世界数控机床的发展日新月异，中国的工作母机也应该迎头跟上。那么我们该如何借鉴技术，结合机床工具行业“十二五”发展规划，找到立足自身发展的切入点，值此提出一些肤浅看法，以期能起到抛砖引玉的作用。
1　设计的理念创新
1.1　并联机床的诞生
　　美国G＆L公司发明了并联机床，从此机床由传统的C型传动链结构向并联运动发展（图1、图2）。
　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　图1　俄罗斯六条腿并联机床　　　　　　　图２　瑞士ＳＴＡＲＲＡＧ关节机床　　
　　所谓并联机床，就是以空间并联机构为基础，以数控软件代替部分硬件、以电子装置及元器件代替部分机械装置，通过改变桁架杆的长度及移动支点位置，来迅速实现刀具与工件的相对位置变动，从而打破了传统机床以直角坐标系为基础的串联运动学原理。
　　譬如德国DS公司的Z3铣头（图3），就是利用并联机构的原理，为高速高效加工航空工业的型框、翼肋、长橼等开创了先河。目前该ECOSPEED系列的加工中心。
　　然而大家知道，并联机床的缺点是刚性较弱，因此如何改善刚性，扩大自由度限制范围是一个值得研究的课题。中国对串、并联相结合的新概念机床研究有一定基础，清华大学、哈量等企业厂校结合，也取得了很大成果（图4）。
　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　图３　Ｚ３铣头　　　　　　　　　图４　校企结合研制成果
　　微型化也是并联机床的一个发展思路，我们可以放置在大型零件内部进行加工，其结构可以正置、倒置或水平放置。
1.2　倒置立车的发明
　　德国EMAG公司发明的倒置立车（图5），特别适宜对轻型回转体零件的大批量加工。随即倒立加工中心马上应运而生。北京一机床、沈阳机床等也陆续开发出成功案例。上海理工大学和上海重型机床厂联合制造的倒、正置相结合的数控立车，已在上海三菱电梯成功应用。倒置机床变型容易，非常适合复合加工发展，除车、铣、磨、镗以外，还可加上滚齿、磨齿、激光和焊接加工等等。我们还可将其与FMS联线，尤其是传输机构和工件的自动化搬运等方面大有创新机会，如采用机械手臂等等。
　　　　　　　　　　
　　　　　　　图５　ＥＭＡＧ倒立加工中心　　　　　　图６　德国ＡＬＦＩＮＧ公司的ＡＳ系列
1.3　虚拟X轴的加工中心
　　通过极坐标和笛卡尔坐标的合成来实现X轴运动，即虚拟X轴运动（图6）。主轴箱是由大功率扭矩电动机驱动，绕Z轴作C轴回转，同时又迅速作Y轴上下升降，这两种运动方式的合成就完成了X轴向的运动。由于是两种运动方式的合成，故机床的快进速度达到120 m/min，加速度为2g。
　　此类双运动合成某运动轴的机床，虽然进给速度比较快，但刚性比较差。所以ALFING公司在汽车行业的投标只局限于缸盖，从来不投缸体。如果我们对此项技术有兴趣的话，不妨在机床刚性上再下些功夫，机床结构也可考虑用龙门框架型，因为市场需求面比较大。滚压刀 滚扎头 滚压头 镗滚刀 数控光机
1.4　制造
　　21世纪开始，国际机床制造强国普遍重视制造。所谓制造（Extreme Manufacturing）是指在条件下，制造尺度或功能的器件和功能系统，集中表现在微细制造、超精密制造、巨系统制造等方面。
　　我国在大型、超大型机床制造领域成绩显著(图7、8)，北京一机床的XKA28105×300重型桥式移动铣车复合中心、上海机床厂的MKA84250/15000-H超重型精密数控轧辊磨床等，均是具有自主知识产权的巨无霸机床；在精细制造方面，上海机床厂有限公司研制成功的纳米磨床(图9)，是处于水平的创新产品。
　　　　　　　　
　　　　　　　　　图７　齐重旋风切削复合中心　　　　　　　　　　　图８　大连落地镗铣床
　　该纳米磨床主要应用于超硬脆性、超硬合金、模具钢、无电解镀层镍等材料的微小机电光学零部件的纳米级精度磨削加工。其主要技术参数：加工非球曲面口径＜φ10 mm；定位精度≤0.1 μm(100 nm)；重复定位精度≤0.05 μm (50 nm)；表面粗糙度Ra＜0.01 μm (10 nm)；具备在线测量补偿加工、砂轮在机修整和在线修锐功能。关键技术和创新点为：超精密机械结构设计制造、装配调试、集成技术；纳米级精度微型数控磨床的床身稳定性技术；集成直线电动机与静压导轨的超精密驱动、定位控制技术；气体静压空气主轴及回转轴（B轴）的设计与制造技术；在线检测与误差补偿加工技术；砂轮在位修整与在线电解修锐技术；微小元件的超精密斜轴镜面磨削加工工艺技术。
　　　　
　　　　图９　上海机床厂有限公司的纳米磨床　　　　　　　图１０　日本牧野公司卧加Ｔ型结构
2　机床的结构创新
2.1　加工中心的结构创新
　　加工中心的结构包括：T型结构、反T型结构、箱中箱结构、顶梁运动结构（主要根据选型而定）（如图10～13）。
　　我国加工中心的软肋还是在换刀机抅，圆弧凸轮的磨削没有我们自主研发的制造技术。上海工程技术大学最近向上海市科委立项申请250万元，致力该项目研发，并欢迎感兴趣的企业与该校搞合作。我们在不断改进刀库和机械刀的同时，对工件交换方式也可大胆创新。
　　加工中心的床身及立柱材料选择也是同行们关注的一个课题。意大利COMAU的卧加立柱就采用钢板焊接件，当然是经有限元缜密计算过的。上汽集团荣威汽车的缸体缸盖生产线就是选用COMAU，经六年运行，精度性能还很稳定，此例值得我们参考。同时，能否像米兰工学院和意大利INNSE公司联合研制的那样，在钢板焊接件中铣糟，并浇灌人造花岗岩，以提高刚性和抗振性并减小热变形。新。
　　　　　　　　　　
　　图１１　意大利Ｐａｍｍａ公司的卧加Ｔ型结构　　图１２　德国ＤＳ公司大型落地卧式加工中心　　
　　
　　　　　　　　　　
　　　　　图１３　ＤＭＧ公司ＤＭＧ１００Ｈ卧式　　　图１４　新日本工机的四柱龙门加工中心　　
2.2　四立柱龙门加工中心
　　四柱龙门加工中心可以更新的技术要领是，如何解决梁板和四柱之间的滑动过定位问题，目前还是用调整垫片这种老办法来解决运动副之间的间隙问题，是否有更好的解决办法可以探讨。图14是日本新日本工机的四柱龙门加工中心。
　　　　　　
　　　　　　图１５　ＤＭＧ公司车铣复合加工中心　　　　　　图１６　ＷＦＬ车铣复合加工中心
3　机床的工艺创新——复合加工(图15～17)
　　奥地利WFL发明车铣复合加工中心，为金切复合加工开创了新的一页。日本MAZAK认为“done in one”是数控机床发展的方向。沈阳机床、大连机床、北京一机床等目前均成功开发出车铣复合加工中心。我国现在车铣复合加工已开发出不少新产品，但车磨、铣磨、车铣磨为一体的复合金切机床还研发不多，应加大投入力度。为能适应变径孔的精密加工，建议研发机床的U轴功能，即径向进给功能。面。
　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　图１７　罗德斯铣磨复合中心ＲＸＰ６００ＤＳＨ
4　加工方式的创新
4.1　五轴联动加工中心（图18～21）
　　多轴联动加工中心是目前我国进口最多的数控机床。要替代进口，首先要解决关键部件的性能，如两联动铣头及两联动回转工作台。由大连光洋、清华大学、沈阳、大连、长征机床集团和北京机床研究所等单位联合研制的数控直驱双摆角铣头已取得圆满成功，那么A、B、C三轴联动铣头的研制也应提到议事日程上来。五轴联动的编程软件应各具特色地不断开发，而工件在线检测也不可忽视。
　　　　　
　　　　图１８　ＤＭＧ公司的ＤＭＵ１２５Ｐ　　　　　图１９　ＤＭＧ公司的转台二联动五轴加工中心
　　　　　
　　　　　　　图２０　工作台两轴回转加工中心　　　　　　　　图２１　德国哈默的Ｃ３０Ｕ　
4.2　叶片加工
　　为了适用于叶片加工，机床结构设计成立柱倾斜或主轴倾斜（图22～24），其目的是为了避免与夹具碰撞，利于排屑，更能增加铣刀与叶片的接触面。
　　瑞士Starrag公司用铣头倾斜方式进行叶片加工，其实用工作台倾斜方式也可以解决问题。上海第四机床厂和西安交大就曾经有过合作，用四轴联动的XH7610卧式加工中心，在回转工作台下面加垫斜板，实现叶轮的切削加工。
　　　　　　　　　　
　　　　图２２　瑞士Ｌｉｅｃｈｔｉ公司的斜立柱　　　图２３　Ｌｉｅｃｈｔｉ公司的立柱倾斜型
　　　　　　　　　　　立式加工模型　　　　　　　　　　　　　　　卧式加工中心
　　五轴联动的核心技术是数控系统及编程软件，这方面的研发我们比较薄弱，因此智能化高速、高精运动控制技术、动态综合补偿技术、多轴联动可靠性研究等，都有待加强。
4.3　柔性制造（FMS）
　　对FMS的剖析，应该偏重于总控系统、运输小车、交换托盘库以及清洗机等，机床（主要是卧加）只是加工零件的组成单元。因为由机器人学演绎和发展而来的FMS，主要功能不仅要考验加工单元的自适应能力，更要照顾到工作站周围移动物体能力及响应遥感数据的能力等等。图25是日本马扎克的FMS。
　　　　　　　　　　
　　　　　图２４　瑞士Ｓｔａｒｒａｇ公司的先头　　图２５　日本ＭＡＺＡＫ的柔性制造系统ＦＭＳ
　　　　　　　　　　倾斜式叶片加工中心　　　　　　　
　　随着市场经济的不断发展，我国劳动力成本必将不断提高，因此FMS的需求也会与日俱增。当前FMS的机床构成，大多以卧加为主，能否立、卧、龙门联合配置，铣车联合配罝，甚至车、铣、磨联合配置等，这都是值得自主创新的一个课题。当然，工件的夹紧、托盘的柔性化设置等等，均必须反复深入研制才行。系统总体设计当然是关键，建议加强对FMS建模及应用幂近法分析系统设计任务的研究。堆垛式运输小车己显得落后，工业机器人在FMS上的应用大有可为。
4.4　从五面加工到六面加工（图26、27）
　　龙门加工中心通过铣头交换可实现五面体加工，立卧两用加工中心可实现五面体加工，棒料车铣中心通过两次装夹可实现六面体加工。
　　龙门加工中心的铣头自动交换，大家都非常关注。而今龙门铣头交换，大多数是放在机床右侧地上，由主轴箱去拾取，像三菱重工那样与横梁联在一起当然有其不足之处，所以考虑设计成像抽屉方式去卸、去装，也是一种思路。
　　　　　　
　　　　　　图２６　ＰＡＭＡ五面体加工中心　　　　图２７　ＤＭＧ公司的ＤＭＧ　６０Ｓ棒料加工中心
　　棒料六面加工，目前只局限于小直径棒料，能对大直径棒料进行加工，当然是必然趋势。
5　未来机床
　　（1）日本OKUMA大隈提出未来机床发展方向就是：SPACE CENTER（S——speed高速；P——power高效；A——accuracy高精度；C——communication远程通讯；E——ecology生态与环保）。
　　（2）日本山崎MAZAK建立未来机床新模式：主轴转速100 000 r/min，加速度8g，切削速度为2马赫，同步换刀，干切削，集车、铣、激光加工、磨、测量于一体。
　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　图２８　ＭＡＺＡＫ未来机床
　　发展未来机床，要考虑研究制订“绿色机床”设计和评价标准规范。机床结构的改进设计，如除尘、润滑、密封、液压和冷却系统的改进、废弃物的处理等。采用和*适用技术、少无切削技术、干式切削技术、油气液净化技术及其他洁净技术等，实现节能、节材、无污染，以发展循环经济。
　　我们还可不断改进和创新机床的宜人化工业设计，使操作人员在、、的环境下工作。