暢通無阻是非常重要（yào）的（de）。既可以實現網（wǎng）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（de）遠程診斷、維護等）。

　　例如，日本Mazak公司推出新一代（dài）的加工中心配備了一個稱為（wéi）信（xìn）息塔（e-Tower）的外部設（shè）備，包括計算機、手機、機外和機內攝像頭等，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

　　為了提高數控機床各方麵（miàn）的性能，具有（yǒu）高精度（dù）和高可靠性的新型功能部件的應（yīng）用成為必然。具有代表性的新型功能部件包括：

　　（1）高頻電主軸：高（gāo）頻電（diàn）主軸是高頻電動機與主軸部件的集成，具有體積小、轉（zhuǎn）速高、可無級調速等一係（xì）列優點，在各種新型（xíng）數控機床中已（yǐ）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，雖然其價格高於傳統的伺服（fú）係統（tǒng），但由於負載變化擾（rǎo）動、熱變形（xíng）補償、隔磁（cí）和防護等關鍵（jiàn）技術的應（yīng）用，機械傳動結構得（dé）到簡化，機床的動態性能有了提高（gāo）。如：西門子公司（sī）生產的1FN1係列三相交流永磁式同步直線電動機已開始廣（guǎng）泛應用於高速（sù）銑床、加工（gōng）中心、磨床、並（bìng）聯機床以及動態性能和運動精度（dù）要求高的機床等；德國EX-CELL-O公司的XHC臥式（shì）加工中心三向驅動（dòng）均采用兩（liǎng）個直線（xiàn）電動機；

　　（3）電滾珠絲杆：電滾珠絲（sī）杆是伺服電動機與滾珠絲杆的集成，可以大大簡化數（shù）控機床的結構，具有傳動（dòng）環節少、結構緊湊等一係列優點。

10、高可靠性

　　數控機（jī）床與（yǔ）傳統機（jī）床相比，增加了數控係統和相應的監（jiān）控裝置等，應用（yòng）了大量的電氣、液壓和機（jī）電裝置，易於導致出現失效的（de）概率增大；工業電（diàn）網電（diàn）壓的波動和幹擾對數控機床的可靠性極為不利，而數控機床加（jiā）工的零件型麵較（jiào）為複雜，加工周期長（zhǎng），要求平均無故障時間在2萬小時以上。為了保（bǎo）證數控機（jī）床有（yǒu）高的可靠性，就要精心設計係（xì）統（tǒng）、嚴格（gé）製造和明（míng）確（què）可靠性目標以及通過維修（xiū）分析（xī）故障模（mó）式（shì）並找（zhǎo）出薄弱環節。

　　國（guó）外數控係（xì）統平均無故障時間（jiān）在7～10萬小（xiǎo）時以（yǐ）上（shàng），國產數控係統（tǒng）平均無故障時間僅為10000小時左右（yòu），國外整機平均無故障工作時間達800小時以上，而國內最高隻（zhī）有300小時。

11、加工過程綠色化

　　隨著日趨嚴格的環境與資源約束（shù），製造加工的綠色化越來越（yuè）重要，而中國的資源、環境問題尤為突出。因此，近（jìn）年來不用或少用冷卻液、實現幹切（qiē）削、半幹切削節能環保的機床不斷出現，並在（zài）不斷發展當（dāng）中。在21世紀，綠色製造的大趨勢將使各種節能環（huán）保機床加（jiā）速發展，占領更多的世界市（shì）場。

12、多媒體技術的應用

　　多媒體技術集計算機、聲像和通信技術於一體，使計算機具有綜合處理聲音、文（wén）字、圖像和視頻信息的能（néng）力，因（yīn）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業用戶的使用（yòng），人們可以通過窗口和菜單進行操作，便於藍圖編程和快速編程（chéng）、三維彩色立體動態圖形顯示、圖形模擬、圖形動態（tài）跟蹤（zōng）和（hé）仿真、不同方向的視圖（tú）和局部顯示比例縮放（fàng）功能的實現。

　　除此（cǐ）以外，在數控技術（shù）領域應用（yòng）多媒（méi）體技術可以做到信息處理綜（zōng）合化（huà）、智能（néng）化，應用於實時監控係統和生產現場設備（bèi）的故障診（zhěn）斷、生產過程參數監測等，因此有著重大的應用價（jià）值。

　　國產數控機床（chuáng）缺乏核心（xīn）技術，從高性能數控係統到關鍵功（gōng）能部件基本（běn）都依（yī）賴進口，即使近幾（jǐ）年有些國內製造商艱難地創出了自己的品牌，但其產（chǎn）品的（de）功能、性能的可靠性仍然（rán）與國外產品（pǐn）有一定差距。近幾年國產數控機床製造商通過技術引進、海內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（quē）乏對機床結構（gòu）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（fā）能力的培育，國產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。

　　一些國產數（shù）控機床製造（zào）商不夠重視整體工藝與製造水平的提高，加工手（shǒu）段基本以普通機床與低效刀具為（wéi）主，裝配調（diào）試完全靠手工，加工質量在生產進度的緊逼下不能得到穩定與提高。另外很多國產數控機床製造商的生產管（guǎn）理依然沿用原始的手（shǒu）工台賬管理方式，工藝水平和管理效率低下使得（dé）企業無法形成足夠生產規模。如國外機床製造（zào）商能做到每周裝調出（chū）產品，而（ér）國內的生產周期（qī）過長且很難（nán）控製。因此我們在引進技術的同（tóng）時應注意加強（qiáng）自身工藝技（jì）術改造和管理水平的提升。

　　由於數控機（jī）床產業發展迅速，一部（bù）分企業不顧長遠利益，對提高自身的（de）綜合服務水（shuǐ）平不夠重視，甚至對服務（wù）缺乏真正的理解，隻注重推銷而不注（zhù）重售前與售後（hòu）服務。有些企（qǐ）業派出的人員對生產的數控機床缺乏足（zú）夠了解，不會使用或使用不好數控機床（chuáng），更（gèng）不能指導用戶使用好機床；有的對先進（jìn）高效刀具缺乏基本了（le）解，不能提（tí）供較好的工（gōng）藝解決方案，用（yòng）戶自然對製造商缺乏信心。

　　製造商的服務應從（cóng）研究（jiū）用戶的（de）加工產品、工藝、生產類型、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（zhuān）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戶的認同，提高國產（chǎn）數控機床的市場占有率。

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