如何实现数控机床行业的创新

复合加工机床的多样化创新

    多功能复合加工机床简称复合机床（ComplexMachineTool），或称多功能加工（Multi-FunctionalMachining）或完全加工（CompleteMachining或EndtoEndMachining）机床。

    复合机床的含义是在一台机床上实现或尽可能完成从毛坯至成品的全部加工。复合机床根据其结构特点，可以分为如下两类：

(1)跨加工类别的复合机床，如车铣中心、铣车中心、激光铣削加工机床等。

(2)多面多轴联动加工的复合机床。

    以创新增加数控机床的复合加工功能，对于进一步提高工序集中度起到了立竿见影的效果。不仅减少多工序加工零件的上下料时间，而且更主要地可避免零件在不同机床上进行工序转换而增加的工序间输送和等待的时间，尤其在未组成有效的生产线的条件下，这种工序间的等待时间将远远地超过零件在机床上的工作时间，从而延长了零件的生产周期。

    复合数控机床则具有良好的工艺适用性，避免了在制品的储存和传输等环节，有力地支持了准时制造（JIT），因此对它的研发已被给予极大的关注。因此，复合数控机床呈现出多样性的创新结构。

以创新推动全面高速化

    与创新推动精度的持续提升一样，以推进高效为目标的全面高速化，旨在实现单一的高速切削发展到全面高速化的实现。创新的要求在于不仅缩短切削时间，而且力求降低辅助时间和技术准备时间。为此，应围绕提高主轴转速和进给速度，以提高快移速度与加（减）速度，缩短主轴起动、制动时间，减少刀具自动交换时间与工件托盘自动交换时间，从而减少辅助时间并通过生产信息集成管理和规划以及CAM等来进一步缩短技术准备时间。

    应对现有数控机床使用情况统计得出：其机床利用率（有效切削时间与全部工时之比）仅为25-35%，其余的75-65%均消耗在机床调整、程序运行检查、空行程、起制动空运转、工件上下料和装夹等辅助时间以及待工时间（由于技术准备和调度不及时引起的非工作时间）与故障停机时间上。因此需通过提高各轴快移速度和加（减）速度、主轴变速的角加（减）速度、刀具（工件）自动交换速度，以改善数控系统的操作方便性和监控功能以及加强信息管理，才有可能全面压缩辅助时间和减少待工时间，使数控机床的切削时间利用率达到60%~80%。

    在创新以推进加工制造过程全面高速化发展中，下列三项技术发挥了重要的作用：

(1)电主轴技术：它包括内装电机结构、驱动控制和双面过定位刀柄结构等，保证主轴实现大功率、高转速运行。

(2)直接驱动技术：它包括由直线电机驱动线性轴运动和由力矩电机直接驱动回转轴运动，它们的无摩擦、“零中间传动件”提高了快速运动的加速性和平稳性。

(3)高速高精数字化控制技术：它是用于抑制或消除由于高速化所引起跟踪误差、热误差和颤振等负面影响的先进控制技术。

工艺适用性创新

    通过对机床布局和结构的创新，使对不同类型的零件有最佳的加工适用性。因为随着机械产品的性能优化和轻量化，其零件和构件的形状、尺寸和精度呈现多样性，很难用少数几种标准的、通用的机床结构来最佳地满足多方面的工艺要求。

    这种“个性化”结构趋向虽有为了产品竞争需要的因素，但更主要的是体现了如何能更好地适应用户的需求。尤其对一些批量生产的零件，更希望有最佳工艺适用性的专门化数控机床。

    要解决品种多样化与经济性的矛盾，这就对机床的模块化设计提出了更高的要求，近年来对并联机构机床和混联机构机床的研究以及对可重构机床（ReconfigurableMachineTool，简称RMT）技术的探索，反映了对制造装备能更方便地实现个性化、多样化发展的一个追求。

创新实现敏捷制造系统

    柔性制造系统（FMS）和柔性制造单元(FMC)作为一种高生产率的多品种自动化生产系统，于上世纪70年代初开始研制，于80年代得到很大的发展。到90年代初由于大批量生产的制造业如汽车工业产品更新加快，出现了多品种生产的需求，要求自动线柔性化，发展了用数控机床构建的柔性生产线（FML），由此也推动了结构简约的高速化数控机床的发展。

    回顾近10年来制造系统的创新历程，基本上遵循以下两个方向：

(1)增强制造系统的智能化和自治管理功能，以提高FMC/FMS的快速响应能力。

(2)发展具有能兼顾柔性、高效、低成本和高质量且便于功能重组的新型的可重构制造系统（RMS）。

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