在現(xiàn)代制造業(yè)這個大舞臺上，機(jī)床就像一位默默奉獻(xiàn)的幕后英雄，起著至關(guān)重要的基礎(chǔ)作用。小到螺絲釘、機(jī)械零件，大到汽車、船舶、飛機(jī)、鐵路，無一不是在機(jī)床的精密雕琢下誕生的。
機(jī)床，作為制造工件的機(jī)器，是一個國家裝備制造業(yè)的根本。它的技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量，更是衡量一個國家裝備制造業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。而數(shù)控機(jī)床作為高端機(jī)床，不僅是 “大國重器” 零部件的生產(chǎn)機(jī)器，更是智能裝備發(fā)展的基礎(chǔ)，其重要性不言而喻。
機(jī)床的發(fā)展歷程，就像一部波瀾壯闊的科技史詩。1774 年，威爾金森發(fā)明了世界上第一臺真正意義上的鏜床，為蒸汽機(jī)的發(fā)展注入了強(qiáng)大動力。1797 年，“英國機(jī)床工業(yè)之父” 莫茲利制成了第一臺螺紋切削車床。這臺帶有絲桿和光桿、采用滑動刀架 —— 莫氏刀架和導(dǎo)軌的車床，可車削不同螺距的螺紋，為現(xiàn)代車床的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。此后，莫茲利還不斷改進(jìn)車床。1800 年，他制造的車床用堅實(shí)的鑄鐵床身代替了三角鐵棒機(jī)架，用惰輪配合交換齒輪對代替了更換不同螺距的絲杠來車削不同螺距的螺紋，成為現(xiàn)代車床的原型，對英國工業(yè)革命意義重大。
到了 19 世紀(jì)，不同類型的機(jī)床如雨后春筍般相繼出現(xiàn)。1817 年，羅伯茨發(fā)明了龍門車床，美國的惠特尼制造出了臥式銑床，滿足了不同行業(yè)的零件制造需求。機(jī)械技師惠特沃斯于 1834 年制成了測長機(jī)，能測量出長度誤差萬分之一英寸左右。1835 年，他又發(fā)明了滾齒機(jī)，并建議全部的機(jī)床生產(chǎn)業(yè)者都采用同一尺寸的標(biāo)準(zhǔn)螺紋，其建議被廣泛采納。
為了提高機(jī)械化自動化程度，1845 年，美國的菲奇發(fā)明轉(zhuǎn)塔式六角車床；1873 年，美國的斯潘塞制成一臺單軸自動車床，不久又制成三軸自動車床。隨著電動機(jī)的發(fā)展，機(jī)床迎來了由蒸汽動力到電動機(jī)驅(qū)動的跨時代改進(jìn)。1900 年，為了實(shí)現(xiàn)福特提出的 “汽車應(yīng)該是‘輕巧的、結(jié)實(shí)的、可靠的和便宜的’”，高效率的磨床開始研制。美國人諾頓用金剛砂和剛玉石制成直徑大而寬的砂輪，以及剛度大而牢固的重型磨床，使機(jī)械制造技術(shù)進(jìn)入了精密化的新階段。
1920 年以后，機(jī)械制造技術(shù)進(jìn)入半自動化時期，液壓和電器元件在機(jī)床上開始應(yīng)用。1938 年，液壓系統(tǒng)和電磁控制不但促進(jìn)了新型銑床的發(fā)明，而且在龍門刨床等機(jī)床上也開始推廣使用。
時間來到 1952 年，麻省理工學(xué)院和帕森斯公司合作，成功研制出了第一臺數(shù)字控制（numerical control，NC）機(jī)床。盡管當(dāng)時控制裝置因大量采用電子管元件而比機(jī)床本體還要大，但這一發(fā)明標(biāo)志著機(jī)床發(fā)展進(jìn)入了一個全新的時代。1958 年，美國卡尼?特雷克公司首先研制成功出第一臺加工中心。它在數(shù)控臥式銑床的基礎(chǔ)上增加了自動換刀裝置，實(shí)現(xiàn)了工件一次裝夾后即可進(jìn)行多種工序的集中加工。
20 世紀(jì) 60 年代初期，隨著采用集成電路和大規(guī)模集成電路的電子數(shù)字計算機(jī)的出現(xiàn)，數(shù)控機(jī)床技術(shù)迎來了第一個拐點(diǎn) —— 由基于分立元件的數(shù)字控制（NC）走向了計算機(jī)數(shù)字控制（CNC），并開始進(jìn)入實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用。1960 年開始，各國陸續(xù)開發(fā)、生產(chǎn)及使用數(shù)控機(jī)床，中國于 1968 年由北京第一機(jī)床廠研制出第一臺數(shù)控機(jī)床。近 20 年來，數(shù)控機(jī)床發(fā)展日新月異，高速化、高精度化、復(fù)合化、智能化、開放化、并聯(lián)驅(qū)動化、網(wǎng)絡(luò)化、極端化、綠色化已成為其發(fā)展的趨勢和方向。
接下來說說數(shù)控機(jī)床的構(gòu)成與原理。數(shù)控機(jī)床由主體部分、數(shù)控裝置、驅(qū)動裝置、輔助裝置、編程及其他附屬裝備等組成。主機(jī)是數(shù)控機(jī)床的主體部分，包括機(jī)身、立柱、主軸、進(jìn)給機(jī)構(gòu)等機(jī)械部件，主要用于完成各種切削加工。數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心，包括硬件（印刷電路板、CRT 顯示器、鍵盤、紙帶閱讀器等）以及相應(yīng)的軟件，用于輸入數(shù)字化的加工程序，并完成輸入信息的存儲、數(shù)據(jù)的變換、插補(bǔ)運(yùn)算以及實(shí)現(xiàn)各種控制功能。驅(qū)動裝置是數(shù)控機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動部件，包括主軸驅(qū)動單元、進(jìn)給單元主軸電機(jī)及進(jìn)給電機(jī)等。在數(shù)控裝置的控制下，通過電氣或電液伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主軸和進(jìn)給驅(qū)動。當(dāng)幾個進(jìn)給聯(lián)動時，可以完成定位、直線、平面曲線和空間曲線的加工。輔助裝置指數(shù)控機(jī)床的一些必要的配套部件，用以保證數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行，如冷卻、排屑、潤滑、照明、監(jiān)測等。包括液壓和氣動裝置、排屑裝置、交換工作臺、數(shù)控轉(zhuǎn)臺和數(shù)控分度頭，還包括刀具及監(jiān)控監(jiān)測裝置等。編程及其他附屬裝備可用來在機(jī)外進(jìn)行零件的程序編制、存儲等。
數(shù)控機(jī)床的工作原理可以簡單概括為：通過計算機(jī)控制系統(tǒng)，將加工程序轉(zhuǎn)化為機(jī)床控制信號，控制機(jī)床在三維空間內(nèi)進(jìn)行各種運(yùn)動和加工操作，從而實(shí)現(xiàn)對工件的加工。數(shù)控裝置內(nèi)的計算機(jī)對通過輸入裝置以數(shù)字和字符編碼方式所記錄的信息進(jìn)行一系列處理后，再通過伺服系統(tǒng)及可編程序控制器向機(jī)床主軸及進(jìn)給等執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令。機(jī)床主體則在檢測反饋裝置的配合下按照這些指令，對工件加工所需的各種動作，如刀具相對于工件的運(yùn)動軌跡、位移量和進(jìn)給速度等實(shí)現(xiàn)自動控制，從而完成工件的加工。
數(shù)控機(jī)床的分類方式有不少。按工藝用途分類，可分為金屬切削類、金屬成型類、特種加工類、測量繪圖類。金屬切削類指采用車、銑、鉸、鉆、磨、刨等各種切削工藝的數(shù)控機(jī)床。金屬成型類指采用擠、沖、壓、拉等成型工藝的數(shù)控機(jī)床，常用的有數(shù)控壓力機(jī)、數(shù)控折彎機(jī)、數(shù)控彎管機(jī)、數(shù)控旋壓機(jī)等。特種加工類主要有數(shù)控電火花線切割機(jī)、數(shù)控電火花成型機(jī)、數(shù)控火焰切割機(jī)、數(shù)控激光加工機(jī)等。測量、繪圖類主要有三坐測量儀、數(shù)控對刀儀、數(shù)控繪圖儀等。其中，加工中心是金屬切削類數(shù)控機(jī)床中的重要一種，能自動更換工具，可以對一次裝夾的工件實(shí)現(xiàn)多工序加工，適用于加工形狀復(fù)雜、工序多、精度要求比較高的工件，如箱體類工件、復(fù)雜曲面類工件、異形件、盤、套、板類工件等。
按運(yùn)動方式分類，數(shù)控機(jī)床可分為點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床、點(diǎn)位直線控制數(shù)控機(jī)床、輪廓控制數(shù)控機(jī)床。點(diǎn)位控制只控制刀具或工作臺從一點(diǎn)移至另一點(diǎn)的精準(zhǔn)定位。點(diǎn)位直線控制在點(diǎn)位控制的基礎(chǔ)上再通過控制一個坐標(biāo)軸來按照確定的速度和軌跡控制刀具的運(yùn)動。輪廓控制能夠連續(xù)控制兩個或者兩個以上運(yùn)動坐標(biāo)的位移和速度。點(diǎn)位控制通常用于執(zhí)行孔加工和直線銑削操作的數(shù)控機(jī)床上，具有點(diǎn)位控制功能的機(jī)床主要有數(shù)控鉆床、數(shù)控銑床、數(shù)控沖床、數(shù)控鏜床等。點(diǎn)位直線控制數(shù)控機(jī)床在移動的過程中刀具能以指定的進(jìn)給速度進(jìn)行切割，一般只能加工矩形、臺階形零件。輪廓控制類機(jī)床主要有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控線切割機(jī)床、加工中心等。
按聯(lián)動坐標(biāo)軸數(shù)分類，數(shù)控機(jī)床聯(lián)動軸數(shù)最少的是二軸聯(lián)動，主要用于數(shù)控車床加工旋轉(zhuǎn)曲面或數(shù)控銑床加工曲線柱面。二軸半聯(lián)動主要用于三軸以上機(jī)床的控制，其中兩根軸可以聯(lián)動，而另外一根軸可以作周期性進(jìn)給。三軸聯(lián)動有兩種，一種是常見的三個直線坐標(biāo)軸聯(lián)動，多用于數(shù)控銑床、加工中心等；另一類是除了兩個直線坐標(biāo)軸外，還同時控制圍繞其中某一直線坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸。四軸聯(lián)動的數(shù)控機(jī)床是在三軸聯(lián)動的基礎(chǔ)上增加一個旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸，能在水平面無障礙低速旋轉(zhuǎn)，適用于加工箱體類零件，既可以當(dāng)銑床也可以充當(dāng)車床，適合用來在零件的側(cè)面或者圓柱體的曲面鉆孔?，F(xiàn)在常用的是五軸聯(lián)動，除 X/Y/Z 三個直線坐標(biāo)軸聯(lián)動外，還同時控制 A、B、C 坐標(biāo)軸中的兩個坐標(biāo)軸，形成五軸聯(lián)動的模式。這時刀具可以被定在空間的任意方向，五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床是一種科技含量高、精密度高、專門用于加工復(fù)雜曲面的機(jī)床，對航空、航天、精密器械、高精醫(yī)療設(shè)備等行業(yè)都有著舉足輕重的影響力。
按控制方式分類，數(shù)控機(jī)床的控制方式有開環(huán)控制、半閉環(huán)控制、閉環(huán)控制三種。開環(huán)控制系統(tǒng)是指不帶反饋裝置的控制系統(tǒng)，其信息流是單向的，在加工過程中的誤差都將會影響被加工零件的精度，僅適用于加工精度要求不高的中小型數(shù)控機(jī)床。半閉環(huán)控制系統(tǒng)是在開環(huán)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，在伺服機(jī)構(gòu)中裝有角位移檢測裝置，可以間接檢測移動部件的位移，然后反饋到數(shù)控裝置中，主要應(yīng)用在大多數(shù)中小型數(shù)控機(jī)床，如數(shù)控車床、數(shù)控銑床等。閉環(huán)控制系統(tǒng)是在機(jī)床移動部件位置上直接裝有直線位置檢測裝置，能夠?qū)?shù)控機(jī)床工作臺位移進(jìn)行直接測量并通過反饋控制，能消除機(jī)械系統(tǒng)引起的誤差，主要用于生產(chǎn)工藝要求精度非常高的機(jī)床，如鏜床、超精車床、超精磨床和一些大型數(shù)控加工設(shè)備。
在國內(nèi)外，都有不少優(yōu)秀的數(shù)控機(jī)床企業(yè)。近年來，隨著工業(yè)化和智能化的進(jìn)程不斷加快，全球數(shù)控機(jī)床市場規(guī)模持續(xù)增長，亞太地區(qū)和歐美等國成為了數(shù)控機(jī)床行業(yè)的主要銷售市場。德國、日本、美國等國家的機(jī)床行業(yè)起步較早，技術(shù)水平領(lǐng)先，產(chǎn)品附加值較高，代表公司有山崎馬扎克、德國通快、德瑪吉森精機(jī)、馬格、天田等。山崎馬扎克的數(shù)控機(jī)床操作系統(tǒng)可以像智能手機(jī)那樣觸屏操作，極大地降低了操作難度，并且各項信息也更容易獲得。其 4 軸聯(lián)動 CNC 系統(tǒng)能提供便捷的操作體驗(yàn)，同時大幅度提升數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)效率和安全性。通快集團(tuán)的高端激光切割機(jī)床加工效率超過普通機(jī)床的三倍以上，可以實(shí)現(xiàn)高速、高精密的激光加工和沖裁、折彎、打標(biāo)等。其沖裁機(jī)床可以實(shí)現(xiàn)在一臺機(jī)床上完成工件所有的加工工序，能夠勝任復(fù)雜的三維鈑金加工，還提供配套的自動上下料設(shè)備。
國內(nèi)也有許多發(fā)展迅速、規(guī)模較大的數(shù)控機(jī)床企業(yè)，如創(chuàng)世紀(jì)、海天精工、秦川機(jī)床、格力、北京精雕集團(tuán)、通用技術(shù)集團(tuán)、豪邁集團(tuán)等。創(chuàng)世紀(jì)的主要業(yè)務(wù)產(chǎn)品為高端智能裝備，分為 3C 系列產(chǎn)品和通用系列產(chǎn)品，以加工中心為主。3C 系列產(chǎn)品包括高速鉆銑攻牙加工中心、高速精雕加工中心、走心機(jī)等，其中高速鉆銑攻牙加工中心是核心產(chǎn)品，具備高速高效高精等優(yōu)點(diǎn)。通用系列產(chǎn)品包括立式加工中心系列、臥式加工中心系列、龍門加工中心系列、數(shù)控車床系列等，其中立式加工中心具有高速高效高精，能快速切割、滿足批量化加工需求等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于 5G 通訊、五金模具、汽車零件等領(lǐng)域。海天精工在數(shù)控機(jī)床研發(fā)領(lǐng)域已有二十多年的經(jīng)驗(yàn)積累，取得了兩百多項專利，并與國內(nèi)科研院校合作開發(fā)了多項技術(shù)。其主要產(chǎn)品有海天機(jī)床龍門鏜銑中心、海天機(jī)床臥式加工中心、海天機(jī)床數(shù)控車削中心、海天機(jī)床立式加工中心，其中海天機(jī)床大型數(shù)控龍門加工中心系列產(chǎn)品是主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)之一，橫跨范圍大，適用范圍廣、剛性高、加工精度高，推動了海天精工市場占有率的提升。
數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)的產(chǎn)品廣泛覆蓋了半導(dǎo)體、新能源、汽車、電子、船舶、模具等關(guān)乎國計民生的重要行業(yè)，在航空航天領(lǐng)域，其發(fā)展也尤為重要。當(dāng)前，國家越來越重視數(shù)控機(jī)床行業(yè)的發(fā)展，在中國高質(zhì)量發(fā)展戰(zhàn)略中，智能數(shù)控機(jī)床和基礎(chǔ)制造裝備行業(yè)被列為中國制造業(yè)的戰(zhàn)略必爭領(lǐng)域之一。如今的中國，不僅是世界機(jī)床生產(chǎn)和消費(fèi)大國，也是世界機(jī)床出口大國。盡管由于起步較晚，我們與外國頂尖水平還存在一些差距，但差距正在一步步縮小。相信在中國高質(zhì)量發(fā)展戰(zhàn)略的指導(dǎo)下，中國數(shù)控機(jī)床行業(yè)能夠更上一層樓，努力突破技術(shù)難題，推進(jìn)高端數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展，為我國裝備制造業(yè)的騰飛注入強(qiáng)大動力。