制造業邁入工業4.0 數控機床6大方向

目前，世界先進制造技術不斷興起，超高速切削、超精密加工等技術的應用，柔性制造系統的迅速發展和計算機集成系統的不斷成熟，對數控加工技術提出了更高的要求。數控機床是機床制造業重要基礎裝備，因此它的發展一直備受人們關注。近年來我國機床制造業既面臨著制造裝備發展的良機，也遭遇到市場競爭的壓力。從技術層面上來講，加速推進數控技術將是解決機床制造業持續發展的一個關鍵。當今數控機床正在朝著以下幾個方向發展。

1.可靠性最大化

數控機床的可靠性一直是用戶最關心的主要指標。數控系統將采用更高集成度的電路芯片，利用大規模或超大規模的專用及混合式集成電路，以減少元器件的數量，來提高可靠性。通過硬件功能軟件化，以適應各種控制功能的要求，同時采用硬件結構機床本體的模塊化、標準化和通用化及系列化，使得既提高硬件生產批量，又便于組織生產和質量把關。還通過自動運行啟動診斷、在線診斷、離線診斷等多種診斷程序，實現對系統內硬件、軟件和各種外部設備進行故障診斷和報警。利用報警提示，及時排除故障；利用容錯技術，對重要部件采用“冗余”設計，以實現故障自恢復；利用各種測試、監控技術，當生產超程、刀損、干擾、斷電等各種意外時，自動進行相應的保護。

2.控制系統小型化

數控系統小型化便于將機、電裝置結合為一體。目前主要采用超大規模集成元件、多層印刷電路板，采用三維安裝方法，使電子元器件得以高密度安裝，較大規模縮小系統的占有空間。而利用新型的彩色液晶薄型顯示器替代傳統的陰極射線管，將使數控操作系統進一步小型化。這樣可以方便地將它安裝在機床設備上，更便于對數控機床的操作使用。

3.智能化

現代數控機床將引進自適應控制技術，根據切削條件的變化，自動調節工作參數，使加工過程中能保持最佳工作狀態，從而得到較高的加工精度和較小的表面粗糙度，同時也能提高刀具的使用壽命和設備的生產效率。具有自診斷、自修復功能，在整個工作狀態中，系統隨時對CNC系統本身以及與其相連的各種設備進行自診斷、檢查。一旦出現故障時，立即采用停機等措施，并進行故障報警，提示發生故障的部位、原因等。還可以自動使故障模塊脫機，而接通備用模塊，以確保無人化工作環境的要求。為實現更高的故障診斷要求，其發展趨勢是采用人工智能專家診斷系統。

4.數控編程自動化

目前CAD／CAM圖形交互式自動編程已得到較多的應用，是數控技術發展的新趨勢。它是利用CAD繪制的零件加工圖樣，再經計算機內的刀具軌跡數據進行計算和后置處理，從而自動生成NC零件加工程序，以實現CAD與CAM的集成。隨著CIMS技術的發展，當前又出現了CAD／CAPP／CAM集成的全自動編程方式，它與CAD／CAM系統編程的最大區別是其編程所需的加工工藝參數不必由人工參與，直接從系統內的CAPP數據庫獲得。

5.高速度、高精度化

速度和精度是數控機床的兩個重要指標，它直接關系到加工效率和產品質量。目前，數控系統采用位數、頻率更高的處理器，以提高系統的基本運算速度。同時，采用超大規模的集成電路和多微處理器結構，以提高系統的數據處理能力，即提高插補運算的速度和精度。并采用直線電動機直接驅動機床工作臺的直線伺服進給方式，其高速度和動態響應特性相當優越。采用前饋控制技術，使追蹤滯后誤差大大減小，從而改善拐角切削的加工精度。

6.多功能化

配有自動換刀機構（刀庫容量可達100把以上）的各類加工中心，能在同一臺機床上同時實現銑削、鏜削、鉆削、車削、鉸孔、擴孔、攻螺紋等多種工序加工，現代數控機床還采用了多主軸、多面體切削，即同時對一個零件的不同部位進行不同方式的切削加工。數控系統由于采用了多CPU結構和分級中斷控制方式，即可在一臺機床上同時進行零件加工和程序編制，實現所謂的“前臺加工，后臺編輯”。為了適應柔性制造系統和計算機集成系統的要求，數控系統具有遠距離串行接口，甚至可以聯網，實現數控機床之間的數據通信，也可以直接對多臺數控機床進行控制。

為適應超高速加工的要求，數控機床采用主軸電動機與機床主軸合二為一的結構形式，實現了變頻電動機與機床主軸一體化，主軸電機的軸承采用磁浮軸承、?體動靜壓軸承或陶瓷滾動軸承等形式。

數控機床以其卓越的柔性自動化的性能、優異而穩定的精度、靈捷而多樣化的功能引起世人矚目，它開創了機械產品向機電一體化發展的先河，因此數控技術成為先進制造技術中的一項核心技術。另一方面，通過持續的研究，信息技術的深化應用促進了數控機床的進一步提升。