数控机床的发展趋势

我国作为制造业大国，数控机床的快速发展至关重要，为了满足市场和科学技术发展的需要，为了达到现代制造技术对数控技术提出的更高要求，当前数控技术及其装备发展趋势主要体现在以下几个方面：
一、高速化
目前，数控机床的发展趋势从常规的加工切削速度转向了高速加工切削。

这种技术的革新是通过改变主轴的转速而实现的，这种高速的主轴转动从几千转速提高到几十万转速，高速切削的换刀时间也随之变得越来越快、准。

高速化的数控机床能够实现企业一线对原材料零部件的加工效率的提高，同时增强了加工的精密度。

下面是查找到的目前高速化机床的有关参数：
（1）主轴转速：机床采用电主轴（内装式主轴电机），主轴最高转速达200000r/min；
（2）进给率：在分辨率为0.01m时，最大进给率达到240m/min且可获得复杂型面的精确加工；
（3）运算速度：微处理器的迅速发展为数控系统向高速、高精度方向发展提供了保障，开发出CPU已发展到32位以及64位的数控系统，频率提高到几百兆赫、上千兆赫。

由于运算速度的极大提高，使得当分辨率为0.1m、0.01 m时仍能获得高达24～240m/min的进给速度（4）换刀速度：目前国外先进加工中心的刀具交换时间普遍已在1s 左右，高的已达0.5s。

德国Chiron公司将刀库设计成篮子样式，以
主轴为轴心，刀具在圆周布置，其刀到刀的换刀时间仅0.9s。

从上面数据可以看到超高速机床发展的迅速，高速的机床可以充分发挥现代刀具材料的性能，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且还可提高零件的表面加工质量和精度。

超高速加工技术对制造业实现高效、优质、低成本生产有广泛的适用性。

二、高精度化
从精密加工发展到超精密加工(特高精度加工)，是世界各工业强国致力发展的方向，我国数控机床高精度化高速发展但仍然是一个需要重视的方向。

近lO多年来，普通级数控机床的加工精度已由±lOum提高到±5um，精密级加工中心的加工精度则从±3-5um，提高到±1-1.5um精密与超精密化的数控机床在几何和尺寸方面的误差率减少到最低，减少了零部件在加工过程中由于机器振动带来的错位误差，改善了零部件加工时的粗糙度。

如今提高加工精度的先进方法大致有下列几种：
（1）提高CNC系统控制精度：采用高速插补技术，以微小程序段实现连续进给，使CNC控制单位精细化，并采用高分辨率位置检测装置，提高位置检测精度（日本已开发装有106脉冲/转的内藏位置检测器的交流伺服电机，其位置检测精度可达到0.01 m/脉冲），位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制等方法；
（2）采用误差补偿技术：采用反向间隙补偿、丝杆螺距误差补偿和刀具误差补偿等技术，对设备的热变形误差和空间误差进行综合补偿。

研究结果表明，综合误差补偿技术的应用可将加工误差减少60%～
80%；
（3）采用网格解码器检查和提高加工中心的运动轨迹精度，并通过仿真预测机床的加工精度，以保证机床的定位精度和重复定位精度，使其性能长期稳定，能够在不同运行条件下完成多种加工任务，并保证零件的加工质量。

三、复合化
复合机床的含义是指在一台机床上实现或尽可能完成从毛坯至成品的多种要素加工。

根据其结构特点可分为工艺复合型和工序复合型两类。

工艺复合型机床如镗铣钻复合——加工中心、车铣复合——车削中心、铣镗钻车复合——复合加工中心等；工序复合型机床如多面多轴联动加工的复合机床和双主轴车削中心等。

采用复合机床进行加工，减少了工件装卸、更换和调整刀具的辅助时间以及中间过程中产生的误差，提高了零件加工精度，缩短了产品制造周期，提高了生产效率和制造商的市场反应能力，相对于传统的工序分散的生产方法具有明显的优势。

数控机床的功能复合化的发展，以其复合加工实现了一次
装夹后完成各种复杂零件的全部加工，从而减少了不创造价值的辅助时间，提高了机床的效率和加工精度，降低了生产制造成本，提高了生产的柔性。

复合功能的机床是近年来发展很快的机种，其核心是在一台机床上要完成车、铣、钻、镗、攻丝、铰孔和扩孔等多种操作工序。

四、智能化
智能化是未来工业化发展的主要方向，智能化的发展是提高生产力的有效途径，数控系统中智能化发展主要的方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化；还有如智能化的自动编程、智能化的人机界面等，及智能诊断、智能监控方面的内容，方便系统的诊断及维修等为提高驱动性能及使用连接方便方面的智能化：下面是查找的目前关于数控机床智能化的先进技术：
（1）加工过程自适应控制技术：通过监测加工过程中的切削力、主轴和进给电机的功率、电流、电压等信息，利用传统的或现代的算法进行识别，以辩识出刀具的受力、磨损、破损状态及机床加工的稳定性状态，并根据这些状态实时调整加工参数（主轴转速、进给速度）和加工指令，使设备处于最佳运行状态，以提高加工精度、降低加工表面粗糙度并提高设备运行的安全性；
（2）加工参数的智能优化与选择：将工艺专家或技师的经验、零件加工的一般与特殊规律，用现代智能方法，构造基于专家系统或基于模型的“加工参数的智能优化与选择器”，利用它获得优化的加工参数，从而达到提高编程效率和加工工艺水平、缩短生产准备时间的目的；
（3）智能故障自诊断与自修复技术：根据已有的故障信息，应用现代智能方法实现故障的快速准确定位；
（4）智能故障回放和故障仿真技术：能够完整记录系统的各种信息，对数控机床发生的各种错误和事故进行回放和仿真，用以确定错误引起的原因，找出解决问题的办法，积累生产经验；
（5）智能化交流伺服驱动装置：能自动识别负载，并自动调整参数的智能化伺服系统，包括智能主轴交流驱动装置和智能化进给伺服装置。

这种驱动装置能自动识别电机及负载的转动惯量，并自动对控制系统参数进行优化和调整，使驱动系统获得最佳运行；
五、柔性化和集成化
数控机床向柔性自动化系统发展的趋势是从点、线向面、体的方向发展；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、完善；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。

六、绿色化
绿色化，节能减排是当今世界关注的主要问题之一，绿色设计是一种综合考虑了产品设计、制造、使用和回收等整个生命周期的环境特性和资源效率的先进设计理论和方法。

它在不牺牲产品功能、质量和成本的前提下，系统考虑产品开发、制造及其活动对环境的影响，从而使得产品在整个生命周期中对环境的负面影响最小，资源利用率最高。

数控机床在设计时要考虑：绿色材料设计；可拆卸性设计；节能性设计；可回收性设计；模块化设计；绿色包装设计等。

绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源消耗的现代制造模式，通过绿色生产过
程生产出绿色产品。

数控机床在制造时要考虑：节约资源的工艺设计；节约能源的工艺设计；环保型工艺设计等。

随着世界经济的迅速发展，尤其是国内改革开放以来工业化程度的加快，所带来的环境污染问题越来越严重，环境保护的呼声越来越高，环保问题已经成为各国经济可持续发展的制约因素之一。

数控机床作为装备制造业的核心，能否顺应环保趋势，加大绿色设计与制造的研制，将是影响经济发展的重要要素之一。

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