数控机床技术的五大方向和三大差距
数控机床功能不断丰富,采用了工序、工艺集中化和复合化技术;机床在结构布局和新材料应用方面都有了新发展...
围绕质量、效率和工艺变革的要求，我国机械制造工艺装备——主要是数控设备在技术层面发生了深刻的变化。数控机床功能不断丰富，采用了工序、工艺集中化和复合化技术;机床在结构布局和新材料应用方面都有了新发展;数控技术在开放化、智能化、网络化、高速高精化方面取得了新发展。其目的都是为了提高生产效率，提高精度，保证质量和实现效益最大化。
不断追求高质量和高效率是机械制造业研究的永恒主题和目标，是促进其工艺装备发展的源动力。工艺要求和变革是机械制造工艺装备技术发展创新和变革的根据和基础。
国产数控机床走过了50年发展的漫长历程，在近10年来得到了较快发展，特别是得到了政府的重视，设立了重大技术攻关专项，有效地促进了数控机床的发展。
目前，国产数控机床可供品种达1500多种，覆盖了数控金属切削机床、数控板材加工机床(数控冲压机床、数控激光加工机床、火焰切割机床等)、数控电加工机床、工业机器人、三坐标测量机等，种类基本齐全。2010年数控金属切削机床保有量约为150万台(其中进口超过40万台)，仅金属切削机床的年产量就超过了16万台、2011年1~10月份累计达到21.8万台、全年可达到25万台左右。国产品牌数控机床的数量和价值占国内市场50%以上。在代表先进技术水平的五轴联动和复合加工中心、数控系统和其他配套技术产品方面也都取得了新进展。本文主要围绕数控技术发展与差距展开讨论。
追求高生产率
为了追求机械制造的高生产率，促进数控设备向加工复合化(工序复合和工艺复合)、高速化、智能化、网络化、工艺参数优化方向发展。
1复合化
数控机床复合加工，主要指工序集中化、复合化和工艺复合化。
1.1工序集中化、复合化
自从20世纪70年代末，随着三联动加工中心开始用于机械制造，开始进入机械加工工序集中化时代。20世纪80年代，我国自制的三联动加工中心也开始在机械制造中得到应用，主要是用于箱体件和模具加工。在一次装卡中就可以实现镗、铣、钻、攻丝等多道工序，提高了加工效率和精度。
2000~2011年是我国数控机床发展最快的时期。在此期间，自主开发了五轴联动加工中心、车铣复合加工中心、车铣磨复合加工中心和磨削复合加工中心等。有的国内制造厂商已经能够提供五轴联动和多轴联动复合加工中心等，但有一些是属于重大专项攻关产品，有待进一步商品化和产业化。
1.1.1五轴联动加工中心
国内生产五轴联动加工中心的厂家正在不断增加。如沈阳机床厂生产的GMC2590μ桥式五轴联动加工中心、VM22120μ立式五轴加工中心、VMC05656e门式五轴加工中心、HS664RT五轴高速加工中心;大连机床产生的VDM500五轴立式加工中心;北京机电院生产的XKR32G五轴联动加工中心和XKH800五轴联动叶片加工中心;济南二机床生产的XV2525×60高架式五轴联动加工中心等都能实现一次安装完成零件的铣、镗、钻、铰、攻丝等多道工序。
开发五轴联动加工中心有2个关键核心部件技术难度较大，一个是双摆角万能加工头;一个是双轴回转台(见图2)。这2种部件国内厂商也已开发出来，但有待进一步的完善和商品化。双摆角万能加工头用于大型机床，双摆轴回转台用于小型机床。目前这2种部件都采用直驱力矩电机，并装有编码器，以提高动态性能和精度。
双摆角万能加工头技术难度更大一些。国内某厂商开发的一种直驱双摆角万能头的主要参数如下：
额度扭矩：A轴500~1000Nm(可选)、C轴660~2000Nm(可选);
定位精度：±2“、±2.5”、±3“、±5”(可选);
绝对编码器分辨率：26位、29位(可选);
摆角范围：A轴±110°、C轴±360°。
我国还没有形成双摆角万能头系列化商品，而国际上像德国CYTEC公司可以供应系列化商品。
1.1.2车铣复合加工中心
车铣复合加工中心既有在数控车床基础上开发出来的，也有在立式加工中心基础上开发出来的。如南京数控机床有限公司生产的CK1840S型车铣复合加工中心是在数控车床基础上开发出来的。该机床具有双主轴、双刀架、双C轴和W轴，共7轴，分为二组三联动全闭环控制。其中C轴分辨率达到0.001°。该机床对回转体零件一次装卡可完成车削、分度偏心钻削、定位铣削等多道工序，即1台车铣复合加工中心能完成2台数控车床的加工工序，提高效率1倍，且因能减少二次安装误差而提高了精度。安阳鑫盛机床股份有限公司生产的CX110立式车铣复合加工中心，是在立式加工中心基础上增加车削装置开发出来的。该机床具有车、镗、铣、钻、铰、攻丝等功能，可实现五轴联动的五面加工。此外大连机床开发的VHT800五轴联动车铣复合加工中心、CHD25五轴联动车铣复合加工中心;武汉重型机床集团公司开发的WHGS7000车铣复合加工中心等，也都能实现零件一次装卡，完成复杂结构和复杂型面零件的多道工序加工。
1.1.3车铣磨复合加工中心
宁波海天精工机械有限公司开发的HTM-V120L数控立式车铣磨复合加工中心，工件一次装卡可完成车、铣、磨多道工序，还可进行重切削高精度加工，适合用于大型轴承加工。
1.1.4车铣磨齿轮加工复合中心
有的车削中心在回转刀架上安装了第二主轴和砂轮轴。在第二主轴上也可安装齿轮刀具加工轴齿轮和蜗轮，甚至可以实现五轴联动，用指型铣刀加工弧齿轮和锥齿轮等。
1.1.5磨削复合加工中心
上海机床厂有限公司开发的H405-BE型数控复合磨床，采用西门子数控系统分别控制砂轮架和工作台进给，头架主轴旋转和砂轮架旋转，具有外圆磨削和砂轮架自动分度等功能。一次装卡可完成内外圆和端面自动循环磨削。