機床制造技術(shù)經(jīng)過近十多年的發(fā)展，產(chǎn)生了很多不同結(jié)構(gòu)的機床，但從發(fā)展趨勢看，主要表現(xiàn)為兩大趨勢：
一、機床加工的尺度特征向極端方向發(fā)展
現(xiàn)代數(shù)控機床的加工精度始終是衡量機床技術(shù)發(fā)展水平的重要指標。體現(xiàn)加工精度的效果如今已經(jīng)不局限于尺寸精度、形狀精度以及表面粗糙度等方面，更體現(xiàn)在微結(jié)構(gòu)的加工技術(shù)方面。一方面，局部加工的形狀尺度特征向精微方向發(fā)展，另一方面加工的整體形狀向大尺寸方向發(fā)展。
在科技創(chuàng)新的驅(qū)動下，大量帶有微結(jié)構(gòu)的零件加工是當(dāng)前精密機床發(fā)展面臨的重要任務(wù)。微結(jié)構(gòu)零件的應(yīng)用非常廣泛，比如太陽能發(fā)電元件、手機導(dǎo)光板、液晶顯示器增亮膜、高速公路顯示板、復(fù)眼透鏡、衍射光柵、傳感器元件、二元光學(xué)元件、微型透鏡等。微結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)使機床的加工進入新的領(lǐng)域。
微結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)對機床加工提出了新挑戰(zhàn)，機床的運動精度、運動的平滑性、阻尼特性都有新的要求，此外加工工藝、機床刀具、機床附件也都要發(fā)生新的變化。新的光學(xué)加工技術(shù)，如快刀伺服（FTS）、刨削加工、鑿削加工、確定性磨削等在微加工技術(shù)發(fā)展中產(chǎn)生。用于加工大型圓柱面、圓端面、平面的微結(jié)構(gòu)機床成為市場競爭的產(chǎn)品。納米壓印復(fù)制工藝技術(shù)相應(yīng)也得到發(fā)展應(yīng)用。
微結(jié)構(gòu)尺寸的變化從幾百微米到幾微米不同，但微結(jié)構(gòu)的加工表面的質(zhì)量都在納米級。帶有微結(jié)構(gòu)的整體零件的尺寸從毫米級到數(shù)米不同。
在微結(jié)構(gòu)的制造設(shè)備領(lǐng)域，日本、德國、美國發(fā)展迅速，出現(xiàn)了很多新機床產(chǎn)品。典型的公司包括：東芝機械、發(fā)那科、不二越、庫格勒、Precitech、Nanotechnology等。
值得一提的是微孔精密切削加工在此期間也得到了快速的發(fā)展，德國科恩公司的金字塔超精密機床，可以用同一把刀具在半導(dǎo)體陶瓷材料上加工上萬個直徑不超過0.1mm的微孔。
二、機床設(shè)備的應(yīng)用向滿足智能制造要求發(fā)展
當(dāng)前，智能制造已經(jīng)成為國際制造領(lǐng)域一種新的趨勢。德國在2011年漢諾威博覽會提出“第四次工業(yè)革命”(Industrie 4.0)以來，如今已經(jīng)進入實施階段。“第四次工業(yè)革命”的目標是工廠智能化Intelligente Fabrik(Smart Factory)。2013年美國以制造業(yè)回流為主題，開啟智能時代的再工業(yè)化。日本在柔性制造的基礎(chǔ)上，形成了當(dāng)今比較成熟的智能化制造技術(shù)。中國目前制造業(yè)勞動力成本的不斷上升，一些地區(qū)出現(xiàn)的“用工荒”也迫使制造企業(yè)向智能化方面轉(zhuǎn)型。
智能化制造技術(shù)的大趨勢，要求機床必須適應(yīng)其使用要求。從國際上智能制造技術(shù)的發(fā)展情況來看，最典型的應(yīng)用特征是要求各種配置的高可靠性，作為智能制造最基本的組成部分，機床設(shè)備的可靠性成為最主要的考核指標。
在智能制造技術(shù)可以看作是在前兩代柔性制造技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的技術(shù)。第一代柔性制造系統(tǒng)產(chǎn)生于八十年代，它的可靠性衡量特征是可連續(xù)24小時運行，第二代產(chǎn)生于九十年代，可連續(xù)72小時運行。當(dāng)今的智能制造系統(tǒng)，它要求可以連續(xù)720小時運行。因此，能夠長時間不間斷高可靠性運行的機床設(shè)備成為另外一個發(fā)展趨勢。
智能制造三代發(fā)展中，人力成本不斷下降，智能化制造中人的參與很少，但機器人的復(fù)雜程度明顯提升。第二代發(fā)展中，機器人只能從事固定路徑的搬運，但第三代機器人不僅可以通過視覺傳感器感知無序擺放的工件，通過判斷做出不同路徑的抓取動作，還可以感知裝配過程的零件對中狀態(tài)，并配合智能夾具代替過去只能由人才能完成的工作。
智能制造同樣對機床適應(yīng)性的其它方面提出了要求，比如：能夠配合帶傳感器及感知對位裝配的機器人協(xié)同工作、能夠遠程通訊等。
機床的發(fā)展趨勢還有很多，比如多功能復(fù)合化趨勢、可重構(gòu)趨勢、低能耗環(huán)保趨勢等，不再這里介紹。
上述兩大趨勢呈現(xiàn)了不同技術(shù)特色，第一大趨勢主要的突出特色是技術(shù)的前沿性和創(chuàng)新性，重點體現(xiàn)技術(shù)的高精尖；第二大趨勢主要特色是技 術(shù)的成熟性、體現(xiàn)一個國家制造業(yè)的基礎(chǔ)。這兩大特色能夠比較充分反映國家制造業(yè)的強大程度。
兩大主要趨勢帶給我們的挑戰(zhàn)：
我們首先要從層次分析的角度看待兩大趨勢，第一大趨勢考驗和衡量的是一個國家技術(shù)高低和有無的問題，如果缺乏第一大趨勢所涉及的技術(shù)，一個國家就會面臨壟斷的威脅；第二大趨勢考驗和衡量的是一個國家制造基礎(chǔ)強弱和好壞的問題，涉及的技術(shù)層面范圍更廣。
面對第一大趨勢對我們的挑戰(zhàn)，我們必須發(fā)展以精度與尺度為特征的技術(shù)，研究開發(fā)尖端設(shè)備與工藝。歐盟委員會宣布的“地平線2020”（Horizon 2020）科研和創(chuàng)新計劃中，其中三個主要目標之一“做產(chǎn)業(yè)界領(lǐng)袖”,其中重點發(fā)展領(lǐng)域是“納米技術(shù)”，也正體現(xiàn)了這一發(fā)展的要求。在精密制造機床設(shè)備領(lǐng)域中，持之以恒地重視工作母機、超精密機床的發(fā)展，才能在國家的高技術(shù)領(lǐng)域占有一席之地。
面對第二大趨勢對我們的挑戰(zhàn)，我們必須配套地解決制造領(lǐng)域的高可靠性等涉及產(chǎn)品質(zhì)量性能的問題。智能化制造最大的特色是講求集成，如果智能化制造的生產(chǎn)線元器件、部件的質(zhì)量有問題，集成度越高，問題就越大。
在可靠性的前提下，發(fā)展與制造設(shè)備一系列的配套單元技術(shù)產(chǎn)品才是出路。多種單元技術(shù)包括：機床技術(shù)、機器人技術(shù)、傳感器技術(shù)、信息技術(shù)、物流技術(shù)等。
智能化技術(shù)所需要的并行單元配套技術(shù)內(nèi)涵結(jié)構(gòu)如下：
面臨兩大趨勢的挑戰(zhàn)，我們首先應(yīng)該重視國內(nèi)已有的基礎(chǔ)：
應(yīng)該看到國內(nèi)在應(yīng)對這兩個趨勢的挑戰(zhàn)方面都有一定的基礎(chǔ)，例如：在機床技術(shù)與設(shè)備研發(fā)方面，北京機床研究所經(jīng)過了將近60年的發(fā)展，在不同的時期，都產(chǎn)生過相關(guān)的技術(shù)產(chǎn)品。在80年代就產(chǎn)生了國際領(lǐng)先的超精密加工技術(shù)及機床，也產(chǎn)生了國內(nèi)第一條柔性示范線，充分體現(xiàn)了中國人的開發(fā)能力。如今中國制造業(yè)的工業(yè)基礎(chǔ)已經(jīng)形成，不放棄基礎(chǔ)才能更快取得成功。
我們要做制造業(yè)的強國，只強調(diào)一種趨勢是不夠的，必須既抓住制造業(yè)尖端，同時又重視基礎(chǔ)，發(fā)展方向才能正確。只有看清趨勢，創(chuàng)新驅(qū)動，不僅做趨勢的跟隨者，更要做趨勢的領(lǐng)跑者，我們國家的設(shè)備制造業(yè)才能真正做大做強。
北京機床研究所正在努力對這兩大發(fā)展趨勢中的關(guān)鍵共性技術(shù)進行研討，在此我真誠地邀請各位領(lǐng)導(dǎo)、同仁到機床所參觀、訪問、指導(dǎo)工作。■
