淺析數(shù)控機床現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
摘要：本文結合世界上數(shù)控機床的現(xiàn)狀提出了如：高精度與高可靠性、高速加工與高效率、高柔性化、綠色化、智能化、數(shù)字制造等一系列數(shù)控機床的發(fā)展趨勢，并針對各個發(fā)展趨勢環(huán)節(jié)做以細致分析歸納。
論文關鍵詞：先進制造技術,數(shù)控機床,發(fā)展趨勢,現(xiàn)狀
先進制造技術作為世界上支撐工業(yè)行業(yè)發(fā)展的最主要因素之一，已經(jīng)放在了各工業(yè)大國發(fā)展規(guī)劃的首要位置。數(shù)控機床作為先進制造技術的工作母機，不僅被高端的航空、航天行業(yè)所認可，還普及應用到工業(yè)加工中的各個方面。各類工業(yè)制造企業(yè)在提高原有數(shù)控技術的基礎上，還對數(shù)控系統(tǒng)新技術的研發(fā)提出了更高的設想。故本文將對當今世界上數(shù)控技術及裝備的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢做以如下簡析。
1 高精度與高可靠性
1.1 高精度
由于航天、航空等高端工業(yè)行業(yè)對產(chǎn)品精密度要求的不斷提高，促使當前世界各工業(yè)大國的精密加工階躍到超精密加工階段，其加工精度從微米級到亞微米級乃至納米級。一般的數(shù)控機床是通過高速主軸和高速坐標驅動來實現(xiàn)上述加工精度要求的。
1.1.1 高速主軸
高速主軸是高速機床中最為關鍵的部件，高速主軸多采用電機和主軸一體化設計的高速電主軸(HSES)或復合電主軸。軸承作為電主軸的關鍵部件，它決定了電主軸的壽命和負載容量。高質量的鋼軸承現(xiàn)仍有使用，但隨主軸轉速需求的不斷提高，出現(xiàn)了一些新結構、新材料的高速應用軸承，如混合球軸承、磁浮、氣浮和液體靜動壓軸承等。[1]
高主軸轉速并不是高速加工的全部。而對電主軸的大功率、高轉矩和高剛性的需要也應考慮在內，同時還應能控制主軸的溫升等。由于用戶的不斷需求推動了主軸制造技術的進步，也將引導主軸制造技術向輕結構、高強度、高剛性、良好的動平衡和熱控制方向繼續(xù)發(fā)展。
1.1.2 高速坐標驅動
高速高精加工機床的進給驅動，一般要求容易移動，快速響應，準確定位和具有高重復定位精度。故采用輕質結構溜板、線性導軌和直線伺服電機驅動具有十分重要得意義。
目前，直線伺服電機己被公認為未來機床坐標驅動的最佳形式，但由于其價格、散熱及磁場對周圍灰塵和切屑的吸附作用等原因，非常廣泛被應用還得經(jīng)過一段時間，但這也正是未來發(fā)展的研究改進方向。
1.2 高可靠性
可靠性在成為數(shù)控機床的質量的一個衡量標準之后，就自然而然的變成數(shù)控行業(yè)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。數(shù)控機床的可靠性取決于數(shù)控系統(tǒng)和各伺服驅動單元的可靠性。數(shù)控系統(tǒng)將采用更高集成度的電路芯片，利用大規(guī)�；虺笠�(guī)模的專用及混合式集成電路，以減少元器件的數(shù)量，提高可靠性。機床本體可靠性的提高可通過硬件功能軟件化，適應各種控制功能的要求，同時采用硬件結構機床本體的模塊化、標準化和通用化及系列化，既提高硬件生產(chǎn)批量，又便于組織生產(chǎn)和質量把關。
2 高速加工與高效率
數(shù)控機床向高速化方向發(fā)展，不但可大幅度提高加工效率，降低加工成本，而且還可提高零件的表面加工質量和精度。超高速加工技術對制造業(yè)實現(xiàn)高效、優(yōu)質、低成本生產(chǎn)有廣泛的適用性。數(shù)控系統(tǒng)采用位數(shù)、頻率更高的處理器，以提高系統(tǒng)的基本運算速度。同時，采用超大規(guī)模的集成電路和多微處理器結構，以提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力，即提高插補運算的速度和精度。 [2]
3 多功能與柔性化
3.1 多功能
在現(xiàn)實的零件加工過程中，有大量的無用時間消耗在工件搬運、裝卸、調整、換刀和主軸的升降速上，為了盡可能減少這些無用時間，人們希望將不同的加工功能整合在同一臺機床上。因此多功能復合型機床的產(chǎn)生實現(xiàn)了工序的集約化。主要表現(xiàn)在數(shù)控機床配有自動換刀機構，能在同一臺機床上同時實現(xiàn)銑削、鏜削、鉆削、車削、鉸孔、擴孔、攻螺紋等多種工序加工；數(shù)控機床還采用了多主軸、多面體切削，即同時對一個零件的不同部位進行不同方式的切削加工；數(shù)控系統(tǒng)由于采用了多CPU結構和分級中斷控制方式，即可在一臺機床上同時進行零件加工和程序編制，實現(xiàn)所謂的“前臺加工，后臺編輯”。故多功能機床成為近年來發(fā)展很快的機種。
3.2 柔性化
數(shù)控機床向柔性自動化系統(tǒng)發(fā)展，一方面是從點(數(shù)控單機、加工中心和數(shù)控復合加工機床)、線（FMC，F(xiàn)MS，F(xiàn)TL，F(xiàn)ML）向面(工段車間獨立制造島)、體(分布式網(wǎng)絡集成制造系統(tǒng)）的方向發(fā)展，另一方面向注重應用性和經(jīng)濟性方向發(fā)展。開放式體系結構的新一代數(shù)控系統(tǒng)，作為柔性自動化系統(tǒng)的引申，具有可移植性、互操作性、互交換性、可擴展性、可比例換算、可重用性等優(yōu)點，它使機器制造商能夠并敢于為他們專門的自動化設計優(yōu)化選配組件，從而在短的時間內實現(xiàn)創(chuàng)造性設計。
4 綠色化與多軸化
21世紀要實現(xiàn)數(shù)控機床切削加工環(huán)�；凸�(jié)能化，就必須對加工工藝進行綠色化改進。目前這一綠色加工工藝主要集中在不使用切削液上，因為切削液既污染環(huán)境又危害操作者健康。于是我們采用干切削，就是在一般的大氣氛圍或在特殊氣體氛圍氮氣、冷風中進行，而不使用切削液進行的切削。不過，對于某些加工方式和工件組合，完全不使用切削液的干切削尚難于實現(xiàn)，所以又出現(xiàn)了使用極微量潤滑的準干切削。
隨著編程軟件的普及，五軸聯(lián)動控制的加工中心和數(shù)控銑床己經(jīng)成為當前的一個開發(fā)熱點。由于在加工自由曲面時，五軸聯(lián)動控制對球頭銑刀的數(shù)控編程比較簡單，并且能使球頭銑刀在銑削三維曲面的過程中始終保持合理的切速，從而顯著改善加工表面的粗糙度和大幅度提高加工效率。
5 智能型
隨著無人加工的普及應用智能化加工的發(fā)展成為必然，人工智能化加工是一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡控制、模糊控制、數(shù)字化網(wǎng)絡技術和理論的加工，它是要在加工過程中模擬人類專家的智能活動，以解決加工過程許多不確定性的、要由人工干預才能解決的問題。目前人工智能化主要表現(xiàn)在數(shù)控系統(tǒng)以下幾個方面:①為追求加工效率和加工質量的智能化。②為提高驅動性能及使用連接方便的智能化。③簡化編程、簡化操作的智能化。④智能診斷、智能監(jiān)控，方便系統(tǒng)的診斷及維修等。
6 向大型化和微小化兩極發(fā)展
能源裝備的大型化及航空航天事業(yè)等的發(fā)展，要求提供300t以上的巨型、高精度、高質量的鍛件，需要建造6~8萬t的模鍛壓機及重型加工中心，這就導致了數(shù)控機床的大型化發(fā)展。
微米納米技術是21世紀的戰(zhàn)略性技術，微系統(tǒng)技術是微米納米技術的一部分，是集微型機構、微型傳感器、微型執(zhí)行器及信號處理和控制電路、通信和電源于一體的微型器件系統(tǒng)。所以，需發(fā)展能適應微小型尺寸結構和微納米加工精度的新型制造工藝和裝備。
7 工藝適用性的專門化數(shù)控機床正不斷涌現(xiàn)
隨著機械產(chǎn)品的性能優(yōu)化和輕量化，其零件和構件的形狀、尺寸和精度呈現(xiàn)多樣性，很難用少數(shù)幾種標準的、通用的機床結構來最佳地滿足多方面的工藝要求。通過對機床布局和結構的創(chuàng)新，使對不同類型的零件加工具有最佳的適用性，避免一方面出現(xiàn)不能發(fā)揮最佳性能，另一方面又存在功能冗余的現(xiàn)象。[3]
8 結語
數(shù)控機床技術的進步和發(fā)展為現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展提供了良好的條件，促使制造業(yè)向著高效、優(yōu)質以及人性化的方向發(fā)展�？梢灶A見，隨著數(shù)控機床技術的發(fā)展和數(shù)控機床的廣泛應用，制造業(yè)將迎來一次足以撼動傳統(tǒng)制造業(yè)模式的深刻革命。
參考文獻：
[1]林勝，林春庭.高速數(shù)控機床現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].精密制造與自動化.2004年第1期：5-8.
[2]曾文健,羅慶紅,張紅娟.基于數(shù)控機床新技術發(fā)展趨勢的初探[J].廣西職業(yè)技術學院學報.2009年4月:13-15.
[3]張新喜,李偉波,李寧.淺談數(shù)控機床發(fā)展趨勢[J].農(nóng)機使用與維修.2008年第6期:73-74.
