摘 要：
数控机床技术是当前装备制造产业的发展基础与核心技术，随着市场需求的持续变化，科技力量的日益增强，加工机构的日益简化，加工效率与质量都显著提高。笔者强调了创新开发在当前数控机械制造领域中的重要性，从虚拟样机、工业机器人、数控机床以及检测仪器等角度，分析了数控机械制造装备的具体创新开发进展，提出了有助于推进机械制造行业创新研发工作的建议，仅供参考。
关键词:数控机械制造装备;创新;开发;进展;
1 创新开发在数控机械制造装备生产中的重要意义
机械制造企业在参与工业生产竞争时，不仅仅要重视产品创新，同时还要投入资源实现工艺创新，通过创新开发等行为，提高产品竞争力，获取持续发展动力[1]。1)创新开发有助于提高经济效益。企业借助工艺创新不仅能够提升产品质量，同时还能降低损耗，以此来获得更高的经济效益，减少损失，响应国家当前的环保政策，实现构建绿色体系的发展目标。2)创新开发有助于提升产品的市场竞争力。在创新研发过程中，企业可以不断消除产品原本的质量缺陷，优化产品的性能，增强产品的竞争优势。
2 数控机械制造装备创新开发进展
2.1 虚拟样机
2.1.1技术特点
虚拟样机技术融合了计算机技术、CAD建模技术、虚拟现实技术与设计过程管理技术。虚拟样机使机械产品开发设计的流程与方法发生变化，避免了研制物理样机时的客观阻碍因素，借助数据与理论即可实现对样机的开发。针对数字化样机可以多次分析、修改、优化与仿真，确保设计质量的同时，还能够减少装备开发成本，大幅缩短研发设计周期，该技术满足了机械制造企业的大部分设计需求[2]。虚拟样机的技术功能极为丰富，包括分析产品设计性能，可结合具体机械装备产品的技术要求与工作环境，分析影响设计的关键性因子；分析制造可行性，与CAM技术进行配合，分析与确定设计的可装配性与可加工性；分析生产系统的可行性，该技术支持优化调度企业资源，使产品形成更快的市场化速度；在CAD技术的支持下，可围绕产品展开数字化建模，在异地协同设计条件下，用户也可以管理产品相关数据。
2.1.2创新开发进展
虚拟样机支持机械制造企业开设新型研发模式，原本的装备研发采用串行式流程，而虚拟样机将其转变为并行式模式，在产业的所有研发阶段都可实现信息交流与资源共享，使装备研发周期大幅缩短；虚拟样机可更有效地保障装备质量，设计者的研发成本也将得到有效控制，通过计算机即可分析、测试与控制装备的性能指标，赋予产品最优性能。对虚拟样机与相关产品进行开发与创新时，主要从仿真技术与设计方法的角度切入，用研发成果来完善性能补偿与预测机制、修改设计方案与仿真数字化样机的性能，提升产品在数控生产中的适用性。虚拟样机依靠集成工具箱与开发接口，可将各种外部软件集成到内部系统中，不同的软件之间的信息能够共享，用户可统一管理系统中的信息，没有授权的用户无法存取与处理数据，获得授权的用户可以根据设计需求管理数据，以保障数据安全。
2.2 机器人
2.2.1技术特点
工业机器人具有以下技术特点：1)拟人化。从机械结构角度来看，工业机器人与人体结构有一定的相似性，往往由腰转、行走、手爪、手腕、小臂与大臂等部分组成，利用计算机即可控制机器人按照指令进行动作；智能型机器人安装皮肤接触传感器、声觉传感器、视觉传感器与负载传感器，在诸多创新技术的支持下，拟人化程度大幅增强。2)可编程性。依靠编程器即可结合工作内容，调整机器人的工作程序，因此这种工业机器人能够灵活地应对各种生产任务，尤其是在柔性制造中有良好的表现，可满足高效率、多品种以及小批次的机械制造加工需求。3)通用性。工业机器人与其他的数控机械设备相比，通用性更强，只需进行简单的调整即可完成指定生产任务。
2.2.2创新开发进展
轮式移动机器人具有自动化导航的功能，能够在物流活动中发挥作用，其自动导航车的自由度极高，能够自动化地进行原地自旋、转弯、行走以及全方位移动，可通过电子罗盘、陀螺、超声波、视觉技术、激光扫描与无线遥控等辅助导航功能[3]。将作业机器人与轮式移动机构进行结合，开发出新型物流机器人，支持自动定位姿态与位置的功能。自动导航牵引车同样属于轮式移动工业机器人，其被赋予了移动牵引功能，能够安全地拖动数台车辆并且自动行驶，牵引力达到5 000 N。作业机器人的开发与创新也取得了诸多进展，其包括切削机器人、焊接机器人、喷漆机器人以及检测机器人等。点焊机器人在汽车整车加工中有较高的使用率；弧焊机器人综合了精确跟踪焊缝轨迹、协调控制与优化集成等技术；激光加工机器人是工业领域中的重要工具，利用计算机可以精准控制机器人完成修补模具、打孔、焊接以及表面处理等任务。
工业机器人既可根据指示，以独立的方式完成作业任务，也可进行组合，在相互协作过程中执行更加复杂的作业任务，包括对长管道、集装箱与大型罐实施局部切削加工、焊接与喷漆等工艺。
2.3 多轴联动复合数控机床
2.3.1六轴联动式混联数控机床
传统的数控机床采用串联式的运动功能，转动范围相对偏大，运动算法并不复杂，六轴与五轴数控机床支持卧式、立式加工，主轴头的摆动范围超过90°，工作台转动范围超过360°，可对工件安装面以外的其他工作表面进行加工。但是在实际的机械制造应用过程中，暴露了运动件质量过大、悬臂结构刚度较小以及运动误差不断累积的问题。创新与研发并联机床的可提高其精度、刚度与运行速度，但是其动作范围偏小，无法满足卧式与立式加工需求，运动算法过于复杂，同时机床的关节刚度不足。因此可以将并联与串联两种方式结合，实现扬长避短的开发目标[4]。针对串联机床，在创新其运动功能方案时，主要借助创成方法来实现。混联型数控机床在采用创成方法的同时，依靠运动等效原理，转换机床的串联运动，将其转换为并联运动，可实现数个轴之间的联动。调整机床的各关节部位，给机床使用滚滑复合式关节，主轴头机构可以进行多个方位的摆动动作，浮动支承的形状为圆柱形，具有自动移动回转的功能，各轴移动范围基本与串联式机床一致，远超并联式机床，能够支持卧式镗铣与立式镗铣加工工作，数控系统具有开放化特征。这种混联机床在加工复杂轮廓工件时有良好的应用效果，创新开发环节中融合了智能预测技术、仿真技术与虚拟样机技术[5]。
2.3.2六轴联动式卧式复合数控机床
车铣复合加工机床的优势在于切削效果极佳，适用性强，通过一次装夹即可结束加工区域中的大多数工序，不需要使用过多的工装夹具，占地空间不多。将这种数控机床设计成卧式结构，并将精加工与粗加工机构分离，设置三个移动方向不同的刀架，分别为纵向、横向与垂直，通过更换主轴头可以满足磨削、精车铣与精铣等不同的加工需求。在主轴上方区域增设刀库，也可将刀库设置到侧门架部位，或者直接选择落地型刀库[6]。
这种卧式结构的复合型数控机床可以将细加工与粗加工结合，精粗加工所需的刀架都处于机床上，二者可以保持独立的工作状态，精加工可以维持更高的精度水平；进行粗铣加工与车削加工时，不再由处于床身与床鞍之间设置的导轨承受所有的颠覆力矩，龙门架上的导轨与机床床身导轨可以共同承受颠覆力矩。
2.3.3五轴联动式复合激光加工机床
五轴联动式复合激光加工机床在传统三轴机床的基础上进行了创新，其优势在于支持五轴联动，可满足对工件存在的复杂曲面实施激光焊接、激光切割与激光淬火。三轴型机床只支持对加工对象的四面实施加工，而创新开发的新型机床仅在一次装夹活动中就可以进行五面的加工任务。工作台上的回转轴是该机床的创新点之一，同时机床还应用了先进软件、伺服系统与数控系统，控制水平也比较高，同时主轴结构并不复杂，且刚性稳定，整体制造成本不高。控制刀具轴线时，应充分考虑切削效率与加工质量，同时控制夹具、工件给刀具造成的不良影响。该机床在进行激光淬火、焊接与切割等加工活动时，有效避免了焦点偏离的情况，最大程度地保障切口部位的质量，借助视觉传感器装置即可在加工过程中精准跟踪焊缝，及时发现焊接缺陷，并进行弥补与调整[7]。
2.4 检测装置
2.4.1并联与混联原理检测设备
这种检测设备在并联部分设置了多个运动轴，与数字化控制系统形成了联动关系，能够满足卧式检测与立式检测，支持独立使用。也可根据检测项目的具体情况，增加串联轴，形成五轴联动结构，以此在脱机或者联机状态下检测机械制作的加工精度，同时也可实现对空间形位精度的精准检测。
2.4.2绝对角度检测仪
这种检测仪器依凭绝对标准是电子化水平仪，通过数字化系统与两轴系统实现联合控制，能够独立完成绝对姿态与角度的检测。同时也将其与精度水平较高的位移传感器或者激光干涉仪等设备进行联用，完成相对测量任务[8]。
2.4.3动态回转运动检测仪
该设备同样运用数字化控制方式，具有精度水平高与零传动的特点。该设备也可与位移传感器或者干涉仪共同使用，以动态化的方式检测回转角度与回转运动。
3 数控机械制造装备创新开发建议
3.1 优化产业结构
数控机械制造行业应不断地升级产业结构，提升该产业在产业链系统中的地位，集聚区域内的资金、人才等资源，增强制造行业的整体竞争实力，打造掌握创新创造能力与先进技术的高质量产业集群。中小规模的制造企业应确立“专精特”的发展方向，尽快形成技术层面的发展优势，借助外部金融支持与优惠政策，加大对装备元器件、材料与零部件等组成部分的研发力度。还要逐步参与到专用型数控机床、工业软件与传感器的创新研发中，在产业协作过程中充分展现自身技术力量[9]。
3.2 强化研发能力
企业在数控机械制造研发活动中处于主导地位，其应当联合各大院校，针对生产加工系统中的关键技术，如数控系统、关键材料与核心零部件等，将技术应用、技术研发与学科发展相结合，形成创新开发结合体。企业可为技术人员提供充足的研发资源与空间，加强科研与生产之间的联系，加快对复杂型面材料、仿真技术、全流程建模、伺服驱动技术与新型数控技术的研发速度。企业也可依靠技术研发成果来优化升级数控机床，使其生产中表现出更强的稳定性与可靠性。
3.3 拓展融资途径
金融机构与政府均需要支持数控机械加工领域中发展潜力较强的企业，通过融资为企业提供技术研发所需的资金，可将短期融资券发放给企业，银行可通过信贷服务来支持企业，拓宽现有的融资渠道，消除技术集中型企业在创新技术中遇到的资金阻碍[10]。在资金支持基础上，还可以打造公共服务平台，针对企业技术研发需求提供技术评估、专业化咨询、政策解读等服务，从多个角度助力数控机械加工企业发展。
3.4 加大人才引进力度
企业的数控机床研发以及技术应用需要有高质量的人才保障，要为人才建设良好的发展环境，储备掌握高新技术与核心创新能力的高质量人才。不少机械制造企业都存在人才缺口，尤其是高新技术型、综合型人才。高校、科研院所与企业都要参与到机械制造业人才培养体系的构建工作中，高校可为企业输送数控加工专业人才，企业则可为人才提供实践机会，同时人才也能够为企业提供技术服务。在人才队伍的支持下，数控机械制造行业将产生更多创新型产品，工业技术研发也能够随之进入良性循环。
参考文献
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[4] 徐春艳.数控技术在自动化机械制造中的运用研究[J].农家参谋，2020(1)：154.
[5] 董丽丽，李超.数控机械制造装备创新开发进展[J].湖南农机，2011，38(11)：77+79.
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[9] 黄倩影.数控机械制造装备创新开发进展[J].民营科技，2014(3)：39.
[10]焦海亮，张浩数控机械加工效率的优化方法[J]中国新技术新产品，2021(2): 31-33.