隨著機床工作精度的提高以及近凈成形技術(shù)的發(fā)展替代了

1、     隨著機床工作精度的提高以及近凈成形技術(shù)的發(fā)展替代了一般表面的加工，預(yù)期至2020年微米級（0.001mm）加工精度技術(shù)將替代目前量大面廣的道級（0.01mm）加工精度，成為加工領(lǐng)域的主流技術(shù)。超精密加工機床加工精度也將由亞微米（0.1m）級、深亞微米（0.01m）級提升至納米級，同時迅速擴大其在制造業(yè)中的應(yīng)用范圍。 表4 各種加工領(lǐng)域達到的先進水準 表4示出了當前不同精度等級數(shù)控機床所達到的加工精度的先進水平。 2. 推進以高效為目標的全面高速化         與

2、精度的持續(xù)提升一樣，高速化加工已從單一的高速切削發(fā)展到全面高速化。不僅要縮短切削時間，也要力求降低輔助時間和技術(shù)準備時間。即除了提高主軸轉(zhuǎn)速和進給速度外，還要提高快移速度與加（減）速度，縮短主軸起動、制動時間，減少刀具自動交換時間與工件托盤自動交換時間等，來減少輔助時間并通過生產(chǎn)信息集成管理和規(guī)劃以及CAM等來進一步縮短技術(shù)準備時間。         對現(xiàn)有數(shù)控機床使用情況統(tǒng)計得出：其機床利用率（有效切削時間與全部工時之比）僅為25-35%，其余的75-65%均消耗在機床調(diào)整、程序運行檢查、空行程、起制動空運轉(zhuǎn)、工件上下料和

3、裝夾等輔助時間以及待工時間（由于技術(shù)準備和調(diào)度不及時引起的非工作時間）與故障停機時間上。因此需通過提高各軸快移速度和加（減）速度、主軸變速的角加（減）速度、刀具（工件）自動交換速度，改善數(shù)控系統(tǒng)的操作方便性和監(jiān)控功能以及加強信息管理，才有可能全面壓縮輔助時間和減少待工時間，使數(shù)控機床的切削時間利用率達到60%80%。 在推進加工制造過程全面高速化發(fā)展中，下列三項技術(shù)發(fā)揮了重要的作用： (1)電主軸技術(shù)：它包括內(nèi)裝電機結(jié)構(gòu)、驅(qū)動控制和雙面過定位刀柄結(jié)構(gòu)等，保證主軸實現(xiàn)大功率、高轉(zhuǎn)速運行。 (2)直接驅(qū)動技術(shù)：它包括由直線電機驅(qū)動線性軸運動和由力矩電機直接驅(qū)動回轉(zhuǎn)軸運動，它們的無摩擦、“零中間傳動

4、件”提高了快速運動的加速性和平穩(wěn)性。 (3)高速高精數(shù)字化控制技術(shù)：它是用于抑制或消除由于高速化所引起跟蹤誤差、熱誤差和顫振等負面影響的先進控制技術(shù)。 3. 復(fù)合加工機床向產(chǎn)品多樣化發(fā)展         多功能復(fù)合加工機床簡稱復(fù)合機床（Complex Machine Tool），或稱多功能加工（Multi-Functional Machining ）或完全加工（Complete Machining或End to End Machining）機床。 復(fù)合機床的含義是在一臺機床上實現(xiàn)或盡可能完成從毛坯至成品的全部加工。復(fù)合機床根

5、據(jù)其結(jié)構(gòu)特點，可以分為如下兩類： (1)跨加工類別的復(fù)合機床，如車銑中心、銑車中心、激光銑削加工機床等。 (2)多面多軸聯(lián)動加工的復(fù)合機床。         增加數(shù)控機床的復(fù)合加工功能將進一步提高其工序集中度，不僅可減少多工序加工零件的上下料時間，而且更主要地可避免零件在不同機床上進行工序轉(zhuǎn)換而增加的工序間輸送和等待的時間，尤其在未組成有效的生產(chǎn)線的條件下，這種工序間的等待時間將遠遠地超過零件在機床上的工作時間，從而延長了零件的生產(chǎn)周期。        

6、復(fù)合數(shù)控機床則具有良好的工藝適用性，避免了在制品的儲存和傳輸?shù)拳h(huán)節(jié)，有力地支持了準時制造（JIT），因此對它的研發(fā)已被給予極大的關(guān)注。復(fù)合數(shù)控機床呈現(xiàn)出多樣性的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)。 4. 加強工藝適用性         通過對機床布局和結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，使對不同類型的零件有最佳的加工適用性。因為隨著機械產(chǎn)品的性能優(yōu)化和輕量化，其零件和構(gòu)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(jié)構(gòu)來最佳地滿足多方面的工藝要求。         這種“個性化”結(jié)構(gòu)趨向

7、雖有為了產(chǎn)品競爭需要的因素，但更主要的是體現(xiàn)了如何能更好地適應(yīng)用戶的需求。尤其對一些批量生產(chǎn)的零件，更希望有最佳工藝適用性的專門化數(shù)控機床。         要解決品種多樣化與經(jīng)濟性的矛盾，這就對機床的模塊化設(shè)計提出了更高的要求，近年來對并聯(lián)機構(gòu)機床和混聯(lián)機構(gòu)機床的研究以及對可重構(gòu)機床（Reconfigurable Machine Tool，簡稱RMT）技術(shù)的探索，反映了對制造裝備能更方便地實現(xiàn)個性化、多樣化發(fā)展的一個追求。 5. 敏捷制造系統(tǒng)       

8、0; 柔性制造系統(tǒng)（FMS）和柔性制造單元(FMC)作為一種高生產(chǎn)率的多品種自動化生產(chǎn)系統(tǒng)，于上世紀70年代初開始研制，于80年代得到很大的發(fā)展。到90年代初由于大批量生產(chǎn)的制造業(yè)如汽車工業(yè)產(chǎn)品更新加快，出現(xiàn)了多品種生產(chǎn)的需求，要求自動線柔性化，發(fā)展了用數(shù)控機床構(gòu)建的柔性生產(chǎn)線（FML），由此也推動了結(jié)構(gòu)簡約的高速化數(shù)控機床的發(fā)展。 回顧近10年來制造系統(tǒng)的發(fā)展歷程，基本上遵循以下兩個方向： (1)增強制造系統(tǒng)的智能化和自治管理功能，以提高FMC/FMS的快速響應(yīng)能力。 (2)發(fā)展具有能兼顧柔性、高效、低成本和高質(zhì)量且便于功能重組的新型的可重構(gòu)制造系統(tǒng)（RMS）。 6. 完善配套裝置和功能部件

9、的品種與質(zhì)量         除了數(shù)控系統(tǒng)和伺服驅(qū)動裝置外，關(guān)鍵的功能部件如電主軸、刀具自動交換系統(tǒng)、滾動導(dǎo)軌副、滾動絲杠驅(qū)動副、雙擺主軸頭、雙擺回轉(zhuǎn)臺和自動轉(zhuǎn)位刀塔等在國外均有一些著名的專業(yè)化生產(chǎn)廠，這對保證產(chǎn)品質(zhì)量，增長整機的可靠性和降低成本起著重要的作用。         數(shù)控系統(tǒng)的可靠性仍在繼續(xù)增長，如FANUC公司的數(shù)控系統(tǒng)在90年代達到月故障率0.008，相當于平均無故障時間125個月（約40000小時以上），對保證整機可靠性起著重要的作用。

10、四、數(shù)控機床的技術(shù)創(chuàng)新探討         在數(shù)控機床的核心技術(shù)和共性技術(shù)支撐下，研發(fā)功能適用、性能優(yōu)異的功能部件，并應(yīng)用整機優(yōu)化與集成技術(shù)以及優(yōu)良的制造技術(shù)才能生產(chǎn)出具有競爭能力的高品質(zhì)機床。圖5示出數(shù)控機床5項核心技術(shù)和2項共性技術(shù)。核心技術(shù)的創(chuàng)新將是提升產(chǎn)品技術(shù)含量的關(guān)鍵，共性技術(shù)的創(chuàng)新將是推進產(chǎn)品質(zhì)量增長的保障。圖中還示出了數(shù)控機床在關(guān)鍵技術(shù)、功能部件技術(shù)和整機優(yōu)化技術(shù)的三個層次的構(gòu)架。 圖5 數(shù)控機床技術(shù)創(chuàng)新的三個層次技術(shù)創(chuàng)新策略有以下五個方面： 1) 適應(yīng)數(shù)字化制造的發(fā)展，作為主要制造裝備的數(shù)控機床和系統(tǒng)，需具有

11、如下（FIS）3的特性。即： 3F：柔性化（Flexibility）、聯(lián)盟化（Federalization）、新穎化（Fashion）； 3I：集成化（Integration）、信息化（Information）、智能化（Intelligence）； 3S：系統(tǒng)化（System）、軟件化（Software）、個性化（Speciality）。 2）數(shù)控機床及其制造系統(tǒng)的三個主要發(fā)展方向 以全面高速化為先導(dǎo)，推進級工程，發(fā)展高性能高可靠性功能部件，提高數(shù)控機床綜合性能，研發(fā)適應(yīng)汽車工業(yè)等需要的高效精密機床； 發(fā)展復(fù)合功能數(shù)控機床、縮短過程鏈，適應(yīng)單件、中小批生產(chǎn)的高效柔性制造； 研究基于生產(chǎn)線布局和制造裝備可重構(gòu)的快速制造系統(tǒng)是大批量生產(chǎn)的最佳方案。 3）建立明確的可靠性增長目標 采取精心的簡約結(jié)構(gòu)設(shè)計、通過可靠性測評實驗，確定薄弱環(huán)節(jié)和改進措施，重視選購高品質(zhì)配套件、嚴格控制制造質(zhì)量，發(fā)展人機友好操作界面以及加強維護和注重維修故障分析，將有利于數(shù)控機床可靠性的增長，使MTBF500h。 4）數(shù)控機床的加工精度持續(xù)提升 根據(jù)市場的需求進行持續(xù)提升，要注意精度與高效、高速及經(jīng)濟性的協(xié)調(diào)發(fā)展。超精密微細加工呈現(xiàn)出應(yīng)用領(lǐng)域擴大趨勢。 5）當前宜加強研究和發(fā)展下列數(shù)控機床及其