數(shù)控機床發(fā)展趨勢及現(xiàn)代化機械制造技術(shù)201208

數(shù)控機床發(fā)展趨勢及現(xiàn)代化機械制造技術(shù)孫序泉

內(nèi)容提要:一、數(shù)控機床的發(fā)展趨勢二、我國數(shù)控機床與國外先進水平的差距三、現(xiàn)代化機械制造技術(shù)四、了解科技發(fā)展的最新動態(tài)，跟蹤前沿技術(shù)五、站在企業(yè)角度,對工科院校人才培養(yǎng)的建議一、數(shù)控機床的發(fā)展趨勢數(shù)控機床，它具有精度高、效率高、柔性好等特點，它的使用越來越普遍，與普通機床相比，具有無可比擬的優(yōu)勢,自動化程度大大提高，操作人員的勞動強度大大減輕。隨著信息化帶動工業(yè)化進程的加快，工業(yè)產(chǎn)品科技含量的不斷提高，數(shù)控機床的應用面越來越廣。國際上數(shù)控機床正向著高速度、高精度、高柔性、復合化、智能化和綠色環(huán)保方向發(fā)展。1.1高速度：1.1.1主軸轉(zhuǎn)速高。數(shù)控車床主軸轉(zhuǎn)速8000～10000r/min（盤類），最高可達20000r/min（棒料類）；加工中心主軸轉(zhuǎn)速20000～30000r/min；目前世界最高轉(zhuǎn)速可達100000r/min(瑞士MIKRON)有了高主軸轉(zhuǎn)速，就可以實現(xiàn)高速切削?，F(xiàn)在，刀具發(fā)展很快，可以實現(xiàn)高速切削。相比之下，機床的發(fā)展速度跟不上高速刀具的發(fā)展速度。要實現(xiàn)機床主軸的高轉(zhuǎn)速，主軸的結(jié)構(gòu)也要采取相應措施，通常采用內(nèi)藏電機式主軸（電主軸），主軸軸承采用小直徑陶瓷球軸承，用油霧或氣霧潤滑，更先進的采用磁懸浮軸承。

相應主軸組的動平衡等級也要提高，要達到G0.4或G0.1，主軸組動平衡的剩余不平衡量越小越好。高速主軸在設計時要考慮主軸組的冷卻和主軸箱的對稱散熱，將高速回轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的熱量迅速帶走，使主軸組的溫升小，保持熱平衡。對高速切削刀具也提出了相應的要求，一是刀具材料要能適應相應的切削速度，二是回轉(zhuǎn)刀具自身要達到高平衡等級的要求。1.1.2.工作臺（拖板）的快速移動速度高數(shù)控車床拖板快速移動速度30～40m/min；加工中心拖板快速移動速度40～60m/min；如果采用直線電機驅(qū)動，可達100m/min。有了高的工作臺（拖板）移動速度，可節(jié)省輔助時間，提高加工效率。1.1.3.換刀速度快。高速加工中心刀庫的換刀速度(T-T)一般2～3Sec,(C-C)一般3～

5Sec，高速鉆削中心T-T可達0.5Sec。換刀速度快,同樣節(jié)省輔助時間,提高加工效率。1.2高精度---機床的加工精度高

反映數(shù)控機床精度的有三大指標:幾何精度、位置精度和工作精度。所謂高精度，首先要保證機床的幾何精度和位置精度高,然后才能保證加工精度高。以車代磨、以銑代磨的工藝在數(shù)控機床已很容易實現(xiàn)。以車削為例，IT6精度（如果直徑為?100mm，公差帶為0.022mm）的零件以前必須要磨削，現(xiàn)在可以以車代磨；在高精度的數(shù)控車床上，加工精度可以達到IT5（?100mm，公差帶為0.015mm），甚至淬硬的零件（HRC60以上）也可以實現(xiàn)以車代磨。在加工中心上以銑代磨也很普遍，特別是機床導軌面的加工，普遍采用以銑代磨的工藝，精度完全可以保證，加工面的表面粗糙度可以達到Ra0.8,導軌的直線度0.005mm/m。

由于有高精度的數(shù)控機床，傳統(tǒng)的加工工藝發(fā)生了變化，生產(chǎn)相同數(shù)量的零件，機床的配置減少，原來需要配車床和磨床的工藝方案，現(xiàn)在只要數(shù)控車床就能滿足；原來需要配銑床和磨床，現(xiàn)在只要配數(shù)控銑床即可，等等。雖然剛開始設備投入成本增加，但生產(chǎn)運行成本大大降低。納米(nm)技術(shù)發(fā)展很快,納米級超精密加工機床在世界上已經(jīng)問世。該機床的出現(xiàn),使加工精度至少提高兩個數(shù)量級(從μm級提高到0.01μm-0.001μm級)。2007年3月在臺北的機床工具展覽會上，已見到納米級加工機床的實物。2011年11月在上海新展館舉辦的中國國際工業(yè)博覽會上，上海機床廠展出了一臺納米級精度微型數(shù)控磨床，重復定位精度可以達到50nm。要實現(xiàn)高精度，在機床設計時必須要采取相應的措施，如提高整機的動態(tài)性能、提高機床的熱穩(wěn)定性并有熱變形的補償、采用閉環(huán)控制、刀具磨損的自動測量和補償?shù)?。對納米級加工機床，要引入全新的設計理念，從機床結(jié)構(gòu)、數(shù)控和伺服系統(tǒng)、測量及反饋技術(shù)到使用環(huán)境都要有新的要求。1.3高柔性與剛性生產(chǎn)線相比，數(shù)控機床的柔性大大提高。變換品種時，只要相應改變夾具、刀具和加工程序即可，非常方便，可節(jié)省很多專用工裝和調(diào)試的輔助時間。若干臺數(shù)控機床還可組成柔性生產(chǎn)線（FML）、柔性制造單元（FMC）和柔性制造系統(tǒng)（FMS），自動化程度更高。1.4復合化

單一功能的數(shù)控機床逐步向復合數(shù)控機床發(fā)展。如車銑復合加工機床，有臥式車銑復合，也有立式車銑復合，既能完成車削功能，又能完成銑削功能；車磨復合機床，車削工序完成后，安裝在機床上的磨頭對需要磨削的部分進行磨削，還可以在機床上進行局部淬火，然后再磨削；銑磨復合加工機床，先完成銑削，再進行磨削，等等。工件一次裝夾，可以完成全部或大部分工序，實現(xiàn)全工序加工（completemachining）。

這些機床對特定零件的加工非常合適，一臺機床代替多臺機床，提高生產(chǎn)效率，降低運行成本，減少設備的占地面積，節(jié)約能源。在國外的機床展覽會上，有些機床你很難說它是一臺車床還是銑床，只能說以車為主，或以銑為主，還有其它加工功能，針對性較強，用戶一看就知道這種機床適合他們哪種零件的加工，有很高的性價比。1.5智能化數(shù)控機床本身就有智能化的含義。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，智能化的內(nèi)容也不斷擴充，如伺服參數(shù)的自動優(yōu)化、自適應控制切削技術(shù)、自學習功能、自動編程技術(shù)、零件圖像自動識別技術(shù)、自動上下料技術(shù)、柔順性裝配技術(shù)、故障自診斷技術(shù)等。數(shù)控系統(tǒng)運用人工智能技術(shù)和先進的自適應調(diào)節(jié)技術(shù)，能感知影響其加工精度和效率的系統(tǒng)內(nèi)部和外部的諸因素，并能找出解決問題的各種辦法，而且快速做出實現(xiàn)最佳的智能決策，使機床的加工過程始終處于最佳狀態(tài)，保證產(chǎn)品最佳狀態(tài)下的最高生產(chǎn)率。

此外，現(xiàn)場工業(yè)總線技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，使得數(shù)控機床與數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控機床與外部網(wǎng)絡（包括物聯(lián)網(wǎng)）的接口大大簡化，以適應網(wǎng)絡協(xié)同設計、制造、動態(tài)聯(lián)盟、遠程調(diào)試和故障診斷的需要。

1.6綠色化干切削和微量潤滑切削方法以及油氣液凈化技術(shù)逐步得到推廣應用，實現(xiàn)綠色制造。為防止或避免冷卻液、潤滑液對周圍環(huán)境造成危害，冷卻液霧中油的濃度要求低于5-0.5mg/m3，達到環(huán)保、節(jié)能、降耗的目標。

為實現(xiàn)綠色化制造，要求發(fā)展各種節(jié)能、省地、環(huán)保型機床。為滿足干切削和準干切削等要求，刀具相應要跟著發(fā)展。潤滑也一樣，對潤滑油的品種、潤滑方式、潤滑油量的大小、潤滑油的回收及油水分離等都要進行深入研究。以上是國際上數(shù)控機床的發(fā)展趨勢。有了先進的、高技術(shù)的工作母機，裝備制造業(yè)的水平就可以提高和發(fā)展，進而推動整體工業(yè)水平的提高。二.我國數(shù)控機床與國外先進水平的差距我國的第一臺數(shù)控機床誕生于1958年，是清華大學與北京第一機床廠聯(lián)合制造的數(shù)控銑床（數(shù)控系統(tǒng)是晶體管分立元件組成）。從那時到現(xiàn)在已經(jīng)54年了。54年來，尤其是改革開放以來，我國的數(shù)控機床發(fā)展很快，品種比較齊全，數(shù)控機床總產(chǎn)量已居世界第一位（包括經(jīng)濟型數(shù)控機床和電加工機床在內(nèi)）。2.1中國的數(shù)控機床水平提高很快

2012年4月16日至20日，在南京國際展覽中心舉辦了第七屆中國數(shù)控機床展覽會，800多家企業(yè)展出了數(shù)控機床主機、數(shù)控系統(tǒng)、工量具、機床功能部件和配套件。除少量國（境）外產(chǎn)品外，絕大部分都是國內(nèi)企業(yè)的產(chǎn)品，充分顯示了中國機床工業(yè)的實力和水平?？偨Y(jié)起來，有如下幾點：這次展品中，數(shù)控機床主機720多臺，其中大型機床主機200多臺，重型、超重型主機70多臺。在金屬切削機床類產(chǎn)品中，大型機床尤為突出，與幾年前相比，大型機床發(fā)展迅速。大型龍門加工中心、數(shù)控落地鏜銑加工中心、數(shù)控重型立車、大型滾齒機和銑齒機等，紛紛亮相。在龍門加工中心產(chǎn)品中，有工作臺移動式，也有龍門移動式；有定梁式，也有動梁式；有帶A/C擺頭的五軸聯(lián)動型，也有A軸擺動+B軸或C軸（回轉(zhuǎn)工作臺）回轉(zhuǎn)型，最大龍門寬度超過5m。2.1.1數(shù)控機床水平提高很快● 大型機床發(fā)展迅速

產(chǎn)品各具特色，都是圍繞用戶需求而開發(fā)的。就規(guī)格品種而言，與發(fā)達國家的產(chǎn)品已沒有太大差距?，F(xiàn)在國內(nèi)已能生產(chǎn)鏜桿直徑Φ320mm的數(shù)控落地鏜銑床和回轉(zhuǎn)直徑Φ22m的數(shù)控重型立車，可部分滿足特大型零件的加工要求。除大型機床外，其余參展產(chǎn)品規(guī)格、品種較齊全。各種金屬切削機床，沖、剪、折彎、激光切割等板材加工設備，電火花加工機床，超高壓水切割機床，工業(yè)機器人，高中低檔數(shù)控系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)，機床電器，各種量儀量具和工具，功能部件及配套件等，都有先進的產(chǎn)品展出，為用戶的選擇提供了較大的空間。值得一提的是，在機床防護罩的制造方面，已有專業(yè)廠提供全方位的配套服務，按用戶要求從外形設計、鈑金件制造到油漆全部做好，拿到主機廠裝上即可。這也是機床外觀質(zhì)量能得到較大提高的措施之一?！?參展產(chǎn)品規(guī)格多，品種較齊全參展產(chǎn)品中，復合機床品種很多，有車銑復合、銑車復合、車磨復合加工機床等，工件一次裝夾，可完成全部或大部分工序，減少零件裝夾次數(shù)，提高加工精度和加工效率；機床速度有較大提高，主軸轉(zhuǎn)速6000r/min的加工中心已很普遍，國家數(shù)控機床重大專項的加工中心主軸轉(zhuǎn)速已達20000r/min，工作臺快速移動速度達到60m/min?！駲C床性能有很大提高

機床精度也有較大提高，以數(shù)控車床和加工中心為例，主軸徑向跳動<0.003mm，中等規(guī)格的數(shù)控車床和加工中心定位精度可達到0.005mmm，重復定位精度可達到0.003mm，可以保證機床有較高的加工精度；在機床的總體布局和結(jié)構(gòu)設計方面，也有較大創(chuàng)新，模塊化設計、采用隔振減振技術(shù)、隔熱和熱平衡技術(shù)、誤差的測量和補償技術(shù)等，在部分機床上已得到應用，實現(xiàn)了機床從類比設計向科學設計和現(xiàn)代化設計的跨越。國產(chǎn)機床性能的提高在一定程度上縮短了與國際先進水平的差距。從機床造型設計、鈑金件制造到機床色彩搭配和油漆質(zhì)量，各企業(yè)都朝著機床是“藝術(shù)品”方向努力，塑造宜人感，一改過去呆板的造型設計、粗造的鈑金質(zhì)量和單調(diào)的油漆顏色。以前在國外的國際機床展覽會上，不要走近，老遠就能看出是中國的機床，在外觀質(zhì)量方面與國際先進水平差距很大。今天，再拿中國機床與國外機床相比，在外觀質(zhì)量方面已看不出有多大差別，有的機床造型甚至比國外機床還好。● 機床外觀質(zhì)量有顯著改善“高檔數(shù)控機床與基礎制造裝備”科技重大專項，2009年、2010年、2011年和2012年國家共安排了300多項課題，涉及數(shù)控機床主機產(chǎn)品、數(shù)控系統(tǒng)、功能部件及關(guān)鍵部件、共性基礎技術(shù)、應用示范工程建設和創(chuàng)新平臺六個方面。2013年立項的課題也于今年6月初通過了評審。國家重大專項實施三年多來，部分課題已經(jīng)完成，并有成果產(chǎn)品參展。2.1.2 國家高檔數(shù)控機床重大專項的實施已初顯成果具有代表性的加工中心和數(shù)控車床中，寧江機床廠的THMS6350高速精密臥式加工中心，工作臺尺寸500x500mm,主軸最高轉(zhuǎn)速20000r/min,工作臺快速60m/min，定位精度0.004mm，重復定位精度0.002mmm；THM63100臥式精密加工中心，工作臺尺寸1000x1000mm,定位精度0.005mm,重復定位精度0.003mm，已實現(xiàn)了課題合同的技術(shù)指標。青海第一機床廠的HMC100S高速臥式加工中心、沈陽機床集團的高速龍門五軸加工中心、北京一機床的精密加工中心、北京機電院高技術(shù)股份有限公司的高速立式加工中心和大連機床集團的CHD25A（Φ650x1000/1500）臥式車銑復合加工中心，九軸五聯(lián)動。這些都是數(shù)控機床重大專項課題的產(chǎn)品，課題的完成對提升我國高檔數(shù)控機床的水平起到了積極的推動作用。在功能部件方面，南京工藝裝備制造有限公司的JF16020TR-11-T5/10975X10000（長度為10m）大型超長重載滾珠絲杠副，是為長行程重型機床配套的滾珠絲杠。此外，在專項成果的基礎上，該公司又開發(fā)了內(nèi)冷空心滾珠絲杠和螺母旋轉(zhuǎn)型滾珠絲杠副等新產(chǎn)品。

數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的核心控制部分，長期以來，中、高檔數(shù)控機床的數(shù)控和伺服系統(tǒng)一直依賴進口。華中數(shù)控股份有限公司通過專項計劃的實施，提升了產(chǎn)品的檔次和可靠性，高、中檔數(shù)控系統(tǒng)在中國市場的銷售已占一定份額；廣州數(shù)控設備有限公司承擔了兩項專項課題：“全數(shù)字高檔數(shù)控裝置”和“全數(shù)字驅(qū)動裝置及交流伺服電機、主軸電機”，已完成了從經(jīng)濟型向中高檔數(shù)控系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化。相信在不久的將來，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)將在國內(nèi)數(shù)控機床的配套中唱主角。圍繞航空航天、船舶、汽車和發(fā)電設備等國家重點項目的用戶需求，國內(nèi)主機廠和用戶緊密結(jié)合，開發(fā)了一批數(shù)控機床新品參加了本次展覽會。風電行業(yè)對大型齒輪（內(nèi)、外齒圓柱齒輪）的加工提出了高效的要求，國內(nèi)主機廠先后開發(fā)了大型高效數(shù)控成形銑齒機。南京工大數(shù)控科技有限公司展出的SKXC-4000/35型數(shù)控高效成形銑齒機，最大加工齒輪直徑Φ4000mm，銑齒效率是滾齒的3倍，是插齒的6倍。2.1.3圍繞國家重點項目，開發(fā)適銷對路產(chǎn)品

除南京工大數(shù)控外，南京二機床、重慶機床廠、長機科技等也都展出了數(shù)控成形銑齒機。五面體龍門加工中心和數(shù)控落地鏜銑加工中心是風電殼體加工的關(guān)鍵設備，多家企業(yè)展出的加工中心就是以風電殼體為加工對象。汽車發(fā)動機的缸體、缸蓋是發(fā)動機的關(guān)鍵零件，提高加工精度和自動化程度一直是發(fā)動機行業(yè)追求的目標，大連機床集團展出了D01X自動生產(chǎn)線，由兩臺加工中心和兩個桁架機械手組成，體現(xiàn)了智能化、柔性化和模塊化。

北京機電院高技術(shù)股份有限公司的MK8232數(shù)控曲軸磨床是專用于加工汽車發(fā)動機曲軸，具有精度高、柔性好的特點。沈陽機床集團展出的GMC4080wmh（工作臺尺寸4000x8000mm）動梁龍門移動式加工中心也是針對大型零件的加工而開發(fā)的。南京數(shù)控機床有限公司的CKW1480型數(shù)控車床，雙主軸、雙刀架，工件先夾持在第一主軸上，完成一端的加工后，由第二主軸自動將工件接過去并夾緊，完成另一端的加工，一臺機床實現(xiàn)兩臺機床的功能，這也是應重點用戶的要求而開發(fā)的。

南京大地水刀股份有限公司展出的超高壓水切割機在金屬、非金屬難切割材料的加工方面顯示出其獨特的優(yōu)勢，利用高壓水的能量進行切割，切割過程中產(chǎn)生的熱量被高壓水迅速帶走，工件不產(chǎn)生熱變形，產(chǎn)品已在高速列車零件的加工等方面得到廣泛應用。威海華東數(shù)控股份有限公司的GT2000數(shù)控螺旋錐齒輪銑齒機，最大加工直徑Φ2000mm,最大模數(shù)30mm，六軸五聯(lián)動，是目前國內(nèi)最大規(guī)格的螺旋錐齒輪銑齒機，為重型機械設備中錐齒輪的加工創(chuàng)造了條件。正因為有機床主機廠和用戶的通力合作，使國家重點項目所需的關(guān)鍵設備國內(nèi)能得到部分解決，打破了完全依賴國外的局面。2011年4月11日至16日，在北京中國國際展覽中心（新館）舉辦了第十二屆中國國際機床展覽會。有28個國家和地區(qū)的約1400多家企業(yè)參展，其中境外企業(yè)650家。展品匯集了世界先進技術(shù)的最新成果，代表了當代世界機床工具技術(shù)的發(fā)展方向。2.2世界先進國家數(shù)控機床的水平也在不斷提高國內(nèi)機床參展廠家的參展規(guī)模也很大，參展的機床品種較多，其中圍繞國家高檔數(shù)控機床重大專項的實施，項目承擔單位都展出了自己科技攻關(guān)的最新成果，產(chǎn)品包括數(shù)控機床主機、數(shù)控和伺服系統(tǒng)、液壓夾緊卡盤和油缸、數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺、數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架、刀庫、滾珠絲杠、滾動導軌、各種刀具等，這些都代表了我國數(shù)控機床、數(shù)控系統(tǒng)和功能部件的最高水平。2.2.1從國外參展的機床產(chǎn)品看，有如下特點：

機床功能復合化德國DMG公司展出的CTXbeta1250TC4A車銑復合加工中心，雙主軸、雙刀架。上刀架為擺動式車/銑動力刀架，擺動角度為±120o，配有刀具庫和換刀機械手，可以實現(xiàn)車削和銑削功能，銑削刀具最高轉(zhuǎn)速12000r/min；下刀架為12工位轉(zhuǎn)塔車/銑動力刀架，動力刀具最高轉(zhuǎn)速10000r/min,刀架帶Y軸，Y軸垂直行程±40mm，同樣可以實現(xiàn)車削和銑削功能。工件在主軸和副主軸上進行同步加工，完成全部或大部分工序，生產(chǎn)效率大大提高。2.2.2世界先進國家數(shù)控機床的水平也在不斷提高

除DMG公司外，德國的INDEX公司、美國的HAAS公司、奧地利的WFL公司和emco公司都展出了雙主軸、雙刀架或多刀架的車銑復合加工機床。與單一車削功能的數(shù)控車床相比，功能擴展很多，單機的自動化程度也大大提高。帶A/C軸擺角銑頭的五軸龍門加工中心展出較多

帶A/C軸擺角銑頭的五軸龍門加工中心可實現(xiàn)五軸聯(lián)動，這類機床以前對中國是禁止進口。隨著中國機床的不斷發(fā)展，五軸聯(lián)動的龍門加工中心我們自己也能生產(chǎn)了，為了搶占中國這個大市場，有些國家不得不放寬對中國進口的限制。這次西班牙、意大利和日本的部分生產(chǎn)商都展出了帶A/C軸擺角銑頭的五軸龍門加工中心。除展出主機外，意大利的生產(chǎn)商還單獨展出A/C軸擺角銑頭，這也是中國生產(chǎn)龍門加工中心廠家進口較多的獨立部件。精密機床各具特色

以車削為主的精密機床以美國的Hardinge（哈挺）公司、德國的SPINNER（斯賓納）公司和瑞士的SCHAUBLIN（肖布林）公司的產(chǎn)品為代表，展出的產(chǎn)品雖然精度不是最高，但也代表了精密機床的先進水平，加工精度達μm級，做到以車代磨，還可以進行硬車削（車削HRC60-65的工件）。精密加工中心以瑞士MIKRON（米克朗）公司和德國的DMG公司的產(chǎn)品為代表，各坐標軸都采用全閉環(huán)控制，定位精度≤0.005mm，重復定位精度≤0.002mm。除精度高外，還具備5軸聯(lián)動和高速切削功能。國外展出的這些機床既具有一定的通用性，又有較強的針對性，瞄準我國某些行業(yè)的加工需求，提供包括編程、夾具、刀具和檢測在內(nèi)的成套技術(shù)?？傮w看，國外先進國家的數(shù)控機床，無論在精度、性能、加工效率，還是在成套性等方面，水平都在不斷提高。

中國是數(shù)控機床生產(chǎn)大國，但不是強國，大量生產(chǎn)的是中低檔次，高檔次機床大部分還從國（境）外進口。中國同時也是數(shù)控機床消費大國，近幾年從國（境）外進口數(shù)控機床的產(chǎn)值一直居世界第一位。根據(jù)中國機床工具協(xié)會的統(tǒng)計信息，2010年我國數(shù)控機床進口94.2億美元，同比上升60%。2011年的進口額繼續(xù)上升，達到120億美元。從國家或地區(qū)分，從德國、日本進口最多，約占60%，從瑞士、意大利、西班牙、美國、英國、法國、奧地利和東歐國家進口約占20%，其余20%從中國臺灣和韓國進口。2.3我國數(shù)控機床與國際先進水平的差距

中國從國（境）外大量進口數(shù)控機床且呈逐年上升的趨勢，這一嚴峻的事實應該引起機床行業(yè)的高度關(guān)注，如果不改變這一局面，我們將繼續(xù)被動。但認真分析，我們確實還存在較大的差距，主要表現(xiàn)在性能、精度、精度保持性、可靠性、數(shù)控系統(tǒng)和關(guān)鍵功能部件方面。我國的數(shù)控機床總體說來功能比較單一，車就是車，銑就是銑，磨就是磨，復合加工機床品種較少。國外復合型機床品種較多，車銑（銑車）復合、車磨復合等，還有的機床集車、銑、滾齒、激光淬火、磨削于一體（針對特定零件），工件一次裝夾，完成全部加工工序。復合機床一臺就可以替代幾臺機床的功能，減少零件的裝夾次數(shù)，加工精度高，效率高，減少設備占地面積，節(jié)約能源。雖然量不大，但單臺機床的價值很高。2.3.1性能

每一個小行業(yè)，國外都有相應的高效、量體裁衣型機床來滿足你，尤其是汽車零部件大批量生產(chǎn)的行業(yè)，國外基本上都采用柔性的、量體裁衣型、高效專用數(shù)控機床，變換品種也很方便，既有剛性線的效率，又有柔性線的靈活，用戶非常歡迎。而我們往往是用通用型的機床去面對各個行業(yè)，效率和精度都得不到充分發(fā)揮。

我們現(xiàn)在的數(shù)控機床，普通精度的多，高精度的少。像主軸跳動，我們還停留在μm級，國外高精度機床主軸徑向跳動0.1-0.05μm,一般的量表已無法測量；機床的定位精度≤0.003mm，重復定位精度≤0.002mm；加工精度可以達到IT4，有的加工精度更高，已經(jīng)跳出公差等級的概念。我們現(xiàn)在一般只能達到IT6-IT5。除新機床精度高以外，精度保持性是用戶最關(guān)心的問題。2.3.2 精度和精度保持性

為什么國外的機床精度保持性好，使用3-5年后精度（機床的幾何精度、位置精度和工作精度）基本保持不變，而我們的機床難以達到，除制造手段之外，設計是非常重要的環(huán)節(jié)。怎樣保證機床的動、靜剛度，怎樣保證熱平衡和控制熱變形，怎樣采取減摩措施等，要用科學方法，靠經(jīng)驗設計和類比設計是不行的。我們這方面的差距還比較大。為什么高精度的機床給國外公司壟斷，也是原因之一。在控制機床精度和精度保持性方面，有很多影響因素，需要一一加以分析，綜合解決。

在數(shù)控機床的可靠性方面，我國的數(shù)控機床有了較大提高。以數(shù)控車床為例，整機的可靠性指標之一：平均無故障時間（MTBF）由“七五”期間（1986—1990）的200h提高到現(xiàn)在的900h，經(jīng)過20年的努力，平均無故障時間提高了700h，這是很大的進步。但與國際先進水平相比，仍然有一定的差距。國際先進水平MTBF可以達到1200-1500h。2.3.3 可靠性

按現(xiàn)在對機床可靠性的理解，除減少故障產(chǎn)生的內(nèi)涵外，還應有提高機床精度保持的內(nèi)涵，即機床的精度保持性。影響機床可靠性的因素主要有三方面：機床的可靠性設計水平、制造質(zhì)量和關(guān)鍵功能部件的質(zhì)量。在機床設計時要對影響機床可靠性的因素進行分析，并采取相應措施加以解決；制造工藝要滿足設計的要求，采用全生命周期管理技術(shù)對產(chǎn)品從制造過程、交用戶使用、用戶信息反饋到產(chǎn)品的可靠性增長設計進行全過程控制；關(guān)鍵功能部件的選用要能滿足整機技術(shù)指標的要求，隨著世界經(jīng)濟一體化進程的加快，配套件實現(xiàn)國際化采購，這個差距可以逐步縮小。

數(shù)控系統(tǒng)和關(guān)鍵功能部件的差距也很大。從總的發(fā)展趨勢看，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展很快，特別是中低檔次的數(shù)控機床，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)占絕對優(yōu)勢，價格便宜，維修方便。但中檔次以上的數(shù)控機床國外系統(tǒng)仍然唱主角，主要是日本的FANUC和德國的SIEMENS公司，在功能、成套和可靠性方面，有明顯的優(yōu)勢，這也是我們必須認真對待的主要問題。國家把數(shù)控系統(tǒng)作為戰(zhàn)略產(chǎn)品來對待，說明它在國民經(jīng)濟的地位。國家也曾連續(xù)報道國產(chǎn)數(shù)控機床和數(shù)控系統(tǒng)，象廣州數(shù)控、華中數(shù)控的數(shù)控系統(tǒng)，水平都有較大提高，這對打破國外對我國的壟斷和封鎖有重要意義。目前，要在系統(tǒng)的可靠性和成套性方面繼續(xù)努力。2.3.4 數(shù)控系統(tǒng)和關(guān)鍵功能部件

關(guān)鍵功能部件和配套件門類很多，包括軸承、滾珠絲杠、滾動導軌、動力卡盤、油缸、轉(zhuǎn)塔刀架、刀庫、液壓系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、電氣元件、檢測元件等，國內(nèi)都能生產(chǎn)，但質(zhì)量有差距。要在現(xiàn)有基礎上進一步提高，才能適應現(xiàn)代數(shù)控機床發(fā)展的要求。分析我國數(shù)控機床與國際先進水平的差距，并不是把我們說得一無是處，而是要從差距中找出措施和對策，盡快提高我國數(shù)控機床自身的水平。相反，如果一味依賴國外，我們將永遠被動，永遠落后。落后是要挨打的。

為了發(fā)展我國的裝備制造業(yè)，逐步縮小與國際先進水平的差距，國家在中長期發(fā)展規(guī)劃中，將“大型、精密、高速數(shù)控設備和數(shù)控系統(tǒng)及功能部件”列為16個重大技術(shù)裝備關(guān)鍵領(lǐng)域之一。機械工業(yè)科技發(fā)展規(guī)劃中也將“大型、精密工作母機及關(guān)鍵功能部件”列為重點發(fā)展目標，重點發(fā)展面向機床制造業(yè)的高精度、智能化、復合化工作母機、高性能數(shù)控系統(tǒng)和關(guān)鍵功能部件。因為國外是不可能將最先進的技術(shù)賣給我們，即使花大價錢也買不到。所以國家提出不能走引進—落后—再引進—再落后的路子，要自主創(chuàng)新，建立創(chuàng)新型國家。通過創(chuàng)新，發(fā)展有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，縮小與國際先進水平的差距。

“十一五”高檔數(shù)控機床科技重大專項的實施，部分產(chǎn)品水平已經(jīng)有了較大提高?！笆濉逼陂g，國家還將繼續(xù)實施“高檔數(shù)控機床科技重大專項”，在已經(jīng)取得階段性成果的基礎上，再上一個臺階。相信通過該專項的實施，我國數(shù)控機床的整體水平一定會有較大的提高，與國際先進水平的差距會繼續(xù)縮小。三、現(xiàn)代化機械制造技術(shù)

現(xiàn)代化企業(yè)的運行要抓住三個“流”：物流、信息流和資金流，機械制造企業(yè)也同樣如此?，F(xiàn)代化機械制造技術(shù)中將物流和信息流通過數(shù)字化技術(shù)融合在一起，正朝著單機自動化、生產(chǎn)線柔性化和信息集成化方向發(fā)展。3.1 向自動化、柔性化和集成化方向發(fā)展

3.1.1 單機自動化

傳統(tǒng)的機械制造，都是一人一機一把刀，已遠遠不能適應現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的需求，數(shù)控機床的應用，加工效率和精度都有了很大提高，國際上數(shù)控機床的加工精度每10年提高一個數(shù)量級。在滿足加工精度的前提下，為進一步提高自動化程度和效率，減少人為因素的影響，要求數(shù)控機床向單機自動化方向發(fā)展，工件一次裝夾，完成全部或大部分工序，減少零件裝夾和周轉(zhuǎn)次數(shù)，減少機床使用臺數(shù)，節(jié)省占地面積。（１）棒料類零件：數(shù)控車床+成組棒料送料裝置，自動送料、自動加工、自動接料。一根棒料用完后，自動更換棒料，除刀具磨損需更換備用刀具外，可以做到24小時不停機，一人可以看管多臺機床。對以棒料為加工對象的大批量生產(chǎn)零件，非常合適，效率和自動化程度大大提高。N–088型數(shù)控自動車床+成組棒料送料裝置（２）件料類零件：ａ、 單主軸或雙主軸、雙刀架數(shù)控車床+自動上下料機械手，組成車削加工單元；b、單主軸或雙主軸+換刀機械手和刀具庫的復合刀架的車銑復合加工機床;c、多工位柔性組合機床：傳統(tǒng)的組合機床都是剛性線，一臺組合機床對應加工一種零件?，F(xiàn)在的組合機床，在剛性線高效率的基礎上，提高了柔性，一臺機床可以適應成組技術(shù)中的一類零件（結(jié)構(gòu)相似，工藝相近），只要相應更換夾具和刀具，調(diào)整加工程序即可。（3）五面體加工中心：對箱體、殼體、底座類零件，在五面體加工中心上一次裝夾可完成除安裝基面以外的其余五面的加工。五面體加工中心很多，有龍門式，也有床身式。（4）五軸聯(lián)動加工中心：對具有復雜型面的零件，五軸聯(lián)動加工中心可以完成加工，X、Y、Z、A（B）、C五軸聯(lián)動。3.1.2生產(chǎn)線柔性化（FMC，F(xiàn)MS，F(xiàn)ML）

（１）

FMC——一臺數(shù)控機床（包括刀庫）+若干個工件托盤+工件裝卸站+管理計算機，就組成最基本的FMC，除上下工件外，不需要人工干預，實現(xiàn)混流自動加工。美國的HAAS公司生產(chǎn)現(xiàn)場大件加工基本上都是這種形式。（2）FMS（FML）——多臺數(shù)控機床+中央刀具庫+物料輸送小車或機器人+工件緩沖站+清洗系統(tǒng)+機外檢測系統(tǒng)+毛坯庫+成品庫+中央管理計算機，組成FMS或FML?；炝骷庸?，工件自動識別，自動裝夾，自動找正工件基準，加工程序自動調(diào)用，關(guān)鍵尺寸機內(nèi)在線自動檢測和自動補償，刀具磨損檢測和破損監(jiān)控等，自動化程度更高，柔性更好。日本FANUC公司的生產(chǎn)車間有多條FMS，整個車間只有5個管理人員，已接近無人化工廠。在裝配自動線上，用機器人裝配機器人，用機器人裝伺服電機，裝配和檢測過程全部自動化。3.1.3信息集成化國外雖然不講CIMS，但實際上就是按CIMS在運行，還融入了ERP的內(nèi)容。訂單+CIMS（包括FMC、FMS及相應的數(shù)據(jù)庫和管理軟件）+工廠管理系統(tǒng)，構(gòu)成現(xiàn)代化機械制造企業(yè)的運行模式，將各種信息（銷售、制造、質(zhì)量、服務、管理）集成起來，既有CIMS的內(nèi)容，也有ERP的內(nèi)容，形成信息集成的數(shù)字化工廠。企業(yè)的管理者，無論在哪里，都可以隨時掌握企業(yè)運行數(shù)據(jù)。有了信息集成化技術(shù)，機械制造業(yè)的技術(shù)和管理水平就上升到了一個新臺階。

任何信息技術(shù)的集成，一要有底層基礎數(shù)據(jù)的支撐，二要針對具體的應用對象，有不同的實施方案。根據(jù)生產(chǎn)批量、精度和生產(chǎn)綱領(lǐng)，有相應合理的配置，是采用單機自動化，還是柔性線。在技術(shù)方案可行的前提下，還要考慮經(jīng)濟成本，將技術(shù)與市場、技術(shù)與經(jīng)濟結(jié)合起來，做到資源合理利用，信息技術(shù)共享，生產(chǎn)效率高，運行成本低，綜合效益好。

信息技術(shù)的集成，無論是用在FMC、FMS還是CIMS，要保證單元或系統(tǒng)的正常運行，必須要有各種成熟的先進技術(shù)作支撐：（1）保證數(shù)控機床的整體剛性和熱穩(wěn)定性技術(shù)；（2）數(shù)控機床、機器人、機械手等運動精度的保持性和整機的可靠性技術(shù)；（3）由于溫度影響而產(chǎn)生變形的測量和補償技術(shù)；（4）刀具破損的檢測技術(shù)（聲發(fā)射、主軸軸承外圈貼應變片、主軸扭矩測量等）；（5）工件自動識別技術(shù)；（6）切削參數(shù)的優(yōu)化和數(shù)據(jù)庫建立技術(shù)；（7）自適應控制技術(shù)；（8）柔性制造系統(tǒng)的故障自診斷技術(shù)；（9）適應綠色制造的結(jié)構(gòu)設計和潤滑液、冷卻液、切屑分離技術(shù)……。3.2 綠色制造技術(shù)綠色制造，又稱清潔生產(chǎn)（CleanProduction—CP）和面向環(huán)境的制造（ManufacturingForEnvironment—MFE），是20世紀90年代國際上提出的?！皣抑虚L期科學和技術(shù)發(fā)展綱要（2006—2020年）”在制造領(lǐng)域的“發(fā)展思路”第⑵條中明確提出：“積極發(fā)展綠色制造。加快相關(guān)技術(shù)在材料與產(chǎn)品開發(fā)設計、加工制造、銷售服務及回收利用等產(chǎn)品全生命周期中的應用，形成高效節(jié)能、環(huán)保和可循環(huán)的新型制造工藝。制造業(yè)資源消耗、環(huán)境負荷水平進入國際先進行列?！本G色制造是一個綜合考慮環(huán)境影響和資源消耗的現(xiàn)代化制造模式，其目標是使得產(chǎn)品從設計、制造、包裝到報廢整個生命周期中，對環(huán)境負面影響極小，綜合效益最大，并使企業(yè)經(jīng)濟和社會效益協(xié)調(diào)優(yōu)化。傳統(tǒng)制造工藝綠色化主要針對傳統(tǒng)生產(chǎn)制造工藝過程，研究符合清潔生產(chǎn)、減少排放的工藝方法、材料等綠色制造工藝技術(shù)，為傳統(tǒng)加工過程實現(xiàn)清潔化、無害化提供技術(shù)支撐。包括：（1）鑄造工藝及生產(chǎn)過程——基于干砂造型的消失模鑄造工藝；采用5軸數(shù)控銑床直接切削出鑄造用模型，實現(xiàn)無模鑄型的快速制造（適用于大型鑄件的單件、小批生產(chǎn)）；（2）鍛造工藝及生產(chǎn)過程——采用精密鍛造技術(shù)，精密沖壓技術(shù)；（3）近凈成型制造技術(shù)；（4）切削加工過程——干式切削技術(shù)、微量潤滑切削、油霧分離技術(shù)、低溫切削技術(shù)、綠色環(huán)保切削液（滿足鐵屑沉降的同時，不產(chǎn)生腐蝕，毒性小，生物降解性高）；（5）熱處理工藝及生產(chǎn)過程——可控氣氛滲碳及真空淬火技術(shù)；（6）焊接工藝及生產(chǎn)過程——焊接過程中氣體的回收及處理技術(shù)?！?.3 再制造技術(shù)

國外工業(yè)發(fā)達國家再制造產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成相當大的規(guī)模，具備一定水平的再制造技術(shù)，特別是在廢舊產(chǎn)品的再制造加工方面形成一系列的專業(yè)技術(shù)和設備，有力地推動了制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前國際上在汽車、工程機械、機床等產(chǎn)品領(lǐng)域開展了再制造技術(shù)研究和應用，已取得了顯著的效果。再制造的主要特征：再制造零件質(zhì)量和性能達到新品質(zhì)量，成本約為原新品的50%，節(jié)能60%，節(jié)材70%。通過再制造，可以對廢舊物質(zhì)回收利用，回收產(chǎn)品制造階段中的附加值（材料、費用、技術(shù)及勞動力等），可以最大化地利用廢舊機電產(chǎn)品資源，節(jié)約原生資源的消耗，節(jié)省能源。我國每年汽車報廢量110—160萬輛，電視機報廢量500萬臺，電冰箱報廢量400萬臺，洗衣機報廢量600萬臺，機床報廢量10—15萬臺。迫切需要解決廢棄產(chǎn)品處理的資源浪費和環(huán)境污染問題，解決產(chǎn)品綠色回收和再制造。四、了解科技發(fā)展的最新動態(tài)，跟蹤前沿技術(shù)4.1 數(shù)控機床的關(guān)鍵技術(shù)有哪些？如何突破并解決？4.1.1 整機的動態(tài)性能4.1.2 整機的熱穩(wěn)定性4.1.3 機床的三大精度（1）幾何精度，（2）位置精度——直線坐標或回轉(zhuǎn)坐標的定位精度、重復定位精度，（3）工作精度——加工件的尺寸精度、形狀和位置偏差、表面粗糙度。4.1.4 機床的功能（1）高速主軸系統(tǒng)的設計，30000-60000r/min，主軸結(jié)構(gòu)、傳動方式、軸承、潤滑、溫控、動平衡。（2）運動部件快速移動速度（20m/min、40m/min、60-100m/min）的實現(xiàn)方案：20m/min——伺服電機+普通滾珠絲杠傳動；40m/min——伺服電機+大導程滾珠絲杠傳動；60-100m/min——直線電機驅(qū)動（測量裝置、溫度控制、振動、噪聲）。（3）快速運動部件的防護裝置。（4）多軸聯(lián)動的實現(xiàn)方式：機床結(jié)構(gòu)（X、Y、Z+A/C擺頭，并聯(lián)機床）和控制系統(tǒng)。

以上4.1.1-4.1.4個方面，在機床設計時就要進行動、靜態(tài)分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計，計算包括主軸系統(tǒng)在內(nèi)的各部分的固有頻率，整機的振型，動靜剛度；分析機床的熱源分布和實現(xiàn)整機熱平衡的措施；分析受力變形、熱變形對加工精度的影響并從結(jié)構(gòu)設計和材料選用上采取相應的措施等等。每一方面，都有許多研究課題。

4.2 金屬切削加工技術(shù)的新發(fā)展4.2.1金屬切削刀具隨著刀具材料、精密模具、涂層技術(shù)的發(fā)展，刀具的切削速度越來越高，切削速度超過1000m/min的高速刀具已經(jīng)較普遍?，F(xiàn)在是機床的發(fā)展趕不上刀具的發(fā)展速度。以數(shù)控車床為例，Φ10mm直徑的工件，要實現(xiàn)1000m/min的高速切削，機床主軸轉(zhuǎn)速要達到31000r/min，現(xiàn)在的數(shù)控車床主軸轉(zhuǎn)速達不到這個要求，迫使機床要以更快的速度發(fā)展。

除切削速度外，刀具的精度和耐用度也大大提高。高精度的數(shù)控機床配上精密刀具實現(xiàn)精密或超精密加工；刀具耐用度的提高可以降低機床的運行成本。在刀具的設計和使用方面，注意：

（1）高速回轉(zhuǎn)刀具的夾持和動平衡；（2）高速刀具的切削用量與加工精度、刀具耐用度的關(guān)系，在保證加工精度和刀具耐用度的條件下，選擇最佳切削參數(shù)。4.2.2金屬切削工藝參數(shù)（1）不同金屬材料、刀具品種、加工精度要求有相應的切削工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫。這個數(shù)據(jù)庫的建立既要有理論分析和試驗的基礎，也要有實際應用經(jīng)驗的積累，兩者結(jié)合起來，切削參數(shù)數(shù)據(jù)庫就能不斷完善，更具科學性。（2）為適應高速切削，對數(shù)控系統(tǒng)也有相應要求，要有高速插補運算速度和超前程序預處理功能。4.3 測量和自動補償技術(shù)測量技術(shù)包括對機床性能、精度的測量和加工工件精度的測量。機床的動態(tài)性能、熱變形、靜剛度、幾何精度、位置精度和工作精度如何測量、用什么方法、什么儀器，指標如何評價等，有了測量技術(shù)的保證，才能正確評價機床的性能和各項精度。

機床性能和精度指標的保證是加工精度保證的前提。由于加工工件尺寸精度和形位公差受各種因素的影響（機床、夾具、工件材料、刀具、切削參數(shù)等），需要對加工工件的精度進行在線或離線測量，并可進行誤差的自動補償或人工補償，這是