【正文】 用戶現(xiàn)在還心有余悸。 因此，我們在開發(fā)新型數(shù)控系統(tǒng)時，應(yīng)優(yōu)先選用新型高性能CPU（如高主頻的Pentium II、Pentium III等）作為系統(tǒng)的運算和控制核心，并盡量用軟件來實現(xiàn)數(shù)控的所有功能。這樣，可大幅度減小系統(tǒng)硬件的規(guī)模。此外，還應(yīng)在軟件設(shè)計、電源設(shè)計、接插件設(shè)計與選用、接地與屏蔽設(shè)計和施工等方面采用強抗擾高可靠性設(shè)計與制造技術(shù)，從而全面提高系統(tǒng)的可靠性。由于一個新型高性能CPU可以代替數(shù)十個普通CPU（如802880386等），因此，在基于高性能CPU的PC平臺上不僅可以完成數(shù)控系統(tǒng)的基本功能（如信息處理、刀補計算、插補計算、加減速控制等）和開關(guān)量控制功能（內(nèi)裝PLC），而且還可以完成伺服控制功能。這樣，以前由DSP完成的數(shù)字化伺服控制功能（如位置控制、速度控制、矢量變換控制等）均可由PC中的CPU完成，從而實現(xiàn)內(nèi)裝式伺服控制，這不僅有效縮小了數(shù)控部分的硬件規(guī)模，而且還大幅度縮小了伺服控制部分硬件規(guī)模。 這種具有內(nèi)裝PLC和內(nèi)裝伺服控制的全軟件化集成式數(shù)控系統(tǒng)，其硬件規(guī)模將達到最小化，整個數(shù)控系統(tǒng)除一個PC平臺外，剩下的只有驅(qū)動機床運動的功率接口和反饋接口。這既有效提高了系統(tǒng)可靠性，又消除了信息傳遞瓶頸，提高了系統(tǒng)性能，同時還可顯著降低系統(tǒng)成本，使系統(tǒng)（包括電機）售價將可降至現(xiàn)有數(shù)控系統(tǒng)的一半左右。顯然，這種高性能、高可靠性、低成本的新型數(shù)控系統(tǒng)將具有極強的競爭力，有望為開創(chuàng)中國數(shù)控的新局面作出貢獻。此外，集成化PC數(shù)控系統(tǒng)還有一大優(yōu)點，就是容易實現(xiàn)開放式結(jié)構(gòu)。這是因為，這種系統(tǒng)的硬件本身已經(jīng)是完全開放的，構(gòu)成開放式數(shù)控系統(tǒng)的工作完全在軟件上，只要制定好標準和協(xié)議，從信息處理、軌跡插補、加減速控制、開關(guān)量控制到伺服控制都可以實現(xiàn)開放，從而可大大方便用戶的使用?！⊥七M數(shù)控功能部件的專業(yè)化生產(chǎn) 解決數(shù)控系統(tǒng)問題后，如何實現(xiàn)數(shù)控機床的模塊化設(shè)計與制造便是我國機床制造企業(yè)快速響應(yīng)市場需求，在競爭中獲勝的另一關(guān)鍵。要實現(xiàn)數(shù)控機床的模塊化設(shè)計制造，必須解決數(shù)控機床功能部件的專業(yè)化生產(chǎn)問題。目前我國在這方面離實際需求還有相當大的差距。因此，在今后的若干年內(nèi)，我們必須大力促進數(shù)控機床功能部件的開發(fā)和專業(yè)化生產(chǎn)。其要點如下： 1新型永磁電主軸單元　 電主軸已成為國際市場上最熱門的數(shù)控機床功能部件。但目前這類產(chǎn)品幾乎都為感應(yīng)異步型，存在以下突出問題：①轉(zhuǎn)子上存在繞組，有大電流流過，因此轉(zhuǎn)子發(fā)熱嚴重，直接影響主軸精度；②低速出力小且轉(zhuǎn)矩脈動大，難以滿足寬范圍切削要求；③效率和功率因素低，不僅電機體積和重量大而且要求逆變器容量大、耗能多；④控制系統(tǒng)復(fù)雜、成本高。 因此，利用我國稀土永磁材料的優(yōu)勢，開發(fā)新型大功率、高效率、寬調(diào)速范圍永磁同步型交流電主軸單元，將可有效解決現(xiàn)有電主軸存在的問題，形成具有中國特色的新一代電主軸產(chǎn)品。由于永磁電主軸的機械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)都較感應(yīng)異步型電主軸簡單，因此易于進行專業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。當然，這還要攻克主軸支承（陶瓷軸承、流體動靜壓軸承、磁懸浮軸承）技術(shù)、高精度高速動平衡技術(shù)、高速驅(qū)動、檢測與控制技術(shù)、高可靠性安全保證技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。 2廉價的高性能伺服系統(tǒng)　目前，一套進給交流伺服系統(tǒng)（驅(qū)動器+電機）的價格一般都在萬元以上，主軸伺服系統(tǒng)的價格高達數(shù)萬元，已成為降低國產(chǎn)數(shù)控機床成本的一大障礙。因此，應(yīng)配合新型集成化國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展，大力開發(fā)廉價的高性能內(nèi)裝式伺服系統(tǒng)。由于內(nèi)裝式伺服的硬件部分只有電機和功率接口，充分利用我國的永磁資源優(yōu)勢，通過專業(yè)化生產(chǎn)可以把電機的造價降下來，而采用智能化的IPM模塊作為功率接口也很便宜，因此將內(nèi)裝式進給伺服的價格控制在數(shù)千元以內(nèi)，將內(nèi)裝式主軸伺服的價格控制在2萬元以內(nèi)，將是完全可能的。 3直線交流伺服系統(tǒng)　 直線交流伺服系統(tǒng)是下一世紀數(shù)控機床不可缺少的功能部件，目前我國還沒有成熟產(chǎn)品，因此應(yīng)加強研究、開發(fā)和推廣應(yīng)用?？紤]到常規(guī)機床的防磁問題較難解決，而并聯(lián)機床的防磁相對容易，因此可為常規(guī)結(jié)構(gòu)機床開發(fā)感應(yīng)異步型直線電機，為并聯(lián)結(jié)構(gòu)機床開發(fā)永磁同步型直線電機，從而揚長避短，構(gòu)成符合實際應(yīng)用要求的新型高速高精度進給系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，可進一步開發(fā)將驅(qū)動與支承合二為一的磁懸浮工作臺。 4零傳動數(shù)控轉(zhuǎn)臺與擺頭　 數(shù)控轉(zhuǎn)臺與擺頭是多坐標數(shù)控機床的關(guān)鍵部件，傳統(tǒng)的采用高精度蝸桿蝸輪等傳動的轉(zhuǎn)臺與擺頭不僅制造難度大、成本高，而且難以達到高速加工所需的速度和精度，因而必須另辟蹊徑開發(fā)新型零傳動（無機械傳動鏈）數(shù)控轉(zhuǎn)臺和擺頭，以促進我國高速高精度多坐標數(shù)控機床的發(fā)展。 5高速高精度檢測裝置　 高速高精度是下世紀數(shù)控機床發(fā)展的主題，這不但需要高性能的控制和驅(qū)動，同時還需要高品質(zhì)的檢測環(huán)節(jié)，因此應(yīng)在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上， μm以上精度的高速(60 m/min以上)線位移傳感器和100萬脈沖/r的角位移傳感器，此類技術(shù)國外對我國是封鎖的?！〖铀贁?shù)控機床的全國產(chǎn)化，打好市場翻身仗 數(shù)控產(chǎn)業(yè)化的最終成功將體現(xiàn)在數(shù)控機床的全國產(chǎn)化和市場占有率上。在上述總體戰(zhàn)略指導(dǎo)下，采取抓兩頭（低價位數(shù)控機床和高速高效數(shù)控機床）、帶中間（普通數(shù)控機床）、促重型（重型關(guān)鍵裝備）的方針，將是在國內(nèi)市場上快速收復(fù)失地，在國際市場上穩(wěn)步進軍，最終打贏國產(chǎn)數(shù)控機床市場翻身仗的一種有效戰(zhàn)術(shù)和策略。關(guān)于普通數(shù)控機床的發(fā)展已有許多文章作了專門論述，因此下面僅就低價位數(shù)控機床、高速高效數(shù)控機床和重型數(shù)控機床的發(fā)展問題作一討論。1大力發(fā)展低價位數(shù)控機床　 低價位機床是功能滿足用戶要求(無功能浪費)、技術(shù)指標適中、可靠性好、價格便宜的普及型數(shù)控機床。這類機床已成為國際市場上數(shù)控機床的發(fā)展趨勢之一，也是國內(nèi)眾多用戶渴求的產(chǎn)品，其市場前景相當廣闊。然而，如果采用國外數(shù)控系統(tǒng)（包括伺服）按照傳統(tǒng)思路來發(fā)展低價位機床，是很難將價格降至廣大用戶所能接受的水平的。因此，采用本文提出的新型集成化國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)來發(fā)展高性能的低價位數(shù)控機床，將是一條最有希望成功的道路。只要有一定批量，由此構(gòu)成的全國產(chǎn)普及型數(shù)控車床的售價完全可以控制在10萬元以內(nèi)，三坐標數(shù)控銑床可控制在15萬元左右，加工中心可控制在20萬元左右。此價位的國產(chǎn)數(shù)控機床將是具有較強競爭力的。2加速開發(fā)高速高效數(shù)控機床　 高速高效是數(shù)控機床發(fā)展的另一大潮流。發(fā)展高速高效數(shù)控機床的技術(shù)途徑可有以下幾條：①通過提高切削速度和進給速度，從而達到成倍提高生產(chǎn)效率，有效提高零件的表面加工質(zhì)量和加工精度并解決常規(guī)加工難以解決的某些特殊材料（如鋁鈦合金、模具鋼、淬硬鋼）和特殊形狀零件（如復(fù)雜薄壁零件）的高效加工問題。②通過工藝復(fù)合，減少工件的安裝次數(shù)，有效縮短搬運和裝夾時間。例如，將五面五軸加工中心與立車復(fù)合構(gòu)成萬能加工中心，可實現(xiàn)一次裝卡完成零件的大部分（或全部）加工。③采用高速高精度圓周銑加工孔和以螺旋軌跡插補實現(xiàn)不鉆底孔的直接攻絲等新加工方法，大幅度減少換刀次數(shù)，提高加工效率。④為數(shù)控機床開發(fā)智能尋位加工功能，消除對精密夾具和人工找正的依賴，有效縮短單件小批加工的準備時間。 在我國現(xiàn)實條件下如果沿用傳統(tǒng)思路是難以實現(xiàn)上述途徑的，因此，必須立足國情，結(jié)合實際勇于創(chuàng)新，大膽探索新的道路。 考慮到常規(guī)數(shù)控機床在總體結(jié)構(gòu)上基本上采用工件和刀具沿各自導(dǎo)軌共同運動的方案，一方面由于機床傳動環(huán)節(jié)剛性不足和導(dǎo)軌中的摩擦阻力較大，使運動部件難以獲得高的進給速度；另一方面由于工件、夾具和工作臺的總質(zhì)量比較大，使之難以獲得高的加速度。此外，傳統(tǒng)機床結(jié)構(gòu)是一種串聯(lián)開鏈結(jié)構(gòu)，組成環(huán)節(jié)多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且由于存在懸臂部件和環(huán)節(jié)間的聯(lián)接間隙，不容易獲得高的總體剛度，因此難以適應(yīng)高速高效加工的特殊要求。為此，開發(fā)國產(chǎn)高速高效數(shù)控機床時，可采用工件固定，以直線電機組成并聯(lián)短鏈直接驅(qū)動主軸和刀具運動、將高速高精度傳動與高剛度支撐合二為一的適合于高速高效加工中心的新型結(jié)構(gòu)。采用該結(jié)構(gòu)的高速高效數(shù)控機床不但速度高、剛度高，如果在傳動與控制上處理得當，可以達到比常規(guī)機床更高的加工精度和加工質(zhì)量，而且具有機械結(jié)構(gòu)簡單，零部件通用化、標準化程度高，制造成本低，易于經(jīng)濟化批量生產(chǎn)等顯著優(yōu)點。因此，沿此思路發(fā)展高速高效數(shù)控機床將是一條符合國情、易于取得成功的道路。3突破重型數(shù)控機床的設(shè)計制造技術(shù)　 重型數(shù)控機床（特別是多坐標重型數(shù)控機床）是國民經(jīng)濟和國防生產(chǎn)中的重大關(guān)鍵設(shè)備，屬于戰(zhàn)略物資，真正先進的重型數(shù)控機床國外是不可能賣給我們的，因此，在我國下世紀數(shù)控產(chǎn)品的發(fā)展中必須依靠自己的力量進行解決。發(fā)展重型數(shù)控機床必須有過硬的基礎(chǔ)，我們在數(shù)控機床國產(chǎn)化的進程中應(yīng)不斷總結(jié)經(jīng)驗，加強基礎(chǔ)技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)研究，充分發(fā)揮我國產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的優(yōu)勢，各部門通力合作、共同努力，爭取在下世紀初取得突破性進展。 目前，在發(fā)展重型數(shù)控機床中除需加強基礎(chǔ)理論研究外，還應(yīng)加強其關(guān)鍵技術(shù)研究。例如，重型機床的控制就是需要加以特殊解決的關(guān)鍵問題。因重型機床加工的工件特別昂貴不允許報廢，為了確保機床工作可靠，在數(shù)控系統(tǒng)中可采用雙（或多）CPU冗余工作方案，以確保運算和控制的絕對正確，并在出現(xiàn)故障時自動診斷、自動修復(fù)或自動替補，確保加工不出問題。此外，在電源上可采取雙蓄電池供電的全隔離供電方案，即一組電池在給系統(tǒng)供電時，可對另一組電池進行充電，電網(wǎng)與控制系統(tǒng)是完全隔離的。這就徹底消除了重型車間中電網(wǎng)電壓波動厲害、干擾嚴重對數(shù)控系統(tǒng)造成的影響，從而有效保證系統(tǒng)的可靠性。又如，重型數(shù)控機床的驅(qū)動也是一大關(guān)鍵問題。當行程長度超過5m，普通滾珠絲桿就難以勝任大負荷的傳動，因此目前一般采用預(yù)加負載的雙齒輪齒條機構(gòu)、靜壓蝸桿蝸母條機構(gòu)、四足（或雙足）爬行進給機構(gòu)等來實現(xiàn)長行程傳動。但這些方案存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、速度和加速度低、動態(tài)性能差、難以達到高精度、維護保養(yǎng)復(fù)雜等問題。為此可發(fā)展陣列式高效直線電機直接驅(qū)動技術(shù)和空間并聯(lián)機構(gòu)驅(qū)動技術(shù)，以新的途徑來解決重型數(shù)控機床的高速、高精度驅(qū)動問題。除此之外，機床結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計、長行程精密檢測、重力變形補償、切削力變形補償、熱變形補償?shù)纫彩侵匦蛿?shù)控機床中必須解決的關(guān)鍵問題，必須予以充分重視。