本文通過(guò)對(duì)多因素促成的第三次工業(yè)革命進(jìn)行探源，從而對(duì)新的時(shí)代環(huán)境給機(jī)床制造技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用所帶來(lái)的影響進(jìn)行梳理，并對(duì)未來(lái)機(jī)床發(fā)展提出新的展望。

　　21世紀(jì)，人類(lèi)正式進(jìn)入了第三次工業(yè)革命時(shí)代。作為現(xiàn)代先進(jìn)制造業(yè)的重要一員，機(jī)床制造業(yè)同樣與時(shí)俱進(jìn)，發(fā)生著日新月異的變化。

　　俄羅斯六條腿并聯(lián)機(jī)床

　　能源與通信交匯爆發(fā)工業(yè)革命

　　繼蒸汽機(jī)誕生與廉價(jià)報(bào)紙發(fā)行進(jìn)行交匯的**次工業(yè)革命，以及電話(huà)、電報(bào)的發(fā)明與電力工業(yè)引發(fā)交匯的第二次工業(yè)革命之后，互聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)通信技術(shù)與新能源的交匯引發(fā)了第三次工業(yè)革命。這場(chǎng)革命是從21世紀(jì)初開(kāi)始，首先由德國(guó)引發(fā)，預(yù)計(jì)從目前開(kāi)始，還有25-35年的儲(chǔ)備期，屆時(shí)嶄新一輪蜂擁而至的工業(yè)革命將會(huì)不斷蓬勃而出。

　　我們不難發(fā)現(xiàn)，大量資源被消耗；石油開(kāi)采跟不上中、印等發(fā)展中國(guó)家的需求；廢氣及煙塵排放所造成的空氣污染；廢水及有害物質(zhì)排放所造成的江河湖海水質(zhì)污染；無(wú)節(jié)制的城鎮(zhèn)化，農(nóng)田占用、森林砍伐等因素造成的生態(tài)環(huán)境破壞；以及勞動(dòng)力成本不斷上升等等，都是爆發(fā)第三次工業(yè)革命的緣由。

　　第三次工業(yè)革命對(duì)機(jī)床制造技術(shù)的影響

　　受第三次工業(yè)革命帶來(lái)的影響，機(jī)床制造技術(shù)相繼注重節(jié)能、環(huán)保、綠色等方面的研發(fā)，而高效、高速、高精度等始終是機(jī)床工業(yè)所追求的目標(biāo)。這些精華的匯集，譜寫(xiě)出了機(jī)床革命的前奏。我們不妨將這些成果集中加以梳理一下。

　　機(jī)床的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新

　　并聯(lián)機(jī)床的發(fā)明

　　上世紀(jì)末美國(guó)G&L公司在芝加哥國(guó)際機(jī)床展上，首次亮相了并聯(lián)機(jī)床的雛形，那是六條腿的測(cè)量平臺(tái)，由此機(jī)床從傳統(tǒng)的C型傳動(dòng)鏈結(jié)構(gòu)向并聯(lián)運(yùn)動(dòng)發(fā)展變成一種趨勢(shì)。

　　所謂并聯(lián)機(jī)床，就是以空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)，以數(shù)控軟件代替部分硬件、以電子裝置及元器件代替部分機(jī)械裝置，并通過(guò)改變桁架桿的長(zhǎng)度及移動(dòng)支點(diǎn)位置，來(lái)迅速實(shí)現(xiàn)刀具與工件的相對(duì)位置變動(dòng)，從而打破了傳統(tǒng)機(jī)床以直角坐標(biāo)系為基礎(chǔ)的串聯(lián)運(yùn)動(dòng)學(xué)原理。

　　并聯(lián)機(jī)床因其剛性差等弱點(diǎn)，正朝串并聯(lián)相結(jié)合方向發(fā)展，中國(guó)清華大學(xué)、哈量、長(zhǎng)征機(jī)床等單位在這方面的研發(fā)居國(guó)際**地位。

　　倒置立車(chē)的發(fā)明

　　德國(guó)EMAG公司繼而發(fā)明的倒置立車(chē)，特別適宜于對(duì)輕型回轉(zhuǎn)體零件的大批量加工。隨即，倒立加工中心、倒立復(fù)合加工中心及倒立焊接機(jī)床等新穎機(jī)種應(yīng)運(yùn)而生。

　　加工工藝的創(chuàng)新

　　復(fù)合加工

　　復(fù)合加工機(jī)床與技術(shù)毋庸置疑是大規(guī)模工件加工廠商的福星，這是因?yàn)楣に嚨募墒构ぜ虚g閑置時(shí)間大為減少，所以在生產(chǎn)全過(guò)程中節(jié)拍時(shí)間相較傳統(tǒng)設(shè)備得以顯著縮短；可節(jié)省購(gòu)置多臺(tái)機(jī)床的固定資產(chǎn)投入；減少了倉(cāng)庫(kù)使用面積，降低倉(cāng)儲(chǔ)費(fèi)用；縮短換裝時(shí)間。

　　上世紀(jì)90年代中期，奧地利WFL發(fā)明了車(chē)銑復(fù)合加工中心。而日本MAZAK公司則認(rèn)為DoneInOne是數(shù)控機(jī)床發(fā)展的方向，也就是在一臺(tái)機(jī)床上能完成所有工序加工。

　　激光加工

　　伴隨著激光切削與激光成型技術(shù)的不斷發(fā)展，DMG公司的DML40SL，可以把CAD圖紙直接輸入加工。三個(gè)直線軸、兩個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡回轉(zhuǎn)軸和一個(gè)聚焦軸。激光束以小于200的角度范圍射入工件表面，進(jìn)行加工。

　　而激光脈動(dòng)方式Y(jié)AG，激光功率100W，激光束直徑Φ0.04~0.1mm，金屬切除率為25mm3/min.

　　超聲波振動(dòng)加工

　　由工業(yè)金剛石顆粒制成的特殊銑刀、鉆頭或砂輪，通過(guò)20，000次/s的超聲波振動(dòng)高頻敲擊，對(duì)超硬材料進(jìn)行精密加工。

　　機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速6，000r/min，驅(qū)動(dòng)功率10kW，主軸高頻振動(dòng)功率1.5kW.

　　水切割

　　水刀就是將普通水經(jīng)過(guò)一個(gè)超高壓加壓器，加壓至380Mpa（55，000psi）或更高壓力，然后通過(guò)一個(gè)細(xì)小的噴嘴（其直徑為Φ0.01- Φ0.04mm），可產(chǎn)生一道速度為915m/s（約音速的3倍）的水箭，來(lái)進(jìn)行切割。水刀分為兩種類(lèi)型：純水水刀及加砂水刀。

　　柔性制造（FMS）

　　對(duì)FMS的剖析，應(yīng)該偏重于總控系統(tǒng)、運(yùn)輸小車(chē)、交換托盤(pán)庫(kù)以及清洗機(jī)等，機(jī)床（主要是臥加）只是加工零件的單元之一。因?yàn)橛蓹C(jī)器人學(xué)演繹和發(fā)展而來(lái)的FMS，主要功能不僅要考驗(yàn)加工單元的自適應(yīng)能力，更要照顧到工作站周?chē)苿?dòng)物體能力及響應(yīng)遙感數(shù)據(jù)的能力等等。

　　智能制造

　　智能化是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分之一，它集信息技術(shù)、光電技術(shù)、通信技術(shù)、傳感技術(shù)等為一體，推動(dòng)著機(jī)床制造的不斷進(jìn)步。MAZAK、OKUMA等日本公司，在這方面的研發(fā)己取得多項(xiàng)專(zhuān)利。作為系統(tǒng)供應(yīng)商，德國(guó)海德漢公司在他們的軟件中，有集成的自適應(yīng)進(jìn)給控制功能（AFC：AdaptiveFeedControl）、自動(dòng)校準(zhǔn)和優(yōu)化機(jī)床精度（KinematicOpt）及智能顫紋控制（ACC：ActiveChatterControl）等供用戶(hù)選擇。

　　當(dāng)今高端機(jī)床一般均裝有熱變形控制系統(tǒng)，以保證機(jī)床的穩(wěn)定工作精度。像日本安田公司，他們開(kāi)發(fā)的高精度臥式坐標(biāo)加工中心，就帶有“機(jī)體溫度控制裝置”，至于防撞功能則更是千變?nèi)f化、層出不窮。

　　瑞士GF阿奇夏米爾集團(tuán)智能加工，一切都是圍繞提高工藝水平所進(jìn)行的。他們的米克朗系列智能加工模塊可以幫助用戶(hù)控制銑削工藝，以獲得更高的性能、更高的質(zhì)量和安全性。

　　微納制造

　　上海機(jī)床廠有限公司自主創(chuàng)新研發(fā)的納米磨床，主要應(yīng)用于超硬脆性、超硬合金、模具鋼、無(wú)電解鍍層鎳等材料的微小機(jī)電光學(xué)零部件的納米級(jí)精度磨削加工。加工范圍：非球曲面口徑<φ10mm，定位精度?0.1μm（100nm），重復(fù)定位精度?0.05μm（50nm），表面粗糙度 Ra<0.01μm（10nm），具備在線測(cè)量補(bǔ)償加工、砂輪在機(jī)修整和在線修銳功能。

　　兩個(gè)革命性的舉措

　　3D打印

　　3D打印在第三次工業(yè)革命中應(yīng)運(yùn)而生，是一種制造業(yè)的新穎加工方式。增材制造能加工出高精度、復(fù)雜型面的金屬與非金屬零件。這種精密加工方式能避免刀具干涉，并能加工激光束被遮擋的照射部位。

　　3D打印技術(shù)有很多種，大致有激光粉末成型法、熔融塑料成型法、光敏樹(shù)脂成型法等幾種，技術(shù)原理是無(wú)論何種成型法，都是采取原料加層方法形成3D物體，每次打印一層材料只有0.1-0.2mm厚，與二維打印機(jī)相比，3D打印機(jī)多了一維，即Z軸，通過(guò)X-Y-Z軸的運(yùn)動(dòng)，將原料逐層堆積而成，如熔融塑料成型法，噴嘴噴出熔融的塑料絲，承物平臺(tái)作三維運(yùn)動(dòng)，即可堆積出3D實(shí)物（等于一層層粘上去）。

　　液氮冷凍加工

　　MAG公司開(kāi)發(fā)了一套顛覆傳統(tǒng)方法的切削冷卻系統(tǒng)——“超低溫液氮冷卻切削技術(shù)”，成為機(jī)床行業(yè)革命性的創(chuàng)新。MAG亞太區(qū)總裁李黎先生表示，“這一技術(shù)的推廣使用將對(duì)機(jī)床和刀具行業(yè)產(chǎn)生革命性的沖擊，高效和高壽命將使機(jī)床和刀具的消費(fèi)量降低，同時(shí)降低地球資源的消耗”。

　　切削加工中的切削熱而導(dǎo)致刀具加工超硬材料時(shí)磨損快，刀具消耗量大，刀具消耗成本甚至超過(guò)機(jī)床的成本。而超低溫液氮冷卻切削技術(shù)的推出，可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)主軸中心和刀柄中心在刀片切削刃部的微孔中打出液氮，刀具切削產(chǎn)生的熱量被液氮?dú)饣ㄒ旱姆悬c(diǎn)為-320℃）的瞬間帶走，尤其是在超硬材料加工和復(fù)合材料加工上會(huì)有更好的效果，切削速度可以大大提高，刀具壽命也可以大大延長(zhǎng)。

　　據(jù)MAG幾年來(lái)的切削試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，在對(duì)鈦、鎳基合金、球墨鑄鐵或蠕墨鑄鐵等難切削材料進(jìn)行加工時(shí)，金屬去除率平均可以提高3倍，刀具壽命平均可以延長(zhǎng)2倍，這就意味著一臺(tái)機(jī)床可以當(dāng)3臺(tái)機(jī)床使用，一個(gè)刀片可以當(dāng)兩個(gè)刀片使用，大大節(jié)省設(shè)備、場(chǎng)地、人員的使用和刀具、能源的消耗。

　　該技術(shù)對(duì)環(huán)境友好。通常金屬切削冷卻的手段是使用冷卻液或冷卻油，而冷卻液或冷卻油不僅污染環(huán)境需要回收處理，且油霧處理不好甚至出現(xiàn)燃燒起火等不安全狀況，而氮?dú)馐前踩珰怏w，自然排放到空氣中沒(méi)有任何污染，也不需回收。

　　未來(lái)機(jī)床展望

　　令人費(fèi)解的纏繞機(jī)

　　針對(duì)碳纖維之類(lèi)材料的零件，可用纏繞方式進(jìn)行加工。

　　軌道銑磨車(chē)

　　機(jī)床也可是行駛中的列車(chē)，其前面車(chē)輪是銑刀盤(pán)，把損壞的路軌銑平；其后輪是砂輪，把銑平的路軌磨光。

　　大隈口號(hào)及MAZAK模型

　　日本大隈提出，未來(lái)機(jī)床發(fā)展方向應(yīng)該是：SPACECENTER具有高速（SPEED）、高效（POWER）、高精度（ACCURACY）、通訊（COMMUNICATION）、環(huán)保（ECOLOGY）等特點(diǎn)。

　　而MAZAK建立未來(lái)機(jī)床模型且為：主軸轉(zhuǎn)速100，000r/min，加速度8g，切削速度2馬赫，同步換刀，干切削，集車(chē)、銑、激光加工、磨、測(cè)量于一體。

　　不盡長(zhǎng)江滾滾流，后浪永遠(yuǎn)推前浪。處于第三次工業(yè)革命時(shí)期的先進(jìn)制造技術(shù)，它的發(fā)展速度，它的變更周期，會(huì)比歷史上任何時(shí)期要來(lái)得快，故而新時(shí)代的數(shù)控機(jī)床發(fā)展，將使我們目不暇接，并推動(dòng)著社會(huì)發(fā)展的不斷進(jìn)步。