9 m0 t& S" v# X7 k. D7 { 2.機床的精密化 % z7 ?$ M6 U7 V1 _, z# I7 h( z- P! c. o4 B
按照加工精度，機床可分為普通機床、精密機床和超精機床，加工精度大約每8年提高一倍。數控機床的定位精度即將告別微米時代而進入亞微米時代，超精密數控機床正在向納米進軍。在未來10年，精密化與高速化、智能化和微型化匯合而成新一代機床。機床的精密化不僅是汽車、電子、醫療器械等工業的迫切需求，還直接關系到航空航天、導彈衛星、新型武器等國防工業的現代化。 ) O5 J. _" g1 E: W! ^; X; W4 y 7 b( z1 ?, b. I 3.從工序復合到完整加工 9 P$ P) p4 V `2 D2 R$ z4 N. v# Q) Y* q9 T% |/ w
70年代出現的加工中心開多工序集成之先河，現已發展到"完整加工"，即在一臺機床上完成復雜零件的全部加工工序。完整加工通過工藝過程集成，一次裝卡就把一個零件加工過程全部完成。由于減少裝卡次數，提高了加工精度，易于保證過程的高可靠性和實現零缺陷生產。此外，完整加工縮短了加工過程鏈和輔助時間，減少了機床臺數，簡化了物料流，提高了生產設備的柔性，生產總占地面積小，使投資更加有效。' B" U; D; r% N! U& n
( k1 i, P5 B7 D+ ~" e 4.機床的信息化: Q a/ e4 ^% D( a8 l+ `7 j, A; Y
6 M7 _2 S+ J) t/ V 機床信息化的典型案例是Mazak 410H，該機床配備有信息塔，實現了工作地的自主管理。信息塔具有語音、文本和視像等通訊功能。與生產計劃調度系統聯網，下載工作指令和加工程序。工件試切時，可在屏幕上觀察加工過程。信息塔實時反映機床工作狀態和加工進度，并可以通過手機查詢。信息塔同時進行工作地數據統計分析和刀具壽命管理，以及故障報警顯示、在線幫助排除。機床操作權限需經指紋確認。0 q# T8 W; K) s
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5.機床的智能化-測量、監控和補償; A# Z$ U% \4 l" x
' U, s: v) h, K: t3 Z1 G. _3 S4 h 機床智能化包括在線測量、監控和補償。數控機床的位置檢測及其閉環控制就是簡單的應用案例。為了進一步提高加工精度，機床的圓周運動精度和刀頭點的空間位置，可以通過球桿儀和激光測量后，輸入數控系統加以補償。未來的數控機床將會配備各種微型傳感器，以監控切削力、振動、熱變形等所產生的誤差，并自動加以補償或調整機床工作狀態，以提高機床的工作精度和穩定性 c+ h) ^0 G8 f& [
* w' V }& R9 |. r B) a* Q 6.機床的微型化9 w% e8 h: \" s/ K
3 k6 A+ e, A4 w 隨著納米技術和微機電系統的迅速進展，開發加工微型零件的機床已經提到日程上來了。微型機床同時具有高速和精密的特點，最小的微型機床可以放在掌心之中，一個微型工廠可以放在手提箱中。操作者通過手柄和監視屏幕控制整個工廠的運作。" t$ s+ w8 J7 b1 E8 \
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7.新的并聯機構原理' z. g( @! L" R! X8 w" W H4 H
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傳統機床是按笛卡爾坐標將沿3個坐標軸線的移動X、Y、Z和繞3個坐標軸線轉動A、B、C依次串聯疊加，形成所需的刀具運動軌跡。并聯運動機床是采用各種類型的桿機構在空間移轉主軸部件，形成所需的刀具運動軌跡。并聯運動機床具有結構簡單緊湊、剛度高、動態性能好等一系列優點，應用前景廣闊。 E; \5 E0 ^+ z0 u% E& }8 ]
) w5 u8 J+ j6 D6 ]/ ]. m 8.新的工藝過程 6 Q+ E; ~: d3 s$ p( F4 I' g- B2 [0 R
除了金屬切削和鍛壓成形外，新的加工工藝方法和過程層出不窮，機床的概念正在變化。激光加工領域日益擴大，除激光切割、激光焊接外，激光孔加工、激光三維加工、激光熱處理、激光直接金屬制造等應用日益廣泛。電加工、超聲波加工、疊層銑削、快速成型技術、三維打印技術各顯神通。0 {: A/ h5 n' A( O. H
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9.新結構和新材料, R; O9 S7 e) S
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機床高速化和精密化要求機床的結構簡化和輕量化，以減少機床部件運動慣量對加工精度的負面影響，大幅度提高機床的動態性能。例如，借助有限元分析對機床構件進行拓撲優化，設計"箱中箱"結構，以及采用空心焊接結構或鉛合金材料已經開始從實驗室走向實用。" F ?: _- d" Z5 y
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10.新的設計方法和手段- }1 q3 K' A9 l$ @
$ \+ d$ N# P8 c6 [( u 我國機床設計和開發手段要盡快從"甩圖板"的二維CAD向三維CAD過渡。三維建模和仿真是現代設計的基礎，是企業技術優勢的源泉。在此三維設計基礎上進行CAD/CAM/CAE/PDM的集成，加快新產品的開發速度，保證新產品的順利投產，并逐步實現產品生命周期管理。& ~) X# F2 d; E4 S' ~
" m/ f( p: Z! J 11.直接驅動技術: A Z- J C/ l4 _" N
2 u; @; ]0 n, [& ?! X# m 在傳統機床中，電動機和機床部件是借助耦合元件，如皮帶、齒輪和聯軸節等加以連接，實現部件所需的移動或旋轉，"機"和"電"是分家的。直接驅動技術是將電動機與機械部件集成為一體，成為機電一體化的功能部件，如直線電動機、電主軸、電滾珠絲桿和力矩電動機等。直接驅動技術簡化了機床結構，提高了機床的剛度和動態性能，運動速度和加工精度。* s' z- t$ H T% C1 Z. U- F ?
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12.開放式數控系統8 @# R1 ^, b5 P
2 _( D8 D$ \" c' Y' `1 L: I( {2 W# O 數控系統的開放是大勢所趨。目前開放式數控系統有三種形式：1)全開放系統，即基于微機的數控系統，以微機作為平臺，采用實時操作系統，開發數控系統的各種功能，通過伺服卡傳送數據，控制坐標軸電動機的運動。2)嵌入系統，即CNC+PC，CNC控制坐標軸電動機的運動，PC作為人機界面和網絡通信。3)融合系統，在CNC的基礎上增加PC主板，提供鍵盤操作，提高人機界面功能，如Siemens 840Di和Fanuc 210i。. O8 X% F$ a0 y+ \- a
1 ], l. K# K, P0 ]2 _2 p& i: f 13.可重組制造系統 [- ?, a1 b8 |; \' a% d