【文章內容簡介】 源裝備的大型化及航空航天事業(yè)等的發(fā)展，需要重型立式臥式加工中心和銑車中心。超精密加工技術和微納米技術是 21 世紀的戰(zhàn)略高技術，正在形成一個產業(yè)。需發(fā)展能適應微小型尺寸結構和微納米加工精度的新型制造工藝和裝備。航空航天、IT 和國防高新技術的需求推進了超精加工技術及設備的發(fā)展。上世紀 60 年代，美國開發(fā)出第一臺商品化超精密機床，其加工尺寸精度為177。；70 年代英國克蘭菲爾德精密工程研究所批量生產的超精密車床加工的面形精度優(yōu)于 ；80 年代美國 LLL 實驗室和 Y12 工廠合作生產的大型超精密金剛石車床的加工平面形度達 ，最大加工直徑為 2100mm。加12 / 31工技術總的發(fā)展趨勢是：加工精度不斷提高，加工尺寸不斷增加，加工方法多樣化。由于晶片和光學鏡片等硬脆材料加工的需要，超精密磨削和研拋以及非機械能的特種加工方法使加工精度可優(yōu)于 。 信息交互網絡化數(shù)控系統(tǒng)的網絡化，主要指數(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絡連接和網絡控制。數(shù)控系統(tǒng)一般首先面向生產現(xiàn)場和企業(yè)內部的局域網，然后再經由因特網通向企業(yè)外部，這就是所謂 Inter/ Intra 技術。網絡化是 21 世紀數(shù)控機床的必備之一，這種功能將極大地滿足生產線、制造系統(tǒng)和制造企業(yè)對信息集成的需求，使得企業(yè)和企業(yè)之間也可以進行跨地域的協(xié)同設計、協(xié)同制造、信息共享、遠程監(jiān)控及遠程服務，并且極大地便利企業(yè)的供銷和售后服務。隨著網絡技術的成熟和發(fā)展，最近業(yè)界又提出了數(shù)字制造的概念。數(shù)字制造，又稱“e 一制造”，是機械制造企業(yè)現(xiàn)代化的標志之一，也是國際先進機床制造商當今標準配置的供貨方式。隨著信息化技術的大量采用，越來越多的國內用戶在進口數(shù)控機床時要求具有遠程通訊服務等功能。高速、高效的網絡信息傳輸，可以實現(xiàn)數(shù)控機床狀態(tài)的遠程診斷。管理人員可以隨時了解由數(shù)控機床組成的生成系統(tǒng)中任何一臺數(shù)控機床的狀態(tài)，掌握生成過程的實際進度。通過網絡傳送的生產過程信息構成了柔性自動化生產的基礎。柔性自動化技術是先進制造領域的基礎技術，目前世界各國都在積極進行這方面的研究，以期提高由數(shù)控機床組成的柔性自動化系統(tǒng)的可靠性及實用化程度，并以聯(lián)網和集成作為主要研究目標。對于面臨激烈競爭的企業(yè)來說，使數(shù)控機床具有雙向、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(shù)控機床的遠程監(jiān)視、控制、培訓、教學、管理，還可實現(xiàn)數(shù)控裝備的數(shù)字化服務(數(shù)控機床故障的遠程診斷、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。數(shù)控系統(tǒng)的網絡化進一步促進了柔性自動化制造技術的發(fā)展，現(xiàn)代柔性制造系統(tǒng)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}13 / 31FML)向面(工段車間獨立制造島、FA)、體(CIMS、分布式網絡集成制造系統(tǒng))的方向發(fā)展。柔性自動化技術以易于聯(lián)網和集成為目標，同時注重加強單元技術的開拓、完善，數(shù)控機床及其構成柔性制造系統(tǒng)能方便地與 CAD, CAM. CAPP. MTS 聯(lián)結，向信息集成方向發(fā)展，網絡系統(tǒng)向開放、集成和智能化方向發(fā)展。 功能部件為了提高數(shù)控機床各方面的性能，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：（1） 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(shù)控機床中已經獲得廣泛的應用；（2） 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，機械傳動結構得到簡化，機床的動態(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)機床以及動態(tài)性能和運動精度要求高的機床等；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；（3） 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(shù)控機床的結構，具有傳動環(huán)節(jié)少、結構緊湊等一系列優(yōu)點。 高可靠性數(shù)控機床的價格較高，企業(yè)為縮短投資的回收周期，通常采用每天 2 班 16小時工作制。數(shù)控機床能否發(fā)揮高性能、高精度、高效率的特點，使企業(yè)獲得良好的經濟效益，關鍵取決于其可靠性。 衡量數(shù)控機床的可靠性的重要指標是數(shù)控機床的平均無故障工作時間﹙小時﹚。數(shù)控機床由數(shù)控系統(tǒng)、強電控制系統(tǒng)和液壓傳動等組合而成，其可靠性指標要低于其中任何一個單個系統(tǒng)的可靠性指標，統(tǒng)計結果顯示數(shù)控機床的平均無故障工作時間通常比數(shù)控系統(tǒng)要低一個數(shù)量級。因此，提高數(shù)控機床的可靠性，關鍵在于提高組成數(shù)控機床的各個系統(tǒng)的可靠性，特別是數(shù)控系統(tǒng)的可靠性。數(shù)控機床與傳統(tǒng)機床相比，增加了數(shù)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14 / 31的波動和干擾對數(shù)控機床的可靠性極為不利，而數(shù)控機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(shù)控機床有高的可靠性，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(shù)控系統(tǒng)平均無故障時間在 7～10 萬小時以上，國產數(shù)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。數(shù)控系統(tǒng)的可靠性近年來由了長足的發(fā)展，在 20 世紀 70 年代平均無故障工作時間大于 3000 小時，80 年代大于 10000 小時，90 年代已經提高到 30000小時以上，并且有繼續(xù)提高的趨勢，有資料顯示 FANUC 數(shù)控系統(tǒng)的可靠性指標已經達到 125 個月。 多媒體技術的應用多媒體技術集計算機、聲像和通信技術于一體，使計算機具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力，因此也對用戶界面提出了圖形化的要求。合理的人性化的用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶的使用，人們可以通過窗口和菜單進行操作，便于藍圖編程和快速編程、三維彩色立體動態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動態(tài)跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實現(xiàn)。除此以外，在數(shù)控技術領域應用多媒體技術可以做到信息處理綜合化、智能化，應用于實時監(jiān)控系統(tǒng)和生產現(xiàn)場設備的故障診斷、生產過程參數(shù)監(jiān)測等，因此有著重大的應用價值。數(shù)控化改造的必要性。15 / 31第 3 章 我國數(shù)控機床發(fā)展現(xiàn)狀及思考當今世界，工業(yè)發(fā)達國家對機床工業(yè)高度重視，競相發(fā)展機電一體化、高精、高效、高自動化先進機床，以加速工業(yè)和國民經濟的發(fā)展。長期以來，歐、美、亞在國際市場上相互展開激烈競爭，已形成一條無形戰(zhàn)線，特別是隨微電子、計算機技術的進步，數(shù)控機床在 20 世紀 80 年代以後加速發(fā)展，各方用戶提出更多需求，早已成為四大國際機床展上各國機床制造商競相展示先進技術、爭奪用戶、擴大市場的焦點。中國加入 WTO 后，正式參與世界市場激烈競爭，今後如何加強機床工業(yè)實力、加速數(shù)控機床產業(yè)發(fā)展，實是緊迫而又艱巨的任務。我國數(shù)控技術的發(fā)展起步于二十世紀五十年代，通過“六五”期間引進數(shù)控技術，“七五”期間組織消化吸收“科技攻關”，我國數(shù)控技術和數(shù)控產業(yè)取得了相當大的成績。特別是最近幾年，我國數(shù)控產業(yè)發(fā)展迅速，1998～2022年國產數(shù)控機床產量和消費量的年平均增長率分別為 %%。盡管如此，進口機床的發(fā)展勢頭依然強勁，從 2022 年開始，中國連續(xù)三年成為世界機床消費第一大國、機床進口第一大國，2022 年中國機床主機消費高達 億美元，但進出口逆差重，國產機床市場占有率連年下降，1999 年是 %，2022 年僅占 %。 我們應看清形勢，充分認識國產數(shù)控機床的不足，努力發(fā)展先進技術，加16 / 31大技術創(chuàng)新與培訓服務力度，以縮短與發(fā)達國家之間的差距。 國內數(shù)控機床行業(yè)近年取得的成績我國的數(shù)控機床無論從產品種類、技術水平、質量和產量上都取得了很大的發(fā)展，在一些關鍵技術方面也取得了重大突破。據(jù)統(tǒng)計，目前我國可供市場的數(shù)控機床有 1500 種，幾乎覆蓋了整個金屬切削機床的品種類別和主要的鍛壓機械。領域之廣，可與日本、德國、美國并駕齊驅。這標志著國內數(shù)控機床已進入快速發(fā)展的時期。近年來我國機床行業(yè)不斷承擔為國家重點工程和國防軍工建設提供高水平數(shù)控設備的任務。如國產 XNZD2415 型數(shù)控龍門混聯(lián)機床充分吸取并聯(lián)機床的配置靈活與多樣性和傳統(tǒng)機床加工范圍大的優(yōu)點，通過兩自由度平行四邊形并聯(lián)機構形成基礎龍門，在并聯(lián)平臺上附加兩自由度串聯(lián)結構的 A、C 軸擺角銑頭，配以工作臺的縱向移動，可完成五自由度的運動。該構型為國際首創(chuàng)?；?RT一 Linux 開發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)具有的實時性和可靠性，能在同一網絡中與多臺 PLC相連接，可控制機床的五軸聯(lián)動，實現(xiàn)人機對話。該機床的作業(yè)空間，A 軸轉角177。1050,C 軸連續(xù)轉角 0 一 4000，主軸轉速(無級)最高 10000r/min，重復定位精度177。，可實現(xiàn)三維立體曲面如水輪機葉片，導葉的五軸聯(lián)動高速切削加工。超精密球面車床為陀螺儀的加工提供了基礎設備，這類車床也可用于透鏡模具、照相機塑料鏡片、條型碼閱讀設備、激光加工機光路系統(tǒng)用聚焦反射鏡等產品的加工。高速五軸龍門銑床采用銑頭內油霧潤滑冷卻、橫梁預應力反變形控制等技術。這類銑床可用于航空、航天、造船、水泵葉片、高檔模具等的加工。SSCKZ80 一 5 型五軸車銑復合加工中心可滿足航天、航空、船舶及鐵路運輸業(yè)對高精度、高剛度、形狀復雜的大型回轉體零件加工的要求，如飛機發(fā)動機主軸、起落架的加工，船舶發(fā)動機活塞、增壓器蝸桿差速換向器及螺旋葉片的加工等。TW250 型高速、高效車削中心采取雙主軸對置結構，兩個刀架分別位于主軸軸線上下方，控制軸數(shù) 8 個，可實現(xiàn) 4 軸聯(lián)動。裝有 12 位伺服驅動雙向動力刀臺的上下刀架可對任一主軸進行 2 軸或 4 軸加工。該機床采用模塊化設計技術，可根據(jù)用戶的不同要求派生為雙刀架雙主軸、單刀架雙主軸、雙刀架單主17 / 31軸、等車削中心或數(shù)控車床。XKAE2720 型橋式定梁龍門加工中心可滿足航空、航天、軍工、機車車輛、模具、印刷機械等行業(yè)的需求。MJ 一 860DT 型雙刀架四軸對置式數(shù)控車床是一種大規(guī)格、重載荷、高剛度、多軸控制的數(shù)控車床，適合兵器、航天航空制造業(yè)對大型工件(如高強度耐熱鈦鎳合金鋼類零件)進行中低轉速下的強力切削，也適宜冶金、機車、造紙機械等行業(yè)對大型工件特別是長軸類零件進行高效、強力車削時采用。TK68125A 型落地式數(shù)控鏜銑床可廣泛適用于大中型柴油機、工程機械、汽車、船舶、航天航空工業(yè)的大中型復雜結構件加工，特別適用于對具有空間曲面的復雜零件高速、高效加工。TK6913B 型落地式數(shù)控鏜銑床在高剛度方滑枕、數(shù)控可移動主軸組件、數(shù)控回轉工作臺、數(shù)控平旋盤、大型鏈式刀庫、模塊化開發(fā)等方面形成了自己的核心技術。陜西漢江機床有限公司把為數(shù)控機床配套的高精度滾珠絲杠副和滾動直線導軌副作為主攻方向，2022 年共生產滾珠絲杠副 5 萬套，滾動直線導軌副 2 萬套，其中為數(shù)控機床配套的高精度產品占產銷量的 80%以上。煙臺環(huán)球機床附件有限公司利用企業(yè)改制的強勁動力，全面實施產業(yè)化戰(zhàn)略，促進了企業(yè)發(fā)展。2022 年數(shù)控機床功能部件產品銷售收入達 4000 多萬元。與 2022 年相比，數(shù)控刀架產量增長 %，數(shù)控轉臺、數(shù)控分度頭產量增長 %。洛陽軸研科技股份有限公司已開發(fā)生產 8 大類、13 個系列、160 多種電主軸及主軸單元。2022 年實現(xiàn)了用國產驅動裝置配套國產電主軸，高度的國產化降低了產品生產成本，從而提高了主機廠的競爭能力。2022 年底，在越南 Lilim。公司組織的數(shù)控機床國際競標中，武漢重型機床集團擊敗了德國、羅馬尼亞等競爭對手，拿下一臺加工直徑達￠8m 的數(shù)控雙柱重型立車訂單，創(chuàng)我國大規(guī)格