數(shù)控機床是現(xiàn)代制造業(yè)的關鍵設備，一個國家數(shù)控機床的產量和技術水平在某種程度上代表了這個國家的制造業(yè)水平和競爭力。

我國數(shù)控機床的技術水平、性能和質量與國外還有很大差距。到目前為止，技術含量較低的簡易數(shù)控車床仍占主導地位，高檔數(shù)控機床及功能部件大多數(shù)依靠進口。因此，盡管當前市場活躍、需求旺盛，如果只顧眼前利益，滿足于產品有銷路，不深入研究國外數(shù)控機床的發(fā)展趨勢，提高自主開發(fā)能力，積極培育新產品，那么在投資高潮過去以后，我國的機床工業(yè)將更加缺乏競爭力，有可能在家門口就被人家打得一敗涂地。

我們正在邁向制造大國，但我們面臨一個嚴峻的挑戰(zhàn)：誰來裝備中國的制造業(yè)？長期依賴國外技術，我們只能是跨國公司的生產車間，而永遠不能成為一個制造強國。

中國機床工業(yè)的使命

機床是工作母機，制造機器的機器。機床工業(yè)是裝備工業(yè)的核心，產業(yè)雖小，關系國家經濟命脈和安全。我國在從制造大國邁向強國的征途中，依靠誰來裝備中國？沒有自己的強大的裝備工業(yè)，特別是先進的機床工業(yè)，怎能夠奢談制造強國。中國機床工業(yè)的使命是擎起裝備中國的“半邊天”。我們的愿景是掌握核心技術，趕上世界發(fā)展潮流，開創(chuàng)世界裝備中國、中國裝備世界的新局面。

汽車及零部件產業(yè)是機床工業(yè)的最大用戶，數(shù)量占總用戶的40%以上。機床工業(yè)隨汽車工業(yè)興旺而發(fā)展、蕭條而下降，目前發(fā)動機和關鍵零部件生產設備基本依賴進口。航空航天需要各種高速、精密、大型5軸數(shù)控機床，精加工大多采用進口機床，國產機床僅用于粗加工。船舶制造和電站裝備制造所需要的5軸數(shù)控機床進口量也相當大。信息、電子產業(yè)需要模具和中小零件制造用的高速加工中心、電加工機床和特種加工數(shù)控機床。

切勿妄自菲薄，自主才能成大器。“一五”期間中國機床工業(yè)從無到有，滿足當時國內機床需求的80%。50年來積累了許多好經驗，我們完全有可能在今后10～15年趕上發(fā)達國家。摒棄急功近利，堅持居安思危。機床是反映新材料、新工藝和高新技術的機電一體化產品，沒有長遠的戰(zhàn)略規(guī)劃和研發(fā)投入是無法占領和保持市場占有率的。體制、觀念和人才對機床行業(yè)的發(fā)展都非常重要，小巨人、北京阿奇、浙江日發(fā)的成功，從不同角度說明體制、觀念和人才的重要。

在國際競爭中成長。2003-2004年德國DMG、日本豐田工機和牧野銑床、韓國大宇等著名機床公司都在我國開辦獨資企業(yè)。秦川發(fā)展收購美國UAI公司60%的股權，大連集團收購Ingersoll屬下的兩個分公司，上海明精收購德國Wohlemberg公司53%股權等收購事件不斷出現(xiàn)。北一大隈機床公司的投產可能掀起新一輪合資潮，外資和合資企業(yè)已占我國2238家機床企業(yè)的14%。2003年中國出口機床600萬臺，平均單價60美元，進口機床平均單價33000美元，相差550倍。

數(shù)控機床發(fā)展趨勢

第一是高速化，主軸轉速40000r/min，最大進給速度120m/min，最大加速度3m/s2；第二是高精度，定位精度正在向亞微米進軍，納米級五軸聯(lián)動加工中心已經商品化；第三是工序集約化，車銑復合、完整加工，一臺機床能夠加工完畢一個復雜零件；第四是機床的智能化，機床配置各種微型傳感器，具有監(jiān)控和誤差自動補償功能；第五是自主管理和通信，如加工程序仿真、作業(yè)排序、數(shù)據(jù)采集、刀具壽命管理和網絡通信等。

加工中心發(fā)展趨勢

1.高性能加工中心、高速加工機床

隨著汽車、航空航天等工業(yè)輕合金和復合材料的廣泛應用，高速加工已成為制造技術的重要發(fā)展趨勢。高速加工具有縮短加工時間、提高加工精度和表面質量等優(yōu)點，在模具制造等領域的應用也日益廣泛。機床的高速化需要新的數(shù)控系統(tǒng)、高速電主軸和高速伺服進給驅動，以及機床結構的優(yōu)化和輕量化。高速加工不僅是設備，而是機床、刀具、夾具和數(shù)控系統(tǒng)以及編程技術的集成。

2.超精密加工機床、多軸聯(lián)動數(shù)控

多軸聯(lián)動數(shù)控加工是在笛卡爾坐標X、Y、Z 直線移動的基礎上，增加2～3個回轉控制軸。有三種基本結構：擺動回轉工作臺、懸臂回轉工作臺和萬能銑頭。

3.一次做成，復合加工

70年代的加工中心開多工序集成之先河，現(xiàn)已發(fā)展成為“復合完整加工”，在一臺機床上完成全部工序。復合完整加工通過工藝過程集成，一次裝卡就把一個復雜零件加工完成，提高了加工精度，易于保證過程的高可靠性和實現(xiàn)零缺陷生產，Done in One。復合完整加工縮短了加工過程鏈和輔助時間，減少了機床臺數(shù)，簡化了物料流，生產總占地面積小，投資更加有效，一臺機床就是一個小工廠。

新型功能部件

數(shù)控機床的心臟是電主軸，直線電動機帶來了機床產業(yè)上的一場革命。蒸氣機把直線運動轉換為回轉運動，驅動各種輪系，引發(fā)了工業(yè)革命。電動機能直接提供回轉動力，促進了生產機械化和自動化的發(fā)展。直線電動機也是一場革命，它借助電能直接提供直線驅動力，省去不同運動形式之間的轉換，大大簡化了機械傳動結構。直線電動機伺服驅動的優(yōu)點還在于高速度和高加速度，動態(tài)性能好。其缺點是價格較高。

滾珠絲桿是使機床移動部件在床身、立柱上實現(xiàn)直線位移的主要部件。傳統(tǒng)的結構是：伺服電動機通過連軸節(jié)與滾珠絲桿連接，降低了傳動精度，特別是在高速運轉時發(fā)熱量較大，產生熱變形。電滾珠絲桿是伺服電動機與滾珠絲桿的集成，提高了傳動精度和明顯減少熱變形，保證機床部件的高速移動性能。

滾動元件將滑動摩擦轉化為滾動摩擦，提高了運動機構的效率，減少了機構的磨損。滾動元件包括滾動軸承、滾珠絲桿和線性導軌三大類，是相對運動部件之間的連接環(huán)節(jié)。滾動元件直接影響到機床運動的穩(wěn)定性，旋轉部件的回轉精度、移動部件的直線度和定位精度，以及部件的高速運轉能力。

高性能數(shù)控系統(tǒng)

開放式控制系統(tǒng)和數(shù)字伺服驅動技術。傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)是將編程系統(tǒng)的數(shù)字信號轉換成為模擬信號，再以電壓的大小控制驅動電動機的轉速，是模擬量控制，而不是數(shù)字量控制。數(shù)字伺服驅動技術是借助“串聯(lián)實時通信系統(tǒng)”接口（Serial Real-time Communication System—SERCOS）將數(shù)控系統(tǒng)與伺服控制器實現(xiàn)數(shù)字化連接。SERCOS技術可以將位置控制、速度控制、精密插補以及伺服電動機的控制集成在一塊集成電路中。

數(shù)控系統(tǒng)從原理上來說，提供的是不連續(xù)運動的控制，通過插補技術，借助微小的直線線段去逼近一條曲線。這個線段的數(shù)值越小，插補的精度越高，加工零件的尺寸精度也越高，表面粗糙度越小，機床運動越平穩(wěn)，刀具磨損越小。數(shù)控系統(tǒng)性能的提高與插補精度是分不開的，從微米到納米，現(xiàn)在進入皮米時代。

板材數(shù)控加工設備和板材激光切割。激光切割是一種高速高效和高精度加工工藝，它可以切割薄鈑材，也可以切割厚鈑材。將激光器安裝在5軸聯(lián)動的數(shù)控機床上，就可以在板金零件的曲面上進行切割。日本Mazak公司的世界技術中心的整個建筑和家具都是由鈑材激光切割，折彎，卷管，然后激光焊接而成，成為“機床加工的建筑”。

板材數(shù)控加工機床

板材數(shù)控加工機床的代表是超重超大型數(shù)控機床。超重超大型機床的典型產品是中心高2m以上的車床、工作臺5m以上的龍門銑床、鏜桿直徑320mm以上的鏜床等。復合加工、多軸聯(lián)動對超重超大型數(shù)控機床具有特別重要的意義，工序集中提高效率，節(jié)約裝夾和搬運時間，都可創(chuàng)造可觀的財富。對現(xiàn)有傳統(tǒng)超重超大機床進行數(shù)控化改造具有重大的戰(zhàn)略意義。

納米加工中心。5軸納米加工中心已經走出實驗室，如德國KERN公司Pyramid Nano立式加工中心，其基礎件是對稱的龍門式結構，以保證機床的高剛度和熱穩(wěn)定性。床身和龍門架整體由 Kern Armorith 人造大理石制成，采用具有靜壓軸承的伺服驅動裝置和靜壓導軌。加工中心的定位誤差為±0.4μm，重復定位精度為±0.3μm，表面粗糙度Ra<0.05μm。進給率范圍為0.01～30000mm/min，最小位移量為0.1μm，最大加速度10m/s2。可加工硬度64HRC以下的淬硬鋼、石墨和陶瓷。微尺度機床（Micro Machine Tool）是使用刀具尺寸小于1mm的鉆床和銑床，或加工工件直徑小于1mm的車床，以及電加工和激光加工。微尺度切削加工需要高轉速主軸、高進給速度和高進給加速度以及高速大帶寬的閉環(huán)伺服系統(tǒng)，機床不大，技術含量很高。由不同的微尺度機床可以組成桌面型微工廠，通過顯示器進行操作，制造微尺度機械產品。</P

并聯(lián)運動機床

混聯(lián)運動機床是由2桿或3桿并聯(lián)機構與串聯(lián)運動機構綜合而成的數(shù)控機床，各取其所長，從而優(yōu)化機床的性能。將2桿并聯(lián)機構連接主軸部件，改變2桿的長度或支點的距離，就可使刀具中心產生X和Y方向的移動，構成混聯(lián)機床。

聰明加工系統(tǒng)——SMS

數(shù)控加工的基本原理是機床部件按照50多年前制定的G和M指令組成的程序運動。機床不知道加工什么零件，怎樣加工，是瞎子走路。聰明加工系統(tǒng)的實質是智能化，主要特征是：知道本系統(tǒng)的加工能力和狀態(tài)；能夠監(jiān)控和自主優(yōu)化加工過程；能夠自行度量工作（輸出）的質量；能夠不斷持續(xù)學習和提高自己的能力。
誤差的檢測和補償。

先進過程控制系統(tǒng)——APS

先進過程控制系統(tǒng)的任務是監(jiān)控電主軸的工作狀態(tài)，它在很大程度上反映了數(shù)控機床的“健康”水平。當主軸高速運轉時，主軸軸承和電機的發(fā)熱都會造成熱變形，使主軸端產生軸向位移。當主軸轉速超過10000r/min時，主軸軸承滾珠的離心力，使?jié)L珠壓緊外環(huán)，也使主軸端產生軸向位移。借助安放在主軸殼體中的位移傳感器，測出位移量，輸入誤差模型，在數(shù)控系統(tǒng)中加以補償。

智能溫度控制——ITC

除了主軸以外，滾珠絲桿在高速運轉時產生的熱量也不容忽視。采用中空的滾珠絲桿，將恒溫冷卻液在其中循環(huán)，可以顯著減少熱變形。實時測量冷卻液溫度，并將其輸入誤差模型，通過數(shù)控系統(tǒng)進一步補償機床的位移誤差，提高工作精度。

操作支持系統(tǒng)——OSS

操作支持系統(tǒng)OSS是聰明加工系統(tǒng)的主要組成部分，它幫助操作者正確設定機床性能。工件的加工時間、加工精度和表面質量是優(yōu)化機床性能的3個相互制約的因素。要求加工時間短，加工精度和表面質量就差一點，要求加工精度高，加工時間就長一點。操作者選擇優(yōu)化目標，系統(tǒng)自動優(yōu)化性能參數(shù)。

遠距通知系統(tǒng)——RNS

遠距通知系統(tǒng)（RNS）建立了機床與有關人員的通信關系，人和機在時間和空間上完全分離卻保持著實時聯(lián)系。將加工狀態(tài)通知操作者和調度，缺少刀具還要通知工具室和供應商，機床故障通知維修部門等，不同的信息立即通知到責任人和相關人。保證加工質量和數(shù)量，提高整體運作效率。