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機床數(shù)控技術(shù)的現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢
閱讀：2230 發(fā)布時間：2013-4-8
一、數(shù)控機床的簡單介紹
車、銑、刨、磨、鏜、鉆、電火花、剪板、折彎、激光切割等都是機械加工方法，所謂機械加工，就是把金屬毛坯零件加工成所需要的形狀，包含尺寸精度和幾何精度兩個方面。能完成以上功能的設(shè)備都稱為機床，數(shù)控機床就是在普通機床上發(fā)展過來的，數(shù)控的意思就是數(shù)字控制。數(shù)控系統(tǒng)是由顯示器、控制器伺服、伺服電機、和各種開關(guān)、傳感器構(gòu)成。當然，普通機床發(fā)展到數(shù)控機床不只是加裝數(shù)控系統(tǒng)這么簡單，例如：從銑床發(fā)展到加工中心，機床結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，zui主要的是加了刀庫，大幅度提高了精度。加工中心zui主要的功能是銑、鏜、鉆的功能。我們一般所說的數(shù)控設(shè)備，主要是指數(shù)控車床和加工中心。
1、數(shù)控機床的特點如下：
（1）加工精度高，具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量；
（2）可進行多坐標的聯(lián)動，能加工形狀復雜的零件；
（3）加工零件改變時，一般只需要更改數(shù)控程序，可節(jié)省生產(chǎn)準備時間機床本身的精度高、剛性大,可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)率高（一般為普通機床的3~5倍）；
（4）機床自動化程度高，可以減輕勞動強度；
（5）對操作人員的素質(zhì)要求較高，對維修人員的技術(shù)要求更高。
2、數(shù)控機床的組成部分主機，他是數(shù)控機床的主題，包括機床身、立柱、主軸、進給機構(gòu)等機械部件。他是用于完成各種切削加工的機械部件。數(shù)控裝置，是數(shù)控機床的核心，包括硬件（印刷電路板、CRT顯示器、鍵盒、紙帶閱讀機等）以及相應的軟件，用于輸入數(shù)字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲、數(shù)據(jù)的變換、插補運算以及實現(xiàn)各種控制功能。驅(qū)動裝置，他是數(shù)控機床執(zhí)行機構(gòu)的驅(qū)動部件，包括主軸驅(qū)動單元、進給單元、主軸電機及進給電機等。他在數(shù)控裝置的控制下通過電氣或電液伺服系統(tǒng)實現(xiàn)主軸和進給驅(qū)動。當幾個進給聯(lián)動時，可以完成定位、直線、平面曲線和空間曲線的加工。輔助裝置，指數(shù)控機床的一些必要的配套部件，用以保證數(shù)控機床的運行，如冷卻、排屑、潤滑、照明、監(jiān)測等。它包括液壓和氣動裝置、排屑裝置、交換工作臺、數(shù)控轉(zhuǎn)臺和數(shù)控分度頭，還包括刀具及監(jiān)控檢測裝置等。編程及其他附屬設(shè)備，可用來在機外進行零件的程序編制、存儲等。數(shù)控技術(shù)，簡稱“數(shù)控”。英文：NumericalControl（NC）。是指用數(shù)字、文字和符號組成的數(shù)字指令來實現(xiàn)一臺或多臺機械設(shè)備動作控制的技術(shù)。
二、國內(nèi)外機床數(shù)控技術(shù)的現(xiàn)狀
1、國內(nèi)數(shù)控機床技術(shù)現(xiàn)狀我國數(shù)控機床制造業(yè)在80年代曾有過高速發(fā)展的階段，許多機床廠從傳統(tǒng)產(chǎn)品實現(xiàn)向數(shù)控化產(chǎn)品的轉(zhuǎn)型。但總的來說，技術(shù)水平不高，質(zhì)量不佳，所以在90年代初期面臨國家經(jīng)濟由計劃性經(jīng)濟向市場經(jīng)濟轉(zhuǎn)移調(diào)整，經(jīng)歷了幾年zui困難的蕭條時期，那時生產(chǎn)能力降到50%，庫存超過4個月。
從1995年“九五”以后國家從擴大內(nèi)需啟動機床市場，加強限制進口數(shù)控設(shè)備的審批，投資重點支持關(guān)鍵數(shù)控系統(tǒng)、設(shè)備、技術(shù)攻關(guān)，對數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)起到了很大的促進作用，尤其是在1999年以后，國家向國防工業(yè)及關(guān)鍵民用工業(yè)部門投入大量技改資金，使數(shù)控設(shè)備制造市場一派繁榮。從2000年8月份的上海數(shù)控機床展覽會和2001年4月北京機床展覽會上，也可以看到多品種產(chǎn)品的繁榮景象。但也反映了下列問題：
（1）低技術(shù)水平的產(chǎn)品競爭激烈，互相靠壓價*；
（2）高技術(shù)水平、全功能產(chǎn)品主要靠進口；
（3）配套的高質(zhì)量功能部件、數(shù)控系統(tǒng)附件主要靠進口；
（4）應用技術(shù)水平較低，聯(lián)網(wǎng)技術(shù)沒有*推廣使用；
（5）自行開發(fā)能力較差，相對有較高技術(shù)水平的產(chǎn)品主要靠引進圖紙、合資生產(chǎn)或進口件組裝。
2、國外數(shù)控機床技術(shù)現(xiàn)狀當前，在數(shù)控機床精密化方面，美國的水平zui高，不僅生產(chǎn)中小型精密機床，而且由于國防和技術(shù)的需要，研究開發(fā)了大型精密機床。其代表產(chǎn)品有LLL實驗室研制成功的DTM一3型精密車床和LODTM大型光學金剛石車床，它們是*水平zui高的、達到當前技術(shù)zui前沿的大型精密機床。其它國家也相應研制成功各種類似的裝備，如英國的Cran·field、日本的東芝機械等。
（1）高速高精與多軸加工成為數(shù)控機床的主流，納米控制已經(jīng)成為高速高精加工的潮流。
（2）多任務(wù)和多軸加工數(shù)控機床越來越多地應用到能源、航空航天等行業(yè)。
（3）機床與機器人的集成應用日趨普及，且結(jié)構(gòu)形式多樣化，應用范圍擴大化，運動速度高速化，多傳感器融合技術(shù)實用化，控制功能智能化，多機器人協(xié)同普及化。
（4）智能化加工與監(jiān)測功能不斷擴充，車間的加工監(jiān)測與管理可實時獲取機床本身的狀態(tài)信息，分析相關(guān)數(shù)據(jù)，預測機床的狀態(tài)，提前進行相關(guān)的維護，避免事故的發(fā)生，減少機床的故障率，提高機床的利用率。
（5）的機床誤差檢測與補償技術(shù)能夠在較短的時間內(nèi)完成對機床的補償測量，與傳統(tǒng)的激光干涉儀相比，對機床誤差的補償精度能夠提高3～4倍，同時效率得到大幅度提升。
（6）的CAD/CAM技術(shù)為多軸多任務(wù)數(shù)控機床的加工提供了強有力的支持，可以大幅度提高加工效率。
（7）刀具技術(shù)發(fā)展迅速，眾多刀具的設(shè)計涵蓋了整個加工過程，并且新型刀具能夠滿足平穩(wěn)加工以及抗振性能的要求。三、數(shù)控機床技術(shù)發(fā)展的趨勢
1、高速度與超精度化速度和精度是數(shù)控機床的兩個重要指標，它直接關(guān)系到加工效率和產(chǎn)品的質(zhì)量。高速度、超精度加工技術(shù)可極大地提率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。為此日本先端技術(shù)研究會將其列為5大現(xiàn)代制造技術(shù)之一，生產(chǎn)工程學會（CIRP）將其確定為21世紀的中心研究方向之一。特別是在超高速切削、超精密加工技術(shù)的實施中，對機床各坐標軸位移速度和定位精度提出了更高的要求；另外，這兩項技術(shù)指標又是相互制約的，也就是說要求位移速度越高，定位精度就越難提高。目前，在超高速加工中，車削和銑削的切削速度已達到5000～8000m/min以上；主軸轉(zhuǎn)數(shù)在30000轉(zhuǎn)/分（有的高達10萬轉(zhuǎn)/分）以上；工作臺的移動速度（進給速度）：在分辨率為l微米時，在100m/min（有的到200m/min）以上，在分辨率為0.1um時，在24m/min以上；自動換刀速度在1秒以內(nèi)；小線段插補進給速度達到12m/min。在加工精度方面，近10年來，普通級數(shù)控機床的加工精度已由10um提高到5um，精密級加工中心則從3～5um，提高到1～1．5um,并且超精密加工精度已開始進入納米級（0．01um）。
2、高可靠性隨著數(shù)控機床網(wǎng)絡(luò)化應用的發(fā)展，數(shù)控機床的高可靠性已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)制造商和數(shù)控機床制造商追求的目標。對于每天工作兩班的無人工廠而言，如果要求在l6小時內(nèi)連續(xù)正常工作，*率在P（t）>99％以上，則數(shù)控機床的平均*運行時間MTBF就必須大于3000小時。我們只對一臺數(shù)控機床而言，如主機與數(shù)控系統(tǒng)的失效率之比為l0：1（數(shù)控的可靠比主機高一個數(shù)量級）。此時數(shù)控系統(tǒng)的MTBF就要大于33333．3小時，而其中的數(shù)控裝置、主軸及驅(qū)動等的MTBF就必須大于l0萬小時。當前國外數(shù)控裝置的MTBF值已達6000小時以上，驅(qū)動裝置達30000小時以上，但是，可以看到距理想的目標還有差距。
3、多功能化在零件加工過程中有大量的無用時間消耗在工件搬運、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用時間，人們希望將不同的加工功能整合在同一臺機床上，因此數(shù)控機床實現(xiàn)了一機多能，以zui大限度地提高設(shè)備利用率。另外前臺加工、后臺編輯的前后臺功能，充分提高其工作效率和機床利用率。數(shù)控機床還具有更高的通訊功能，現(xiàn)代數(shù)控機床除具有通信口，DNC功能外，還具有網(wǎng)絡(luò)功能。
4、多軸化隨著5軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)和編程軟件的普及，5軸聯(lián)動控制的加工中心和數(shù)控銑床已經(jīng)成為當前的一個開發(fā)熱點，由于在加工自由曲面時，5軸聯(lián)動控制對球頭銑刀的數(shù)控編程比較簡單，并且能使球頭銑刀在銑削3維曲面的過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，而在3軸聯(lián)動控制的機床無法避免切速接近于零的球頭銑刀端部參與切削，因此，5軸聯(lián)動機床以其*的性能優(yōu)勢已經(jīng)成為各大機床廠家積極開發(fā)和競爭的焦點。
5、網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控機床的網(wǎng)絡(luò)化，主要指機床通過所配裝的數(shù)控系統(tǒng)與外部的其它控制系統(tǒng)或上位計算機進行網(wǎng)絡(luò)連接和網(wǎng)絡(luò)控制。數(shù)控機床一般首先面向生產(chǎn)現(xiàn)場和企業(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，zui近業(yè)界又提出了數(shù)字制造的概念。數(shù)字制造，是機械制造企業(yè)現(xiàn)代化的標志之一，也是*機床制造商當今標準配置的供貨方式。隨著信息化技術(shù)的大量采用，越來越多的國內(nèi)用戶在進口數(shù)控機床時要求具有遠程通訊服務(wù)等功能。機械制造企業(yè)在普遍采用CAD/CAM的基礎(chǔ)上，越加廣泛地使用數(shù)控加工設(shè)備。數(shù)控應用軟件日趨豐富和具有“人性化”。虛擬設(shè)計、虛擬制造等技術(shù)也越來越多地為工程技術(shù)人員所追求。通過軟件智能替代復雜的硬件，正在成為當代機床發(fā)展的重要趨勢。在數(shù)字制造的目標下，通過流程再造和信息化改造，ERP等一批*企業(yè)管理軟件已經(jīng)脫穎而出，為企業(yè)創(chuàng)造出更高的經(jīng)濟效益。
6、柔性化、智能化數(shù)控機床向柔性自動化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢是：從點（數(shù)控單機、加工中心和數(shù)控復合加工機床）、線（FMC、FMS、FTL、FML）向面（工段車間獨立制造島、FA）、體（CIMS、分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng)）的方向發(fā)展，另一方面向注重應用性和經(jīng)濟性方向發(fā)展。柔性自動化技術(shù)是制造業(yè)適應動態(tài)市場需求及產(chǎn)品迅速更新的主要手段，是各國制造業(yè)發(fā)展的主流趨勢，是*制造領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)。其重點是以提高系統(tǒng)的可靠性、實用化為前提，以易于聯(lián)網(wǎng)和集成為目標；注重加強單元技術(shù)的開拓、完善；CNC單機向高精度、高速度和高柔性方向發(fā)展；數(shù)控機床及其構(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)向開放、集成和智能化方向發(fā)展。智能化是21世紀制造技術(shù)發(fā)展的一個大方向。智能加工是一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制、數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和理論的加工，它是要在加工過程中模擬人類專家的智能活動，以解決加工過程許多不確定性的、要由人工干預才能解決的問題。智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量的智能化，如自適應控制，工藝參數(shù)自動生成；為提高驅(qū)動性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機參數(shù)的自適應運算、自動識別負載自動選定模型、自整定等；簡化編程、簡化操作的智能化，如智能化的自動編程，智能化的人機界面等；智能診斷、智能監(jiān)控，方便系統(tǒng)的診斷及維修等。世界上正在進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)控裝置研究會針對鉆削的智能加工方案具有代表性。
7、綠色化21世紀的金切機床必須把環(huán)保和節(jié)能放在重要位置，即要實現(xiàn)切削加工工藝的綠色化。目前這一綠色加工工藝主要集中在不使用切削液上，這主要是因為切削液既污染環(huán)境和危害工人健康，又增加資源和能源的消耗。干切削一般是在大氣氛圍中進行，但也包括在特殊氣體氛圍中（氮氣中、冷風中或采用干式靜電冷卻技術(shù)）不使用切削液進行的切削。不過，對于某些加工方式和工件組合，*不使用切削液的干切削目前尚難與實際應用，故又出現(xiàn)了使用極微量潤滑（MQL）的準干切削。對于面向多種加工方法/工件組合的加工中心之類的機床來說，主要是采用準干切削，通常是讓極微量的切削油與壓縮空氣的混合物經(jīng)由機床主軸與工具內(nèi)的中空通道噴向切削區(qū)。在各類金切機床中，采用干切削zui多的是滾齒機。
8、體系開放化向未來技術(shù)開放：由于軟硬件接口都遵循*的標準協(xié)議，只需少量的重新設(shè)計和調(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)的開發(fā)費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生命周期；
向用戶特殊要求開放：更新產(chǎn)品、擴充功能、提供硬軟件產(chǎn)品的各種組合以滿足特殊應用要求；數(shù)控標準的建立：上正在研究和制定一種新的CNC系統(tǒng)標準ISO14649（STEP-NC）以提供一種不依賴于具體系統(tǒng)的中性機制，能夠描述產(chǎn)品整個生命，周期內(nèi)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，從而實現(xiàn)整個制造過程乃至各個工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品信息的標準化。標準化的編程語言，既方便用戶使用，又降低了和操作效率直接有關(guān)的勞動消耗。
9、化（大型化和微型化）國防、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)控機床的支撐。而超精密加工技術(shù)和微納米技術(shù)是21世紀的戰(zhàn)略技術(shù)，需發(fā)展能適應微小型尺寸和微納米加工精度的新型制造工藝和裝備，所以微型機床包括微切削加工（車、銑、磨）機床、微電加工機床、微激光加工機床和微型壓力機等的需求量正在逐漸增大。
車、銑、刨、磨、鏜、鉆、電火花、剪板、折彎、激光切割等都是機械加工方法，所謂機械加工，就是把金屬毛坯零件加工成所需要的形狀，包含尺寸精度和幾何精度兩個方面。能完成以上功能的設(shè)備都稱為機床，數(shù)控機床就是在普通機床上發(fā)展過來的，數(shù)控的意思就是數(shù)字控制。數(shù)控系統(tǒng)是由顯示器、控制器伺服、伺服電機、和各種開關(guān)、傳感器構(gòu)成。當然，普通機床發(fā)展到數(shù)控機床不只是加裝數(shù)控系統(tǒng)這么簡單，例如：從銑床發(fā)展到加工中心，機床結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，zui主要的是加了刀庫，大幅度提高了精度。加工中心zui主要的功能是銑、鏜、鉆的功能。我們一般所說的數(shù)控設(shè)備，主要是指數(shù)控車床和加工中心。
1、數(shù)控機床的特點如下：
（1）加工精度高，具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量；
（2）可進行多坐標的聯(lián)動，能加工形狀復雜的零件；
（3）加工零件改變時，一般只需要更改數(shù)控程序，可節(jié)省生產(chǎn)準備時間機床本身的精度高、剛性大,可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)率高（一般為普通機床的3~5倍）；
（4）機床自動化程度高，可以減輕勞動強度；
（5）對操作人員的素質(zhì)要求較高，對維修人員的技術(shù)要求更高。
2、數(shù)控機床的組成部分主機，他是數(shù)控機床的主題，包括機床身、立柱、主軸、進給機構(gòu)等機械部件。他是用于完成各種切削加工的機械部件。數(shù)控裝置，是數(shù)控機床的核心，包括硬件（印刷電路板、CRT顯示器、鍵盒、紙帶閱讀機等）以及相應的軟件，用于輸入數(shù)字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲、數(shù)據(jù)的變換、插補運算以及實現(xiàn)各種控制功能。驅(qū)動裝置，他是數(shù)控機床執(zhí)行機構(gòu)的驅(qū)動部件，包括主軸驅(qū)動單元、進給單元、主軸電機及進給電機等。他在數(shù)控裝置的控制下通過電氣或電液伺服系統(tǒng)實現(xiàn)主軸和進給驅(qū)動。當幾個進給聯(lián)動時，可以完成定位、直線、平面曲線和空間曲線的加工。輔助裝置，指數(shù)控機床的一些必要的配套部件，用以保證數(shù)控機床的運行，如冷卻、排屑、潤滑、照明、監(jiān)測等。它包括液壓和氣動裝置、排屑裝置、交換工作臺、數(shù)控轉(zhuǎn)臺和數(shù)控分度頭，還包括刀具及監(jiān)控檢測裝置等。編程及其他附屬設(shè)備，可用來在機外進行零件的程序編制、存儲等。數(shù)控技術(shù)，簡稱“數(shù)控”。英文：NumericalControl（NC）。是指用數(shù)字、文字和符號組成的數(shù)字指令來實現(xiàn)一臺或多臺機械設(shè)備動作控制的技術(shù)。
二、國內(nèi)外機床數(shù)控技術(shù)的現(xiàn)狀
1、國內(nèi)數(shù)控機床技術(shù)現(xiàn)狀我國數(shù)控機床制造業(yè)在80年代曾有過高速發(fā)展的階段，許多機床廠從傳統(tǒng)產(chǎn)品實現(xiàn)向數(shù)控化產(chǎn)品的轉(zhuǎn)型。但總的來說，技術(shù)水平不高，質(zhì)量不佳，所以在90年代初期面臨國家經(jīng)濟由計劃性經(jīng)濟向市場經(jīng)濟轉(zhuǎn)移調(diào)整，經(jīng)歷了幾年zui困難的蕭條時期，那時生產(chǎn)能力降到50%，庫存超過4個月。
從1995年“九五”以后國家從擴大內(nèi)需啟動機床市場，加強限制進口數(shù)控設(shè)備的審批，投資重點支持關(guān)鍵數(shù)控系統(tǒng)、設(shè)備、技術(shù)攻關(guān)，對數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)起到了很大的促進作用，尤其是在1999年以后，國家向國防工業(yè)及關(guān)鍵民用工業(yè)部門投入大量技改資金，使數(shù)控設(shè)備制造市場一派繁榮。從2000年8月份的上海數(shù)控機床展覽會和2001年4月北京機床展覽會上，也可以看到多品種產(chǎn)品的繁榮景象。但也反映了下列問題：
（1）低技術(shù)水平的產(chǎn)品競爭激烈，互相靠壓價*；
（2）高技術(shù)水平、全功能產(chǎn)品主要靠進口；
（3）配套的高質(zhì)量功能部件、數(shù)控系統(tǒng)附件主要靠進口；
（4）應用技術(shù)水平較低，聯(lián)網(wǎng)技術(shù)沒有*推廣使用；
（5）自行開發(fā)能力較差，相對有較高技術(shù)水平的產(chǎn)品主要靠引進圖紙、合資生產(chǎn)或進口件組裝。
2、國外數(shù)控機床技術(shù)現(xiàn)狀當前，在數(shù)控機床精密化方面，美國的水平zui高，不僅生產(chǎn)中小型精密機床，而且由于國防和技術(shù)的需要，研究開發(fā)了大型精密機床。其代表產(chǎn)品有LLL實驗室研制成功的DTM一3型精密車床和LODTM大型光學金剛石車床，它們是*水平zui高的、達到當前技術(shù)zui前沿的大型精密機床。其它國家也相應研制成功各種類似的裝備，如英國的Cran·field、日本的東芝機械等。
（1）高速高精與多軸加工成為數(shù)控機床的主流，納米控制已經(jīng)成為高速高精加工的潮流。
（2）多任務(wù)和多軸加工數(shù)控機床越來越多地應用到能源、航空航天等行業(yè)。
（3）機床與機器人的集成應用日趨普及，且結(jié)構(gòu)形式多樣化，應用范圍擴大化，運動速度高速化，多傳感器融合技術(shù)實用化，控制功能智能化，多機器人協(xié)同普及化。
（4）智能化加工與監(jiān)測功能不斷擴充，車間的加工監(jiān)測與管理可實時獲取機床本身的狀態(tài)信息，分析相關(guān)數(shù)據(jù)，預測機床的狀態(tài)，提前進行相關(guān)的維護，避免事故的發(fā)生，減少機床的故障率，提高機床的利用率。
（5）的機床誤差檢測與補償技術(shù)能夠在較短的時間內(nèi)完成對機床的補償測量，與傳統(tǒng)的激光干涉儀相比，對機床誤差的補償精度能夠提高3～4倍，同時效率得到大幅度提升。
（6）的CAD/CAM技術(shù)為多軸多任務(wù)數(shù)控機床的加工提供了強有力的支持，可以大幅度提高加工效率。
（7）刀具技術(shù)發(fā)展迅速，眾多刀具的設(shè)計涵蓋了整個加工過程，并且新型刀具能夠滿足平穩(wěn)加工以及抗振性能的要求。三、數(shù)控機床技術(shù)發(fā)展的趨勢
1、高速度與超精度化速度和精度是數(shù)控機床的兩個重要指標，它直接關(guān)系到加工效率和產(chǎn)品的質(zhì)量。高速度、超精度加工技術(shù)可極大地提率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。為此日本先端技術(shù)研究會將其列為5大現(xiàn)代制造技術(shù)之一，生產(chǎn)工程學會（CIRP）將其確定為21世紀的中心研究方向之一。特別是在超高速切削、超精密加工技術(shù)的實施中，對機床各坐標軸位移速度和定位精度提出了更高的要求；另外，這兩項技術(shù)指標又是相互制約的，也就是說要求位移速度越高，定位精度就越難提高。目前，在超高速加工中，車削和銑削的切削速度已達到5000～8000m/min以上；主軸轉(zhuǎn)數(shù)在30000轉(zhuǎn)/分（有的高達10萬轉(zhuǎn)/分）以上；工作臺的移動速度（進給速度）：在分辨率為l微米時，在100m/min（有的到200m/min）以上，在分辨率為0.1um時，在24m/min以上；自動換刀速度在1秒以內(nèi)；小線段插補進給速度達到12m/min。在加工精度方面，近10年來，普通級數(shù)控機床的加工精度已由10um提高到5um，精密級加工中心則從3～5um，提高到1～1．5um,并且超精密加工精度已開始進入納米級（0．01um）。
2、高可靠性隨著數(shù)控機床網(wǎng)絡(luò)化應用的發(fā)展，數(shù)控機床的高可靠性已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)制造商和數(shù)控機床制造商追求的目標。對于每天工作兩班的無人工廠而言，如果要求在l6小時內(nèi)連續(xù)正常工作，*率在P（t）>99％以上，則數(shù)控機床的平均*運行時間MTBF就必須大于3000小時。我們只對一臺數(shù)控機床而言，如主機與數(shù)控系統(tǒng)的失效率之比為l0：1（數(shù)控的可靠比主機高一個數(shù)量級）。此時數(shù)控系統(tǒng)的MTBF就要大于33333．3小時，而其中的數(shù)控裝置、主軸及驅(qū)動等的MTBF就必須大于l0萬小時。當前國外數(shù)控裝置的MTBF值已達6000小時以上，驅(qū)動裝置達30000小時以上，但是，可以看到距理想的目標還有差距。
3、多功能化在零件加工過程中有大量的無用時間消耗在工件搬運、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用時間，人們希望將不同的加工功能整合在同一臺機床上，因此數(shù)控機床實現(xiàn)了一機多能，以zui大限度地提高設(shè)備利用率。另外前臺加工、后臺編輯的前后臺功能，充分提高其工作效率和機床利用率。數(shù)控機床還具有更高的通訊功能，現(xiàn)代數(shù)控機床除具有通信口，DNC功能外，還具有網(wǎng)絡(luò)功能。
4、多軸化隨著5軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)和編程軟件的普及，5軸聯(lián)動控制的加工中心和數(shù)控銑床已經(jīng)成為當前的一個開發(fā)熱點，由于在加工自由曲面時，5軸聯(lián)動控制對球頭銑刀的數(shù)控編程比較簡單，并且能使球頭銑刀在銑削3維曲面的過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，而在3軸聯(lián)動控制的機床無法避免切速接近于零的球頭銑刀端部參與切削，因此，5軸聯(lián)動機床以其*的性能優(yōu)勢已經(jīng)成為各大機床廠家積極開發(fā)和競爭的焦點。
5、網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控機床的網(wǎng)絡(luò)化，主要指機床通過所配裝的數(shù)控系統(tǒng)與外部的其它控制系統(tǒng)或上位計算機進行網(wǎng)絡(luò)連接和網(wǎng)絡(luò)控制。數(shù)控機床一般首先面向生產(chǎn)現(xiàn)場和企業(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，zui近業(yè)界又提出了數(shù)字制造的概念。數(shù)字制造，是機械制造企業(yè)現(xiàn)代化的標志之一，也是*機床制造商當今標準配置的供貨方式。隨著信息化技術(shù)的大量采用，越來越多的國內(nèi)用戶在進口數(shù)控機床時要求具有遠程通訊服務(wù)等功能。機械制造企業(yè)在普遍采用CAD/CAM的基礎(chǔ)上，越加廣泛地使用數(shù)控加工設(shè)備。數(shù)控應用軟件日趨豐富和具有“人性化”。虛擬設(shè)計、虛擬制造等技術(shù)也越來越多地為工程技術(shù)人員所追求。通過軟件智能替代復雜的硬件，正在成為當代機床發(fā)展的重要趨勢。在數(shù)字制造的目標下，通過流程再造和信息化改造，ERP等一批*企業(yè)管理軟件已經(jīng)脫穎而出，為企業(yè)創(chuàng)造出更高的經(jīng)濟效益。
6、柔性化、智能化數(shù)控機床向柔性自動化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢是：從點（數(shù)控單機、加工中心和數(shù)控復合加工機床）、線（FMC、FMS、FTL、FML）向面（工段車間獨立制造島、FA）、體（CIMS、分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng)）的方向發(fā)展，另一方面向注重應用性和經(jīng)濟性方向發(fā)展。柔性自動化技術(shù)是制造業(yè)適應動態(tài)市場需求及產(chǎn)品迅速更新的主要手段，是各國制造業(yè)發(fā)展的主流趨勢，是*制造領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)。其重點是以提高系統(tǒng)的可靠性、實用化為前提，以易于聯(lián)網(wǎng)和集成為目標；注重加強單元技術(shù)的開拓、完善；CNC單機向高精度、高速度和高柔性方向發(fā)展；數(shù)控機床及其構(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)向開放、集成和智能化方向發(fā)展。智能化是21世紀制造技術(shù)發(fā)展的一個大方向。智能加工是一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制、數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和理論的加工，它是要在加工過程中模擬人類專家的智能活動，以解決加工過程許多不確定性的、要由人工干預才能解決的問題。智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量的智能化，如自適應控制，工藝參數(shù)自動生成；為提高驅(qū)動性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機參數(shù)的自適應運算、自動識別負載自動選定模型、自整定等；簡化編程、簡化操作的智能化，如智能化的自動編程，智能化的人機界面等；智能診斷、智能監(jiān)控，方便系統(tǒng)的診斷及維修等。世界上正在進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)控裝置研究會針對鉆削的智能加工方案具有代表性。
7、綠色化21世紀的金切機床必須把環(huán)保和節(jié)能放在重要位置，即要實現(xiàn)切削加工工藝的綠色化。目前這一綠色加工工藝主要集中在不使用切削液上，這主要是因為切削液既污染環(huán)境和危害工人健康，又增加資源和能源的消耗。干切削一般是在大氣氛圍中進行，但也包括在特殊氣體氛圍中（氮氣中、冷風中或采用干式靜電冷卻技術(shù)）不使用切削液進行的切削。不過，對于某些加工方式和工件組合，*不使用切削液的干切削目前尚難與實際應用，故又出現(xiàn)了使用極微量潤滑（MQL）的準干切削。對于面向多種加工方法/工件組合的加工中心之類的機床來說，主要是采用準干切削，通常是讓極微量的切削油與壓縮空氣的混合物經(jīng)由機床主軸與工具內(nèi)的中空通道噴向切削區(qū)。在各類金切機床中，采用干切削zui多的是滾齒機。
8、體系開放化向未來技術(shù)開放：由于軟硬件接口都遵循*的標準協(xié)議，只需少量的重新設(shè)計和調(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)的開發(fā)費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生命周期；
向用戶特殊要求開放：更新產(chǎn)品、擴充功能、提供硬軟件產(chǎn)品的各種組合以滿足特殊應用要求；數(shù)控標準的建立：上正在研究和制定一種新的CNC系統(tǒng)標準ISO14649（STEP-NC）以提供一種不依賴于具體系統(tǒng)的中性機制，能夠描述產(chǎn)品整個生命，周期內(nèi)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，從而實現(xiàn)整個制造過程乃至各個工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品信息的標準化。標準化的編程語言，既方便用戶使用，又降低了和操作效率直接有關(guān)的勞動消耗。
9、化（大型化和微型化）國防、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)控機床的支撐。而超精密加工技術(shù)和微納米技術(shù)是21世紀的戰(zhàn)略技術(shù)，需發(fā)展能適應微小型尺寸和微納米加工精度的新型制造工藝和裝備，所以微型機床包括微切削加工（車、銑、磨）機床、微電加工機床、微激光加工機床和微型壓力機等的需求量正在逐漸增大。