【文章內(nèi)容簡介】 ，加工質(zhì)量穩(wěn)定。 （ 3）生產(chǎn)效率高。零件加工所需的時(shí)間主要包括機(jī)動(dòng)時(shí)間和輔助時(shí)間兩部分。數(shù)控 銑床 主軸的轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量的變化范圍比普通 銑床 大，因此數(shù)控 銑床 每一道工序都可選用最有利的切削用量。由于數(shù)控 銑床 結(jié)構(gòu)剛性好，因此允許進(jìn)行大切削用量的強(qiáng)力切削，這就提高了數(shù)控 銑床 的切削效率，節(jié)省了機(jī)動(dòng)時(shí)間。數(shù)控銑床 的移動(dòng)部件空行程運(yùn)動(dòng)速度快，工件裝夾時(shí)間短，刀具可自動(dòng)更換，輔助時(shí)間比一般 銑床 大為減少。 數(shù)控 銑床 更換被加工零件時(shí)幾乎不需要重新調(diào)整 銑床 ，節(jié)省了零件安裝調(diào)整時(shí)間。數(shù)控 銑床 加工質(zhì)量穩(wěn)定，一般只作 首件檢驗(yàn)和工序間關(guān)鍵尺寸的抽樣檢驗(yàn)， 6 因此節(jié)省了停機(jī)檢驗(yàn)時(shí)間。在加工中心 銑床 上加工時(shí)，一臺 銑床 實(shí)現(xiàn)了多道工序的連續(xù)加工，生產(chǎn)效率的提高更為顯著。 （ 4）能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)。普通 銑床 難以實(shí)現(xiàn)或無法實(shí)現(xiàn)軌跡為三次以上的曲線或曲面的運(yùn)動(dòng)，如螺旋槳、汽輪機(jī)葉片之類的空間曲面；而數(shù)控 銑床 則可實(shí)現(xiàn)幾乎是任意軌跡的運(yùn)動(dòng)和加工任何形狀的空間曲面，適應(yīng)于復(fù)雜異形零件的加工。 （ 5）良好的經(jīng)濟(jì)效益。數(shù)控 銑床 雖然設(shè)備昂貴，加工時(shí)分?jǐn)偟矫總€(gè)零件上的設(shè)備折舊費(fèi)較高。但在單件、小批量生產(chǎn)的情況下，使用數(shù)控 銑床 加工可節(jié)省劃線工時(shí)，減少調(diào)整、 加工和檢驗(yàn)時(shí)間，節(jié)省直接生產(chǎn)費(fèi)用。數(shù)控 銑床 加工零件一般不需制作專用夾具，節(jié)省了工藝裝備費(fèi)用。數(shù)控 銑床 加工精度穩(wěn)定，減少了廢品率，使生產(chǎn)成本進(jìn)一步下降。此外，數(shù)控 銑床 可實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，節(jié)省廠房面積和建廠投資。因此使用數(shù)控 銑床 可獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。 （ 6）有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化。數(shù)控 銑床 使用數(shù)字信息與標(biāo)準(zhǔn)代碼處理、傳遞信息，特別是在數(shù)控 銑床 上使用計(jì)算機(jī)控制，為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、制造以及管理一體化奠定了基礎(chǔ)。 [3] 數(shù)控銑床的發(fā)展趨勢 從 20 世紀(jì)中葉數(shù)控技術(shù)出現(xiàn)以來，數(shù)控 銑床 給機(jī)械制造業(yè)帶來了革命性的變化。數(shù)控 加工具有如下特點(diǎn)：加工柔性好，加工精度高，生產(chǎn)率高，減輕操作者勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件，有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化以及經(jīng)濟(jì)效益的提高。數(shù)控 銑床 是一種高度機(jī)電一體化的產(chǎn)品，適用于加工多品種小批量零件、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、精度要求較高的零件、需要頻繁改型的零件、價(jià)格昂貴不允許報(bào)廢的關(guān)鍵零件、要求精密復(fù)制的零件、需要縮短生產(chǎn)周期的急需零件以及要求 100%檢驗(yàn)的零件。數(shù)控 銑床的出現(xiàn) 使其成為國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)發(fā)展的重要裝備。 進(jìn)入 21 世紀(jì)，我國經(jīng)濟(jì)與國際全面接軌，進(jìn)入了一個(gè)蓬勃發(fā)展的新時(shí)期。銑床 制造業(yè)既面臨著機(jī)械制造業(yè)需求水平提升 而引發(fā)的制造裝備發(fā)展的良機(jī)，也遭遇到加入世界貿(mào)易組織后激烈的國際市場競爭的壓力，加速推進(jìn)數(shù)控 銑床 的發(fā)展是解決 銑床 制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵。隨著制造業(yè)對數(shù)控 銑床 的大量需求以及計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的飛速進(jìn)步，數(shù)控 銑床 的應(yīng)用范圍還在不斷擴(kuò)大，并且不斷發(fā)展以更適應(yīng)生產(chǎn)加工的需要。 (1)高速化 隨著汽車、國防、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，對數(shù)控 銑床 加工的高速化要求越來越高。 1)主軸轉(zhuǎn)速： 銑床 采用電主軸（內(nèi)裝式主軸電機(jī)），主軸最高轉(zhuǎn)速達(dá)202000r/min； 2)進(jìn)給率：在分辨率為 m 時(shí)，最大進(jìn)給率達(dá)到 240m/min 且可獲得復(fù) 7 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 m、 m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) 。德國 Chiron 公司將刀庫設(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 。 (2)高精度化 數(shù)控 銑床 精度的要求現(xiàn)在已經(jīng)不局限于靜態(tài)的幾何精度， 銑床 的運(yùn)動(dòng)精度、熱變形以及對振動(dòng)的監(jiān)測和補(bǔ)償越來越獲得重視。 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裝置，提高位置檢測精度（日本已開發(fā)裝有 106 脈沖 /轉(zhuǎn)的內(nèi)藏位置檢測器的交流伺服電機(jī)，其位置檢測精度可達(dá)到 m/脈沖），位置伺服系統(tǒng)采用前饋控制與非線性控制等方法； 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 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，并通過仿真預(yù)測 銑床 的加工精度，以保證 銑床 的定位精度和重復(fù)定位精度，使其性能長期穩(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。 (3)功能復(fù)合化 復(fù)合 銑床 的含義是指在一臺 銑床 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。工藝復(fù)合型 銑床 如鏜銑鉆復(fù)合 —— 加工中心、車銑復(fù)合 —— 車削中心、銑 鏜鉆車復(fù)合 —— 復(fù)合加工中心等；工序復(fù)合型 銑床 如多面多軸聯(lián)動(dòng)加工的復(fù)合 銑床 和雙主軸車削中心等。采用復(fù)合 銑床 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反應(yīng)能力，相對于傳統(tǒng)的工序分散的生產(chǎn)方法具有明顯的優(yōu)勢。 加工過程的復(fù)合化也導(dǎo)致了 銑床 向模塊化、多軸化發(fā)展。德國 Index 公司最新推出的車削加工中心是模塊化結(jié)構(gòu)，該加工中心能夠完成車削、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 銑床 越來越受到各大企業(yè)的歡迎。 在 2020 年中國國際 銑床 展覽會（ CIMT2020）上，國內(nèi)外制造商展出了形式 8 各異的多軸加工 銑床 （包括雙主軸、雙刀架、 9 軸控制等）以及可實(shí)現(xiàn) 4～ 5 軸聯(lián)動(dòng)的五軸高速門式加工中心、五軸聯(lián)動(dòng)高速銑削中心等。 (4)控制智能化 隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，為了滿足制造業(yè)生產(chǎn)柔性化、制造自動(dòng)化的發(fā)展需求，數(shù)控 銑床 的智能化程度在不斷提高。具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 1)加工過程自適應(yīng)控制技術(shù)：通過監(jiān)測加工過程中的切削力、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)行識別，以辯識出刀具的受力、磨損、破損狀態(tài)及 銑床 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； 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，對數(shù)控 銑床 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)識別電機(jī)及負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，并自動(dòng)對控制系統(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)：在制造過程中，加工、檢測 一體化是實(shí)現(xiàn)快速制造、快速檢測和快速響應(yīng)的有效途徑，將測量（ 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)測量、建模、加工、裝夾、操作的一體化。 (5)體系開放化 1)向未來技術(shù)開放：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生命周期； 2)向用戶特殊要求開放：更新產(chǎn)品、擴(kuò)充功能、提供硬軟件產(chǎn)品的各種組合以滿足特殊應(yīng)用要求； 3)數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)的建立：國際上正在研究和制定一種新的 CNC 系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn) 9 ISO14649（ STEPNC），以提供一種不依賴于具體系統(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(dòng)消耗。 (6)驅(qū)動(dòng)并聯(lián)化 并聯(lián)運(yùn)動(dòng) 銑床 克服了傳統(tǒng) 銑床 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 銑床 主軸（一般為動(dòng)平臺）與機(jī)座（一般為靜平臺）之間采用多桿并聯(lián)聯(lián)接機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，通過控制桿系中桿的長度使桿系支撐的平臺獲得相應(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、裝配和測量多種功能，更能滿足復(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)。 并聯(lián) 銑床 作為一種新型的加工設(shè)備，已成為當(dāng)前 銑床 技術(shù)的一個(gè)重要研究方向，受到了國際 銑床 行業(yè)的高度重視，被認(rèn)為是“自發(fā)明數(shù)控技術(shù)以來在 銑床 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”。 (7)極端 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 銑床 的支撐。而超精密加工技術(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 銑床 包括微切削加工 (車、銑、磨 )銑床 、微電加工 銑床 、微激光加工 銑床 和微型壓力機(jī)等的需求量正在逐漸增大。 (9)信息交互網(wǎng)絡(luò)化 對于面臨激烈競爭的企業(yè)來說，使數(shù)控 銑床 具有雙向、高速的聯(lián)網(wǎng)通訊功能，以保證信息流在車間各個(gè)部門間暢通無阻是非常重要的。既可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享，又能實(shí)現(xiàn)數(shù)控 銑 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 銑床 故障的遠(yuǎn)程診斷、維護(hù)等 )。例如，日本 Mazak 公司推出新一代的加工中心配備了一個(gè)稱為信息塔 (eTower)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)語音、圖形、視像和文本的通信故障報(bào)警顯示、在線幫助排除故障等功能，是獨(dú)立的、自主管理的制造單元。 (10)新型功能部件 為了提高數(shù)控 銑床 各方面的性能，具有高精度和高可靠性的新型功能部件的應(yīng)用成為必然。具有代表性的新型功能部件包括： 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、可無級調(diào)速等一系列優(yōu)點(diǎn)，在各種新型數(shù)控 銑床 中已經(jīng)獲得廣泛的應(yīng)用； 直線電動(dòng)機(jī)：近年來，直線電動(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， 10 機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)得到簡化， 銑床 的動(dòng)態(tài)性能有了提高。如：西門子公司生產(chǎn)的 1FN1系列三相交流永磁式同步直線電動(dòng)機(jī)已開始廣泛應(yīng)用于高速銑床、加工中心、磨床、并聯(lián) 銑床 以及動(dòng)態(tài)性能和運(yùn)動(dòng)精度要求高的 銑床 等；德國 EXCELLO 公司的 XHC 臥式加工中心三向驅(qū)動(dòng)均采用兩個(gè)直線電動(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，可以大大簡化數(shù)控 銑床 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)。 (11)高可靠性 數(shù)控 銑床 與傳統(tǒng) 銑床 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)和干擾對數(shù)控 銑床 的可靠性極為不利，而數(shù)控 銑床 加工的零件型面較為復(fù)雜，加工周期長，要求平均無故障時(shí)間在 2 萬小時(shí)以上。為了保證數(shù)控 銑床 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)以及通過維修分析故障模式并找出薄弱環(huán)節(jié)。國外數(shù)控系統(tǒng)平 均無故障時(shí)間在 7～ 10 萬小時(shí)以上，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)平均無故障時(shí)間僅為 10000 小時(shí)左右，國外整機(jī)平均無故障工作時(shí)間達(dá)800 小時(shí)以上，而國內(nèi)最高只有 300 小時(shí)。 (12)加工過程綠色化 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越重要，而中國的資源、環(huán)境問題尤為突出。因此，近年來不用或少用冷卻液、實(shí)現(xiàn)干切削、半干切削節(jié)能環(huán)保的 銑床 不斷出現(xiàn)，并在不斷發(fā)展當(dāng)中。在 21 世紀(jì)，綠色制造的大趨勢將使各種節(jié)能環(huán)保 銑床 加速發(fā)展，占領(lǐng)更多的世界市場。 [4] 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展 1946 年誕生了世界上第一臺電子計(jì)算機(jī)，這 表明人類創(chuàng)造了可增強(qiáng)和部分代替腦力勞動(dòng)的工具。六年后，即在 1952 年，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了 銑床 上。在美國誕生了第一臺數(shù)控 銑床 。從此，傳統(tǒng) 銑床 產(chǎn)生了質(zhì)的變化。近半個(gè)世紀(jì)以來，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個(gè)階段和六代的發(fā)展。 (1)數(shù)控 (NC)階段 (19521970 年 )早期計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度低，這對當(dāng)時(shí)的科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理影響還不大，但不能適應(yīng) 銑床 實(shí)時(shí)控