从上世纪80年代起，我国机床制造业的发展虽有起伏，但对数控技术和数控机床一直给予较大的关注，已具有较强的市场竞争力。但在中、高档数控机床方面，与国外一些先进产品与技术发展，仍存在较大差距，大部分处于技术跟踪阶段。基于这一现实，为了加速振兴我国的机床制造业，当前应加强八个方面的研究和发展工作。
1．以高速化为先导，提高数控机床的综合性能
数控机床的高速化是提高其高效柔性和高精化的一个重要措施。分析中型加工中心的高速化与高精化的发展历程，可以得出，作为表征其切削运动高速化的主轴最高转速和最大进给速度，大致持续地以每10年增长1倍的比率上升，而表征压缩机床辅助时间的快移速度（指以滚珠丝杠和旋转伺服电机驱动）和自动换刀／工作台转位速度，基本上以每12～15年翻一番的速度增长。1993年后逐步推广用直线电动机直接驱动的新技术，使加工中心的快移速度比用滚珠丝杠副驱动时又提高了1倍。
高速化的发展宜注意下列两方面的问题：
（ 1）从先进适用出发确定高速范围。由于受刀具等因素的制约，不宜片面地追求过高的速度，目前生产中除铝合金和模具型面铣加工应用20000r/min以上的主轴转速外，对于钢铁件和钛合金铣削通常选用的主轴最高转速为10000～15000r/min，并要求有较大的主轴扭矩（(200Nm）；快移速度对中型加工中心和数控铣床大多为40～80m/min，对大型机床则为24～50m/min。
（2）高速化要与机床的结构和控制性能相匹配。因为主轴转速和进给速度的提高会引起一些负面影响，使机床结构和测量系统的热变形和位置控制的跟踪误差随之增大。为此，应用信息技术发展诸如热误差补偿、进给速度前瞻控制、位置环前馈控制和加减速平稳控制以及抑制颤振的多点自动跟踪滤波器等一系列先进控制技术，使在高速控制条件下仍能保证加工精度不断改善，才能不致事倍功半。除了上述提及的热误差和控制精度，还要注意改善机床结构的静动态刚度、动平衡和刀具的性能等。
２．推进(m工程，研制高效精密数控机床
目前国内生产的数控机床尚缺少高效、高可靠性且加工精度达微米级的产品，图3 示出了汽车零件加工需求与国产加工中心、ＣＮＣ铣床、车削中心和ＣＮＣ车床等满足度现状(图中A、B、C区)的比较。
图3 国产数控机床（图中A、B、C）与汽车制造业对数控制造装
备在效率和精度方面需求（图中两红线间区域）的差距比较
为此，需研发一些能兼顾高效化和高精化的数控制造装备以适应汽车制造业加工关键零件的需求，它们的性能用图3中的Ｄ区域来表示。由于这些数控制造装备的加工精度主要在微米级((m)范围内，因此可称为"(m级制造装备及技术研究"，简称"(m工程"(Micro Precision Machine Tool Engineering)。
3．发展复合加工数控机床、缩短制造过程链
加快复合数控机床的发展步伐，提高工序的集中度，使加工过程链集约化，可以提高多品种单件和中小批量加工的工效，也利于加工精度的稳定性。复合数控机床可以减少在不同数控机床间进行工序的转换而引起的待工以及多次上下料等时间。通常这些时间占零件整个生产周期的40%～60%，即使在信息管理良好的情况下,仍将占20%左右。因此，复合数控机床具有明显的技术效果。对于大重型数控机床应用复合加工技术更有其重要作用。
为了避免复合机床因功能的扩展而过多地引起结构的复杂化和成本的增加，需探求通过创新技术扩大功能部件的适用面来简化结构。例如车铣中心把铣头与车削回转刀盘合成一体，倒置式车床把运动的主轴箱兼作上下料机械手等。发展模块化和可重构化的复合机床。可以方便地针对一些零件族组的工艺和工序特点，组成有针对性的专门化的高效复合数控机床。
4．高效柔性化的新一代制造系统
目前常用的FMS/FML一方面其制造装备的功能储备通常较多，另一方面，当加工的产品由于市场需求的变化要作较大的调整时，往往既费时又耗费资金。为此，国际上于1995年开始研究的在可重构制造(Reconfigurable Manufacturing)技术支持下，构建具有适应大批量高效柔性化生产的快速重组制造系统(RRMS)是一个值得注意的发展动向。其核心为制造系统能物理组态，即根据加工对象的变化方便地进行布局和设备配置的调整,发展了能对多变的市场需求作出合理的配置规划和易于调整的布局方式、适应重构的控制软件、开放式控制系统和规范化接口以及能快速提升系统重组后制造质量的诊断系统等技术，使其兼具专用生产线的高效性能和适用的柔性以取得更佳的经济性,国内已在生产中取得了初步成功的应用。
5．发展网络化制造单元，推进企业制造能力的高效柔性化
在信息化技术蓬勃发展的推动下，制造业正面临着一个以提升竞争能力为目标的构建全企业数字化时代。作为主要制造装备的数控机床及其组成的制造系统也将积极地向数字化制造迈进，成为一个信息集成和快速实施的制造单元。
当前，国内外一些机床和数控系统制造企业在从分布式网络化联盟制造的角度出发研究相适应的制造单元，强化其自治管理能力，能与企业ERP、PDM和CAD/CAPP/CAM的信息集成，进而通过与客户关系管理（CRM）和供应链管理（SCM）的联系作出智能决策，实施并行工程、可视化监控等以提高机床利用率，实现高效的柔性生产。
6．深化超精密加工技术研究，促进高精密机床的产业化
超精密加工目前是指尺寸和位置精度为0.01～0.3μm，形状和轮廓精度为0.003～0.1μm，表面粗糙度钢件Ra≤0.05μm、铜件Ra≤0.01μm。国内研制的超精密数控车床、数控铣床已投入生产使用（图4）。当前在品种上需发展超精密磨床和超精密复合加工机床，同时要进一步提升超精密主轴单元、超精密导轨副单元、超精密平稳驱动系统、超精密轮廓控制技术及纳米级分辨率数控系统的性能并加快其工程化。
图4 超精密球面加工机床及工件
超精密机床主要用于解决高新技术和国防关键产品的超精密加工，虽然需求量不很大，但它是一项受国外技术封锁的敏感技术。另一方面，超精密加工技术的深化研究，它的成果的下延将有助于需要量大的加工精度在亚微米级的高精密机床的研发和产业化。
7．加快高性能数控功能部件的研发，提升数控机床品质
数控功能部件作为数控机床的一个子系统同样具有机电一体化的特征，这也是它区别于一般配套件和附件之处。因此，它的组成通常是由动力能源、信息传递反馈与控制、广义机械执行装置三者的总成。
这些功能部件有高速运动的电主轴单元、直接驱动的直线电机单元和力矩电机的回转运动单元等；有先进结构精密切削的双摆主轴头、数控动力刀架和主卧转换头等；有快速交换及高速的自动刀具交换装置、自动托盘交换装置和刀具在线智能补偿（U轴）装置等。
功能部件的研发及其专业化生产，不仅能为机床主机制造厂提供功能完善和品质优良的选件，而且有利于缩短机床新产品的开发和制造周期，也有助于降低数控机床成本。
高性能的功能部件将具有智能化接口，能与整机协调匹配，并与数控系统构成分布式的控制，因此，加强为主机厂的售前服务，充分满足主机的个性化需求是提高其竞争力的重要措施。功能部件向功能多样化、运行高可靠性化和结构紧凑化的发展也将促进数控机床复合化加工的扩展并推动新一代可重构机床的出现。
8．开展可靠性设计，加强全面质量管理，保证数控机床的可靠性增长
数控机床多发的故障率一直是影响我国数控机床品质的一个重要问题。尤其是用于批量生产的自动生产线上，对数控机床的可靠性更为重视，通常用平均无故障时间（以MTBF表示）的长短来衡量它的可靠性。例如日本远州株式会社2002年提出为汽车行业提供的加工中心的目标要求为MTBF(5000h，这样可保证在生产线上的数控机床只需每年作例行检修，而不致因出现故障而引起停产。就现有的水平来说，这是一项任重道远的艰巨任务。
精心设计、严格制造和明确的可靠性目标以及制订科学的实验评测方法并通过维修分析故障模式和找出薄弱环节是推进数控技术的重要措施。例如我国机床行业经前5年的努力已使加工中心和数控车床的MTBF增长了50%。
因此，为了保证数控机床有高的可靠性，设计时不仅要考虑其功能和力学特性，还要进行可靠性设计，根据可靠性要求合理分配各组成件的可靠性指标，在配套件采购和制造过程中重视质量要求，加强全面质量管理以求可靠性的不断增长。
提升数控机床制造技术
1 ．适应数字化制造的发展，作为主要制造装备的数控机床和系统，需具有（FIS）3的特性，即3F：柔性化（Flexibility）、联盟化（Federalization）、新颖化（Fashion）；
3I：集成化（Integration）、信息化（Information）、智能化（Intelligence）；3S：系统化（System）、软件化（Software）、个性化（Speciality）。
2．数控机床及其制造系统的三个重要发展方向。以全面高速化为先导，推进以高效精密为核心的μ级工程，发展高性能和高可靠性功能部件提高数控机床综合性能；发展复合功能数控机床、缩短过程链，适应单件、中小批生产的高效柔性制造；研究基于生产线布局和制造装备可重构的快速制造系统是大批量生产的最佳方案。
3．数控机床的加工精度根据市场的需求进行持续提升，要注意精度与高效、高速及经济性的协调发展。超精密微细加工呈现出应用领域扩大趋势。
4 ．基于明确的可靠性目标，采取精心的简约结构设计、重视选购高品质配套件、严格控制制造质量，发展人机友好操作界面以及加强维护和注重维修故障分析，将有利于数控机床可靠性的增长。
文/盛伯浩 北京机床研究所