当今世界机床的技术发展趋势

北京机床研究所 陈循介

世界机床技术经过了约240年的发展，通过不断改进、创新，从手动普通机床进入到了高效自动化机床、自动线大批量自动化生产阶段，以汽车生产的高效自动化为特征。1952年美国为加工飞机复杂件而费时4年研制出全新控制原理、硬件、软件相结合的数字控制机床，标志着开始进入数控 (NC)机床时代，并进入单个复杂件、小批生产的高效自动化阶段，以飞机、航空航天的生产为特征。高速化后，也可用于汽车大批量自动化生产。目前，在全世界的民用、军工装备生产中，NC机床已占主导地位。

在当今世界市场经济形势纷繁复杂、科技创新日新月异、市场竞争异常激烈之际，机床绐终是工业化发展的基础和支柱。我们必须头脑清醒，看清当今世界机床的技术发展趋势，有针对性、切实解决好机床工业、制造业、工业化“由大变强”的纷纭矛盾。

一、世界机床的技术发展方向

1.材料高性能化、基础技术坚实化

先进各类NC金切机床与刀具、成形机床与磨具，唇齿相依，密不可分。而机床由机、电、液、气、光元件、各种功能部件 (如主轴轴承、主轴电机、伺服电机、直线导轨、滚珠丝杠、直线电机、精密刻线尺、激光器等)、NC系统和主体组合而成。不同元部件、刀具、测量、功能部件、控制系统及机床主体，均需有针对性地采用不同性能的材料。而这些材料与各种元部件、功能部件、NC系统，统称为机床工业、制造业、工业化发展中的“基础技术”。材料高性能化 (如更高强度、硬度、韧性、耐高温、耐磨损、耐腐蚀、轻量化等)，基础技术坚实化 (如更高精度、效率、自动化、微型化、更加可靠、稳定、耐用)水平的不断提高与创新，是当今世界NC机床技术发展的首要重大趋势。每一种新材料、新功能元部件的创新出现，都可能促使机床的精度、效率、自动化等提升一大步，也可能成为某一时期机床的重大发展趋势，甚至于成为一时机床技术的“发展浪潮”。例如，直线电机，比滚珠丝杠的移动速度可提高数倍，在某些机床上采用，可大大提高机床的效率;又如:最近新开发成功的“纳米多结晶金刚石”，用CVD(化学气相淀积)制成，制出的超精密加工切削刀具，具有切削性能好、耐磨损、寿命长等优点，可用于复杂刀尖形状放超精密、微细加工。

2.高精度化，高质量化

机床的高精度化、高质量化，是机床技术发展的一个“永恒性趋势”。实质上讲，没有高精度、高质量 (精度保持性、可靠性、稳定性、耐用性)，就不可能发展高效率化、高自动化，更不可能实现智能化、网络化、集成化等。中国高档、先进NC机床之所以发展不上去，就是因为缺乏坚实的“技术基础”，缺乏“高精度”、 “高质量”，不掌握NC机床发展中的关键核心技术，依赖进口。这是个十分关键的“致命伤”。

汽车需要实现“大批量”高精、高效、高自动化生产;飞机、航空航天飞行器需要“单个复杂件、小批量”高精、高效、高自动化生产，要求有大、中、小各种类型的先进高档NC金切、成形机床与所需配套的元部件、功能部件、NC系统、刀具、测量、附件，有的还需与各种类型机器人组合成“线”，实现24小时、以至72小时自动化高效无人化生产，严格要求“高精度”、“高质量”。否则，出现废品、事故不断，其经济损失将很大。长期以来，我国机床工业不能切实满足用户需求，重量轻质，忽视深入系统科研，不能狠抓基础技术，是本身问题。广大用户宁愿进口美、德、日先进高档优质NC机床、刀具等，以确保生产正常进行，这种做法可以理解。

高精度化、高质量化，是发展先进、高档NC机床，为未来实现网络化、集成化、智能化，最终实现计算机集成制造系统 (CIMS)、自动化工厂(FA)等的重大趋势，也是机床工业、制造业、工业化国家由大变强的努力方向。如果没有高素质、高职业道德、高文化科技水平、高质量的人，缺乏各有关部门之间的紧密合作，技术链、生产链、供应链残缺松散，则高精度化、高质量化，也就不可能实现。

3.高效率化

通过先进NC机床，加工、制造装备的高效率化，可实现提高生产率和劳动生产率。而“高效率化”的实现，是通过多种有效措施、先进技术来实现的 (如:高速切削、强力切削、快速移动、缩短加工、辅助时间、5轴联动控制、多工序的复合化、工件一次装夹完成全部加工、与机器人组合、完成自动换刀、工件自动上下料、自动搬运刀具、工件出入仓库、自动在线检测、以及科学的组织，管理等)。而先进高档NC机床之所以能实现高效率化，是建立在前述材料高性能、基础技术坚实化、高精度化、高质量化的基础之上的。不仅如此，更要求机床的理论基础科研过硬 (如机床的刚性、振动、热变形、噪声等)，应用技术科研过硬[如:机床的布局、结构配置、成组加工技术 (GT)的合理应用，机床三化 (通用化、标准化、系列化)的正确实现、个性化的切合实用等]。

4.高自动化

先进NC机床的高自动化发展趋势，主要是进一步减少、消除手动、体力劳动。如进一步实现自动化更换刀具，工件自动上下料、搬运等，不需要人的参与而能实现24小时、以至72小时的高自动化、高精度、高效率无人化加工。高自动化，是建立在前述的材料高性能化、基础技术的坚实化、高精度化、高质量、高效率化的基础之上的。特别是:刀具材料的高性能化，各种机、电、液、气、光元件、功能部件、NC系统等的“可靠性”、“稳定性”、“耐用性”上。如果没有可靠性、稳定性、耐用性，也就不可能实现“高自动化”。

未来高自动化的进一步发展提高，对各类先进机器人需求将迅速增加，也将促使各类机器人迅速发展。

5.智能化

智能化，是代替人的“脑力劳动”。在当今世界，先进高档NC机床实现的“智能化”，还只是一个“开端”，离完善的智能化，距离还很远。但它是当今世界及今后一个极其重大的技术发展趋势，也是人类发展生产、实现机床工业、制造业、工业化强国的远大奋斗目标。“智能化”完善实现之时，也可能是世界上期望的“无人化工厂”出现之日。它的实现或早或迟，将取决于人类的文化科技知识提高进程、科研的深入系统、各个环节的不断创新，以及材料高性能，基础技术的坚实完备。

从用户角度需要看，希望智能化能实现以下六大方面的目标，即:①确保自动实现加工的高精度;②进一步提高效率;③保护环境、节省能源;④确保安全、放心生产;⑤节省进而代替人力、脑力劳动;⑥降低各种制造费用、成本。

需要解决的技术有:①加工过程、加工条件的自动选择、优化、决定;②高精度加工功能的优化和自动实现;③自动确保制造安全、可靠;④自动实现节省能源;⑤自动监视开动停止状态、消除各种故障;⑥自动监视机床维护状态、进行检测、消除隐患等。

对于熟练生产技术工人来说，对机床智能化实现最迫切的期望实现的功能是:①自动监视整机、机床主要组成部件、NC系统开动的状态;②自动确保机床的工作，维护安全性;③实现加工条件的优化与自动确定;④机床调整作业的智能优化、决定;⑤自动监视机床的维护状态，消除各种隐患;⑥自动实现智能化节省能源。

对于上述这些技术要求，实现智能化还需要进一步深入解决:各种精确、有效、可靠的传感器，如:温度传感器、变位传感器、环境变化传感器、微型智能观测传感器等;更需要进一步提高NC系统的许多更高级的功能，如智能化精度补偿，自动消除各种误差、故障，并能准确事先预测、提前加以预防等。

“智能化”是代替人的“脑力劳动”，其复杂程度和难度，远高于前述的高“自动化”，对其可靠性、稳定性、耐用性技术水平的要求，则更高、更严。

6.复合化、多轴联动化、组合化、网络化、个性化、集成化、环保化

这些趋势，已经出现多年，在四大国际机床展览会上，已有一些高端NC机床展品展示，也已为人们所相对熟悉。复合化，主要是在加工中心(NC)的基础上，将更多工序复合进行加工，提高效率。如MC+磨削加工、MC+激光加工等，并不断扩大到NC车床、NC磨床等其他机床上。多轴联动化，主要是用来实现各种复杂不同曲线型面的加工。目前5轴联动发展迅速。组合化，主要是在NC机床的设计结构上，实现组合部件的通用化，进一步提高制造上的方便，供应用户的便捷、降低机床成本。网络化，主要是通过信息化构成不同网络，实现信息的自动传递，并可实现远距离诊断、维修、维护等。个性化，主要是针对不同用户需求，对难切削材料、特殊件进行高精、高效、高自动化加工。集成化，突出的是利用机器人、自动传送装置的组合、多台NC机床的集合成“线”，成为加工单元、自动化工段、自动化车间等，实现更高自动化，提高生产效率，进一步减少人和体力劳动。环保化，主要是实现少油、自润滑、无油润滑、节能省地、绿化、保护环境等。所有这些趋势，对于NC机床技术的发展，将随着时间的推移，不断深化、完善，并进一步发展、创新和提高。

当今世界机床的技术发展趋势是多方面的，也是相互交叉、融合、影响。它将随着市场需求、不同工件大小、不同精度、不同批量产品的制造、各种科学发展、技术创新、基础技术科研、应用技术科研的步步深入、系统，而不断变化。今后，还将出现许多不同的新的技术发展趋势。

为实现这些技术发展趋势，必须切实做好以下三点:

(1)机床本身有其特点和发展规律，它是人类的先进“生产工具”，其科研、设计、制造、使用，是社会各有关方面的“群体活动”，与数学、物理、化学各类科学的发展有所不同。最最紧迫的，是需要各有关部门的紧密合作、互助。在“技术链”、“生产链”、“供应链”各个方面，周密完善。特别是在材料、元部件、功能部件、NC系统、电子计算机的新技术、网络信息科技等方面，需要通力配合加速发展。机床发展靠“先进”、“实用”;企业发展靠“产品”;产品发展靠“人才”;加速发展则靠深入系统的“科研”。机床工业的发展则需靠“个体、集体”作用。先进机床发展必须正确解决好“市场需求、科技水平、人员素质”三者的关系，才能顺利发展。市场需求是“动力”、科技水平是“基础”、人员素质是“根本”。

(2)先进NC机床产品能否加速发展，占领国内外市场，必须正确解决好“质量、性能、品种、价格、交货期、服务”六大点。而企业、整个机床行业的发展，必须解决好“人才、科研、质量、创新、合作、信誉”六大方面的问题。

(3)机床的技术发展提高、技术趋势的不断实现，将取决于社会经济的盛衰、广大用户市场的需求、基础技术的坚实、创新，以及全民素质、文化科技、职业道德水平的自觉提高。最关键的是，需要整个国家、社会、人民的高度理性重视与紧密合作。

二、结语

冰冻三尺，非一日之寒。只有明确这些技术发展趋势，群策群力，万众一心。有信心、决心、恒心、有能力、毅力、魄力。实事求是、踏踏实实、稳定前进，坚韧不拔、坚持有恒。攻克各种技术关键，掌握世界尖端技术，才能取得最后胜利，国家也才能真正持久富强!

这也是今天我们认真深入分析当今世界机床技术发展趋势的真正重要目的。