數控機床功能不斷豐富,採用了工序、工藝集中化和複合化技術;機床在結構佈局和新材料應用方面都有了新發展...
圍繞質量、效率和工藝變革的要求，我國機械製造工藝裝備——主要是數控裝置在技術層面發生了深刻的變化。數控機床功能不斷豐富，採用了工序、工藝集中化和複合化技術;機床在結構佈局和新材料應用方面都有了新發展;數控技術在開放化、智慧化、網路化、高速高精化方面取得了新發展。其目的都是為了提高生產效率，提高精度，保證質量和實現效益最大化。
不斷追求高質量和高效率是機械製造業研究的永恆主題和目標，是促進其工藝裝備發展的源動力。工藝要求和變革是機械製造工藝裝備技術發展創新和變革的根據和基礎。
國產數控機床走過了50年發展的漫長曆程，在近10年來得到了較快發展，特別是得到了政府的重視，設立了重大技術攻關專項，有效地促進了數控機床的發展。
目前，國產數控機床可供品種達1500多種，覆蓋了數控金屬切削機床、數控板材加工機床(數控衝壓機床、數控鐳射加工機床、火焰切割機床等)、數控電加工機床、工業機器人、三座標測量機等，種類基本齊全。2010年數控金屬切削機床保有量約為150萬臺(其中進口超過40萬臺)，僅金屬切削機床的年產量就超過了16萬臺、2011年1~10月份累計達到21.8萬臺、全年可達到25萬臺左右。國產品牌數控機床的數量和價值佔國內市場50%以上。在代表先進技術水平的五軸聯動和複合加工中心、數控系統和其他配套技術產品方面也都取得了新進展。本文主要圍繞數控技術發展與差距展開討論。
追求高生產率
為了追求機械製造的高生產率，促進數控裝置向加工複合化(工序複合和工藝複合)、高速化、智慧化、網路化、工藝引數優化方向發展。
1複合化
數控機床複合加工，主要指工序集中化、複合化和工藝複合化。
1.1工序集中化、複合化
自從20世紀70年代末，隨著三聯動加工中心開始用於機械製造，開始進入機械加工工序集中化時代。20世紀80年代，我國自制的三聯動加工中心也開始在機械製造中得到應用，主要是用於箱體件和模具加工。在一次裝卡中就可以實現鏜、銑、鑽、攻絲等多道工序，提高了加工效率和精度。
2000~2011年是我國數控機床發展最快的時期。在此期間，自主開發了五軸聯動加工中心、車銑複合加工中心、車銑磨複合加工中心和磨削複合加工中心等。有的國內製造廠商已經能夠提供五軸聯動和多軸聯動複合加工中心等，但有一些是屬於重大專項攻關產品，有待進一步商品化和產業化。
1.1.1五軸聯動加工中心
國內生產五軸聯動加工中心的廠家正在不斷增加。如瀋陽機床廠生產的GMC2590μ橋式五軸聯動加工中心、VM22120μ立式五軸加工中心、VMC05656e門式五軸加工中心、HS664RT五軸高速加工中心;大連機床產生的VDM500五軸立式加工中心;北京機電院生產的XKR32G五軸聯動加工中心和XKH800五軸聯動葉片加工中心;濟南二機床生產的XV2525×60高架式五軸聯動加工中心等都能實現一次安裝完成零件的銑、鏜、鑽、鉸、攻絲等多道工序。
開發五軸聯動加工中心有2個關鍵核心部件技術難度較大，一個是雙擺角萬能加工頭;一個是雙軸迴轉臺(見圖2)。這2種部件國內廠商也已開發出來，但有待進一步的完善和商品化。雙擺角萬能加工頭用於大型機床，雙擺軸迴轉臺用於小型機床。目前這2種部件都採用直驅力矩電機，並裝有編碼器，以提高動態效能和精度。
雙擺角萬能加工頭技術難度更大一些。國內某廠商開發的一種直驅雙擺角萬能頭的主要引數如下：
額度扭矩：A軸500~1000Nm(可選)、C軸660~2000Nm(可選);
定位精度：±2“、±2.5”、±3“、±5”(可選);
絕對編碼器解析度：26位、29位(可選);
擺角範圍：A軸±110°、C軸±360°。
我國還沒有形成雙擺角萬能頭系列化商品，而國際上像德國CYTEC公司可以供應系列化商品。
1.1.2車銑複合加工中心
車銑複合加工中心既有在數控車床基礎上開發出來的，也有在立式加工中心基礎上開發出來的。如南京數控機床有限公司生產的CK1840S型車銑複合加工中心是在數控車床基礎上開發出來的。該機床具有雙主軸、雙刀架、雙C軸和W軸，共7軸，分為二組三聯動全閉環控制。其中C軸解析度達到0.001°。該機床對迴轉體零件一次裝卡可完成車削、分度偏心鑽削、定位銑削等多道工序，即1臺車銑複合加工中心能完成2臺數控車床的加工工序，提高效率1倍，且因能減少二次安裝誤差而提高了精度。安陽鑫盛機床股份有限公司生產的CX110立式車銑複合加工中心，是在立式加工中心基礎上增加車削裝置開發出來的。該機床具有車、鏜、銑、鑽、鉸、攻絲等功能，可實現五軸聯動的五面加工。此外大連機床開發的VHT800五軸聯動車銑複合加工中心、CHD25五軸聯動車銑複合加工中心;武漢重型機床集團公司開發的WHGS7000車銑複合加工中心等，也都能實現零件一次裝卡，完成複雜結構和複雜型面零件的多道工序加工。
1.1.3車銑磨複合加工中心
寧波海天精工機械有限公司開發的HTM-V120L數控立式車銑磨複合加工中心，工件一次裝卡可完成車、銑、磨多道工序，還可進行重切削高精度加工，適合用於大型軸承加工。
1.1.4車銑磨齒輪加工複合中心
有的車削中心在迴轉刀架上安裝了第二主軸和砂輪軸。在第二主軸上也可安裝齒輪刀具加工軸齒輪和蝸輪，甚至可以實現五軸聯動，用指型銑刀加工弧齒輪和錐齒輪等。
1.1.5磨削複合加工中心
上海機床廠有限公司開發的H405-BE型數控複合磨床，採用西門子數控系統分別控制砂輪架和工作臺進給，頭架主軸旋轉和砂輪架旋轉，具有外圓磨削和砂輪架自動分度等功能。一次裝卡可完成內外圓和端面自動迴圈磨削。