数控机床关键技术与发展趋势

随着数控机床工业中不可替代的作用。为了深入了解我国装备工业的发展，了解和研究数控机床在工业发展中的重要地位，本文在简要介绍数控机床关键技术的基础上，分析了数控机床未来的发展趋势，指出了高速、高精度、网络化、智能化数控机床的未来发展趋势。
数控机床关键技术与发展趋势
数控机床应用的关键技术
（1）五轴联动技术
目前，高端数控机床多为五轴数控机床。五轴数控机床已成为航天、造船等重工业和精密仪器加工中最重要的加工工具。同时，它也是数控机床中难度、应用最广泛的技术。五轴联动数控机床一般采用“3+2”结构，既能实现x/y/z三轴的运动，又能实现其他两轴的旋转。五轴数控机床可分为立式加工中心、卧式加工中心、摇篮式加工中心等，以立式加工中心为例，立式五轴加工中心的回转轴可通过两种方式实现：一是工作台的回转轴；二是依靠主轴头的转动；另外，卧式加工中心采用五轴联动结构，将工作台的转动和主轴头的摆动结合起来。
国外的五轴数控机床以欧美和日本为代表。这些国家或地区的五轴数控机床代表了这一技术在数控领域的最高水平。但由于产业基础薄弱和外部技术封锁外部因素的内在因素，总体水平仍然很低。虽然，经过科研机构、高校和企业的不断努力，以五轴联动数控机床为代表的高端数控机床的稳定性和加工精度与国外相差甚远。但近年来，五轴数控机床发展很快，在技术上取得了一些突破，形成了一些成熟的产品。
（2）误差补偿技术
现代工业对加工产品的质量要求越来越高，加工过程中的误差是影响产品质量的重要因素。为了消除误差带来的不良影响，提高产品质量，在数控机床加工中采用误差补偿技术，补偿固有误差，实现高精度加工。为了补偿数控机床的误差，必须考虑误差源。由于数控机床主要由床身、立柱、主轴和各种直线导轨或转轴组成，上述各部分在安装和工作中都会产生误差。
从误差建模技术、误差测量技术和补偿实现技术三个方面进行了论述。误差建模的误差补偿前提可分为误差综合建模和误差元建模；误差测量方法可分为直接误差测量和间接误差辨识。上述工作的最终目的是对误差进行合理补偿。误差补偿分为离线补偿和实时补偿。所谓离线补偿就是根据后期测量得到的误差对机床误差进行补偿，但离线补偿只能针对机床的稳定误差。对于由生产关键点引起的误差，由于与温度场密切相关，需要采用实时补偿的方法。提高误差补偿的实时性、准确性、有效性和简单性是误差补偿实现研究的关键。
（3）直线电机进给驱动技术
直线电机是一种无需任何中间转换装置即可将电能直接转换为直线运动机械能的新型电机。具有结构简单、效率高、噪音低、磨损小、结合力强等优点。在高精度数控机床中，一般采用交流直线电机。交流直线电机按其工作原理可分为直线感应电机和永磁直线同步电机。直线感应电动机的结构通常有平板式和圆筒式两种。对于较小的线性行程，大多数使用圆筒式。对于长途场合，一般采用平面结构。直线感应电动机具有成本低、环境因素小、抗电磁干扰等优点。
永磁同步电机在应用中兼有直线电机和永磁电机的优点。一般采用逆变器供电，PWM、PID和DSP控制。它具有推力能量大、响应速度快、体积小等优点，是高精度直线进给系统的首选电机类型。