淺談機(jī)床的發(fā)展過(guò)程及趨勢(shì)

機(jī)械領(lǐng)域的發(fā)展日新月異。從普通機(jī)床到數(shù)控機(jī)床，以及為了適應(yīng)目前的社會(huì)現(xiàn)狀而又出現(xiàn)的一系列虛擬數(shù)控機(jī)床，充分展示了這一點(diǎn)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械領(lǐng)域，將使數(shù)控機(jī)床發(fā)展到了一個(gè)新的階段。

一、普通機(jī)床

機(jī)床是從早期埃及人的腳踏動(dòng)力車床和約翰·威爾金森的鏜床發(fā)展而來(lái)的。它們用于為工件和刀具兩者提供剛性支撐，且可以精確控制二者的相對(duì)位置和相對(duì)速度。機(jī)床用于以切屑的形式，從韌性材料上去除金屬，加工特殊幾何形狀和精密尺寸的部件。

機(jī)床可以完成五種基本的金屬切削工藝:車削、刨削、鉆削、銑削和磨削，其他所有金屬切削工藝都是這五種基本工藝的變形。僅有四種使用專用可控幾何形狀刀具的基本機(jī)床，即車床、刨床、鉆床、銑床。機(jī)床主要完成三種功能:剛性支撐工件或工件夾具以及切削刀具;提供工件與切削刀具之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng);提供了一定范圍的速度和進(jìn)給，通常每種情況有4—32種選擇。

二、數(shù)控機(jī)床

普通機(jī)床只能加工一些形狀簡(jiǎn)單的工件，操作起來(lái)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，于是便出現(xiàn)了數(shù)控機(jī)床。數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制機(jī)床的簡(jiǎn)稱，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床。當(dāng)前，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)體現(xiàn)在以下方面:

1.高速加工技術(shù)發(fā)展迅速

應(yīng)用新的機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)理論和先進(jìn)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)，優(yōu)化機(jī)床結(jié)構(gòu)，采用高性能功能部件，移動(dòng)部件輕量化，減少運(yùn)動(dòng)慣性。應(yīng)用高速加工技術(shù)達(dá)到縮短切削時(shí)間和輔助時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)加工制造的高質(zhì)量和高效率。

2.精密加工技術(shù)有所突破

通過(guò)機(jī)床結(jié)構(gòu)優(yōu)化、制造和裝配的精化，數(shù)控系和伺服控制的精密化，高精度功能部件的采用和溫度、振動(dòng)誤差補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用等，提高機(jī)床加工的幾何精度、運(yùn)動(dòng)精度，表面粗糙度。

3.技術(shù)集成和技術(shù)復(fù)合趨勢(shì)明顯

技術(shù)集成和技術(shù)復(fù)合是數(shù)控機(jī)床技術(shù)最活躍的發(fā)展趨勢(shì)之一，目前已由機(jī)加工復(fù)合發(fā)展到非機(jī)加工復(fù)合，進(jìn)而發(fā)展到零件制造和管理信息及應(yīng)用軟件的兼容，目的在于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀零件的全部加工及生產(chǎn)過(guò)程集約化管理。技術(shù)集成和復(fù)合形成了新一類機(jī)床——復(fù)合加工機(jī)床，并呈現(xiàn)出復(fù)合機(jī)床多樣性的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)。

4.數(shù)字化控制技術(shù)進(jìn)入智能化的新階段

智能化指工作過(guò)程智能化，利用計(jì)算機(jī)、信息、網(wǎng)絡(luò)等智能化技術(shù)有機(jī)結(jié)合，對(duì)數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程實(shí)行智能監(jiān)控和人工智能自動(dòng)編程等隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)程故障診斷專家智能系統(tǒng)開(kāi)始應(yīng)用。數(shù)控系統(tǒng)具有在線技術(shù)后援和在線服務(wù)后援。采用智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)與管理信息融合重構(gòu)優(yōu)化的智能決策、過(guò)程適應(yīng)控制、誤差補(bǔ)償智能控制、故障自診斷和智能維護(hù)等功能，大大提高成形和加工精度、提高制造效率。信息化技術(shù)在制造系統(tǒng)上的應(yīng)用，發(fā)展成柔性制造單元和智能網(wǎng)絡(luò)工廠，并進(jìn)一步向制造系統(tǒng)可重組的方向發(fā)展。

5.極端制造擴(kuò)張新的技術(shù)領(lǐng)域

極端制造技術(shù)是指極大型、極微、極精密型等極端條件下的制造技術(shù)。極端制造技術(shù)是數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展的重要方向，重點(diǎn)研究微納機(jī)電系統(tǒng)的制造技術(shù)，超精密制造、巨型系統(tǒng)制造等相關(guān)的數(shù)控制造技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)及相關(guān)的數(shù)控機(jī)床研制;應(yīng)用于制造大型電站設(shè)備、大型艦船和航空航天設(shè)備的重型、超重型數(shù)控機(jī)床的研制等高新技術(shù);極端制造領(lǐng)域的復(fù)合機(jī)床的研制等。

三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

1.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種模擬人在自然環(huán)境中的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、和觸覺(jué)等行為的高度逼真的人機(jī)交互技術(shù)，是利用人類感知能力和操作能力的新方法。操作者可以在其中自由地運(yùn)動(dòng)，隨意觀察周圍的景物，并可與虛擬物體進(jìn)行交互操作;操作者所看到的是逼真的三維立體景象，聽(tīng)到的是虛擬環(huán)境中的音響，手(或腳)可以感受到的是虛擬環(huán)境反饋給他的作用力，這是一種“完全的”身臨其境的感覺(jué)。

2.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械領(lǐng)域

隨著我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床在生產(chǎn)中發(fā)揮的作用越來(lái)越明顯。數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機(jī)床的廣泛應(yīng)用，迫使社會(huì)急需大量的數(shù)控技術(shù)人才。但是，數(shù)控機(jī)床造價(jià)昂貴，一些單位和學(xué)校無(wú)力引進(jìn)，變成了制約其培養(yǎng)技術(shù)人員的主要因素。為解決這一難題，結(jié)合當(dāng)前的實(shí)際情況，將數(shù)控技術(shù)和計(jì)算機(jī)虛擬設(shè)計(jì)軟件相結(jié)合，開(kāi)發(fā)出了虛擬數(shù)控機(jī)床。它的最終目的是為虛擬制造建立一個(gè)真實(shí)的加工環(huán)境，在計(jì)算機(jī)屏幕上實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的仿真，以增強(qiáng)制造過(guò)程的各級(jí)決策與控制能力，優(yōu)化制造過(guò)程。

在數(shù)控加工仿真方面，國(guó)內(nèi)外的研究過(guò)程大體相似，經(jīng)歷了從二維圖形仿真、線框模型仿真到三維實(shí)體模型仿真的階段。目前，各高校研究院所紛紛對(duì)數(shù)控加工仿真作研究性開(kāi)發(fā)，盡管還沒(méi)有達(dá)到商業(yè)化水平，但也取得了可喜的成果。

這一系列虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用使數(shù)控機(jī)床的發(fā)展及有效利用提升到了一個(gè)嶄新的階段同時(shí)也使得現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床技術(shù)得到了質(zhì)的飛躍。

(作者單位:河南省鶴壁職業(yè)技術(shù)學(xué)院)