车床的发展方向

目前，世界先进制造技术不断兴起，超高速切削、超精密加工等技术的应
用，柔性制造系统的迅速发展和计算机集成系统的不断成熟，对数控加工技术提
出了更高的要求。当今数控机床正在朝着以下几个方向发展：
　　１．高速度、高精度化。速度和精度是数控机床的两个重要指标，它直接关
系到加工效率和产品质量。目前，数控系统采用位数、频率更高的处理器，以提
高系统的基本运算速度。同时，采用超大规模的集成电路和多微处理器结构，以
提高系统的数据处理能力，即提高插补运算的速度和精度，并采用直线电动机直
接驱动机床工作台的直线伺服进给方式，其高速度和动态响应特性相当优越。采
用前馈控制技术，使追踪滞后误差大大减小，从而改善拐角切削的加工精度。
　　为适应超高速加工的要求，数控机床采用主轴电动机与机床主轴合二为一的
结构形式，实现了变频电动机与机床主轴一体化，主轴电机的轴承采用磁浮轴
承、液体动静压轴承或陶瓷滚动轴承等形式。目前，陶瓷刀具和金刚石涂层刀具
已开始得到应用。
　　２．多功能化。配有自动换刀机构（刀库容量可达１００把以上）的各类加
工中心，能在同一台机床上同时实现铣削、镗削、钻削、车削、铰孔、扩孔、攻
螺纹等多种工序加工，现代数控机床还采用了多主轴、多面体切削，即同时对一
个零件的不同部位进行不同方式的切削加工。数控系统由于采用了多ＣＰＵ结构
和分级中断控制方式，即可在一台机床上同时进行零件加工和程序编制，实现所
谓的“前台加工，后台编辑”。为了适应柔性制造系统和计算机集成系统的要
求，数控系统具有远距离串行接口，甚至可以联网，实现数控机床之间的数据通
信，也可以直接对多台数控机床进行控制。
　　３．智能化。现代数控机床将引进自适应控制技术，根据切削条件的变化，
自动调节工作参数，使加工过程中能保持最佳工作状态，从而得到较高的加工精
度和较小的表面粗糙度，同时也能提高刀具的使用寿命和设备的生产效率。具有
自诊断、自修复功能，在整个工作状态中，系统随时对ＣＮＣ系统本身以及与其
相连的各种设备进行自诊断、检查。一旦出现故障时，立即采用停机等措施，并
进行故障报警，提示发生故障的部位、原因等。还可以自动使故障模块脱机，而
接通备用模块，以确保无人化工作环境的要求。为实现更高的故障诊断要求，其
发展趋势是采用人工智能专家诊断系统。
　　４．数控编程自动化。随着计算机应用技术的发展，目前ＣＡＤ／ＣＡＭ图
形交互式自动编程已得到较多的应用，是数控技术发展的新趋势。它是利用ＣＡ
Ｄ绘制的零件加工图样，再经计算机内的刀具轨迹数据进行计算和后置处理，从
而自动生成ＮＣ零件加工程序，以实现ＣＡＤ与ＣＡＭ的集成。随着ＣＩＭＳ技
术的发展，当前又出现了ＣＡＤ／ＣＡＰＰ／ＣＡＭ集成的全自动编程方式，它
与ＣＡＤ／ＣＡＭ系统编程的最大区别是其编程所需的加工工艺参数不必由人工
参与，直接从系统内的ＣＡＰＰ数据库获得。
　　５．可靠性最大化。数控机床的可靠性一直是用户最关心的主要指标。数控
系统将采用更高集成度的电路芯片，利用大规模或超大规模的专用及混合式集成
电路，以减少元器件的数量，来提高可靠性。通过硬件功能软件化，以适应各种
控制功能的要求，同时采用硬件结构机床本体的模块化、标准化和通用化及系列
化，使得既提高硬件生产批量，又便于组织生产和质量把关。还通过自动运行启
动诊断、在线诊断、离线诊断等多种诊断程序，实现对系统内硬件、软件和各种
外部设备进行故障诊断和报警。利用报警提示，及时排除故障；利用容错技术，
对重要部件采用“冗余”设计，以实现故障自恢复；利用各种测试、监控技术，
当生产超程、刀损、干扰、断电等各种意外时，自动进行相应的保护。
　　６．控制系统小型化。数控系统小型化便于将机、电装置结合为一体。目前
主要采用超大规模集成元件、多层印刷电路板，采用三维安装方法，使电子元器
件得以高密度安装，较大规模缩小系统的占有空间。而利用新型的彩色液晶薄型
显示器替代传统的阴极射线管，将使数控操作系统进一步小型化。这样可以方便
地将它安装在机床设备上，更便于对数控机床的操作使用。（完）


制作:中华商务网

1、虚拟机床：通过研发机电一体化的、硬件和软件集成的仿真技术，来实现提高机床的设计水平和使用绩效。2、绿色机床：强调节能减排，力求使生产系统的环境负荷达到最小化。3、智能机床：提高生产系统的智能化、可靠性、加工精度和综合性能。4、e-机床：提高生产系统的独立自主性以及与使用者和管理者的交互能力，使机床不仅是一台加工设备，而是成为企业管理网络中的一个节点。其中，绿色机床将成为研究热点。将毛坯转化为零件的工作母机，在使用过程中不仅消耗能源，还会产生固体、液体和气体废弃物，对工作环境和自然环境造成直接或间接的污染。据此，绿色机床应该具有以下特点：机床主要零部件由再生材料制造；机床的重量和体积减少50%以上；通过减轻移动质量、降低空运转功率等措施使功率消耗减少30%～40%；使用过程中产生的各种废弃物减少50%～60%，保证基本没有污染的工作环境；报废后机床材料100%可回收。据统计，机床使用过程中用于切除金属的功率只占到25%左右，各种损耗和辅助功能占去大部分。机床绿色化的第一个措施，是通过大幅度降低机床重量和减少驱动功率来构建具有生态效益的机床。绿色机床提出一种全新的概念，大幅减少重量，力求节省材料，同时降低能耗。作为现代工业基石的机床产业，是工业经济发展过程中无论如何都不能绕过一个关键性问题，中国机床产业由于先天不足，一直在中高端机床项目发展上落于国外主流水准，正处于一个追赶的过程当中。　　中国数控机床仍然较为落后。中国数控机床市场巨大，与国外产品相比，中国的差距主要是机床的高速高效化和精密化上，中国正处于工业化中期，即从解决短缺为主的开放逐步向建设经济强国转变，从脱贫向致富转变，煤炭、汽车、钢铁、房地产、建材、机械、电子、化工等一批以重工业为基础的高增长行业发展势头强劲，构成了对机床市场尤其是数控机床的巨大需求。以技术领先的策略正在向以客户为中心的策略转变：经济危机往往会催生大规模的产业升级和企业转型，机床工具行业实现制造业服务化，核心在于要以客户为中心，积极提供客户需要的个性化服务。因此，从简单的卖产品转向提供整体解决方案、从以技术为中心向以客户为中心转变成为当今的趋势。中国的产品与中国市场需求反差较大，产品结构亟待快速调整：中国机床行业虽然保持多年持续快速发展，但是产业和产品结构不合理的现象依然存在，整个行业大而不强，高档产品还大量依赖进口。国产机床的国内市场占有率虽然已经有一定的提高，但是高档数控机床、核心功能部件在国内市场占有率还很低，全行业替代进口的潜力非常巨大。企业技术创新模式有待完善：由于中国机床企业的地位、工业化水平和品牌影响力在逐步提升，要成为工业强国，其技术的获得再也不能依赖别人。过去，中国走了一条从模仿到引进的道路，从现在开始必须走自主创新的道路。企业技术遇到新的封锁，建立自主、新型、战略性的产学研创新模式是支撑产品结构调整技术来源的惟一途径。中国数控机床行业将延续结构调整的势头，不断以新产品、新亮点占领更大市场。数控切割机床按切割方式可分为火焰切割和等离子切割两大类。随着下游行业需求的不断提高，对数控机床配件提出了更大的需求和更高的要求。东北地区发展不快，其他地方的发展也比较缓慢。三是调结构促转型取得成效。面对金融危机，广大企业应不断调整结构、提高质量、增加品种及推动产业升级，再加上企业加强管理，降低费用，所以企业效益明显好转。数控切割机床装饰性发展趋势可见一斑，数控切割机床更多的是强调在机械性能、操作简便、价格经济、加工精度稳定等方面。在金属材料加工日益要求普及和批量化的今天，数控切割机床除了要满足上述功能性外，还要具有多切割方式的适用性。国内数控机床企业为了提高自身实力，更快地拓展国际市场，将采取多种手段加快和国外企业的融合以提高产品质量、提高竞争力。在继续开拓美国、日本等国家市场的同时，在东南亚、中东、俄罗斯、欧洲、非洲等也全面开花。据了解，当前金属切割数控机床行业运行具有以下几个特点：一是外销企业困难较大。从规模以上企业来看，以内销为主的品牌企业发展势头较好。没有品牌的中小企业发展比较困难。二是各地区发展不够均衡，浙江、山东、河北、北京以及四川发展比较快，广东的民营企业发展也较快。数控切割机床行业多数企业都是依靠降低产品售价来获得市场，造成的后果是产品价格低、附加值低、利润低，企业没有足够的资金持续发展。随着产业的发展和竞争的升级，提高产品技术含量，拥有自主的专利、设计，注重品牌的打造和营销才是企业长期发展的最佳选择。

数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对国计民生的一些重要行业(IT、汽车、轻工、医疗等)的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。当前数控车床呈现以下发展趋势。
1 高速、高精密化
高速、精密是机床发展永恒的目标。随着科学技术突飞猛进的发展，机电产品更新换代速度加快，对零件加工的精度和表面质量的要求也愈来愈高。为满足这个复杂多变市场的需求，当前机床正向高速切削、干切削和准干切削方向发展，加工精度也在不断地提高。另一方面，电主轴和直线电机的成功应用，陶瓷滚珠轴承、高精度大导程空心内冷和滚珠螺母强冷的低温高速滚珠丝杠副及带滚珠保持器的直线导轨副等机床功能部件的面市，也为机床向高速、精密发展创造了条件。
数控车床采用电主轴，取消了皮带、带轮和齿轮等环节，大大减少了主传动的转动惯量，提高了主轴动态响应速度和工作精度，彻底解决了主轴高速运转时皮带和带轮等传动的振动和噪声问题。采用电主轴结构可使主轴转速达到10000r/min以上。
直线电机驱动速度高，加减速特性好，有优越的响应特性和跟随精度。用直线电机作伺服驱动，省去了滚珠丝杠这一中间传动环节，消除了传动间隙(包括反向间隙)，运动惯量小，系统刚性好，在高速下能精密定位，从而极大地提高了伺服精度。
直线滚动导轨副，由于其具有各向间隙为零和非常小的滚动摩擦，磨损小，发热可忽略不计，有非常好的热稳定性，提高了全程的定位精度和重复定位精度。
通过直线电机和直线滚动导轨副的应用，可使机床的快速移动速度由原来的10～20m/min提高到60～80m/min，甚至高达120m/min。
2 高可靠性
数控机床的可靠性是数控机床产品质量的一项关键性指标。数控机床能否发挥其高性能、高精度和高效率，并获得良好的效益，关键取决于其可靠性的高低。
3 数控车床设计CAD化、结构设计模块化
随着计算机应用的普及及软件技术的发展，CAD技术得到了广泛发展。CAD不仅可以替代人工完成繁琐的绘图工作，更重要的是可以进行设计方案选择和大件整机的静、动态特性分析、计算、预测及优化设计，可以对整机各工作部件进行动态模拟仿真。在模块化的基础上在设计阶段就可以看出产品的三维几何模型和逼真的色彩。采用CAD，还可以大大提高工作效率，提高设计的一次成功率，从而缩短试制周期，降低设计成本，提高市场竞争能力。
通过对机床部件进行模块化设计，不仅能减少重复性劳动，而且可以快速响应市场，缩短产品开发设计周期。
4 功能复合化
功能复合化的目的是进一步提高机床的生产效率，使用于非加工辅助时间减至最少。通过功能的复合化，可以扩大机床的使用范围、提高效率，实现一机多用、一机多能，即一台数控车床既可以实现车削功能，也可以实现铣削加工；或在以铣为主的机床上也可以实现磨削加工。宝鸡机床厂已经研制成功的CX25Y数控车铣复合中心，该机床同时具有X、Z轴以及C轴和Y轴。通过C轴和Y轴，可以实现平面铣削和偏孔、槽的加工。该机床还配置有强动力刀架和副主轴。副主轴采用内藏式电主轴结构，通过数控系统可直接实现主、副主轴转速同步。该机床工件一次装夹即可完成全部加工，极大地提高了效率。
5 智能化、网络化、柔性化和集成化
21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统。智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方面的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控等方面的内容，以方便系统的诊断及维修等。
网络化数控装备是近年来机床发展的一个热点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式，如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。
数控机床向柔性自动化系统发展的趋势是：从点(数控单机、加工中心和数控复合加工机床)、线(FMC、FMS、FTL、FML)向面(工段车间独立制造岛、FA)、体(CIMS、分布式网络集成制造系统)的方向发展，另一方面向注重应用性和经济性方向发展。柔性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段，是各国制造业发展的主流趋势，是先进制造领域的基础技术。其重点是以提高系统的可靠性、实用化为前提，以易于联网和集成为目标，注重加强单元技术的开拓和完善。CNC单机向高精度、高速度和高柔性方向发展。数控机床及其构成柔性制造系统能方便地与CAD、CAM、CAPP及MTS等联结，向信息集成方向发展。网络系统向开放、集成和智能化方向发展。