全球數控工具機未來發展方向解析

高速度、高精度化
　　速度和精度是數控工具機的兩個重要指標，它直接關係到加工效率和產品質量。
　　目前，數控系統採用位數、頻率更高的處理器，以提高系統的基本運算速度。同時，採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。並採用直線電機直接驅動工具機工作檯的直線伺服進給方式，其高速度和動態響應特性相當優越。採用前饋控制技術，使追蹤滯後誤差大大減小，從而改善拐角切削的加工精度。
　　為適應超高速加工的要求，數控工具機採用主軸電機與工具機主軸合二為一的結構形式，實現了變頻電機與工具機主軸一體化，主軸電機的軸承採用磁浮軸承、液體動靜壓軸承或陶瓷滾動軸承等形式。目前陶瓷刀具和金剛石塗層刀具已開始得到應用。
　　多功能化配有自動換刀機構（刀庫容量可達100把以上）的各類加工中心配有自動換刀機構的各類加工中心可實現在同一台工具機上同時進行銑削、鏜削、鑽削、車削、鉸削、擴孔、攻螺紋等多道工序，現代數控工具機可採用多主軸、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。數控系統由於採用了多CPU（計算機中心處理裝置）結構和分級中斷控制方式，即可在同一台工具機上同時進行加工和程序編制，實現所謂的「前台加工，後台編輯」。為了適應柔性製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，實現數控工具機之間的數據通信，也可直接對多台數控工具機進行控制。

　　引進自適應控制技術
　　智能化現代數控工具機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好的表面粗糙度，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，立即採用停機等措施，並進行故障報警，提示發生故障的部位、原因等。還可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，其發展趨勢是採用人工智慧專家診斷系統。
　　數控系統將採用更高集成度的電路晶片，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。通過硬體功能軟體化，以適應各種控制功能的要求，同時採用硬體結構工具機本體的模塊化、標準化、通用化及系列化，使得既提高硬體生產批量、又便於組織生產和質量把關。還可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，實現對系統內硬體、軟體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，對重要部件採用「冗餘」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、刀具損壞、干擾、斷電等各種意外發生時，自動進行相應的保護。

    以車削為基礎的複合加工工具機

　　這類工具機在臥式車削中心和立式車削中心的基礎上集成了銑削、鑽削和攻絲、鏜削、磨削以及滾齒和插齒等工藝方法，成為臥式或立式車銑複合加工工具機。具有代表性的有奧地利WFLMillTunTechnologies公司的M65和M60-G；日本MAZAK公司的100Ⅲ、200Ⅲ、300Ⅲ系列，QTN100MS、250MSY、350M系列；德國IN鄄DEX公司的TRAUBTNX65；DMG公司的TWIN65等多種臥式車銑複合加工工具機。

　　的M65臥式車銑複合加工工具機總體採用傳統臥式車床布局形式，床身採用高剛性的60°斜式床身結構，導軌為特殊設計的大尺寸直線導軌具有高剛性和優良的抗振性。床身左端為車削主軸箱，具備C軸功能。右端為尾座裝置。斜式床身上部是車、銑、鏜主軸裝置，可沿縱向（Z軸）、橫向（X軸）、徑向（Y軸）進行直線運動和B軸的擺動迴轉運動。此外，B軸還可以2.5°為單位分度，具有進行旋風車銑粗加工的能力。斜式床身的下部是一個在縱向和橫向均可機動控制的中心支架，用於端面和鏜內孔加工不能使用尾座裝置時支撐工件。而M60-G在此位置是一個雙刀盤式的車削迴轉刀架，在縱（Z1）軸、橫向（X1軸）均可參與聯動加工。因而該工具機具備X、Y、Z、B和C多軸插補聯動功能，在無人干預的情況下，進行車削、鑽孔、銑削、磨削、槍鑽、內外齒加工、車銑、圓弧銑削等加工任務。該工具機在主軸箱後面配備一個多達120把刀位的無磨損、免維護盤式刀庫取代傳統的鏈式刀庫，可存放長達900mm、重達20kg的刀具。換刀位置位於工具機左端主軸箱主軸的上方，為減少換刀時車銑主軸往返移動帶來的非生產性時間浪費，換刀位置在全縱向行程內編程置於程序庫內。工具機車銑主軸的下方配置的第二個刀具支撐附件採用獨特堅固的燕尾槽結構，可以安裝深孔鑽刀杆、WFL系列鏜刀杆、整體鑽頭、內型腔加工動力刀具和特殊型面鏜刀等遠大於標準刀具尺寸的大型刀具。在工具機右端主軸上方設有換刀台，可自動存取最多兩把，長度可達1550mm、重達150kg的大型刀具。深孔鏜刀杆和內型腔加工動力刀具可裝載多種加工刀具，可直接由左端刀庫取刀，並且可由一獨立的工具機滑門操作，無需中斷加工。對工件內、外圓同時進行加工時，可以達到極高的同軸度，同時又能保證鏜孔和銑削表面的位置精度。

　　以銑削為基礎的複合加工工具機
　　這類工具機在臥式加工中心和立式加工中心的基礎上集成了車削、鑽削和攻絲、鏜削、磨削以及滾齒和插齒等工藝方法成為臥式或立式銑車複合加工工具機。如日本MAZAK公司的INTEGREXe-800V/5、e-1550V10臥式銑車複合加工工具機，在五軸臥式加工中心的工作檯增加迴轉車削功能，可以在一次裝卡下對圓型盤類零件實現車、銑等工序的完全加工。INTE鄄GREXe-500HS立式銑車複合加工工具機則在工具機左右兩端各設一個帶卡盤的迴轉主軸，右端卡盤可在軸向伸縮，可對長軸類零件進行頂卡加工，也可在左右兩端同時進行對兩個短軸類零件的車、銑等工序的加工工作。

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