数控机床的发展历程和趋势

数控机床的发展历程和趋势主讲：张明时间：2012-3-15Contents数控机床的发展历程1数控机床的发展趋势2我国数控机床的发展现状3结束语4一、数控机床的发展历程

数控机床(NumericalControlMachineTools)是用数字代码形式的信息(程序指令)，控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床，简称数控机床。

数控机床是在机械制造技术和控制技术的基础上发展起来的，其过程大致如下：1948年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制直升飞机螺旋桨叶片轮廓检验用样板的加工设备。由于样板形状复杂多样，精度要求高，一般加工设备难以适应，于是提出采用数字脉冲控制机床的设想。

1949年，该公司与美国麻省理工学院(MIT)开始共同研究，并于1952年试制成功第一台三坐标数控铣床，当时的数控装置采用电子管元件。

1959年，数控装置采用了晶体管元件和印刷电路板，出现带自动换刀装置的数控机床，称为加工中心(MCMachiningCenter)，使数控装置进入了第二代。

一、数控机床的发展历程

1965年，出现了第三代的集成电路数控装置，不仅体积小，功率消耗少，且可靠性提高，价格进一步下降，促进了数控机床品种和产量的发展。

60年代末，先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统(简称DNC)，又称群控系统；采用小型计算机控制的计算机数控系统(简称CNC)，使数控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代。

1974年，研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置(简称MNC)，这是第五代数控系统。

20世纪80年代初，随着计算机软、硬件技术的发展，出现了能进行人机对话式自动编制程序的数控装置；数控装置愈趋小型化，可以直接安装在机床上；数控机床的自动化程度进一步提高，具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。

20世纪90年代后期，出现了PC+CNC智能数控系统，即以PC机为控制系统的硬件部分，在PC机上安装NC软件系统，此种方式系统维护方便，易于实现智能化，网络化制造。

一、数控机床的发展历程19591965数控机床1952电子管晶体管小型集成电路1970小型计算机1974微型计算机1990PC+CNC一、数控机床的发展历程更高水平发展（2000年开始）产业化成熟阶段（1990-1999年）发展应用阶段（1980-1989年）起动阶段（1952-1979年）智能化、网络化、敏捷制造、虚拟制造柔性单元、柔性系统、自动化工厂开始应用数控系统微处理器运算速度快速提高，功能不断完善、可靠性进一步提高，监控、检测、换刀、外围设备得到了应用先后经历电子管、晶体管、小集成电路、大规模集成电路、小型计算机，微处理器等1234二、数控机床的发展趋势系统软件化体系开放化控制智能化信息网络化功能复合化高精度高速加工6125437多轴加工8绿色化发展趋势2.1体系开放化（1）向未来技术开放：由于软硬件接口都遵循公认的标准协议，只需少量的重新设计和调整，新一代的通用软硬件资源就可能被现有系统所采纳、吸收和兼容，这就意味着系统的开发费用将大大降低而系统性能与可靠性将不断改善并处于长生命周期；

（2）向用户特殊要求开放：更新产品、扩充功能、提供硬软件产品的各种组合以满足特殊应用要求；

（3）数控标准的建立：国际上正在研究和制定一种新的CNC系统标准ISO14649（STEP-NC），以提供一种不依赖于具体系统的中性机制，能够描述产品整个生命周期内的统一数据模型，从而实现整个制造过程乃至各个工业领域产品信息的标准化。标准化的编程语言，既方便用户使用，又降低了和操作效率直接有关的劳动消耗。2.2控制软件化

现在，实际用于工业现场的数控系统主要有以下四种类型，分别代表了数控技术的不同发展阶段，对不同类型的数控系统进行分析后发现，数控系统不但从封闭体系结构向开放体系结构发展，而且正在从硬数控向软数控方向发展的趋势。

传统数控系统，如FANUC0系统、MITSUBISHIM50系统、SINUMERIK810M/T/G系统等。这是一种专用的封闭体系结构的数控系统。目前，这类系统还是占领了制造业的大部分市场。但由于开放体系结构数控系统的发展，传统数控系统的市场正在受到挑战，已逐渐减小。

“PC嵌入NC”结构的开放式数控系统，如FANUC18i、16i系统、SINUMERIK840D系统、Num1060系统、AB9/360等数控系统。这是一些数控系统制造商将多年来积累的数控软件技术和当今计算机丰富的软件资源相结合开发的产品。它具有一定的开放性，但由于它的NC部分仍然是传统的数控系统，用户无法介入数控系统的核心。这类系统结构复杂、功能强大，价格昂贵。

2.2控制软件化

“NC嵌入PC”结构的开放式数控系统它由开放体系结构运动控制卡和PC机共同构成。这种运动控制卡通常选用高速DSP作为CPU，具有很强的运动控制和PLC控制能力。它本身就是一个数控系统，可以单独使用。它开放的函数库供用户在WINDOWS平台下自行开发构造所需的控制系统。因而这种开放结构运动控制卡被广泛应用于制造业自动化控制各个领域。如美国DeltaTau公司用PMAC多轴运动控制卡构造的PMAC-NC数控系统、日本MAZAK公司用三菱电机的MELDASMAGIC64构造的MAZATROL640CNC等。

SOFT型开放式数控系统

这是一种最新开放体系结构的数控系统。它提供给用户最大的选择和灵活性，它的CNC软件全部装在计算机中，而硬件部分仅是计算机与伺服驱动和外部I/O之间的标准化通用接口。就像计算机中可以安装各种品牌的声卡和相应的驱动程序一样。用户可以在WINDOWSNT平台上，利用开放的CNC内核，开发所需的各种功能，构成各种类型的高性能数控系统，与前几种数控系统相比，SOFT型开放式数控系统具有最高的性能价格比，因而最有生命力。通过软件智能替代复杂的硬件，正在成为当代数控系统发展的重要趋势。其典型产品有美国MDSI公司的OpenCNC、德国PowerAutomation公司的PA8000NT等。2.3高可靠度随着数控机床网络化应用的日趋广泛，数控系统的高可靠性已经成为数控系统制造商追求的目标。对于每天工作两班的无人工厂而言，如果要求在16小时内连续正常工作，无故障率在P(t)＝99%以上，则数控机床的平均无故障运行时间MTBF就必须大于3000小时。我们只对某一台数控机床而言，如主机与数控系统的失效率之比为10:1(数控的可靠比主机高一个数量级)。此时数控系统的MTBF就要大于33333.3小时，而其中的数控装置、主轴及驱动等的MTBF就必须大于10万小时。如果对整条生产线而言，可靠性要求还要更高。

当前国外数控装置的MTBF值已达6000小时以上，驱动装置达30000小时以上，但是，可以看到距理想的目标还有差距。2.3高可靠度数控机床与传统机床相比，增加了数控系统和相应的监控装置等，应用了大量的电气、液压和机电装置，易于导致出现失效的概率增大；工业电网电压的波动和干扰对数控机床的可靠性极为不利，而数控机床加工的零件型面较为复杂，加工周期长，要求平均无故障时间在2万小时以上。

为了保证数控机床有高的可靠性，就要精心设计系统、严格制造和明确可靠性目标以及通过维修分析故障模式并找出薄弱环节。国外数控系统平均无故障时间在7～10万小时以上，国产数控系统平均无故障时间仅为10000小时左右，国外整机平均无故障工作时间达800小时以上，而国内最高只有300小时。2.4高速化随着汽车、国防、航空、航天等工业的高速发展以及铝合金等新材料的应用，对数控机床加工的高速化要求越来越高。（1）主轴转速：机床采用电主轴（内装式主轴电机），主轴最高转速达200000r/min；

（2）进给率：在分辨率为0.01μm时，最大进给率达到240m/min且可获得复杂型面的精确加工；（3）运算速度：微处理器的迅速发展为数控系统向高速、高精度方向发展提供了保障，开发出CPU已发展到32位以及64位的数控系统，频率提高到几百兆赫、上千兆赫。由于运算速度的极大提高，使得当分辨率为0.1μm、0.01μm时仍能获得高达24～240m/min的进给速度；（4）换刀速度：目前国外先进加工中心的刀具交换时间普遍已在1s左右，高的已达0.5s。德国Chiron公司将刀库设计成篮子样式，以主轴为轴心，刀具在圆周布置，其刀到刀的换刀时间仅0.9s。2.4高速化德马吉（DMG)最新推出的HSClinear系列机床代表着高速切削技术的全新时代。据介绍，这个全新的系列产品满足了全方位要求，超坚固结构设计构成超高速运动的基础，高频高转速HSK主轴为标准配置，全部直线轴和旋转轴全部采用直接驱动技术以确保更高动态性能和更高精度，还配备具有易用3D功能的高性能CNC数控系统。HSC55linear采用龙门结构具有超高刚性，热对称平衡结构，标配28000r/min高速主轴，所有轴全部采用直接驱动技术，加速度达2g(g=9.8m/s2)。加工区的合理安排和主轴的高转速使HSC55linear加工中心不仅能高速加工高硬钢材还能高速加工石墨材料。

相比市场上的其它高速切削机床，选择28000rpm主轴作为标配，德马吉这个新主轴的刚性更高。它不仅能降低加工中的振动，提高表面质量，延长刀具使用寿命。据介绍，该机床也可以配18000rpm电主轴，还可用相同的价格选配42000rpm甚至60000rpm两种转速的主轴。HSC55linear加工中心2.4高速化日本森精机NH系列DZ15WMagnum双主轴高效立式加工中心2.4高速化瑞士GF阿奇夏米尔HSM500高速铣削中心它采用混凝土聚合物（人造大理石）制成的龙门框架式的床身结构，可以有效地吸收高加速度时产生的冲击力，以确保高的加工精度。专门量身定制的高刚性工作台在有限的空间内实现尽可能大的装夹面积。可配置30000转/分、42000转/分甚至54000转/分的高速电主轴，从而可实现高性能的高速铣削工艺。2.5高精度化数控机床精度的要求现在已经不局限于静态的几何精度，机床的运动精度、热变形以及对振动的监测和补偿越来越获得重视。（1）提高CNC系统控制精度：采用高速插补技术，以微小程序段实现连续进给，使CNC控制单位精细化，并采用高分辨率位置检测装置，提高位置检测精度（日本已开发装有106脉冲/转的内藏位置检测器的交流伺服电机，其位置检测精度可达到0.01μm/脉冲），位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制等方法；

（2）采用误差补偿技术：采用反向间隙补偿、丝杆螺距误差补偿和刀具误差补偿等技术，对设备的热变形误差和空间误差进行综合补偿。研究结果表明，综合误差补偿技术的应用可将加工误差减少60%～80%；

（3）采用网格解码器检查和提高加工中心的运动轨迹精度，并通过仿真预测机床的加工精度，以保证机床的定位精度和重复定位精度，使其性能长期稳定，能够在不同运行条件下完成多种加工任务，并保证零件的加工质量。2.6功能复合化复合机床的含义是指在一台机床上实现或尽可能完成从毛坯至成品的多种要素加工。根据其结构特点可分为工艺复合型和工序复合型两类。工艺复合型机床如镗铣钻复合——加工中心、车铣复合——车削中心、铣镗钻车复合——复合加工中心等；工序复合型机床如多面多轴联动加工的复合机床和双主轴车削中心等。采用复合机床进行加工，减少了工件装卸、更换和调整刀具的辅助时间以及中间过程中产生的误差，提高了零件加工精度，缩短了产品制造周期，提高了生产效率和制造商的市场反应能力，相对于传统的工序分散的生产方法具有明显的优势。

加工过程的复合化也导致了机床向模块化、多轴化发展。德国Index公司最新推出的车削加工中心是模块化结构，该加工中心能够完成车削、铣削、钻削、滚齿、磨削、激光热处理等多种工序，可完成复杂零件的全部加工。随着现代机械加工要求的不断提高，大量的多轴联动数控机床越来越受到各大企业的欢迎。2.6功能复合化

在零件加工过程中有大量的无用时间消耗在工件搬运、上下料、安装调整、换刀和主轴的升、降速上，为了尽可能降低这些无用时间，人们希望将不同的加工功能整合在同一台机床上，因此，复合功能的机床成为近年来发展很快的机种。

柔性制造范畴的机床复合加工概念是指将工件一次装夹后，机床便能按照数控加工程序，自动进行同一类工艺方法或不同类工艺方法的多工序加工，以完成一个复杂形状零件的主要乃至全部车、铣、钻、镗、磨、攻丝、铰孔和扩孔等多种加工工序。

普通的数控系统软件针对不同类型的机床使用不同的软件版本，比如Siemens的810M系统和802D系统就有车床版本和铣床版本之分。复合化的要求促使数控系统功能的整合。目前，主流的数控系统开发商都能提供高性能的复合机床数控系统。2.6功能复合化单一机床和复合机床对比2.6功能复合化

世界上首次为复合加工机而开发的CNC装置MAZATROLFUSION640Pro与生产信息管理塔的e-Tower作为标准装备配置在INTEGREXe-1850V里，它已经超越了机床的概念简直可以称之为小型工厂（智能化生产模块），满载了许许多多的新功能。

通过卡盘一次装卡就可以全工程加工车削、铣加工、淬火、研磨。2.6功能复合化INTEGREXe-1850Ve-500H

IIe-800V

II2.6功能复合化图4复合加工可成功完成最复杂、高精度零件的加工。对于加工类似镍铬铁耐热耐蚀合金这样超硬材质，WFL公司将提供350bar喷气断屑系统图5可加工出的各种齿轮形状图6在涡轮轴上进行滚齿加工2.7驱动并联化并联机床（ParallelMachineTool），也叫并联运动学机床（ParallelKinematicMachine），因没有实体坐标轴，故又被称为虚拟轴机床（VirtualAxisMachineTool）。并联机床是用并联机构作为进给传动机构的数字控制机床。与传统机床相比并联机床具有刚度重量比大、响应速度快、对环境适应性高、技术附加值高等优点。并联运动机床克服了传统机床串联机构移动部件质量大、系统刚度低、刀具只能沿固定导轨进给、作业自由度偏低、设备加工灵活性和机动性不够等固有缺陷，在机床主轴（一般为动平台）与机座（一般为静平台）之间采用多杆并联联接机构驱动，通过控制杆系中杆的长度使杆系支撑的平台获得相应自由度的运动，可实现多坐标联动数控加工、装配和测量多种功能，更能满足复杂特种零件的加工，具有现代机器人的模块化程度高、重量轻和速度快等优点。

2.7驱动并联化

并联机床作为一种新型的加工设备，已成为当前机床技术的一个重要研究方向，受到了国际机床行业的高度重视，被认为是“自发明数控技术以来在机床行业中最有意义的进步”和“21世纪新一代数控加工设备”。并联运动机床与传统机床的比较2.7驱动并联化

6杆并联机床2.8多轴加工化多轴加工准确地说应该是多坐标联动加工。当前大多数控加工设备最多可以实现五坐标联动，这类设备的种类很多，结构类型和控制系统都各不相同。由于在加工自由曲面时，3轴联动控制的机床无法避免切速接近于零的球头铣刀端部参予切削，进而对工件的加工质量造成破坏性影响，而5轴联动控制对球头铣刀的数控编程比较简单，并且能使球头铣刀在铣削3维曲面的过程中始终保持合理的切速，从而显着改善加工表面的粗糙度和大幅度提高加工效率，因此，各大系统开发商不遗余力地开发5轴、6轴联动数控系统，随着5轴联动数控系统和编程软件的成熟和日益普及，5轴联动控制的加工中心和数控铣床已经成为当前的一个开发热点。

最近，国外主要的系统开发商在6轴联动控制系统的研究上已经取得和很大进展，在6轴联动加工中心上可以使用非旋转刀具加工任意形状的三维曲面，且切深可以很薄，但加工效率太低一时尚难实用化。2.8多轴加工化图1KE-D型多轴加工机床图2可在多轴加工机床上加工的零件图3

S-6系列多轴加工机床可以在一次装夹中完成复杂工件的三方位加工，配备有12把水平进给和3把垂直进给的刀具2.8多轴加工化图4TCKM系列是瑞士型高速精密数控车铣中心，机床的两个主轴可以同时对不同的零件进行车铣复合加工，具有四轴联动加工能力，可以完成车削、铣削、钻削甚至磨削复合加工。适合完成精度较高、形状复杂的零件的车铣复合加工任务,例如多头蜗杆的车、铣、钻等工序的一次性复合加工图5多轴MultiAlpha自动车床，5个独立刀具的背主轴，可实现需掉头的复杂零件的加工，是复杂零件的最佳加工解决方案，能保证24h不停生产高质量的产品2.8多轴加工化MAG公司的U5-1500DR双主轴机床EMAG公司的BA321型卧式4轴加工中心2.8多轴加工化瑞士GF阿奇夏米尔MIKRONHPM600U五轴联动高性能镗铣加工中心2.9体积极端化主要体现在数控机床的体积大型化和微型化。一方面，国防、航空、航天事业的发展和能源等基础产业装备的大型化需要大型且性能良好的数控机床的支撑。另一方面，超精密加工技术和微纳米技术是21世纪的战略技术，需发展能适应微小型尺寸和微纳米加工精度的新型制造工艺和装备，所以微型机床包括微切削加工(车、铣、磨)机床、微电加工机床、微激光加工机床和微型压力机等的需求量正在逐渐增大。2.9体积极端化J10001-CNC微型数控车床主轴电机功率：150W电压120VDCXZ轴的最大移动速度：500mm/min

主轴电机转速：0～2500r/min

步进电机最大转速：1000r/min

尺寸：600X300X250mm净重：17kgC00026微型数控铣床定位精度0.015mm最大钻孔直径25mm最大端面铣直径16mm

最大表面铣直径50mm电机功率1000W

主轴转速(无级调速)100~1750rpm±10%

尺寸：760X700X900mm净重：200kg2.9体积极端化HTM-50GMFX100

龙门移动式定梁五面镗铣中心主要技术参数

主轴转速10-2000r/min

主轴功率37/51kw

主轴最大扭矩1985/2735Nm

滑枕截面500×500mm

龙门有效宽度5100mm

X/Y/Z行程10000/5200/1250mm

快移速度10m/min

最大切削速度6m/min

定位精度0.020/0.015/0.010mm

重复定位精度0.012/0.00/0.008mm

工作台面积4000×9000mm

工作台最大承重20t

刀库容量24/40/60（选配）2.10绿色化

随着日趋严格的环境与资源约束，制造加工的绿色化越来越重要，而中国的资源、环境问题尤为突出。因此，近年来不用或少用冷却液、实现干切削、半干切削节能环保的机床不断出现，并在不断发展当中。在21世纪，绿色制造的大趋势将使各种节能环保机床加速发展，占领更多的世界市场。机床是将毛坯转化为零件的工作母机，在使用过程中不仅消耗能源，还会产生固体、液体和气体废弃物，对工作环境和自然环境造成直接或间接的污染。从整个机床生命周期内审视，尽量减少对环境带来不利冲击的绿色机床就成为当前研究的热点。2.10绿色化

什么是绿色机床？它应该具有以下特点：

1机床主要零部件由再生材料制造。

2机床的重量和体积减少50%以上。

3通过减轻移动质量、降低空运转功率等措施使功率消耗减少30～40%。

4使用过程中产生的各种废弃物减少50~60%，保证基本没有污染的工作环境。

5报废后机床的材料100%可回收。2.10绿色化1.减重节能

据统计，机床使用过程中用于切除金属的功率只占到25%左右，各种损耗和辅助功能占去大部分。典型机床的功率消耗分配如图1所示，红色部分是各种损耗和辅助功能。

机床绿色化的第一个措施是通过大幅度降低机床重量和减少所需的驱动功率来构建具有生态效益的机床（Eco-efficientMachinetool）。绿色机床提出一种全新的概念：大幅减少机床重量，节省材料；同时降低机床使用时的能源消耗。图1.典型数控机床功率分配图2.10绿色化传统的机床设计理念是“只有足够的刚度才能保证加工精度，提高刚度就必须增加机床重量”。因此，现有机床重量的80%用于“保证”机床的刚度，而只有20%用于满足机床运动学的需要。

绿色机床就是在保证机床刚度的前提下大幅减少机床移动部件的重量，达到省材、节能的目的。实现这个目标的途径有两个：通过采用新结构或新的复合材料来实现轻量化，如图2所示。图2.借助新材料和新结构实现轻量化2.10绿色化图3

采用三杆并联机构的主轴部件1.1.1杆机构90年代中期出现的6杆并联运动机床，由于其运动部件质量轻、结构简单等优点，一直受到机床研究者的重视，10多年来不断进行探索，推出许多变型结构和方案。尽管加工精度和机床刚度还存在一定问题，但在某些领域已经获得成功应用。例如，DS-Technology公司生产的加工飞机铝合金构件的Ecospeed型机床，其主轴部件就是采用三杆并联机构，如图3所示。

1.1采用新结构降低能耗2.10绿色化1.1.2新型焊接结构

在机床设计中采用焊接结构由来已久，主要由钢板切割后焊接成为大型结构件。随着对机床结构轻量化的要求日益迫切，异型钢板和异型结构的应用获得了发展，焊接工艺也由电弧焊接扩展到激光焊接。一个由钢管和钢板激光焊接而成的滑座如图4所示。图4

由钢管和钢板激光焊接而成的滑座2.10绿色化1.1.3箱中箱结构

箱中箱结构是近年来机床结构配置的重要发展趋势。它的特点是采用框架式箱形结构，将一个移动部件嵌入另一个部件的框架箱中，达到提高刚度减轻重量的目的。森精机一台车铣复合加工中心的箱中箱结构如图5所示。

采用箱中箱结构获得成功的关键不仅在于基于有限元分析的设计方法，而且还有构件的制造工艺，例如熔模铸造等。图5

由钢管和钢板激光焊接而成的滑座2.10绿色化图3.一台通过结构优化并采用了新材料的龙门铣床案例（通过轻量化降低驱动功率）新材料是机床结构轻量化的重要研究领域，包括碳素纤维、陶瓷和复合材料。目前已经获得实际应用的是树脂混凝土（或称矿物铸造、人造花岗石），它与传统铸铁构件相比，具有阻尼系数大、抗振性强、热稳定性好等一系列优点。1.2采用新材料

2.10绿色化高频电主轴：高频电主轴是高频电动机与主轴部件的集成，具有体积小、转速高、可无级调速等一系列优点，在各种新型数控机床中已经获得广泛的应用；

直线电动机：近年来，直线电动机的应用日益广泛，虽然其价格高于传统的伺服系统，但由于负载变化扰动、热变形补偿、隔磁和防护等关键技术的应用，机械传动结构得到简化，机床的动态性能有了提高。如：西门子公司生产的1FN1系列三相交流永磁式同步直线电动机已开始广泛应用于高速铣床、加工中心、磨床、并联机床以及动态性能和运动精度要求高的机床等；德国EX-CELL-O公司的XHC卧式加工中心三向驱动均采用两个直线电动机；

电滚珠丝杆：电滚珠丝杆是伺服电动机与滚珠丝杆的集成，可以大大简化数控机床的结构，具有传动环节少、结构紧凑等一系列优点。

1.3采用新型功能部件2.10绿色化2.MQL减排

机床使用过程中的润滑冷却液是有害排放物，特别是磨削时采用的乳化液对环境和工人健康都非常有害。因此，大幅度减少冷却液的使用和排放是绿色机床的基本特徵。实现这个目标的途径有以下两方面：

1）干切削，不使用冷却液。这需要机床具有足够的刚性和锋利的刀具，仅适用于某些加工形状比较简单的铣削和车削工序。

2）微量润滑（MinimizedQuantityLubrication,MQL）。MQL适用范围较广，可用于各种加工方法，但需要专门的装置提供气雾或低温空气（冷风），并使用专门的润滑剂。2.10绿色化

3.刀具增效

机床的生产效率出至刀尖上。采用先进的刀具，选择合理的刀具几何角度和切削参数，可以有效提升切削加工的效率，降低切削过程所需的功率，延长刀具的寿命，从而达到以较少的资源消耗获得较大产出的目的。图4.组合刀具的复合加工2.10绿色化4.变废为宝增值再用

金属切削加工切屑是机床使用过程中主要的固体废弃物。传统的方法是将它作为废品出售给废品回收单位，进入社会废品循环。

江苏省扬力集团在该企业内部将每年数千吨的铁屑和钢屑经过分拣、压块、配料、熔化浇铸出高质量的球墨铸铁件，变废为宝，制成诸如压力机曲轴等关键零件，如图5所示。图5由再生废料制成的压力机曲轴（a.铸成的曲轴毛坯b.加工完成的曲轴）

2.10绿色化案例一：森精机NMV8000加工中心图8

NMV8000立式加工中心NMV8000加工中心绿色化的主要特征如下：

1）采用动柱动梁箱中箱结构，移动部件质量轻，减少驱动功率。

2)

工作台采用台中台直接驱动方式，提高了传动效率。

3)

排屑路径通畅，减少机床热变形。

2.10绿色化案例二：STUDERS242车磨复合加工机床图9

S242车磨复合机床为了大幅度提高轴类高精度零件的加工效率，Studer公司推出硬车削和磨削复合的机床，可配置左右、正斜砂轮架和转塔刀架，三种横向砂轮架和刀架可有15种配置方案，其中之一如图9所示。S242车磨复合加工机床绿色化的主要特征如下：

1）

床身采用GranitanS103人造花岗石。

2）

硬车时干切削，不使用冷却液。

3）采用斜床身，排屑路径通畅，切屑不与床身直接接触，保持机床的热稳定性。2.10绿色化案例三：EMAGKoepfer300滚齿机EMAGKoepfer300卧式9轴数控滚齿机适用于加工中等尺寸的圆柱直齿和斜齿齿轮，机床的配置和工作区域如图10所示。

X、Y、Z轴分别为径向、切向和轴向移动，A、B、C轴分别为滚刀头架偏转、滚刀和工件旋转，Q轴是辅助工具控制，W轴是尾架移动，V轴为装料器控制。2.10绿色化Koepfer300卧式滚齿机绿色化的主要特征如下：

1）

床身采用树脂混凝土（人造花岗石），封闭箱形结构，保证动静态的刚度和热稳定性。

2）工件和滚刀皆采用直接驱动，没有机械传动链，提高传动精度和效率。

3）采用干加工和微量润滑（MQL）。

4）采用斜床身结构。图10

Koepfer300滚齿机2.11智能化如果说绿色机床的愿景是环境友好，那么智能机床的目标就是用户友好。“用户友好”的含义在于大幅提升工作效率和确保工作更加舒适且安全。这就要求机床能够自主管理自己，自动识别加工任务和加工状态，无需或很少需要人工干预，同时还能够及时与操作者沟通，变得“聪明”起来，开拓数控机床的新纪元。

智能化是21世纪制造技术发展的一个大方向。随着人工智能在计算机领域的渗透和发展，为了满足制造业生产柔性化、制造自动化的发展需求，数控系统引入了自适应控制、模糊系统和神经网络的控制机理，不但具有自动编程、前馈控制、模糊控制、学习控制、自适应控制、工艺参数自动生成、三维刀具补偿、运动参数动态补偿等功能，而且人机界面极为友好，并具有故障诊断专家系统使自诊断和故障监控功能更趋完善。伺服系统智能化的主轴交流驱动和智能化进给伺服装置，能自动识别负载并自动优化调整参数。

世界上正在进行研究的智能化切削加工系统很多，其中日本智能化数控装置研究会针对钻削的智能加工方案具有代表性。2.11智能化具体体现在以下几个方面：（1）加工过程自适应控制技术：通过监测加工过程中的切削力、主轴和进给电机的功率、电流、电压等信息，利用传统的或现代的算法进行识别，以辩识出刀具的受力、磨损、破损状态及机床加工的稳定性状态，并根据这些状态实时调整加工参数（主轴转速、进给速度）和加工指令，使设备处于最佳运行状态，以提高加工精度、降低加工表面粗糙度并提高设备运行的安全性；（2）加工参数的智能优化与选择：将工艺专家或技师的经验、零件加工的一般与特殊规律，用现代