【文章內容簡介】 ，加工質量穩(wěn)定。 （ 3）生產效率高。零件加工所需的時間主要包括機動時間和輔助時間兩部分。數控 銑床 主軸的轉速和進給量的變化范圍比普通 銑床 大，因此數控 銑床 每一道工序都可選用最有利的切削用量。由于數控 銑床 結構剛性好，因此允許進行大切削用量的強力切削，這就提高了數控 銑床 的切削效率，節(jié)省了機動時間。數控銑床 的移動部件空行程運動速度快，工件裝夾時間短，刀具可自動更換，輔助時間比一般 銑床 大為減少。 數控 銑床 更換被加工零件時幾乎不需要重新調整 銑床 ，節(jié)省了零件安裝調整時間。數控 銑床 加工質量穩(wěn)定，一般只作 首件檢驗和工序間關鍵尺寸的抽樣檢驗， 6 因此節(jié)省了停機檢驗時間。在加工中心 銑床 上加工時，一臺 銑床 實現(xiàn)了多道工序的連續(xù)加工，生產效率的提高更為顯著。 （ 4）能實現(xiàn)復雜的運動。普通 銑床 難以實現(xiàn)或無法實現(xiàn)軌跡為三次以上的曲線或曲面的運動，如螺旋槳、汽輪機葉片之類的空間曲面；而數控 銑床 則可實現(xiàn)幾乎是任意軌跡的運動和加工任何形狀的空間曲面，適應于復雜異形零件的加工。 （ 5）良好的經濟效益。數控 銑床 雖然設備昂貴，加工時分攤到每個零件上的設備折舊費較高。但在單件、小批量生產的情況下，使用數控 銑床 加工可節(jié)省劃線工時，減少調整、 加工和檢驗時間，節(jié)省直接生產費用。數控 銑床 加工零件一般不需制作專用夾具，節(jié)省了工藝裝備費用。數控 銑床 加工精度穩(wěn)定，減少了廢品率，使生產成本進一步下降。此外，數控 銑床 可實現(xiàn)一機多用，節(jié)省廠房面積和建廠投資。因此使用數控 銑床 可獲得良好的經濟效益。 （ 6）有利于生產管理的現(xiàn)代化。數控 銑床 使用數字信息與標準代碼處理、傳遞信息，特別是在數控 銑床 上使用計算機控制，為計算機輔助設計、制造以及管理一體化奠定了基礎。 [3] 數控銑床的發(fā)展趨勢 從 20 世紀中葉數控技術出現(xiàn)以來，數控 銑床 給機械制造業(yè)帶來了革命性的變化。數控 加工具有如下特點：加工柔性好，加工精度高，生產率高，減輕操作者勞動強度、改善勞動條件，有利于生產管理的現(xiàn)代化以及經濟效益的提高。數控 銑床 是一種高度機電一體化的產品，適用于加工多品種小批量零件、結構較復雜、精度要求較高的零件、需要頻繁改型的零件、價格昂貴不允許報廢的關鍵零件、要求精密復制的零件、需要縮短生產周期的急需零件以及要求 100%檢驗的零件。數控 銑床的出現(xiàn) 使其成為國民經濟和國防建設發(fā)展的重要裝備。 進入 21 世紀，我國經濟與國際全面接軌，進入了一個蓬勃發(fā)展的新時期。銑床 制造業(yè)既面臨著機械制造業(yè)需求水平提升 而引發(fā)的制造裝備發(fā)展的良機，也遭遇到加入世界貿易組織后激烈的國際市場競爭的壓力，加速推進數控 銑床 的發(fā)展是解決 銑床 制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個關鍵。隨著制造業(yè)對數控 銑床 的大量需求以及計算機技術和現(xiàn)代設計技術的飛速進步，數控 銑床 的應用范圍還在不斷擴大，并且不斷發(fā)展以更適應生產加工的需要。 (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用，對數控 銑床 加工的高速化要求越來越高。 1)主軸轉速： 銑床 采用電主軸（內裝式主軸電機），主軸最高轉速達202000r/min； 2)進給率：在分辨率為 m 時，最大進給率達到 240m/min 且可獲得復 7 雜型面的精確加工； 3)運算速度：微處理器的迅速發(fā)展為數控系統(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 位的數控系統(tǒng)，頻率提高到幾百兆赫、上千兆赫。由于運算速度的極大提高，使得當分辨率為 m、 m時仍能獲得高達 24～ 240m/min 的進給速度； 4)換刀速度：目前國外先進加工中心的刀具交換時間普遍已在 1s 左右，高的已達 。德國 Chiron 公司將刀庫設計成籃子樣式，以主軸為軸心，刀具在圓周布置，其刀到刀的換刀時間 僅 。 (2)高精度化 數控 銑床 精度的要求現(xiàn)在已經不局限于靜態(tài)的幾何精度， 銑床 的運動精度、熱變形以及對振動的監(jiān)測和補償越來越獲得重視。 1)提高 CNC 系統(tǒng)控制精度：采用高速插補技術，以微小程序段實現(xiàn)連續(xù)進給，使 CNC 控制單位精細化，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 /轉的內藏位置檢測器的交流伺服電機，其位置檢測精度可達到 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)采用誤差補償技術：采用反向間隙補償、絲桿螺距誤差補償和刀具誤差補償等技術，對 設備的熱變形誤差和空間誤差進行綜合補償。研究結果表明，綜合誤差補償技術的應用可將加工誤差減少 60%～ 80%； 3)采用網格解碼器檢查和提高加工中心的運動軌跡精度，并通過仿真預測 銑床 的加工精度，以保證 銑床 的定位精度和重復定位精度，使其性能長期穩(wěn)定，能夠在不同運行條件下完成多種加工任務，并保證零件的加工質量。 (3)功能復合化 復合 銑床 的含義是指在一臺 銑床 上實現(xiàn)或盡可能完成從毛坯至成品的多種要素加工。根據其結構特點可分為工藝復合型和工序復合型兩類。工藝復合型 銑床 如鏜銑鉆復合 —— 加工中心、車銑復合 —— 車削中心、銑 鏜鉆車復合 —— 復合加工中心等；工序復合型 銑床 如多面多軸聯(lián)動加工的復合 銑床 和雙主軸車削中心等。采用復合 銑床 進行加工，減少了工件裝卸、更換和調整刀具的輔助時間以及中間過程中產生的誤差，提高了零件加工精度，縮短了產品制造周期，提高了生產效率和制造商的市場反應能力，相對于傳統(tǒng)的工序分散的生產方法具有明顯的優(yōu)勢。 加工過程的復合化也導致了 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構，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，可完成復雜零件的全部加工。隨著現(xiàn) 代機械加工要求的不斷提高，大量的多軸聯(lián)動數控 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）以及可實現(xiàn) 4～ 5 軸聯(lián)動的五軸高速門式加工中心、五軸聯(lián)動高速銑削中心等。 (4)控制智能化 隨著人工智能技術的發(fā)展，為了滿足制造業(yè)生產柔性化、制造自動化的發(fā)展需求，數控 銑床 的智能化程度在不斷提高。具體體現(xiàn)在以下幾個方面： 1)加工過程自適應控制技術：通過監(jiān)測加工過程中的切削力、主軸和進給電機的功率、電流、電壓 等信息，利用傳統(tǒng)的或現(xiàn)代的算法進行識別，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)，并根據這些狀態(tài)實時調整加工參數（主軸轉速、進給速度）和加工指令，使設備處于最佳運行狀態(tài)，以提高加工精度、降低加工表面粗糙度并提高設備運行的安全性； 2)加工參數的智能優(yōu)化與選擇：將工藝專家或技師的經驗、零件加工的一般與特殊規(guī)律，用現(xiàn)代智能方法，構造基于專家系統(tǒng)或基于模型的“加工參數的智能優(yōu)化與選擇器”，利用它獲得優(yōu)化的加工參數，從而達到提高編程效率和加工工藝水平、縮短生產準備時間的目的； 3)智能故障自診斷與自 修復技術：根據已有的故障信息，應用現(xiàn)代智能方法實現(xiàn)故障的快速準確定位； 4)智能故障回放和故障仿真技術：能夠完整記錄系統(tǒng)的各種信息，對數控 銑床 發(fā)生的各種錯誤和事故進行回放和仿真，用以確定錯誤引起的原因，找出解決問題的辦法，積累生產經驗； 5)智能化交流伺服驅動裝置：能自動識別負載，并自動調整參數的智能化伺服系統(tǒng)，包括智能主軸交流驅動裝置和智能化進給伺服裝置。這種驅動裝置能自動識別電機及負載的轉動慣量，并自動對控制系統(tǒng)參數進行優(yōu)化和調整，使驅動系統(tǒng)獲得最佳運行； 6）智能 4M 數控系統(tǒng)：在制造過程中，加工、檢測 一體化是實現(xiàn)快速制造、快速檢測和快速響應的有效途徑，將測量（ Measurement）、建模（ Modelling）、加工（ Manufacturing）、機器操作（ Manipulator）四者（即 4M）融合在一個系統(tǒng)中，實現(xiàn)信息共享，促進測量、建模、加工、裝夾、操作的一體化。 (5)體系開放化 1)向未來技術開放：由于軟硬件接口都遵循公認的標準協(xié)議，只需少量的重新設計和調整，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； 2)向用戶特殊要求開放：更新產品、擴充功能、提供硬軟件產品的各種組合以滿足特殊應用要求； 3)數控標準的建立：國際上正在研究和制定一種新的 CNC 系統(tǒng)標準 9 ISO14649（ STEPNC），以提供一種不依賴于具體系統(tǒng)的中性機制，能夠描述產品整個生命周期內的統(tǒng)一數據模型，從而實現(xiàn)整個制造過程乃至各個工業(yè)領域產品信息的標準化。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的勞動消耗。 (6)驅動并聯(lián)化 并聯(lián)運動 銑床 克服了傳統(tǒng) 銑床 串聯(lián)機構移動部件質量大、系統(tǒng)剛度低、刀具只能沿固定導軌進給、作業(yè)自由度 偏低、設備加工靈活性和機動性不夠等固有缺陷，在 銑床 主軸（一般為動平臺）與機座（一般為靜平臺）之間采用多桿并聯(lián)聯(lián)接機構驅動，通過控制桿系中桿的長度使桿系支撐的平臺獲得相應自由度的運動，可實現(xiàn)多坐標聯(lián)動數控加工、裝配和測量多種功能，更能滿足復雜特種零件的加工，具有現(xiàn)代機器人的模塊化程度高、重量輕和速度快等優(yōu)點。 并聯(lián) 銑床 作為一種新型的加工設備，已成為當前 銑床 技術的一個重要研究方向，受到了國際 銑床 行業(yè)的高度重視，被認為是“自發(fā)明數控技術以來在 銑床 行業(yè)中最有意義的進步”和“ 21 世紀新一代數控加工設備”。 (7)極端 化 (大型化和微型化 ) 國防、航空、航天事業(yè)的發(fā)展和能源等基礎產業(yè)裝備的大型化需要大型且性能良好的數控 銑床 的支撐。而超精密加工技術和微納米技術是 21 世紀的戰(zhàn)略技術，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 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 和微型壓力機等的需求量正在逐漸增大。 (9)信息交互網絡化 對于面臨激烈競爭的企業(yè)來說，使數控 銑床 具有雙向、高速的聯(lián)網通訊功能，以保證信息流在車間各個部門間暢通無阻是非常重要的。既可以實現(xiàn)網絡資源共享，又能實現(xiàn)數控 銑 床 的遠程監(jiān)視、控制、培訓、教學、管理，還可實現(xiàn)數控裝備的數字化服務 (數控 銑床 故障的遠程診斷、維護等 )。例如，日本 Mazak 公司推出新一代的加工中心配備了一個稱為信息塔 (eTower)的外部設備，包括計算機、手機、機外和機內攝像頭等，能夠實現(xiàn)語音、圖形、視像和文本的通信故障報警顯示、在線幫助排除故障等功能，是獨立的、自主管理的制造單元。 (10)新型功能部件 為了提高數控 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機與主 軸部件的集成，具有體積小、轉速高、可無級調速等一系列優(yōu)點，在各種新型數控 銑床 中已經獲得廣泛的應用； 直線電動機：近年來，直線電動機的應用日益廣泛，雖然其價格高于傳統(tǒng)的伺服系統(tǒng)，但由于負載變化擾動、熱變形補償、隔磁和防護等關鍵技術的應用， 10 機械傳動結構得到簡化， 銑床 的動態(tài)性能有了提高。如：西門子公司生產的 1FN1系列三相交流永磁式同步直線電動機已開始廣泛應用于高速銑床、加工中心、磨床、并聯(lián) 銑床 以及動態(tài)性能和運動精度要求高的 銑床 等；德國 EXCELLO 公司的 XHC 臥式加工中心三向驅動均采用兩個直線電動機； 電滾 珠絲桿：電滾珠絲桿是伺服電動機與滾珠絲桿的集成，可以大大簡化數控 銑床 的結構，具有傳動環(huán)節(jié)少、結構緊湊等一系列優(yōu)點。 (11)高可靠性 數控 銑床 與傳統(tǒng) 銑床 相比，增加了數控系統(tǒng)和相應的監(jiān)控裝置等，應用了大量的電氣、液壓和機電裝置，易于導致出現(xiàn)失效的概率增大；工業(yè)電網電壓的波動和干擾對數控 銑床 的可靠性極為不利，而數控 銑床 加工的零件型面較為復雜，加工周期長，要求平均無故障時間在 2 萬小時以上。為了保證數控 銑床 有高的可靠性，就要精心設計系統(tǒng)、嚴格制造和明確可靠性目標以及通過維修分析故障模式并找出薄弱環(huán)節(jié)。國外數控系統(tǒng)平 均無故障時間在 7～ 10 萬小時以上，國產數控系統(tǒng)平均無故障時間僅為 10000 小時左右，國外整機平均無故障工作時間達800 小時以上，而國內最高只有 300 小時。 (12)加工過程綠色化 隨著日趨嚴格的環(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)展當中。在 21 世紀，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，占領更多的世界市場。 [4] 數控系統(tǒng)的發(fā)展 1946 年誕生了世界上第一臺電子計算機，這 表明人類創(chuàng)造了可增強和部分代替腦力勞動的工具。六年后，即在 1952 年，計算機技術應用到了 銑床 上。在美國誕生了第一臺數控 銑床 。從此，傳統(tǒng) 銑床 產生了質的變化。近半個世紀以來，數控系統(tǒng)經歷了兩個階段和六代的發(fā)展。 (1)數控 (NC)階段 (19521970 年 )早期計算機運算速度低，這對當時的科學計算和數據處理影響還不大，但不能適應 銑床 實時控