賈吉林，胥光申

（1.西安工程大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，陜西 西安 710048；2.陜西理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，陜西 漢中 723001）

引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和制造業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)數(shù)控機(jī)床的需求越來(lái)越大。我國(guó)對(duì)數(shù)控機(jī)床的消費(fèi)和進(jìn)口數(shù)量已連續(xù)十余年位居世界第一。強(qiáng)勁的市場(chǎng)需求，不僅推動(dòng)了國(guó)內(nèi)機(jī)床產(chǎn)品的蓬勃發(fā)展，同時(shí)也吸引了世界主要機(jī)床制造商在華投資建廠，使中國(guó)近年來(lái)逐步成為機(jī)床的最大生產(chǎn)國(guó)。數(shù)控機(jī)床作為工藝裝備，重量大、切削載荷大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、多以專機(jī)為主，加工一些昂貴產(chǎn)品的精度難以保證，且加工小型產(chǎn)品成本過(guò)高。隨著市場(chǎng)的需要，數(shù)控機(jī)床已逐步從大型化和專業(yè)化方向朝微型化和精密化方向發(fā)展。研究者將加工小型產(chǎn)品的功能從數(shù)控機(jī)床的加工中心分離出來(lái)，研究形成了一種新的微型化、精密化機(jī)床品種數(shù)控雕銑機(jī)床。

與傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床不同，數(shù)控雕銑機(jī)是一種在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用廣泛的特殊機(jī)床。它集合了雕刻和銑削功能，具有高轉(zhuǎn)速、小吃刀量、高精度、高硬度加工等優(yōu)點(diǎn)，擁有較高的生產(chǎn)效率和優(yōu)質(zhì)的表面質(zhì)量。另外，數(shù)控雕銑機(jī)床擁有主軸轉(zhuǎn)速高、刀具直徑小、精細(xì)程度優(yōu)越、表面光潔度高等特殊優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)了諸如銑床、鉆床、車床等通用數(shù)控機(jī)床加工功能單一的缺陷，已經(jīng)使用在大功率LED鋁基板、精美工藝品、金屬電極、產(chǎn)品的特殊外包裝、金屬眼鏡框等精細(xì)加工等領(lǐng)域。近年來(lái)，隨著CAD/CAM技術(shù)水平的不斷提升，數(shù)控雕銑機(jī)已經(jīng)成為大型浮雕加工設(shè)備的首選。

1 傳統(tǒng)手工雕刻的發(fā)展

傳統(tǒng)的中國(guó)手工藝品有著悠久而美好的歷史，在中國(guó)文化藝術(shù)的歷史長(zhǎng)河中占據(jù)重要的位置。手工藝品是中國(guó)文化史、美術(shù)史和設(shè)計(jì)史發(fā)展過(guò)程中的重要內(nèi)容，是中國(guó)傳統(tǒng)文化的標(biāo)志性產(chǎn)物。中國(guó)工匠們發(fā)明了燒造、鑄鍛、染織、編結(jié)、木作、髹飾、雕塑等多種工藝方法，將不同材質(zhì)的原料創(chuàng)造出豐富多彩、巧奪天工的各類手工藝品。雕刻師們通過(guò)特定的雕刻工具對(duì)石材、木材、玉石和瑪瑙等材料進(jìn)行雕刻，雕刻的樣品如圖1所示[1]。

圖1 傳統(tǒng)雕刻

傳統(tǒng)手工雕刻包括鑿制粗胚、掘細(xì)坯、修光、打磨、飾紋、著色上光等，存在工藝過(guò)程繁雜、生產(chǎn)效率低和生產(chǎn)成本高，雕刻制品的質(zhì)量一致性差等缺陷。因此嚴(yán)重制約著雕刻行業(yè)的快速發(fā)展，為了更好地適應(yīng)社會(huì)需求，數(shù)控雕銑機(jī)的出現(xiàn)成為時(shí)代發(fā)展的必然[2]。

2 數(shù)控雕銑機(jī)技術(shù)的研究現(xiàn)狀

2.1 國(guó)外雕銑技術(shù)的相關(guān)研究

美國(guó)研究人員 T.L.Sehmitz采用試驗(yàn)和分析方法完成了數(shù)控機(jī)床的主軸、刀具和刀夾的進(jìn)給傳動(dòng)模型，獲得了機(jī)床完整的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性[3]。韓國(guó)學(xué)者 JungDosuh和DaiHi11ee應(yīng)用有限元分析了高速機(jī)床的主軸和滑塊結(jié)構(gòu)，對(duì)主軸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了穩(wěn)定性分析，設(shè)計(jì)了一款復(fù)合式新型結(jié)構(gòu)，既減輕了機(jī)床的整體質(zhì)量，又提升了機(jī)床的系統(tǒng)剛度[4]。西班牙學(xué)者M(jìn).Zatarain采用Natran和I-deas兩種分析軟件對(duì)立柱式移動(dòng)銑床的整機(jī)的進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)性能分析，優(yōu)化了床體、頭架與導(dǎo)軌之間的進(jìn)給傳動(dòng)模型，得到了穩(wěn)定性較好的系統(tǒng)模型[5]。加拿大學(xué)者 M.A.E1bestawi研究了銑削和磨削相結(jié)合的動(dòng)力學(xué)模型，分析求解各進(jìn)給構(gòu)件振動(dòng)的固有頻率，通過(guò)虛擬動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)得出了構(gòu)件阻尼以及結(jié)合面的剛度數(shù)據(jù)，通過(guò)在機(jī)床上進(jìn)行測(cè)試獲得進(jìn)給系統(tǒng)的剛度。利用機(jī)床測(cè)試進(jìn)行修正并驗(yàn)證進(jìn)給傳動(dòng)模型[6]。U.Heise1與A.Feinauer分析了平衡量值、施加的作用力和加速性能等高速磨削產(chǎn)生振動(dòng)的因素，仿真了各種振動(dòng)對(duì)加工件質(zhì)量造成的影響，然后根據(jù)仿真分析的結(jié)果對(duì)最終的加工效果進(jìn)行評(píng)估[7-8]。

在機(jī)床傳動(dòng)分析中，首先要解決的問(wèn)題是如何建立合理的動(dòng)力學(xué)模型。最早由德國(guó)學(xué)者S.Taylor提出了集中參數(shù)模型并且應(yīng)用該模型分析了臥式車床、單柱刨床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)等，英國(guó)學(xué)者運(yùn)用該模型分析了龍門刨床的動(dòng)態(tài)特性并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較，其結(jié)果在當(dāng)時(shí)的條件下令人滿意。Li B通過(guò)對(duì)機(jī)床整機(jī)的模態(tài)分析，得到了機(jī)床中關(guān)鍵部件的模態(tài)參數(shù)和模態(tài)分析中的振動(dòng)參數(shù)[9]。John M.R.S采用有限元分析方法，對(duì)D3工具鋼的CNC研磨加工過(guò)程、輸出表面的粗糙度、殘余應(yīng)力、微小硬度進(jìn)行了模擬，成功預(yù)測(cè)了機(jī)床工具的動(dòng)態(tài)特性[10]。美國(guó)學(xué)者Hull提出了參數(shù)化設(shè)計(jì)概念和結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化方法，利用有限元軟件對(duì)機(jī)床的主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化[11]。GaberO和HashemiSM在建立機(jī)床系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型過(guò)程中將主軸老化作為重要參考，通過(guò)主軸的模態(tài)分析獲取動(dòng)態(tài)性能參數(shù)，并以參數(shù)變化預(yù)測(cè)主軸持續(xù)工作時(shí)間段間隔[12]。

2.2 國(guó)內(nèi)雕銑技術(shù)的相關(guān)研究

趙成喜[13]等完成了六軸數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)特性分析，綜合了機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和線性傳動(dòng)的誤差影響等因素，采取有限元對(duì)雕銑機(jī)進(jìn)行了模態(tài)分析；劉一波[14]等人分析了數(shù)控雕銑機(jī)高速電主軸，介紹了雕銑加工過(guò)程中所使用的各類電主軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)；張國(guó)剛[15]通過(guò)對(duì)數(shù)控雕銑機(jī)夾具的研究，改進(jìn)了數(shù)控雕銑機(jī)的裝夾方法，滿足加工精度的同時(shí)精簡(jiǎn)了裝夾方式；梁?jiǎn)⒚鱗16]等建立了數(shù)控雕銑機(jī)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)和執(zhí)行部件的一體化數(shù)學(xué)模型，仿真得到了數(shù)控雕銑機(jī)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)最佳的進(jìn)給傳動(dòng)參數(shù)，得到了非線性因素對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響；路曉東[17]研究了數(shù)控銑加工中工藝參數(shù)的合理選擇，確定了正確地選擇工藝參數(shù)的原則和方法；丁巖[18]等人通過(guò)對(duì)B軸驅(qū)動(dòng)部件高效銑削工藝方法的研究，結(jié)合磨損試驗(yàn)，確定了刀具結(jié)構(gòu)、切削參數(shù)和切削振動(dòng)對(duì)刀具磨損的影響特性；陳兵[19]等人通過(guò)對(duì)數(shù)控雕銑曲面加工復(fù)雜度計(jì)算及切削參數(shù)選擇方法的研究，建立了基于 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)雕銑切削參數(shù)的預(yù)測(cè)模型；穆存遠(yuǎn)[20]等人通過(guò)分析影響產(chǎn)品模型雕刻表面的質(zhì)量因素，表明浮雕成型過(guò)程中關(guān)鍵性參數(shù)對(duì)成型質(zhì)量產(chǎn)生影響，加工時(shí)的重疊率與表面粗糙度成反比關(guān)系；李海東[21]等對(duì)復(fù)雜曲面零件的數(shù)控雕刻加工的研究，通過(guò)三維軟件和編程軟件的結(jié)合，提高了雕刻加工的質(zhì)量和效率；汪全友[22]等人通過(guò)探討ArtCAM相對(duì)于數(shù)控雕銑加工技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，促進(jìn)了CAD/CAM技術(shù)在雕銑加工中的廣泛應(yīng)用；王政皓[23]等人研究了基于Arduino小型激光雕刻機(jī)的設(shè)計(jì)方法及其控制系統(tǒng)；任忠先[24]等研究了ArtCAM技術(shù)在數(shù)控雕銑加工中的應(yīng)用和雕銑加工相結(jié)合的軟件實(shí)際操作方法。

3 數(shù)控雕銑機(jī)的產(chǎn)品現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

作為機(jī)床制造業(yè)的主導(dǎo)產(chǎn)品之一，數(shù)控雕銑機(jī)是關(guān)系國(guó)家戰(zhàn)略地位和綜合國(guó)力的重要保障。它也是高質(zhì)量、大批量、多種類機(jī)械生產(chǎn)和加工的基礎(chǔ)裝備，數(shù)控雕銑機(jī)，尤其是高檔數(shù)控雕銑機(jī)的產(chǎn)量、性能和技術(shù)水平是衡量國(guó)家綜合制造實(shí)力的重要標(biāo)志之一，代表了國(guó)家的工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展水平。

先前，國(guó)內(nèi)所需的大批量數(shù)控雕銑機(jī)都依賴極少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家。但是自從20世紀(jì)90年代以來(lái)，數(shù)控雕銑機(jī)床成為工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的壟斷和限制出口產(chǎn)品，尤其是以航空、航天、軍工等關(guān)系國(guó)家命脈的行業(yè)，被列為重點(diǎn)技術(shù)限制的黑名單。除此之外，我國(guó)進(jìn)口的高檔數(shù)控雕銑機(jī)消耗了高昂的外匯儲(chǔ)備，極大地制約了我國(guó)的機(jī)械、能源等核心工業(yè)的快速發(fā)展，嚴(yán)重影響了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步提升。

與世界工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比，國(guó)內(nèi)的數(shù)控雕銑機(jī)技術(shù)起步較晚，整機(jī)在產(chǎn)品性能和關(guān)鍵技術(shù)等方面嚴(yán)重落后。截至目前，國(guó)內(nèi)的高檔數(shù)控雕銑床與國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品之間仍然存在較大差距，表現(xiàn)為雕銑機(jī)的總體水平較低，自主開(kāi)發(fā)能力、核心功能部件等跟不上時(shí)代的需求，尤其對(duì)高檔數(shù)控系統(tǒng)的研發(fā)尚處于起步階段，機(jī)床的可靠性、穩(wěn)定性和耐久性等共性技術(shù)研究進(jìn)展極其緩慢[25]。

在雕刻機(jī)市場(chǎng)中，美國(guó)的“雕霸”、日本的“御牧”和法國(guó)的“嘉寶”長(zhǎng)期處于領(lǐng)先位置，但是都存在價(jià)格高昂的窘境[26]。近年來(lái)，隨著國(guó)產(chǎn)雕刻機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，市場(chǎng)份額越來(lái)越大[27]。但是存在一些共同特征：機(jī)床本體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒(méi)完全掌握控制原理，控制器技術(shù)靠引進(jìn)，選擇步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，控制精度不高，而價(jià)格相對(duì)便宜，性價(jià)比比進(jìn)口機(jī)床高[28]。因此，精度要求高的雕銑機(jī)的整套設(shè)備仍然需要進(jìn)口[29]。

美國(guó)的世紀(jì)雕霸雕刻機(jī)是一款非常實(shí)用的雕刻切割機(jī)，其中型號(hào)1325的機(jī)床外形如圖2所示，由于Y軸采用的直線支承導(dǎo)軌，大幅提升了機(jī)床的精度，最終的加工速度和加工精度與TYl290相近。1325型機(jī)床更適合大型木器的CNC雕刻，使得大型機(jī)床雕刻胸牌及大幅面浮雕成為現(xiàn)實(shí)。

圖2 世紀(jì)雕霸1325雕刻機(jī)

圖3 嘉寶M40雕刻機(jī)

法國(guó) 1938年研制的嘉寶雕刻機(jī)是世界上第一臺(tái)手動(dòng)雕刻機(jī)。圖3是法國(guó)嘉寶M40雕刻機(jī)的外形，該機(jī)床系統(tǒng)緊湊、簡(jiǎn)單易用、快速安靜。利用紅點(diǎn)定位預(yù)測(cè)雕刻范圍，無(wú)需測(cè)量，加工精度高、穩(wěn)定、加工效率遠(yuǎn)高于國(guó)內(nèi)外其他同類型機(jī)床，主軸的轉(zhuǎn)速高達(dá)數(shù)十萬(wàn)轉(zhuǎn)每分鐘，走刀速度可達(dá)6～10m/s，并且 305mm×210mm 的廣幅雕刻面積，使雕刻產(chǎn)品的范圍更具多樣性。

華威數(shù)控的立式雕刻機(jī)如圖4所示，具有旋轉(zhuǎn)軸的雙保險(xiǎn)固定方式，配備減速機(jī)，旋轉(zhuǎn)無(wú)間隙，耐用性強(qiáng)等突出優(yōu)勢(shì)。主軸電機(jī)采用大功率變頻風(fēng)冷主軸，該主軸電機(jī)含有進(jìn)口陶瓷球軸承，啟動(dòng)性能好，力矩大，能充分發(fā)揮本機(jī)高速的優(yōu)勢(shì)，效率高，耐磨、耐高溫、旋轉(zhuǎn)速度快，旋轉(zhuǎn)震動(dòng)小，工作噪音低。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用了大功率伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，扭矩力更大，精度更高，配合主軸穩(wěn)定雕刻，平穩(wěn)性高。運(yùn)行導(dǎo)軌采用方形直線導(dǎo)軌，高精密度，高強(qiáng)度，3000公里免維護(hù)、維護(hù)方便。Z軸通過(guò)加固型的特殊設(shè)計(jì)，配合專業(yè)設(shè)計(jì)方式，下刀更精準(zhǔn)，無(wú)震動(dòng)底紋產(chǎn)生。

在國(guó)內(nèi)，創(chuàng)立于1994年的北京精雕科技有限公司，在系列精雕機(jī)開(kāi)發(fā)方面成為“專、特、精”的成功典范。經(jīng)過(guò)近20年的發(fā)展，北京精雕公司已經(jīng)具備了自主研制CNC雕刻機(jī)、CAD軟件、數(shù)控系統(tǒng)和高速電主軸的綜合能力[25]。尤其在軟件方面，公司對(duì)擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CAD/CAM系統(tǒng)持續(xù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)和更新升級(jí)，已經(jīng)從早期的 1.0版本更新至 5.5版本，打造成為國(guó)內(nèi)唯一擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的雕刻設(shè)計(jì)軟件。

圖4 華威數(shù)控的立式雕刻機(jī)

圖5 北京精雕JDGR300雕刻機(jī)

現(xiàn)如今，北京精雕公司的CAD/CAM雕刻軟件，已經(jīng)成為業(yè)界高水準(zhǔn)的標(biāo)桿并被廣泛推廣。北京精雕的主機(jī)所配置的功能部件、數(shù)控系統(tǒng)和高速電主軸等全部由公司自主研發(fā)生產(chǎn)。圖5是北京精雕JDGR300雕刻機(jī)外形，該機(jī)適用于精密銑削、精密模具加工、精密磨削加工等多個(gè)領(lǐng)域，可以穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)“0.1μm進(jìn)給，1μm切削和nm級(jí)的表面粗糙度”加工。各直線軸配備光柵尺，采用全閉環(huán)控制技術(shù)保證機(jī)床運(yùn)動(dòng)精度；對(duì)主軸、軸承座、轉(zhuǎn)臺(tái)電機(jī)、絲杠螺母等關(guān)鍵發(fā)熱部位進(jìn)行全方位冷卻，保證機(jī)床的熱穩(wěn)定性；標(biāo)配刀具補(bǔ)償系統(tǒng)，選配精雕在機(jī)測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)刀具、夾具和工件狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，保證產(chǎn)品加工質(zhì)量。

4 數(shù)控雕銑機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

我國(guó)的數(shù)控機(jī)床經(jīng)過(guò)近三十多年的發(fā)展取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，尤其在高檔數(shù)控機(jī)床方面取得了重大突破，但是還有眾多缺陷。例如，自主研發(fā)系統(tǒng)與機(jī)床的主體 CNC系統(tǒng)之間不兼容，國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的CNC系統(tǒng)與國(guó)外高端CNC系統(tǒng)不兼容，動(dòng)態(tài)伺服系統(tǒng)大部分仍然首選進(jìn)口品牌。

我國(guó)數(shù)控雕銑產(chǎn)業(yè)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)主要趨向于小部件的加工。近年來(lái)，由于智能手機(jī)的普及，3C行業(yè)整體的切削制造水平大幅提高，雕銑機(jī)由原來(lái)的木刻、鞋模等行業(yè)向以手機(jī)為代表的電子產(chǎn)品行業(yè)快速延伸，成為電子產(chǎn)品的首選加工技術(shù)手段。數(shù)控雕銑產(chǎn)業(yè)集中在 CNC雕刻、研磨、切割處理等工藝環(huán)節(jié)中，傾向于“三高、兩化、一復(fù)合”的發(fā)展態(tài)勢(shì)，即高速、高精度、高可靠性、柔性化、智能化和復(fù)合加工，其表現(xiàn)為[30-32]：

（1）高速

在確保切削質(zhì)量的同時(shí)，機(jī)床的高速化是提高生產(chǎn)率一條最有效最便捷的途徑。機(jī)床高速化的主要條件是提高切削速度和進(jìn)給速度。經(jīng)過(guò)多年的研究創(chuàng)新，部分國(guó)內(nèi)企業(yè)已經(jīng)可以提供40000r/min的超高速電主軸，使直徑20mm的銑刀切削速度達(dá)到7m/s左右，同時(shí)CNC系統(tǒng)可將進(jìn)給速度提高到 240m/min，切削進(jìn)給速度的分辨率達(dá)到 0.01μm。另外，高速自動(dòng)工具交換技術(shù)的引入，不僅準(zhǔn)確地掌控了工具的位置，而且大幅提高工具交換速度和整機(jī)的切削效率[32-33]。

（2）高精度

數(shù)控雕銑機(jī)追求的首要目標(biāo)是高精度，高精度是設(shè)計(jì)意圖在制造環(huán)節(jié)中的直接表達(dá)。影響高精度的最重要硬件因素包括機(jī)床的切削精度、控制系統(tǒng)中反饋裝置提供的定位精度機(jī)床床身的機(jī)械位置的再現(xiàn)性、熱變形補(bǔ)償以及機(jī)床的切削振動(dòng)等。以上硬件因素均與機(jī)床的硬件配置密切相關(guān)，如伺服馬達(dá)直接連接的滾珠絲桿的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，不可避免地會(huì)出現(xiàn)功率回流問(wèn)題，反饋裝置自身的分辨率直接決定了機(jī)床的檢測(cè)精度。

雖然硬件影響因素不能完全消除，但是目前研究者已經(jīng)通過(guò) CNC系統(tǒng)的高級(jí)算法、高速插值、小線段的連續(xù)進(jìn)給處理等軟件控制方法彌補(bǔ)機(jī)床的硬件缺陷，可以達(dá)到較高的控制精度。此外，也有使用直線電機(jī)直接取代伺服電動(dòng)機(jī)+滾珠絲桿的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以縮短了傳動(dòng)鏈，采用精密組裝技術(shù)等，大幅提高了機(jī)床的進(jìn)給精度[34]。

（3）高可靠度

機(jī)床的可靠性是機(jī)床工具永無(wú)止境追求的重要性能指標(biāo)之一，通常以沒(méi)有故障的工作時(shí)間進(jìn)行標(biāo)定。機(jī)床的高可靠性是提高機(jī)床的穩(wěn)定性的前提，是實(shí)現(xiàn)加工的高效率和產(chǎn)品高質(zhì)量的保證，國(guó)外機(jī)床的可靠性可以達(dá)到大約80000小時(shí)工作無(wú)故障，而國(guó)內(nèi)的機(jī)床的可靠性僅為約10000小時(shí)工作無(wú)故障，在此項(xiàng)性能方面存在較大的差距。機(jī)床中容易產(chǎn)生故障的環(huán)節(jié)以 CNC系統(tǒng)的故障為主，其次是機(jī)床的空氣供給、流體供給和機(jī)電部件等的故障[35]。

（4）柔性化

數(shù)控雕銑機(jī)采用 CNC控制方法，更適合于個(gè)性化樣品的制造，多軸聯(lián)動(dòng)的 CNC控制系統(tǒng)，更容易實(shí)現(xiàn)多樣化、個(gè)性化同類不同質(zhì)工件加工所需的不同加工需求。3D設(shè)計(jì)和虛擬仿真技術(shù)、多軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控仿真與數(shù)控加工技術(shù)的引入，必將為數(shù)控雕銑機(jī)的柔性化增添個(gè)性化的應(yīng)用天地。

（5）智能化

目前，以日本FANUC和德國(guó)的SIEMENS公司為代表的極少數(shù)尖端企業(yè)，已經(jīng)成功研發(fā)了完全自動(dòng)流水線的完整解決方案，這也成為國(guó)內(nèi)眾多同類企業(yè)努力的方向。流水線實(shí)現(xiàn)各種各樣的加工要求和工件檢驗(yàn)與測(cè)試，滿足用戶即使不直接去加工現(xiàn)場(chǎng)，也可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)視整個(gè)加工工序，大幅削減人工費(fèi)。同樣人工智能和智能制造的產(chǎn)業(yè)前景為數(shù)控雕銑機(jī)的高度智能化提出了更高的目標(biāo)要求。

（6）復(fù)合加工

數(shù)控雕銑機(jī)擁有柔性化智能化的 CNC系統(tǒng)，很容易實(shí)現(xiàn) CNC系統(tǒng)和電氣控制與機(jī)械系統(tǒng)的整合，可以滿足個(gè)性化、多樣化的處理要求。車銑復(fù)合加工是近年來(lái)在手機(jī)制造行業(yè)興起的一種新的加工技術(shù)，在車削加工過(guò)程中實(shí)現(xiàn)手機(jī)殼的雕刻加工。直線電機(jī)、直接驅(qū)動(dòng)及控制等技術(shù)的出現(xiàn)，徹底改變了當(dāng)前主流的伺服控制模式，減少了以往的機(jī)械能量損失和機(jī)械故障，加速了復(fù)合加工技術(shù)的快速發(fā)展。另外，智能伺服控制系統(tǒng)和高精度位置反饋設(shè)備的涌現(xiàn)，有力增強(qiáng)了機(jī)床的多功能復(fù)合目標(biāo)進(jìn)程，提高了自動(dòng)化裝置的生產(chǎn)效率[36-38]。

隨著機(jī)械制造企業(yè)對(duì)高速切削機(jī)床需求的增加，電主軸、直線電機(jī)等關(guān)鍵技術(shù)的突破，促使數(shù)控雕銑機(jī)的電主軸綜合性能也在不斷提升，未來(lái)數(shù)控雕銑機(jī)的發(fā)展更趨向于：

1）更高的速度和剛度

軸承支撐、潤(rùn)滑與冷卻和新材料等相關(guān)技術(shù)的飛躍式發(fā)展，促使高速數(shù)控加工成為業(yè)界實(shí)現(xiàn)機(jī)床高速化的持續(xù)研究課題。另外，由于主軸的高速化造成的主軸剛度降低，使得機(jī)床高速度的同時(shí)提高主軸剛度成為電主軸技術(shù)發(fā)展的重要方向[39-40]。

2）高速大功率、低速大轉(zhuǎn)矩

為了實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床既能進(jìn)行粗加工又能完成精加工的功能多樣化需求，高速的同時(shí)功率更大和低速時(shí)的大轉(zhuǎn)矩成為新型機(jī)床主軸必備的性能。著眼于全世界，開(kāi)發(fā)高性能、大功率、高速的電主軸一直各國(guó)該領(lǐng)域?qū)W者競(jìng)相探索的課題。

3）電動(dòng)機(jī)形式的多元化

目前，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)是國(guó)內(nèi)外機(jī)床產(chǎn)業(yè)普遍采用的驅(qū)動(dòng)形式，然而由于構(gòu)造和工作原理的限制，加之工作狀態(tài)的不斷改變，機(jī)床長(zhǎng)期保持理想工作效率很難實(shí)現(xiàn)。因此，開(kāi)發(fā)新型電機(jī)是實(shí)現(xiàn)電主軸跨越式發(fā)展的前提。目前，市場(chǎng)上的永磁電機(jī)相比于感應(yīng)電機(jī)具有更高的控制精度、更小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等優(yōu)勢(shì)，成為未來(lái)機(jī)床的新寵[41-43]。