數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷程和趨勢(shì)

數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷程和趨勢(shì)第一頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三Contents數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷程1數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)2我國(guó)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀3結(jié)束語(yǔ)4第二頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三一、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷程

數(shù)控機(jī)床(NumericalControlMachineTools)是用數(shù)字代碼形式的信息(程序指令)，控制刀具按給定的工作程序、運(yùn)動(dòng)速度和軌跡進(jìn)行自動(dòng)加工的機(jī)床，簡(jiǎn)稱(chēng)數(shù)控機(jī)床。

數(shù)控機(jī)床是在機(jī)械制造技術(shù)和控制技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，其過(guò)程大致如下：1948年，美國(guó)帕森斯公司接受美國(guó)空軍委托，研制直升飛機(jī)螺旋槳葉片輪廓檢驗(yàn)用樣板的加工設(shè)備。由于樣板形狀復(fù)雜多樣，精度要求高，一般加工設(shè)備難以適應(yīng)，于是提出采用數(shù)字脈沖控制機(jī)床的設(shè)想。

1949年，該公司與美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)開(kāi)始共同研究，并于1952年試制成功第一臺(tái)三坐標(biāo)數(shù)控銑床，當(dāng)時(shí)的數(shù)控裝置采用電子管元件。

1959年，數(shù)控裝置采用了晶體管元件和印刷電路板，出現(xiàn)帶自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床，稱(chēng)為加工中心(MCMachiningCenter)，使數(shù)控裝置進(jìn)入了第二代。

第三頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三一、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷程

1965年，出現(xiàn)了第三代的集成電路數(shù)控裝置，不僅體積小，功率消耗少，且可靠性提高，價(jià)格進(jìn)一步下降，促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床品種和產(chǎn)量的發(fā)展。

60年代末，先后出現(xiàn)了由一臺(tái)計(jì)算機(jī)直接控制多臺(tái)機(jī)床的直接數(shù)控系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng)DNC)，又稱(chēng)群控系統(tǒng)；采用小型計(jì)算機(jī)控制的計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng)CNC)，使數(shù)控裝置進(jìn)入了以小型計(jì)算機(jī)化為特征的第四代。

1974年，研制成功使用微處理器和半導(dǎo)體存貯器的微型計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(簡(jiǎn)稱(chēng)MNC)，這是第五代數(shù)控系統(tǒng)。

20世紀(jì)80年代初，隨著計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了能進(jìn)行人機(jī)對(duì)話(huà)式自動(dòng)編制程序的數(shù)控裝置；數(shù)控裝置愈趨小型化，可以直接安裝在機(jī)床上；數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化程度進(jìn)一步提高，具有自動(dòng)監(jiān)控刀具破損和自動(dòng)檢測(cè)工件等功能。

20世紀(jì)90年代后期，出現(xiàn)了PC+CNC智能數(shù)控系統(tǒng)，即以PC機(jī)為控制系統(tǒng)的硬件部分，在PC機(jī)上安裝NC軟件系統(tǒng)，此種方式系統(tǒng)維護(hù)方便，易于實(shí)現(xiàn)智能化，網(wǎng)絡(luò)化制造。

第四頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三一、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷程19591965數(shù)控機(jī)床1952電子管晶體管小型集成電路1970小型計(jì)算機(jī)1974微型計(jì)算機(jī)1990PC+CNC第五頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三一、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷程更高水平發(fā)展（2000年開(kāi)始）產(chǎn)業(yè)化成熟階段（1990-1999年）發(fā)展應(yīng)用階段（1980-1989年）起動(dòng)階段（1952-1979年）智能化、網(wǎng)絡(luò)化、敏捷制造、虛擬制造柔性單元、柔性系統(tǒng)、自動(dòng)化工廠(chǎng)開(kāi)始應(yīng)用數(shù)控系統(tǒng)微處理器運(yùn)算速度快速提高，功能不斷完善、可靠性進(jìn)一步提高，監(jiān)控、檢測(cè)、換刀、外圍設(shè)備得到了應(yīng)用先后經(jīng)歷電子管、晶體管、小集成電路、大規(guī)模集成電路、小型計(jì)算機(jī)，微處理器等1234第六頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)系統(tǒng)軟件化體系開(kāi)放化控制智能化信息網(wǎng)絡(luò)化功能復(fù)合化高精度高速加工6125437多軸加工8綠色化發(fā)展趨勢(shì)第七頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.1體系開(kāi)放化（1）向未來(lái)技術(shù)開(kāi)放：由于軟硬件接口都遵循公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，只需少量的重新設(shè)計(jì)和調(diào)整，新一代的通用軟硬件資源就可能被現(xiàn)有系統(tǒng)所采納、吸收和兼容，這就意味著系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)費(fèi)用將大大降低而系統(tǒng)性能與可靠性將不斷改善并處于長(zhǎng)生命周期；

（2）向用戶(hù)特殊要求開(kāi)放：更新產(chǎn)品、擴(kuò)充功能、提供硬軟件產(chǎn)品的各種組合以滿(mǎn)足特殊應(yīng)用要求；

（3）數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)的建立：國(guó)際上正在研究和制定一種新的CNC系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)ISO14649（STEP-NC），以提供一種不依賴(lài)于具體系統(tǒng)的中性機(jī)制，能夠描述產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)制造過(guò)程乃至各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品信息的標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)化的編程語(yǔ)言，既方便用戶(hù)使用，又降低了和操作效率直接有關(guān)的勞動(dòng)消耗。第八頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.2控制軟件化

現(xiàn)在，實(shí)際用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)控系統(tǒng)主要有以下四種類(lèi)型，分別代表了數(shù)控技術(shù)的不同發(fā)展階段，對(duì)不同類(lèi)型的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，數(shù)控系統(tǒng)不但從封閉體系結(jié)構(gòu)向開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)發(fā)展，而且正在從硬數(shù)控向軟數(shù)控方向發(fā)展的趨勢(shì)。

傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)，如FANUC0系統(tǒng)、MITSUBISHIM50系統(tǒng)、SINUMERIK810M/T/G系統(tǒng)等。這是一種專(zhuān)用的封閉體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)。目前，這類(lèi)系統(tǒng)還是占領(lǐng)了制造業(yè)的大部分市場(chǎng)。但由于開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展，傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的市場(chǎng)正在受到挑戰(zhàn)，已逐漸減小。

“PC嵌入NC”結(jié)構(gòu)的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)，如FANUC18i、16i系統(tǒng)、SINUMERIK840D系統(tǒng)、Num1060系統(tǒng)、AB9/360等數(shù)控系統(tǒng)。這是一些數(shù)控系統(tǒng)制造商將多年來(lái)積累的數(shù)控軟件技術(shù)和當(dāng)今計(jì)算機(jī)豐富的軟件資源相結(jié)合開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品。它具有一定的開(kāi)放性，但由于它的NC部分仍然是傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)，用戶(hù)無(wú)法介入數(shù)控系統(tǒng)的核心。這類(lèi)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能強(qiáng)大，價(jià)格昂貴。

第九頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.2控制軟件化

“NC嵌入PC”結(jié)構(gòu)的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)它由開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)控制卡和PC機(jī)共同構(gòu)成。這種運(yùn)動(dòng)控制卡通常選用高速DSP作為CPU，具有很強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)控制和PLC控制能力。它本身就是一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)，可以單獨(dú)使用。它開(kāi)放的函數(shù)庫(kù)供用戶(hù)在WINDOWS平臺(tái)下自行開(kāi)發(fā)構(gòu)造所需的控制系統(tǒng)。因而這種開(kāi)放結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)控制卡被廣泛應(yīng)用于制造業(yè)自動(dòng)化控制各個(gè)領(lǐng)域。如美國(guó)DeltaTau公司用PMAC多軸運(yùn)動(dòng)控制卡構(gòu)造的PMAC-NC數(shù)控系統(tǒng)、日本MAZAK公司用三菱電機(jī)的MELDASMAGIC64構(gòu)造的MAZATROL640CNC等。

SOFT型開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)

這是一種最新開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)。它提供給用戶(hù)最大的選擇和靈活性，它的CNC軟件全部裝在計(jì)算機(jī)中，而硬件部分僅是計(jì)算機(jī)與伺服驅(qū)動(dòng)和外部I/O之間的標(biāo)準(zhǔn)化通用接口。就像計(jì)算機(jī)中可以安裝各種品牌的聲卡和相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序一樣。用戶(hù)可以在WINDOWSNT平臺(tái)上，利用開(kāi)放的CNC內(nèi)核，開(kāi)發(fā)所需的各種功能，構(gòu)成各種類(lèi)型的高性能數(shù)控系統(tǒng)，與前幾種數(shù)控系統(tǒng)相比，SOFT型開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)具有最高的性能價(jià)格比，因而最有生命力。通過(guò)軟件智能替代復(fù)雜的硬件，正在成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的重要趨勢(shì)。其典型產(chǎn)品有美國(guó)MDSI公司的OpenCNC、德國(guó)PowerAutomation公司的PA8000NT等。第十頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.3高可靠度隨著數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用的日趨廣泛，數(shù)控系統(tǒng)的高可靠性已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)制造商追求的目標(biāo)。對(duì)于每天工作兩班的無(wú)人工廠(chǎng)而言，如果要求在16小時(shí)內(nèi)連續(xù)正常工作，無(wú)故障率在P(t)＝99%以上，則數(shù)控機(jī)床的平均無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間MTBF就必須大于3000小時(shí)。我們只對(duì)某一臺(tái)數(shù)控機(jī)床而言，如主機(jī)與數(shù)控系統(tǒng)的失效率之比為10:1(數(shù)控的可靠比主機(jī)高一個(gè)數(shù)量級(jí))。此時(shí)數(shù)控系統(tǒng)的MTBF就要大于33333.3小時(shí)，而其中的數(shù)控裝置、主軸及驅(qū)動(dòng)等的MTBF就必須大于10萬(wàn)小時(shí)。如果對(duì)整條生產(chǎn)線(xiàn)而言，可靠性要求還要更高。

當(dāng)前國(guó)外數(shù)控裝置的MTBF值已達(dá)6000小時(shí)以上，驅(qū)動(dòng)裝置達(dá)30000小時(shí)以上，但是，可以看到距理想的目標(biāo)還有差距。第十一頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.3高可靠度數(shù)控機(jī)床與傳統(tǒng)機(jī)床相比，增加了數(shù)控系統(tǒng)和相應(yīng)的監(jiān)控裝置等，應(yīng)用了大量的電氣、液壓和機(jī)電裝置，易于導(dǎo)致出現(xiàn)失效的概率增大；工業(yè)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)和干擾對(duì)數(shù)控機(jī)床的可靠性極為不利，而數(shù)控機(jī)床加工的零件型面較為復(fù)雜，加工周期長(zhǎng)，要求平均無(wú)故障時(shí)間在2萬(wàn)小時(shí)以上。

為了保證數(shù)控機(jī)床有高的可靠性，就要精心設(shè)計(jì)系統(tǒng)、嚴(yán)格制造和明確可靠性目標(biāo)以及通過(guò)維修分析故障模式并找出薄弱環(huán)節(jié)。國(guó)外數(shù)控系統(tǒng)平均無(wú)故障時(shí)間在7～10萬(wàn)小時(shí)以上，國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)平均無(wú)故障時(shí)間僅為10000小時(shí)左右，國(guó)外整機(jī)平均無(wú)故障工作時(shí)間達(dá)800小時(shí)以上，而國(guó)內(nèi)最高只有300小時(shí)。第十二頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.4高速化隨著汽車(chē)、國(guó)防、航空、航天等工業(yè)的高速發(fā)展以及鋁合金等新材料的應(yīng)用，對(duì)數(shù)控機(jī)床加工的高速化要求越來(lái)越高。（1）主軸轉(zhuǎn)速：機(jī)床采用電主軸（內(nèi)裝式主軸電機(jī)），主軸最高轉(zhuǎn)速達(dá)200000r/min；

（2）進(jìn)給率：在分辨率為0.01μm時(shí)，最大進(jìn)給率達(dá)到240m/min且可獲得復(fù)雜型面的精確加工；（3）運(yùn)算速度：微處理器的迅速發(fā)展為數(shù)控系統(tǒng)向高速、高精度方向發(fā)展提供了保障，開(kāi)發(fā)出CPU已發(fā)展到32位以及64位的數(shù)控系統(tǒng)，頻率提高到幾百兆赫、上千兆赫。由于運(yùn)算速度的極大提高，使得當(dāng)分辨率為0.1μm、0.01μm時(shí)仍能獲得高達(dá)24～240m/min的進(jìn)給速度；（4）換刀速度：目前國(guó)外先進(jìn)加工中心的刀具交換時(shí)間普遍已在1s左右，高的已達(dá)0.5s。德國(guó)Chiron公司將刀庫(kù)設(shè)計(jì)成籃子樣式，以主軸為軸心，刀具在圓周布置，其刀到刀的換刀時(shí)間僅0.9s。第十三頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.4高速化德馬吉（DMG)最新推出的HSClinear系列機(jī)床代表著高速切削技術(shù)的全新時(shí)代。據(jù)介紹，這個(gè)全新的系列產(chǎn)品滿(mǎn)足了全方位要求，超堅(jiān)固結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)構(gòu)成超高速運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)，高頻高轉(zhuǎn)速HSK主軸為標(biāo)準(zhǔn)配置，全部直線(xiàn)軸和旋轉(zhuǎn)軸全部采用直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)以確保更高動(dòng)態(tài)性能和更高精度，還配備具有易用3D功能的高性能CNC數(shù)控系統(tǒng)。HSC55linear采用龍門(mén)結(jié)構(gòu)具有超高剛性，熱對(duì)稱(chēng)平衡結(jié)構(gòu)，標(biāo)配28000r/min高速主軸，所有軸全部采用直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)，加速度達(dá)2g(g=9.8m/s2)。加工區(qū)的合理安排和主軸的高轉(zhuǎn)速使HSC55linear加工中心不僅能高速加工高硬鋼材還能高速加工石墨材料。

相比市場(chǎng)上的其它高速切削機(jī)床，選擇28000rpm主軸作為標(biāo)配，德馬吉這個(gè)新主軸的剛性更高。它不僅能降低加工中的振動(dòng)，提高表面質(zhì)量，延長(zhǎng)刀具使用壽命。據(jù)介紹，該機(jī)床也可以配18000rpm電主軸，還可用相同的價(jià)格選配42000rpm甚至60000rpm兩種轉(zhuǎn)速的主軸。HSC55linear加工中心第十四頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.4高速化日本森精機(jī)NH系列DZ15WMagnum雙主軸高效立式加工中心第十五頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.4高速化瑞士GF阿奇夏米爾HSM500高速銑削中心它采用混凝土聚合物（人造大理石）制成的龍門(mén)框架式的床身結(jié)構(gòu)，可以有效地吸收高加速度時(shí)產(chǎn)生的沖擊力，以確保高的加工精度。專(zhuān)門(mén)量身定制的高剛性工作臺(tái)在有限的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)盡可能大的裝夾面積?？膳渲?0000轉(zhuǎn)/分、42000轉(zhuǎn)/分甚至54000轉(zhuǎn)/分的高速電主軸，從而可實(shí)現(xiàn)高性能的高速銑削工藝。第十六頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.5高精度化數(shù)控機(jī)床精度的要求現(xiàn)在已經(jīng)不局限于靜態(tài)的幾何精度，機(jī)床的運(yùn)動(dòng)精度、熱變形以及對(duì)振動(dòng)的監(jiān)測(cè)和補(bǔ)償越來(lái)越獲得重視。（1）提高CNC系統(tǒng)控制精度：采用高速插補(bǔ)技術(shù)，以微小程序段實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)給，使CNC控制單位精細(xì)化，并采用高分辨率位置檢測(cè)裝置，提高位置檢測(cè)精度（日本已開(kāi)發(fā)裝有106脈沖/轉(zhuǎn)的內(nèi)藏位置檢測(cè)器的交流伺服電機(jī)，其位置檢測(cè)精度可達(dá)到0.01μm/脈沖），位置伺服系統(tǒng)采用前饋控制與非線(xiàn)性控制等方法；

（2）采用誤差補(bǔ)償技術(shù)：采用反向間隙補(bǔ)償、絲桿螺距誤差補(bǔ)償和刀具誤差補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)，對(duì)設(shè)備的熱變形誤差和空間誤差進(jìn)行綜合補(bǔ)償。研究結(jié)果表明，綜合誤差補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用可將加工誤差減少60%～80%；

（3）采用網(wǎng)格解碼器檢查和提高加工中心的運(yùn)動(dòng)軌跡精度，并通過(guò)仿真預(yù)測(cè)機(jī)床的加工精度，以保證機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度，使其性能長(zhǎng)期穩(wěn)定，能夠在不同運(yùn)行條件下完成多種加工任務(wù)，并保證零件的加工質(zhì)量。第十七頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.6功能復(fù)合化復(fù)合機(jī)床的含義是指在一臺(tái)機(jī)床上實(shí)現(xiàn)或盡可能完成從毛坯至成品的多種要素加工。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為工藝復(fù)合型和工序復(fù)合型兩類(lèi)。工藝復(fù)合型機(jī)床如鏜銑鉆復(fù)合——加工中心、車(chē)銑復(fù)合——車(chē)削中心、銑鏜鉆車(chē)復(fù)合——復(fù)合加工中心等；工序復(fù)合型機(jī)床如多面多軸聯(lián)動(dòng)加工的復(fù)合機(jī)床和雙主軸車(chē)削中心等。采用復(fù)合機(jī)床進(jìn)行加工，減少了工件裝卸、更換和調(diào)整刀具的輔助時(shí)間以及中間過(guò)程中產(chǎn)生的誤差，提高了零件加工精度，縮短了產(chǎn)品制造周期，提高了生產(chǎn)效率和制造商的市場(chǎng)反應(yīng)能力，相對(duì)于傳統(tǒng)的工序分散的生產(chǎn)方法具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

加工過(guò)程的復(fù)合化也導(dǎo)致了機(jī)床向模塊化、多軸化發(fā)展。德國(guó)Index公司最新推出的車(chē)削加工中心是模塊化結(jié)構(gòu)，該加工中心能夠完成車(chē)削、銑削、鉆削、滾齒、磨削、激光熱處理等多種工序，可完成復(fù)雜零件的全部加工。隨著現(xiàn)代機(jī)械加工要求的不斷提高，大量的多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床越來(lái)越受到各大企業(yè)的歡迎。第十八頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.6功能復(fù)合化

在零件加工過(guò)程中有大量的無(wú)用時(shí)間消耗在工件搬運(yùn)、上下料、安裝調(diào)整、換刀和主軸的升、降速上，為了盡可能降低這些無(wú)用時(shí)間，人們希望將不同的加工功能整合在同一臺(tái)機(jī)床上，因此，復(fù)合功能的機(jī)床成為近年來(lái)發(fā)展很快的機(jī)種。

柔性制造范疇的機(jī)床復(fù)合加工概念是指將工件一次裝夾后，機(jī)床便能按照數(shù)控加工程序，自動(dòng)進(jìn)行同一類(lèi)工藝方法或不同類(lèi)工藝方法的多工序加工，以完成一個(gè)復(fù)雜形狀零件的主要乃至全部車(chē)、銑、鉆、鏜、磨、攻絲、鉸孔和擴(kuò)孔等多種加工工序。

普通的數(shù)控系統(tǒng)軟件針對(duì)不同類(lèi)型的機(jī)床使用不同的軟件版本，比如Siemens的810M系統(tǒng)和802D系統(tǒng)就有車(chē)床版本和銑床版本之分。復(fù)合化的要求促使數(shù)控系統(tǒng)功能的整合。目前，主流的數(shù)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)商都能提供高性能的復(fù)合機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)。第十九頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.6功能復(fù)合化單一機(jī)床和復(fù)合機(jī)床對(duì)比第二十頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.6功能復(fù)合化

世界上首次為復(fù)合加工機(jī)而開(kāi)發(fā)的CNC裝置MAZATROLFUSION640Pro與生產(chǎn)信息管理塔的e-Tower作為標(biāo)準(zhǔn)裝備配置在INTEGREXe-1850V里，它已經(jīng)超越了機(jī)床的概念簡(jiǎn)直可以稱(chēng)之為小型工廠(chǎng)（智能化生產(chǎn)模塊），滿(mǎn)載了許許多多的新功能。

通過(guò)卡盤(pán)一次裝卡就可以全工程加工車(chē)削、銑加工、淬火、研磨。第二十一頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.6功能復(fù)合化INTEGREXe-1850Ve-500H

IIe-800V

II第二十二頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.6功能復(fù)合化圖4復(fù)合加工可成功完成最復(fù)雜、高精度零件的加工。對(duì)于加工類(lèi)似鎳鉻鐵耐熱耐蝕合金這樣超硬材質(zhì)，WFL公司將提供350bar噴氣斷屑系統(tǒng)圖5可加工出的各種齒輪形狀圖6在渦輪軸上進(jìn)行滾齒加工第二十三頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.7驅(qū)動(dòng)并聯(lián)化并聯(lián)機(jī)床（ParallelMachineTool），也叫并聯(lián)運(yùn)動(dòng)學(xué)機(jī)床（ParallelKinematicMachine），因沒(méi)有實(shí)體坐標(biāo)軸，故又被稱(chēng)為虛擬軸機(jī)床（VirtualAxisMachineTool）。并聯(lián)機(jī)床是用并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的數(shù)字控制機(jī)床。與傳統(tǒng)機(jī)床相比并聯(lián)機(jī)床具有剛度重量比大、響應(yīng)速度快、對(duì)環(huán)境適應(yīng)性高、技術(shù)附加值高等優(yōu)點(diǎn)。并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床克服了傳統(tǒng)機(jī)床串聯(lián)機(jī)構(gòu)移動(dòng)部件質(zhì)量大、系統(tǒng)剛度低、刀具只能沿固定導(dǎo)軌進(jìn)給、作業(yè)自由度偏低、設(shè)備加工靈活性和機(jī)動(dòng)性不夠等固有缺陷，在機(jī)床主軸（一般為動(dòng)平臺(tái)）與機(jī)座（一般為靜平臺(tái)）之間采用多桿并聯(lián)聯(lián)接機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)控制桿系中桿的長(zhǎng)度使桿系支撐的平臺(tái)獲得相應(yīng)自由度的運(yùn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工、裝配和測(cè)量多種功能，更能滿(mǎn)足復(fù)雜特種零件的加工，具有現(xiàn)代機(jī)器人的模塊化程度高、重量輕和速度快等優(yōu)點(diǎn)。

第二十四頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.7驅(qū)動(dòng)并聯(lián)化

并聯(lián)機(jī)床作為一種新型的加工設(shè)備，已成為當(dāng)前機(jī)床技術(shù)的一個(gè)重要研究方向，受到了國(guó)際機(jī)床行業(yè)的高度重視，被認(rèn)為是“自發(fā)明數(shù)控技術(shù)以來(lái)在機(jī)床行業(yè)中最有意義的進(jìn)步”和“21世紀(jì)新一代數(shù)控加工設(shè)備”。并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床與傳統(tǒng)機(jī)床的比較第二十五頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.7驅(qū)動(dòng)并聯(lián)化

6桿并聯(lián)機(jī)床第二十六頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.8多軸加工化多軸加工準(zhǔn)確地說(shuō)應(yīng)該是多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工。當(dāng)前大多數(shù)控加工設(shè)備最多可以實(shí)現(xiàn)五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)，這類(lèi)設(shè)備的種類(lèi)很多，結(jié)構(gòu)類(lèi)型和控制系統(tǒng)都各不相同。由于在加工自由曲面時(shí)，3軸聯(lián)動(dòng)控制的機(jī)床無(wú)法避免切速接近于零的球頭銑刀端部參予切削，進(jìn)而對(duì)工件的加工質(zhì)量造成破壞性影響，而5軸聯(lián)動(dòng)控制對(duì)球頭銑刀的數(shù)控編程比較簡(jiǎn)單，并且能使球頭銑刀在銑削3維曲面的過(guò)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，因此，各大系統(tǒng)開(kāi)發(fā)商不遺余力地開(kāi)發(fā)5軸、6軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)，隨著5軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)和編程軟件的成熟和日益普及，5軸聯(lián)動(dòng)控制的加工中心和數(shù)控銑床已經(jīng)成為當(dāng)前的一個(gè)開(kāi)發(fā)熱點(diǎn)。

最近，國(guó)外主要的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)商在6軸聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)的研究上已經(jīng)取得和很大進(jìn)展，在6軸聯(lián)動(dòng)加工中心上可以使用非旋轉(zhuǎn)刀具加工任意形狀的三維曲面，且切深可以很薄，但加工效率太低一時(shí)尚難實(shí)用化。第二十七頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.8多軸加工化圖1KE-D型多軸加工機(jī)床圖2可在多軸加工機(jī)床上加工的零件圖3

S-6系列多軸加工機(jī)床可以在一次裝夾中完成復(fù)雜工件的三方位加工，配備有12把水平進(jìn)給和3把垂直進(jìn)給的刀具第二十八頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.8多軸加工化圖4TCKM系列是瑞士型高速精密數(shù)控車(chē)銑中心，機(jī)床的兩個(gè)主軸可以同時(shí)對(duì)不同的零件進(jìn)行車(chē)銑復(fù)合加工，具有四軸聯(lián)動(dòng)加工能力，可以完成車(chē)削、銑削、鉆削甚至磨削復(fù)合加工。適合完成精度較高、形狀復(fù)雜的零件的車(chē)銑復(fù)合加工任務(wù),例如多頭蝸桿的車(chē)、銑、鉆等工序的一次性復(fù)合加工圖5多軸MultiAlpha自動(dòng)車(chē)床，5個(gè)獨(dú)立刀具的背主軸，可實(shí)現(xiàn)需掉頭的復(fù)雜零件的加工，是復(fù)雜零件的最佳加工解決方案，能保證24h不停生產(chǎn)高質(zhì)量的產(chǎn)品第二十九頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.8多軸加工化MAG公司的U5-1500DR雙主軸機(jī)床EMAG公司的BA321型臥式4軸加工中心第三十頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.8多軸加工化瑞士GF阿奇夏米爾MIKRONHPM600U五軸聯(lián)動(dòng)高性能鏜銑加工中心第三十一頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.9體積極端化主要體現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床的體積大型化和微型化。一方面，國(guó)防、航空、航天事業(yè)的發(fā)展和能源等基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)裝備的大型化需要大型且性能良好的數(shù)控機(jī)床的支撐。另一方面，超精密加工技術(shù)和微納米技術(shù)是21世紀(jì)的戰(zhàn)略技術(shù)，需發(fā)展能適應(yīng)微小型尺寸和微納米加工精度的新型制造工藝和裝備，所以微型機(jī)床包括微切削加工(車(chē)、銑、磨)機(jī)床、微電加工機(jī)床、微激光加工機(jī)床和微型壓力機(jī)等的需求量正在逐漸增大。第三十二頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.9體積極端化J10001-CNC微型數(shù)控車(chē)床主軸電機(jī)功率：150W電壓120VDCXZ軸的最大移動(dòng)速度：500mm/min

主軸電機(jī)轉(zhuǎn)速：0～2500r/min

步進(jìn)電機(jī)最大轉(zhuǎn)速：1000r/min

尺寸：600X300X250mm凈重：17kgC00026微型數(shù)控銑床定位精度0.015mm最大鉆孔直徑25mm最大端面銑直徑16mm

最大表面銑直徑50mm電機(jī)功率1000W

主軸轉(zhuǎn)速(無(wú)級(jí)調(diào)速)100~1750rpm±10%

尺寸：760X700X900mm凈重：200kg第三十三頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.9體積極端化HTM-50GMFX100

龍門(mén)移動(dòng)式定梁五面鏜銑中心主要技術(shù)參數(shù)

主軸轉(zhuǎn)速10-2000r/min

主軸功率37/51kw

主軸最大扭矩1985/2735Nm

滑枕截面500×500mm

龍門(mén)有效寬度5100mm

X/Y/Z行程10000/5200/1250mm

快移速度10m/min

最大切削速度6m/min

定位精度0.020/0.015/0.010mm

重復(fù)定位精度0.012/0.00/0.008mm

工作臺(tái)面積4000×9000mm

工作臺(tái)最大承重20t

刀庫(kù)容量24/40/60（選配）第三十四頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.10綠色化

隨著日趨嚴(yán)格的環(huán)境與資源約束，制造加工的綠色化越來(lái)越重要，而中國(guó)的資源、環(huán)境問(wèn)題尤為突出。因此，近年來(lái)不用或少用冷卻液、實(shí)現(xiàn)干切削、半干切削節(jié)能環(huán)保的機(jī)床不斷出現(xiàn)，并在不斷發(fā)展當(dāng)中。在21世紀(jì)，綠色制造的大趨勢(shì)將使各種節(jié)能環(huán)保機(jī)床加速發(fā)展，占領(lǐng)更多的世界市場(chǎng)。機(jī)床是將毛坯轉(zhuǎn)化為零件的工作母機(jī)，在使用過(guò)程中不僅消耗能源，還會(huì)產(chǎn)生固體、液體和氣體廢棄物，對(duì)工作環(huán)境和自然環(huán)境造成直接或間接的污染。從整個(gè)機(jī)床生命周期內(nèi)審視，盡量減少對(duì)環(huán)境帶來(lái)不利沖擊的綠色機(jī)床就成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。第三十五頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.10綠色化

什么是綠色機(jī)床？它應(yīng)該具有以下特點(diǎn)：

1機(jī)床主要零部件由再生材料制造。

2機(jī)床的重量和體積減少50%以上。

3通過(guò)減輕移動(dòng)質(zhì)量、降低空運(yùn)轉(zhuǎn)功率等措施使功率消耗減少30～40%。

4使用過(guò)程中產(chǎn)生的各種廢棄物減少50~60%，保證基本沒(méi)有污染的工作環(huán)境。

5報(bào)廢后機(jī)床的材料100%可回收。第三十六頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.10綠色化1.減重節(jié)能

據(jù)統(tǒng)計(jì)，機(jī)床使用過(guò)程中用于切除金屬的功率只占到25%左右，各種損耗和輔助功能占去大部分。典型機(jī)床的功率消耗分配如圖1所示，紅色部分是各種損耗和輔助功能。

機(jī)床綠色化的第一個(gè)措施是通過(guò)大幅度降低機(jī)床重量和減少所需的驅(qū)動(dòng)功率來(lái)構(gòu)建具有生態(tài)效益的機(jī)床（Eco-efficientMachinetool）。綠色機(jī)床提出一種全新的概念：大幅減少機(jī)床重量，節(jié)省材料；同時(shí)降低機(jī)床使用時(shí)的能源消耗。圖1.典型數(shù)控機(jī)床功率分配圖第三十七頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.10綠色化傳統(tǒng)的機(jī)床設(shè)計(jì)理念是“只有足夠的剛度才能保證加工精度，提高剛度就必須增加機(jī)床重量”。因此，現(xiàn)有機(jī)床重量的80%用于“保證”機(jī)床的剛度，而只有20%用于滿(mǎn)足機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)的需要。

綠色機(jī)床就是在保證機(jī)床剛度的前提下大幅減少機(jī)床移動(dòng)部件的重量，達(dá)到省材、節(jié)能的目的。實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的途徑有兩個(gè)：通過(guò)采用新結(jié)構(gòu)或新的復(fù)合材料來(lái)實(shí)現(xiàn)輕量化，如圖2所示。圖2.借助新材料和新結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)輕量化第三十八頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.10綠色化圖3

采用三桿并聯(lián)機(jī)構(gòu)的主軸部件1.1.1桿機(jī)構(gòu)90年代中期出現(xiàn)的6桿并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床，由于其運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，一直受到機(jī)床研究者的重視，10多年來(lái)不斷進(jìn)行探索，推出許多變型結(jié)構(gòu)和方案。盡管加工精度和機(jī)床剛度還存在一定問(wèn)題，但在某些領(lǐng)域已經(jīng)獲得成功應(yīng)用。例如，DS-Technology公司生產(chǎn)的加工飛機(jī)鋁合金構(gòu)件的Ecospeed型機(jī)床，其主軸部件就是采用三桿并聯(lián)機(jī)構(gòu)，如圖3所示。

1.1采用新結(jié)構(gòu)降低能耗第三十九頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.10綠色化1.1.2新型焊接結(jié)構(gòu)

在機(jī)床設(shè)計(jì)中采用焊接結(jié)構(gòu)由來(lái)已久，主要由鋼板切割后焊接成為大型結(jié)構(gòu)件。隨著對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)輕量化的要求日益迫切，異型鋼板和異型結(jié)構(gòu)的應(yīng)用獲得了發(fā)展，焊接工藝也由電弧焊接擴(kuò)展到激光焊接。一個(gè)由鋼管和鋼板激光焊接而成的滑座如圖4所示。圖4

由鋼管和鋼板激光焊接而成的滑座第四十頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.10綠色化1.1.3箱中箱結(jié)構(gòu)

箱中箱結(jié)構(gòu)是近年來(lái)機(jī)床結(jié)構(gòu)配置的重要發(fā)展趨勢(shì)。它的特點(diǎn)是采用框架式箱形結(jié)構(gòu)，將一個(gè)移動(dòng)部件嵌入另一個(gè)部件的框架箱中，達(dá)到提高剛度減輕重量的目的。森精機(jī)一臺(tái)車(chē)銑復(fù)合加工中心的箱中箱結(jié)構(gòu)如圖5所示。

采用箱中箱結(jié)構(gòu)獲得成功的關(guān)鍵不僅在于基于有限元分析的設(shè)計(jì)方法，而且還有構(gòu)件的制造工藝，例如熔模鑄造等。圖5

由鋼管和鋼板激光焊接而成的滑座第四十一頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.10綠色化圖3.一臺(tái)通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化并采用了新材料的龍門(mén)銑床案例（通過(guò)輕量化降低驅(qū)動(dòng)功率）新材料是機(jī)床結(jié)構(gòu)輕量化的重要研究領(lǐng)域，包括碳素纖維、陶瓷和復(fù)合材料。目前已經(jīng)獲得實(shí)際應(yīng)用的是樹(shù)脂混凝土（或稱(chēng)礦物鑄造、人造花崗石），它與傳統(tǒng)鑄鐵構(gòu)件相比，具有阻尼系數(shù)大、抗振性強(qiáng)、熱穩(wěn)定性好等一系列優(yōu)點(diǎn)。1.2采用新材料

第四十二頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.10綠色化高頻電主軸：高頻電主軸是高頻電動(dòng)機(jī)與主軸部件的集成，具有體積小、轉(zhuǎn)速高、可無(wú)級(jí)調(diào)速等一系列優(yōu)點(diǎn)，在各種新型數(shù)控機(jī)床中已經(jīng)獲得廣泛的應(yīng)用；

直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)：近年來(lái)，直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用日益廣泛，雖然其價(jià)格高于傳統(tǒng)的伺服系統(tǒng)，但由于負(fù)載變化擾動(dòng)、熱變形補(bǔ)償、隔磁和防護(hù)等關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化，機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能有了提高。如：西門(mén)子公司生產(chǎn)的1FN1系列三相交流永磁式同步直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)已開(kāi)始廣泛應(yīng)用于高速銑床、加工中心、磨床、并聯(lián)機(jī)床以及動(dòng)態(tài)性能和運(yùn)動(dòng)精度要求高的機(jī)床等；德國(guó)EX-CELL-O公司的XHC臥式加工中心三向驅(qū)動(dòng)均采用兩個(gè)直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)；

電滾珠絲桿：電滾珠絲桿是伺服電動(dòng)機(jī)與滾珠絲桿的集成，可以大大簡(jiǎn)化數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)，具有傳動(dòng)環(huán)節(jié)少、結(jié)構(gòu)緊湊等一系列優(yōu)點(diǎn)。

1.3采用新型功能部件第四十三頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.10綠色化2.MQL減排

機(jī)床使用過(guò)程中的潤(rùn)滑冷卻液是有害排放物，特別是磨削時(shí)采用的乳化液對(duì)環(huán)境和工人健康都非常有害。因此，大幅度減少冷卻液的使用和排放是綠色機(jī)床的基本特徵。實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的途徑有以下兩方面：

1）干切削，不使用冷卻液。這需要機(jī)床具有足夠的剛性和鋒利的刀具，僅適用于某些加工形狀比較簡(jiǎn)單的銑削和車(chē)削工序。

2）微量潤(rùn)滑（MinimizedQuantityLubrication,MQL）。MQL適用范圍較廣，可用于各種加工方法，但需要專(zhuān)門(mén)的裝置提供氣霧或低溫空氣（冷風(fēng)），并使用專(zhuān)門(mén)的潤(rùn)滑劑。第四十四頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.10綠色化

3.刀具增效

機(jī)床的生產(chǎn)效率出至刀尖上。采用先進(jìn)的刀具，選擇合理的刀具幾何角度和切削參數(shù)，可以有效提升切削加工的效率，降低切削過(guò)程所需的功率，延長(zhǎng)刀具的壽命，從而達(dá)到以較少的資源消耗獲得較大產(chǎn)出的目的。圖4.組合刀具的復(fù)合加工第四十五頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.10綠色化4.變廢為寶增值再用

金屬切削加工切屑是機(jī)床使用過(guò)程中主要的固體廢棄物。傳統(tǒng)的方法是將它作為廢品出售給廢品回收單位，進(jìn)入社會(huì)廢品循環(huán)。

江蘇省揚(yáng)力集團(tuán)在該企業(yè)內(nèi)部將每年數(shù)千噸的鐵屑和鋼屑經(jīng)過(guò)分揀、壓塊、配料、熔化澆鑄出高質(zhì)量的球墨鑄鐵件，變廢為寶，制成諸如壓力機(jī)曲軸等關(guān)鍵零件，如圖5所示。圖5由再生廢料制成的壓力機(jī)曲軸（a.鑄成的曲軸毛坯b.加工完成的曲軸）

第四十六頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.10綠色化案例一：森精機(jī)NMV8000加工中心圖8

NMV8000立式加工中心NMV8000加工中心綠色化的主要特征如下：

1）采用動(dòng)柱動(dòng)梁箱中箱結(jié)構(gòu)，移動(dòng)部件質(zhì)量輕，減少驅(qū)動(dòng)功率。

2)

工作臺(tái)采用臺(tái)中臺(tái)直接驅(qū)動(dòng)方式，提高了傳動(dòng)效率。

3)

排屑路徑通暢，減少機(jī)床熱變形。

第四十七頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.10綠色化案例二：STUDERS242車(chē)磨復(fù)合加工機(jī)床圖9

S242車(chē)磨復(fù)合機(jī)床為了大幅度提高軸類(lèi)高精度零件的加工效率，Studer公司推出硬車(chē)削和磨削復(fù)合的機(jī)床，可配置左右、正斜砂輪架和轉(zhuǎn)塔刀架，三種橫向砂輪架和刀架可有15種配置方案，其中之一如圖9所示。S242車(chē)磨復(fù)合加工機(jī)床綠色化的主要特征如下：

1）

床身采用GranitanS103人造花崗石。

2）

硬車(chē)時(shí)干切削，不使用冷卻液。

3）采用斜床身，排屑路徑通暢，切屑不與床身直接接觸，保持機(jī)床的熱穩(wěn)定性。第四十八頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.10綠色化案例三：EMAGKoepfer300滾齒機(jī)EMAGKoepfer300臥式9軸數(shù)控滾齒機(jī)適用于加工中等尺寸的圓柱直齒和斜齒齒輪，機(jī)床的配置和工作區(qū)域如圖10所示。

X、Y、Z軸分別為徑向、切向和軸向移動(dòng)，A、B、C軸分別為滾刀頭架偏轉(zhuǎn)、滾刀和工件旋轉(zhuǎn)，Q軸是輔助工具控制，W軸是尾架移動(dòng)，V軸為裝料器控制。第四十九頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.10綠色化Koepfer300臥式滾齒機(jī)綠色化的主要特征如下：

1）

床身采用樹(shù)脂混凝土（人造花崗石），封閉箱形結(jié)構(gòu)，保證動(dòng)靜態(tài)的剛度和熱穩(wěn)定性。

2）工件和滾刀皆采用直接驅(qū)動(dòng)，沒(méi)有機(jī)械傳動(dòng)鏈，提高傳動(dòng)精度和效率。

3）采用干加工和微量潤(rùn)滑（MQL）。

4）采用斜床身結(jié)構(gòu)。圖10

Koepfer300滾齒機(jī)第五十頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.11智能化如果說(shuō)綠色機(jī)床的愿景是環(huán)境友好，那么智能機(jī)床的目標(biāo)就是用戶(hù)友好?！坝脩?hù)友好”的含義在于大幅提升工作效率和確保工作更加舒適且安全。這就要求機(jī)床能夠自主管理自己，自動(dòng)識(shí)別加工任務(wù)和加工狀態(tài)，無(wú)需或很少需要人工干預(yù)，同時(shí)還能夠及時(shí)與操作者溝通，變得“聰明”起來(lái)，開(kāi)拓?cái)?shù)控機(jī)床的新紀(jì)元。

智能化是21世紀(jì)制造技術(shù)發(fā)展的一個(gè)大方向。隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的滲透和發(fā)展，為了滿(mǎn)足制造業(yè)生產(chǎn)柔性化、制造自動(dòng)化的發(fā)展需求，數(shù)控系統(tǒng)引入了自適應(yīng)控制、模糊系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制機(jī)理，不但具有自動(dòng)編程、前饋控制、模糊控制、學(xué)習(xí)控制、自適應(yīng)控制、工藝參數(shù)自動(dòng)生成、三維刀具補(bǔ)償、運(yùn)動(dòng)參數(shù)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)裙δ?，而且人機(jī)界面極為友好，并具有故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)使自診斷和故障監(jiān)控功能更趨完善。伺服系統(tǒng)智能化的主軸交流驅(qū)動(dòng)和智能化進(jìn)給伺服裝置，能自動(dòng)識(shí)別負(fù)載并自動(dòng)優(yōu)化調(diào)整參數(shù)。

世界上正在進(jìn)行研究的智能化切削加工系統(tǒng)很多，其中日本智能化數(shù)控裝置研究會(huì)針對(duì)鉆削的智能加工方案具有代表性。第五十一頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.11智能化具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）加工過(guò)程自適應(yīng)控制技術(shù)：通過(guò)監(jiān)測(cè)加工過(guò)程中的切削力、主軸和進(jìn)給電機(jī)的功率、電流、電壓等信息，利用傳統(tǒng)的或現(xiàn)代的算法進(jìn)行識(shí)別，以辯識(shí)出刀具的受力、磨損、破損狀態(tài)及機(jī)床加工的穩(wěn)定性狀態(tài)，并根據(jù)這些狀態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)整加工參數(shù)（主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度）和加工指令，使設(shè)備處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，以提高加工精度、降低加工表面粗糙度并提高設(shè)備運(yùn)行的安全性；（2）加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇：將工藝專(zhuān)家或技師的經(jīng)驗(yàn)、零件加工的一般與特殊規(guī)律，用現(xiàn)代智能方法，構(gòu)造基于專(zhuān)家系統(tǒng)或基于模型的“加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇器”，利用它獲得優(yōu)化的加工參數(shù)，從而達(dá)到提高編程效率和加工工藝水平、縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間的目的；

（3）智能故障自診斷與自修復(fù)技術(shù)：根據(jù)已有的故障信息，應(yīng)用現(xiàn)代智能方法實(shí)現(xiàn)故障的快速準(zhǔn)確定位；第五十二頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.11智能化（4）智能故障回放和故障仿真技術(shù)：能夠完整記錄系統(tǒng)的各種信息，對(duì)數(shù)控機(jī)床發(fā)生的各種錯(cuò)誤和事故進(jìn)行回放和仿真，用以確定錯(cuò)誤引起的原因，找出解決問(wèn)題的辦法，積累生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)；

（5）智能化交流伺服驅(qū)動(dòng)裝置：能自動(dòng)識(shí)別負(fù)載，并自動(dòng)調(diào)整參數(shù)的智能化伺服系統(tǒng)，包括智能主軸交流驅(qū)動(dòng)裝置和智能化進(jìn)給伺服裝置。這種驅(qū)動(dòng)裝置能自動(dòng)識(shí)別電機(jī)及負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，并自動(dòng)對(duì)控制系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)獲得最佳運(yùn)行；（6）智能4M數(shù)控系統(tǒng)：在制造過(guò)程中，加工、檢測(cè)一體化是實(shí)現(xiàn)快速制造、快速檢測(cè)和快速響應(yīng)的有效途徑，將測(cè)量(Measurement)、建模(Modelling)、加工(Manufacturing)、機(jī)器操作（Manipulator）四者（即4M）融合在一個(gè)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)信息共享，促進(jìn)測(cè)量、建模、加工、裝夾、操作的一體化。第五十三頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.11智能化智能化加工系統(tǒng)的四大目標(biāo)是：

1系統(tǒng)動(dòng)態(tài)優(yōu)化。將相關(guān)工藝過(guò)程和設(shè)備知識(shí)加以集成后進(jìn)行建模，進(jìn)行系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能優(yōu)化。

2設(shè)備自適應(yīng)化。開(kāi)發(fā)新的測(cè)量方法、模型和標(biāo)準(zhǔn)，在運(yùn)行狀態(tài)下對(duì)機(jī)床狀態(tài)監(jiān)控，借助在線(xiàn)測(cè)量、傳感和實(shí)時(shí)分析進(jìn)行自我診斷和誤差補(bǔ)償，提高機(jī)床的工作性能。

3采用新一代數(shù)控系統(tǒng)。與STEP-NC兼容的接口和數(shù)據(jù)格式，使基于CAD模型的機(jī)器控制能夠無(wú)縫運(yùn)行。

4在加工過(guò)程中直接測(cè)量刀具磨損和工件精度的方法。

第五十四頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.11智能化1.智能主軸

主軸是機(jī)床的心臟，它的狀態(tài)直接關(guān)系到加工精度和加工效率。德國(guó)阿亨工業(yè)大學(xué)與西班牙技術(shù)中心合作對(duì)主動(dòng)磁浮軸承的主軸進(jìn)行研究，借助磁浮軸承中的力、電流和位置傳感器，來(lái)測(cè)量切削力、以及刀尖點(diǎn)的位置、速度、加速度的變化，并基于此開(kāi)發(fā)出高速、高精度的主軸。

瑞士GF阿奇夏米爾集團(tuán)生產(chǎn)的MIKRONHSM系列高速銑削加工中心可配置智能加工系統(tǒng)，其功能之一就是加工過(guò)程監(jiān)控，以便用戶(hù)觀(guān)察銑削過(guò)程是否正常。其原理是在電主軸殼體中前端軸承附近安裝了加速度傳感器，使銑削過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)能夠以加速度“g載荷”值的形式顯示，如圖5所示。圖5具有振動(dòng)監(jiān)控的高速電主軸第五十五頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.11智能化振動(dòng)大小在0~10g范圍內(nèi)分為10級(jí)。其中，0~3g表示加工過(guò)程、刀具和刀夾都處于良好狀態(tài)；3~7g表示加工過(guò)程需要調(diào)整，否則將導(dǎo)致主軸和刀具壽命的降低；7~10g表示危險(xiǎn)狀態(tài)，如果繼續(xù)工作，將造成主軸、機(jī)床、刀具和工件的損壞。而且，控制系統(tǒng)還可預(yù)測(cè)在該振動(dòng)級(jí)主軸部件可以工作多長(zhǎng)時(shí)間，即主軸壽命還有多長(zhǎng)。

在過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)中也可由用戶(hù)設(shè)定一個(gè)g極限值，當(dāng)振動(dòng)超過(guò)此值時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警并自動(dòng)停機(jī)。系統(tǒng)也可以將某一時(shí)段的振動(dòng)記錄下來(lái)以便進(jìn)一步分析，記錄的數(shù)據(jù)包括：日期、時(shí)間、g值、g極限、主軸轉(zhuǎn)速、刀具號(hào)、進(jìn)給率、數(shù)控程序塊號(hào)和程序名?？捎涗洺绦驂K的容量達(dá)18,000個(gè)，如果取時(shí)間間隔為2.5秒，可記錄過(guò)程狀態(tài)長(zhǎng)達(dá)12.5小時(shí)之久。圖6電主軸第五十六頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.11智能化

2.熱變形補(bǔ)償

機(jī)床熱變形是影響加工精度的主要因素之一。產(chǎn)生熱變形的因素很多，主要是來(lái)自機(jī)床的工作環(huán)境和機(jī)床內(nèi)部的熱影響：

1）環(huán)境影響。例如，車(chē)間的溫度分布和溫度變化以及空氣對(duì)流；日光、暖氣和鄰近機(jī)床等熱源的影響；以及來(lái)自機(jī)床基礎(chǔ)的熱傳導(dǎo)。

2）機(jī)床內(nèi)部的影響。例如，機(jī)床零部件的發(fā)熱（軸承、絲桿、導(dǎo)軌、電動(dòng)機(jī)、齒輪、液壓系統(tǒng)等），切削過(guò)程產(chǎn)生的熱量以及冷卻系統(tǒng)的發(fā)熱。

上述熱影響對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)是一種復(fù)雜的熱輸入，它隨時(shí)間和機(jī)床工作狀態(tài)而變化，是不可預(yù)測(cè)的，而最終造成機(jī)床熱變形的大小和部位還取決于機(jī)床結(jié)構(gòu)材料的熱性能，即材料的熱脹系數(shù)、導(dǎo)熱率和熱容量以及機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即部件形狀、質(zhì)量和熱源的分布。

第五十七頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.11智能化因此，機(jī)床結(jié)構(gòu)的熱場(chǎng)分布是不均勻且不穩(wěn)定的，呈現(xiàn)為一種動(dòng)態(tài)的三維梯度的熱場(chǎng)。為了對(duì)機(jī)床在工作狀態(tài)下的熱變形進(jìn)行補(bǔ)償，還需要考慮切削和運(yùn)動(dòng)載荷所造成的變形。這就需要在機(jī)床的關(guān)鍵部位安放溫度和位置傳感器，測(cè)出主軸、3個(gè)坐標(biāo)軸和環(huán)境溫度分別造成的誤差，最后匯總為δx、δy、δz，輸入數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償，其原理如圖7所示。圖7機(jī)床在載荷下的熱變形補(bǔ)償原理圖第五十八頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.11智能化3e-機(jī)床

在高速加工復(fù)雜的三維輪廓時(shí)，經(jīng)常遇到如何優(yōu)化上三個(gè)相互關(guān)聯(lián)的數(shù)值：速度、精度和表面光潔度。例如，當(dāng)粗加工模具時(shí)，首先應(yīng)該考慮速度；在精加工小型精密電極時(shí)，精度就成為最重要的；而在光整模具時(shí)，追求的卻是表面光潔度。如何在不同情況下，合理配置和優(yōu)化機(jī)床的性能來(lái)達(dá)到目標(biāo)，是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題。因?yàn)樗婕皵?shù)百個(gè)CNC參數(shù)，諸如運(yùn)動(dòng)控制的算法、伺服環(huán)的增益、前饋、平滑過(guò)濾器等。

Mikron機(jī)床產(chǎn)品中集成了智能化的操作者支持系統(tǒng)（OperationSupportSystem），操作者通過(guò)簡(jiǎn)單的圖形界面選擇速度、精度和表面光潔度的優(yōu)先級(jí)，就能夠方便地設(shè)定機(jī)床性能，如圖9所示。

第五十九頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.11智能化從圖中可見(jiàn)，操作者根據(jù)精加工和精度要求的優(yōu)化目標(biāo)，在觸摸屏幕上選定精度和表面質(zhì)量的中點(diǎn)（黃點(diǎn)），然后選擇復(fù)雜程度（一般、中等、復(fù)雜）和工件重量（較輕、中等、較重），系統(tǒng)就自動(dòng)生成從粗加工到精加工每一工步的機(jī)床性能和切削參數(shù)。如果選擇時(shí)間優(yōu)先，OSS將在角點(diǎn)處和曲面處擴(kuò)大公差帶。數(shù)控系統(tǒng)將選用快速方案將工件切削至要求的形狀，動(dòng)力系統(tǒng)將提供最大加速度和最快速度。如果工機(jī)床設(shè)定為精度優(yōu)先，OSS將縮小公差帶，滿(mǎn)足高精度要求。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將在拐角點(diǎn)處或曲面處降低速度，以免過(guò)切。為達(dá)到高表面質(zhì)量，OSS將控制過(guò)渡點(diǎn)，設(shè)置拐角點(diǎn)和曲面處的公差帶，機(jī)床將自動(dòng)平滑地提驅(qū)動(dòng)力。圖9

操作支持系統(tǒng)第六十頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.11智能化E-tower4智能化工廠(chǎng)

將技術(shù)、營(yíng)業(yè)、生產(chǎn)、管理等各部門(mén)通過(guò)企業(yè)內(nèi)部互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來(lái)，通過(guò)各個(gè)部門(mén)之間信息的共享，以較短的商品開(kāi)發(fā)時(shí)間和較短的交貨期，為客戶(hù)們送上合適的產(chǎn)品，而通過(guò)縮短生產(chǎn)到交貨的時(shí)間，可以大幅度地降低了生產(chǎn)成本，這樣的智能化工廠(chǎng)是我們與客戶(hù)一起推進(jìn)的目標(biāo)。通過(guò)這個(gè)系統(tǒng)，加工機(jī)不光是從相關(guān)部門(mén)取得和照會(huì)圖面信息、加工信息、刀具準(zhǔn)備信息等，通過(guò)加工機(jī)發(fā)出的運(yùn)行狀態(tài)、進(jìn)展?fàn)顩r等數(shù)據(jù)，不但可以實(shí)時(shí)地進(jìn)行生產(chǎn)管理，還可以從遠(yuǎn)距離進(jìn)行監(jiān)控。在辦公室里，可以掌握到關(guān)于現(xiàn)在機(jī)器的運(yùn)行狀況和生產(chǎn)指示等所有的信息。第六十一頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.11智能化

多媒體技術(shù)集計(jì)算機(jī)、聲像和通信技術(shù)于一體，使計(jì)算機(jī)具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力，因此也對(duì)用戶(hù)界面提出了圖形化的要求。合理的人性化的用戶(hù)界面極大地方便了非專(zhuān)業(yè)用戶(hù)的使用，人們可以通過(guò)窗口和菜單進(jìn)行操作，便于藍(lán)圖編程和快速編程、三維彩色立體動(dòng)態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動(dòng)態(tài)跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實(shí)現(xiàn)。另外，在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用多媒體技術(shù)可以做到信息處理綜合化、智能化，應(yīng)用于實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的故障診斷、生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)監(jiān)測(cè)等，因此有著重大的應(yīng)用價(jià)值。5利用多媒體技術(shù)第六十二頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.11智能化<IT作業(yè)指示書(shū)>

通過(guò)手頭的電腦將作業(yè)清單傳送出去，可以發(fā)出作業(yè)指示。<移動(dòng)訊息器>

即使是人在外面，也可以通過(guò)手機(jī)對(duì)機(jī)器的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控。也可以確認(rèn)實(shí)機(jī)加工時(shí)間，對(duì)交貨期進(jìn)行估算，可以防止浪費(fèi)，進(jìn)行合理生產(chǎn)。在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，可以提供操作員所需的所有信息。

第六十三頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三5.13信息網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化，主要指數(shù)控系統(tǒng)與外部的其它控制系統(tǒng)或上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接和網(wǎng)絡(luò)控制。數(shù)控系統(tǒng)一般首先面向生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和企業(yè)內(nèi)部的局域網(wǎng)，然后再經(jīng)由因特網(wǎng)通向企業(yè)外部，這就是所謂Internet/Intranet技術(shù)。

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟和發(fā)展，最近業(yè)界又提出了數(shù)字制造的概念。數(shù)字制造，又稱(chēng)“e-制造”，是機(jī)械制造企業(yè)現(xiàn)代化的標(biāo)志之一，也是國(guó)際先進(jìn)機(jī)床制造商當(dāng)今標(biāo)準(zhǔn)配置的供貨方式。隨著信息化技術(shù)的大量采用，越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)用戶(hù)在進(jìn)口數(shù)控機(jī)床時(shí)要求具有遠(yuǎn)程通訊服務(wù)等功能。第六十四頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三5.13信息網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)一步促進(jìn)了柔性自動(dòng)化制造技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代柔性制造系統(tǒng)從點(diǎn)(數(shù)控單機(jī)、加工中心和數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床)、線(xiàn)(FMC、FMS、FTL、FML)向面(工段車(chē)間獨(dú)立制造島、FA)、體(CIMS）、分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng))的方向發(fā)展。柔性自動(dòng)化技術(shù)以易于聯(lián)網(wǎng)和集成為目標(biāo)，同時(shí)注重加強(qiáng)單元技術(shù)的開(kāi)拓、完善，數(shù)控機(jī)床及其構(gòu)成柔性制造系統(tǒng)能方便地與CAD、CAM、CAPP、MTS聯(lián)結(jié)，向信息集成方向發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)向開(kāi)放、集成和智能化方向發(fā)展。

對(duì)于面臨激烈競(jìng)爭(zhēng)的企業(yè)來(lái)說(shuō)，使數(shù)控機(jī)床具有雙向、高速的聯(lián)網(wǎng)通訊功能，以保證信息流在車(chē)間各個(gè)部門(mén)間暢通無(wú)阻是非常重要的。既可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享，又能實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的遠(yuǎn)程監(jiān)視、控制、培訓(xùn)、教學(xué)、管理，還可實(shí)現(xiàn)數(shù)控裝備的數(shù)字化服務(wù)(數(shù)控機(jī)床故障的遠(yuǎn)程診斷、維護(hù)等)。第六十五頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三5.13信息網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)第六十六頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三5.13信息網(wǎng)絡(luò)化

例如，日本Mazak公司推出新一代的加工中心配備了一個(gè)稱(chēng)為信息塔(e-Tower)的外部設(shè)備，包括計(jì)算機(jī)、手機(jī)、機(jī)外和機(jī)內(nèi)攝像頭等，能夠?qū)崿F(xiàn)語(yǔ)音、圖形、視像和文本的通信故障報(bào)警顯示、在線(xiàn)幫助排除故障等功能，是獨(dú)立的、自主管理的制造單元。Mazak將IT與制造技術(shù)完美結(jié)合第六十七頁(yè)，共七十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三三、我國(guó)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展起步于二十世紀(jì)五十年代，通過(guò)“六五”期間引進(jìn)數(shù)控技術(shù)，“七五”期間組織消化吸收“科技攻關(guān)”，我國(guó)數(shù)控技術(shù)和數(shù)控產(chǎn)業(yè)取得了相當(dāng)大的成績(jī)。特別是最近幾年，我國(guó)數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，1998～2004年國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量和消費(fèi)量的年平均增長(zhǎng)率分別為39.3%34.9%。盡管如此，進(jìn)口機(jī)床的發(fā)展勢(shì)頭依然強(qiáng)勁，從2002年開(kāi)始，中國(guó)連續(xù)三年成為世界機(jī)床消費(fèi)第一大國(guó)、機(jī)床進(jìn)口第一大國(guó)，2004年中國(guó)機(jī)床主機(jī)消費(fèi)高達(dá)94.6億美元，但進(jìn)出口逆差嚴(yán)重，國(guó)產(chǎn)機(jī)床市場(chǎng)占有率連年下降，1999年是33.6%，2003年僅占27.7%。1999年機(jī)床進(jìn)口額為8.78億美元(7624臺(tái))，2003年達(dá)27.1億美元(23320臺(tái))，相當(dāng)于同年國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)值的2.7