在現(xiàn)代制造業(yè)這個(gè)大舞臺(tái)上，機(jī)床就像一位默默奉獻(xiàn)的幕后英雄，起著至關(guān)重要的基礎(chǔ)作用。小到螺絲釘、機(jī)械零件，大到汽車(chē)、船舶、飛機(jī)、鐵路，無(wú)一不是在機(jī)床的精密雕琢下誕生的。
機(jī)床，作為制造工件的機(jī)器，是一個(gè)國(guó)家裝備制造業(yè)的根本。它的技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量，更是衡量一個(gè)國(guó)家裝備制造業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。而數(shù)控機(jī)床作為高端機(jī)床，不僅是 “大國(guó)重器” 零部件的生產(chǎn)機(jī)器，更是智能裝備發(fā)展的基礎(chǔ)，其重要性不言而喻。
機(jī)床的發(fā)展歷程，就像一部波瀾壯闊的科技史詩(shī)。1774 年，威爾金森發(fā)明了世界上第一臺(tái)真正意義上的鏜床，為蒸汽機(jī)的發(fā)展注入了強(qiáng)大動(dòng)力。1797 年，“英國(guó)機(jī)床工業(yè)之父” 莫茲利制成了第一臺(tái)螺紋切削車(chē)床。這臺(tái)帶有絲桿和光桿、采用滑動(dòng)刀架 —— 莫氏刀架和導(dǎo)軌的車(chē)床，可車(chē)削不同螺距的螺紋，為現(xiàn)代車(chē)床的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。此后，莫茲利還不斷改進(jìn)車(chē)床。1800 年，他制造的車(chē)床用堅(jiān)實(shí)的鑄鐵床身代替了三角鐵棒機(jī)架，用惰輪配合交換齒輪對(duì)代替了更換不同螺距的絲杠來(lái)車(chē)削不同螺距的螺紋，成為現(xiàn)代車(chē)床的原型，對(duì)英國(guó)工業(yè)革命意義重大。
到了 19 世紀(jì)，不同類(lèi)型的機(jī)床如雨后春筍般相繼出現(xiàn)。1817 年，羅伯茨發(fā)明了龍門(mén)車(chē)床，美國(guó)的惠特尼制造出了臥式銑床，滿(mǎn)足了不同行業(yè)的零件制造需求。機(jī)械技師惠特沃斯于 1834 年制成了測(cè)長(zhǎng)機(jī)，能測(cè)量出長(zhǎng)度誤差萬(wàn)分之一英寸左右。1835 年，他又發(fā)明了滾齒機(jī)，并建議全部的機(jī)床生產(chǎn)業(yè)者都采用同一尺寸的標(biāo)準(zhǔn)螺紋，其建議被廣泛采納。
為了提高機(jī)械化自動(dòng)化程度，1845 年，美國(guó)的菲奇發(fā)明轉(zhuǎn)塔式六角車(chē)床；1873 年，美國(guó)的斯潘塞制成一臺(tái)單軸自動(dòng)車(chē)床，不久又制成三軸自動(dòng)車(chē)床。隨著電動(dòng)機(jī)的發(fā)展，機(jī)床迎來(lái)了由蒸汽動(dòng)力到電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的跨時(shí)代改進(jìn)。1900 年，為了實(shí)現(xiàn)福特提出的 “汽車(chē)應(yīng)該是‘輕巧的、結(jié)實(shí)的、可靠的和便宜的’”，高效率的磨床開(kāi)始研制。美國(guó)人諾頓用金剛砂和剛玉石制成直徑大而寬的砂輪，以及剛度大而牢固的重型磨床，使機(jī)械制造技術(shù)進(jìn)入了精密化的新階段。
1920 年以后，機(jī)械制造技術(shù)進(jìn)入半自動(dòng)化時(shí)期，液壓和電器元件在機(jī)床上開(kāi)始應(yīng)用。1938 年，液壓系統(tǒng)和電磁控制不但促進(jìn)了新型銑床的發(fā)明，而且在龍門(mén)刨床等機(jī)床上也開(kāi)始推廣使用。
時(shí)間來(lái)到 1952 年，麻省理工學(xué)院和帕森斯公司合作，成功研制出了第一臺(tái)數(shù)字控制（numerical control，NC）機(jī)床。盡管當(dāng)時(shí)控制裝置因大量采用電子管元件而比機(jī)床本體還要大，但這一發(fā)明標(biāo)志著機(jī)床發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)全新的時(shí)代。1958 年，美國(guó)卡尼?特雷克公司首先研制成功出第一臺(tái)加工中心。它在數(shù)控臥式銑床的基礎(chǔ)上增加了自動(dòng)換刀裝置，實(shí)現(xiàn)了工件一次裝夾后即可進(jìn)行多種工序的集中加工。
20 世紀(jì) 60 年代初期，隨著采用集成電路和大規(guī)模集成電路的電子數(shù)字計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，數(shù)控機(jī)床技術(shù)迎來(lái)了第一個(gè)拐點(diǎn) —— 由基于分立元件的數(shù)字控制（NC）走向了計(jì)算機(jī)數(shù)字控制（CNC），并開(kāi)始進(jìn)入實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用。1960 年開(kāi)始，各國(guó)陸續(xù)開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)及使用數(shù)控機(jī)床，中國(guó)于 1968 年由北京第一機(jī)床廠研制出第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。近 20 年來(lái)，數(shù)控機(jī)床發(fā)展日新月異，高速化、高精度化、復(fù)合化、智能化、開(kāi)放化、并聯(lián)驅(qū)動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、極端化、綠色化已成為其發(fā)展的趨勢(shì)和方向。
接下來(lái)說(shuō)說(shuō)數(shù)控機(jī)床的構(gòu)成與原理。數(shù)控機(jī)床由主體部分、數(shù)控裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、輔助裝置、編程及其他附屬裝備等組成。主機(jī)是數(shù)控機(jī)床的主體部分，包括機(jī)身、立柱、主軸、進(jìn)給機(jī)構(gòu)等機(jī)械部件，主要用于完成各種切削加工。數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心，包括硬件（印刷電路板、CRT 顯示器、鍵盤(pán)、紙帶閱讀器等）以及相應(yīng)的軟件，用于輸入數(shù)字化的加工程序，并完成輸入信息的存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)的變換、插補(bǔ)運(yùn)算以及實(shí)現(xiàn)各種控制功能。驅(qū)動(dòng)裝置是數(shù)控機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)部件，包括主軸驅(qū)動(dòng)單元、進(jìn)給單元主軸電機(jī)及進(jìn)給電機(jī)等。在數(shù)控裝置的控制下，通過(guò)電氣或電液伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主軸和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)。當(dāng)幾個(gè)進(jìn)給聯(lián)動(dòng)時(shí)，可以完成定位、直線(xiàn)、平面曲線(xiàn)和空間曲線(xiàn)的加工。輔助裝置指數(shù)控機(jī)床的一些必要的配套部件，用以保證數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行，如冷卻、排屑、潤(rùn)滑、照明、監(jiān)測(cè)等。包括液壓和氣動(dòng)裝置、排屑裝置、交換工作臺(tái)、數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)和數(shù)控分度頭，還包括刀具及監(jiān)控監(jiān)測(cè)裝置等。編程及其他附屬裝備可用來(lái)在機(jī)外進(jìn)行零件的程序編制、存儲(chǔ)等。
數(shù)控機(jī)床的工作原理可以簡(jiǎn)單概括為：通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，將加工程序轉(zhuǎn)化為機(jī)床控制信號(hào)，控制機(jī)床在三維空間內(nèi)進(jìn)行各種運(yùn)動(dòng)和加工操作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的加工。數(shù)控裝置內(nèi)的計(jì)算機(jī)對(duì)通過(guò)輸入裝置以數(shù)字和字符編碼方式所記錄的信息進(jìn)行一系列處理后，再通過(guò)伺服系統(tǒng)及可編程序控制器向機(jī)床主軸及進(jìn)給等執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令。機(jī)床主體則在檢測(cè)反饋裝置的配合下按照這些指令，對(duì)工件加工所需的各種動(dòng)作，如刀具相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)軌跡、位移量和進(jìn)給速度等實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，從而完成工件的加工。
數(shù)控機(jī)床的分類(lèi)方式有不少。按工藝用途分類(lèi)，可分為金屬切削類(lèi)、金屬成型類(lèi)、特種加工類(lèi)、測(cè)量繪圖類(lèi)。金屬切削類(lèi)指采用車(chē)、銑、鉸、鉆、磨、刨等各種切削工藝的數(shù)控機(jī)床。金屬成型類(lèi)指采用擠、沖、壓、拉等成型工藝的數(shù)控機(jī)床，常用的有數(shù)控壓力機(jī)、數(shù)控折彎?rùn)C(jī)、數(shù)控彎管機(jī)、數(shù)控旋壓機(jī)等。特種加工類(lèi)主要有數(shù)控電火花線(xiàn)切割機(jī)、數(shù)控電火花成型機(jī)、數(shù)控火焰切割機(jī)、數(shù)控激光加工機(jī)等。測(cè)量、繪圖類(lèi)主要有三坐測(cè)量?jī)x、數(shù)控對(duì)刀儀、數(shù)控繪圖儀等。其中，加工中心是金屬切削類(lèi)數(shù)控機(jī)床中的重要一種，能自動(dòng)更換工具，可以對(duì)一次裝夾的工件實(shí)現(xiàn)多工序加工，適用于加工形狀復(fù)雜、工序多、精度要求比較高的工件，如箱體類(lèi)工件、復(fù)雜曲面類(lèi)工件、異形件、盤(pán)、套、板類(lèi)工件等。
按運(yùn)動(dòng)方式分類(lèi)，數(shù)控機(jī)床可分為點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床、點(diǎn)位直線(xiàn)控制數(shù)控機(jī)床、輪廓控制數(shù)控機(jī)床。點(diǎn)位控制只控制刀具或工作臺(tái)從一點(diǎn)移至另一點(diǎn)的精準(zhǔn)定位。點(diǎn)位直線(xiàn)控制在點(diǎn)位控制的基礎(chǔ)上再通過(guò)控制一個(gè)坐標(biāo)軸來(lái)按照確定的速度和軌跡控制刀具的運(yùn)動(dòng)。輪廓控制能夠連續(xù)控制兩個(gè)或者兩個(gè)以上運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)的位移和速度。點(diǎn)位控制通常用于執(zhí)行孔加工和直線(xiàn)銑削操作的數(shù)控機(jī)床上，具有點(diǎn)位控制功能的機(jī)床主要有數(shù)控鉆床、數(shù)控銑床、數(shù)控沖床、數(shù)控鏜床等。點(diǎn)位直線(xiàn)控制數(shù)控機(jī)床在移動(dòng)的過(guò)程中刀具能以指定的進(jìn)給速度進(jìn)行切割，一般只能加工矩形、臺(tái)階形零件。輪廓控制類(lèi)機(jī)床主要有數(shù)控車(chē)床、數(shù)控銑床、數(shù)控線(xiàn)切割機(jī)床、加工中心等。
按聯(lián)動(dòng)坐標(biāo)軸數(shù)分類(lèi)，數(shù)控機(jī)床聯(lián)動(dòng)軸數(shù)最少的是二軸聯(lián)動(dòng)，主要用于數(shù)控車(chē)床加工旋轉(zhuǎn)曲面或數(shù)控銑床加工曲線(xiàn)柱面。二軸半聯(lián)動(dòng)主要用于三軸以上機(jī)床的控制，其中兩根軸可以聯(lián)動(dòng)，而另外一根軸可以作周期性進(jìn)給。三軸聯(lián)動(dòng)有兩種，一種是常見(jiàn)的三個(gè)直線(xiàn)坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)，多用于數(shù)控銑床、加工中心等；另一類(lèi)是除了兩個(gè)直線(xiàn)坐標(biāo)軸外，還同時(shí)控制圍繞其中某一直線(xiàn)坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸。四軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床是在三軸聯(lián)動(dòng)的基礎(chǔ)上增加一個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸，能在水平面無(wú)障礙低速旋轉(zhuǎn)，適用于加工箱體類(lèi)零件，既可以當(dāng)銑床也可以充當(dāng)車(chē)床，適合用來(lái)在零件的側(cè)面或者圓柱體的曲面鉆孔?，F(xiàn)在常用的是五軸聯(lián)動(dòng)，除 X/Y/Z 三個(gè)直線(xiàn)坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)外，還同時(shí)控制 A、B、C 坐標(biāo)軸中的兩個(gè)坐標(biāo)軸，形成五軸聯(lián)動(dòng)的模式。這時(shí)刀具可以被定在空間的任意方向，五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床是一種科技含量高、精密度高、專(zhuān)門(mén)用于加工復(fù)雜曲面的機(jī)床，對(duì)航空、航天、精密器械、高精醫(yī)療設(shè)備等行業(yè)都有著舉足輕重的影響力。
按控制方式分類(lèi)，數(shù)控機(jī)床的控制方式有開(kāi)環(huán)控制、半閉環(huán)控制、閉環(huán)控制三種。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)是指不帶反饋裝置的控制系統(tǒng)，其信息流是單向的，在加工過(guò)程中的誤差都將會(huì)影響被加工零件的精度，僅適用于加工精度要求不高的中小型數(shù)控機(jī)床。半閉環(huán)控制系統(tǒng)是在開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，在伺服機(jī)構(gòu)中裝有角位移檢測(cè)裝置，可以間接檢測(cè)移動(dòng)部件的位移，然后反饋到數(shù)控裝置中，主要應(yīng)用在大多數(shù)中小型數(shù)控機(jī)床，如數(shù)控車(chē)床、數(shù)控銑床等。閉環(huán)控制系統(tǒng)是在機(jī)床移動(dòng)部件位置上直接裝有直線(xiàn)位置檢測(cè)裝置，能夠?qū)?shù)控機(jī)床工作臺(tái)位移進(jìn)行直接測(cè)量并通過(guò)反饋控制，能消除機(jī)械系統(tǒng)引起的誤差，主要用于生產(chǎn)工藝要求精度非常高的機(jī)床，如鏜床、超精車(chē)床、超精磨床和一些大型數(shù)控加工設(shè)備。
在國(guó)內(nèi)外，都有不少優(yōu)秀的數(shù)控機(jī)床企業(yè)。近年來(lái)，隨著工業(yè)化和智能化的進(jìn)程不斷加快，全球數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)增長(zhǎng)，亞太地區(qū)和歐美等國(guó)成為了數(shù)控機(jī)床行業(yè)的主要銷(xiāo)售市場(chǎng)。德國(guó)、日本、美國(guó)等國(guó)家的機(jī)床行業(yè)起步較早，技術(shù)水平領(lǐng)先，產(chǎn)品附加值較高，代表公司有山崎馬扎克、德國(guó)通快、德瑪吉森精機(jī)、馬格、天田等。山崎馬扎克的數(shù)控機(jī)床操作系統(tǒng)可以像智能手機(jī)那樣觸屏操作，極大地降低了操作難度，并且各項(xiàng)信息也更容易獲得。其 4 軸聯(lián)動(dòng) CNC 系統(tǒng)能提供便捷的操作體驗(yàn)，同時(shí)大幅度提升數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)效率和安全性。通快集團(tuán)的高端激光切割機(jī)床加工效率超過(guò)普通機(jī)床的三倍以上，可以實(shí)現(xiàn)高速、高精密的激光加工和沖裁、折彎、打標(biāo)等。其沖裁機(jī)床可以實(shí)現(xiàn)在一臺(tái)機(jī)床上完成工件所有的加工工序，能夠勝任復(fù)雜的三維鈑金加工，還提供配套的自動(dòng)上下料設(shè)備。
國(guó)內(nèi)也有許多發(fā)展迅速、規(guī)模較大的數(shù)控機(jī)床企業(yè)，如創(chuàng)世紀(jì)、海天精工、秦川機(jī)床、格力、北京精雕集團(tuán)、通用技術(shù)集團(tuán)、豪邁集團(tuán)等。創(chuàng)世紀(jì)的主要業(yè)務(wù)產(chǎn)品為高端智能裝備，分為 3C 系列產(chǎn)品和通用系列產(chǎn)品，以加工中心為主。3C 系列產(chǎn)品包括高速鉆銑攻牙加工中心、高速精雕加工中心、走心機(jī)等，其中高速鉆銑攻牙加工中心是核心產(chǎn)品，具備高速高效高精等優(yōu)點(diǎn)。通用系列產(chǎn)品包括立式加工中心系列、臥式加工中心系列、龍門(mén)加工中心系列、數(shù)控車(chē)床系列等，其中立式加工中心具有高速高效高精，能快速切割、滿(mǎn)足批量化加工需求等優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于 5G 通訊、五金模具、汽車(chē)零件等領(lǐng)域。海天精工在數(shù)控機(jī)床研發(fā)領(lǐng)域已有二十多年的經(jīng)驗(yàn)積累，取得了兩百多項(xiàng)專(zhuān)利，并與國(guó)內(nèi)科研院校合作開(kāi)發(fā)了多項(xiàng)技術(shù)。其主要產(chǎn)品有海天機(jī)床龍門(mén)鏜銑中心、海天機(jī)床臥式加工中心、海天機(jī)床數(shù)控車(chē)削中心、海天機(jī)床立式加工中心，其中海天機(jī)床大型數(shù)控龍門(mén)加工中心系列產(chǎn)品是主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)之一，橫跨范圍大，適用范圍廣、剛性高、加工精度高，推動(dòng)了海天精工市場(chǎng)占有率的提升。
數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)的產(chǎn)品廣泛覆蓋了半導(dǎo)體、新能源、汽車(chē)、電子、船舶、模具等關(guān)乎國(guó)計(jì)民生的重要行業(yè)，在航空航天領(lǐng)域，其發(fā)展也尤為重要。當(dāng)前，國(guó)家越來(lái)越重視數(shù)控機(jī)床行業(yè)的發(fā)展，在中國(guó)高質(zhì)量發(fā)展戰(zhàn)略中，智能數(shù)控機(jī)床和基礎(chǔ)制造裝備行業(yè)被列為中國(guó)制造業(yè)的戰(zhàn)略必爭(zhēng)領(lǐng)域之一。如今的中國(guó)，不僅是世界機(jī)床生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，也是世界機(jī)床出口大國(guó)。盡管由于起步較晚，我們與外國(guó)頂尖水平還存在一些差距，但差距正在一步步縮小。相信在中國(guó)高質(zhì)量發(fā)展戰(zhàn)略的指導(dǎo)下，中國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)能夠更上一層樓，努力突破技術(shù)難題，推進(jìn)高端數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展，為我國(guó)裝備制造業(yè)的騰飛注入強(qiáng)大動(dòng)力。
