数控机床发展|数控机床发展历程及未来趋势( 十 )

在综合分析多方面的资料基础上，本文从市场需求、决策管理、产品定位与服务、创新体系、核心技术、人才教育及产学研合作、研发投入、产业链及产业生态等方面，对中国、德国及瑞士等欧洲国家、日本进行了对比分析，具体情况如表2所示。德国和日本的做法，值得中国借鉴。

表2 数控机床领域国内外对比分析
未来发展趋势

在未来主要发展趋势方面，笔者认为，数控机床技术呈现出高性能、多功能、定制化、智能化和绿色化的发展趋势，即：

(1)高性能。数控机床发展过程中，一直在努力追求更高的加工精度、切削速度、生产效率和可靠性。未来数控机床将通过进一步优化的整机结构、先进的控制系统和高效的数学算法等，实现复杂曲线曲面的高速高精直接插补和高动态响应的伺服控制；通过数字化虚拟仿真、优化的静动态刚度设计、热稳定性控制、在线动态补偿等技术大幅度提高可靠性和精度保持性。

(2)多功能。从不同切削加工工艺复合(如车铣、铣磨)向不同成形方法的组合(如增材制造、减材制造和等材制造等成形方法的组合或混合) ，数控机床与机器人“机-机”融合与协同等方向发展；从“CAD-CAM-CNC”的传统串行工艺链向基于3D实体模型的“CAD＋CAM＋CNC集成”一步式加工方向发展；从“机-机”互联的网络化，向“人-机-物”互联、边缘/云计算支持的加工大数据处理方向发展。

(3)定制化。根据用户需求，在机床结构、系统配置、专业编程、切削刀具、在机测量等方面提供定制化开发，在加工工艺、切削参数、故障诊断、运行维护等方面提供定制化服务。模块化设计、可重构配置、网络化协同、软件定义制造、可移动制造等技术将为实现定制化提供技术支撑。

(4)智能化。通过传感器和标准通信接口，感知和获取机床状态和加工过程的信号及数据，通过变换处理、建模分析和数据挖掘对加工过程进行学习，形成支持最优决策的信息和指令，实现对机床及加工过程的监测、预报和控制，满足优质、高效、柔性和自适应加工的要求。“感知、互联、学习、决策、自适应”将成为数控机床智能化的主要功能特征，加工大数据、工业物联、数字孪生、边缘计算/云计算、深度学习等将有力助推未来智能机床技术的发展与进步。

(5)绿色化。技术面向未来可持续发展的需求，具有生态友好的设计、轻量化的结构、节能环保的制造、最优化能效管理、清洁切削技术、宜人化人机接口和产品全生命周期绿色化服务等。

切削机床是利用刀具或磨具通过机械能作用于工件，实现材料去除的各种工艺(如车削、铣削、镗削、钻削、磨削等) ，其本质问题可以归结为两点，一是用什么能量去除材料? 二是如何控制能量使用? 如本文开篇所述，机床1.0是以蒸汽动力直接给机床提供机械能以实现各种切削工艺，控制方式是手动控制；机床 2.0将电能转换为机械能以驱动机床，并带来数字控制机床的出现，控制方式是自动控制；机床 3.0则是计算机和信息技术带来的计算机数控机床，它改变了机床控制方式和生产组织方式，使其数字化、网络化。

展望未来，机床4.0将面临新的革命性变化，表现在一是材料去除过程直接所用的能量由以机械能为主变化为机械能、电能、光能、化学能等多种能场及其组合。二是能量使用的控制方式，一方面智能化控制是未来机床近期发展的最主要特征和趋势，它使得机床更高(精度)、更快(效率)、更强(功能)、更省(绿色)；另一方面，即将出现的量子计算和量子计算机，就如同当年电子计算机给数控机床带来革命性跨越一样，重新定义一代数控机床，催生出全新原理和全新概念的数控机床和生产过程。

机床作为工作母机，多年来为工业革命和现代工业发展提供了制造工具和方法；未来工业发展和人类文明进步，仍然离不开数控机床的支撑和促进。展望未来，新的一轮工业革命给数控机床的发展带来新的挑战和机遇，先进制造技术与新一代信息技术及新一代人工智能融合，也给数控机床的技术创新、产品换代和产业升级提供了技术支撑，数控机床将走向高性能、多功能、定制化、智能化和绿色化，并拥抱未来的量子计算新技术，为新的工业革命和人类文明进步提供更强大、更便利和更有效的制造工具。