從1952年美國研制成功*臺數(shù)字控制機床以來，不僅使制造裝備出現(xiàn)了重大創(chuàng)新，而且也促使工藝集中成為制造的一個主流趨勢。上世紀末出現(xiàn)的以完整加工（EndtoEnd）為工藝集中特征的復合機床已成為數(shù)控機床發(fā)展*的又一次重大飛躍。
　　
　　完整加工是指盡可能在一臺數(shù)控機床上完成零件的所有加工工序，它可以消除或減少工序間輸送與等待時間，并可以避免多次裝卸，用以提高生產(chǎn)效率和保證加工精度，對于復雜形狀零件和大型零件其*性更為明顯。
　　
　　這種具有完整加工功能的復合機床與以往傳統(tǒng)多功能機床相比，其*性不僅在于具有數(shù)控的柔性自動化、多軸聯(lián)動加工復雜型面和反饋控制的高加工精度，更由于它并不是把各種功能部件在結構上作簡單地推砌，而是通過創(chuàng)新充分發(fā)揮各功能部件的功能集成性和結構緊湊性。例如銑車復合機床應用直驅技術的銑頭既可進行銑削，又能作為車刀座，它靈活的A軸和B軸運動能很方便地實現(xiàn)空間的車、銑、鉆等加工。因此研發(fā)新一代功能集成、運動靈便、結構獨立、外形緊湊的機電一體化的功能部件，對推進高性價比的多軸控制復合機床的發(fā)展起著至關重要的作用。
　　
　　功能部件的發(fā)展及特征
　　
　　盛伯浩：數(shù)控機床的功能部件與普通傳統(tǒng)機床的功能部件是不同的，zui大的區(qū)別在于機電一體化。機電一體化中，各部分的不斷加強，對機床的發(fā)展有了一個更好的促進，使之發(fā)展更快。傳統(tǒng)的機床的功能部件不具有統(tǒng)一性，各廠生產(chǎn)的部件、模塊、品種都不相同，在使用上有一定的阻礙，現(xiàn)在的功能部件已經(jīng)進一步規(guī)范化。首先各功能部件間的不再單純地通過機構或機械來緊密地耦合，而是通過數(shù)控系統(tǒng)及程序指令來完成；其次它們都具有不同程度的反饋控制的能力以保證動作的性。這些特點充分反映出它的機電一體化的時代特征，成為具有高性能的新型功能部件。
　　
　　例如，電主軸是把電機轉子和定子內(nèi)裝于主軸和主軸套筒上，用編碼器進行速度檢測并與伺服控制裝置構成電主軸單元，根據(jù)不同應用場合還有在主軸上能對刀具或工件自動夾持等功能；又如應用直接驅動原理的直線電機也成為集動力、控制和執(zhí)行機構于一體的功能部件。
　　
　　功能部件的發(fā)展和其專業(yè)化生產(chǎn)為機床主軸制造廠提供功能完善、品質(zhì)優(yōu)良、運行可靠、結構標準化且性價比合適的選件，不僅有利于縮短新產(chǎn)品開發(fā)和制造周期，而且由于功能部件已占據(jù)數(shù)控機床成本相當大的比例，運行的可靠性和工作的諧和性是*功能部件優(yōu)化應用的基礎，運行的可靠性和工作的諧和性是*功能部件優(yōu)化應用的基礎，它的產(chǎn)業(yè)化也有助增強數(shù)控機床的價格競爭優(yōu)勢。
　　
　　數(shù)控機床的功能部件對機床的功能擴展和性能的提升起著極為重要的作用，因此，它不同于一般配套件和附件的選用，不僅須與數(shù)控機床的整體結構諧和協(xié)調(diào)，融入整機系統(tǒng)具有*的匹配性能，而且還能很好地彰顯出該數(shù)控機床的個性化特征。
　　
　　例如，應用電機與主軸一體化的電主軸可以減少轉動慣量和增加傳動剛度，成為數(shù)控機床高速化的一項主要措施。但目前不少電主軸商品雖用于鋁合金和模具型面加工非常合適，但在加工鋼件和鑄鐵件時由于主軸zui大扭矩不足，反使金屬切除率下降，從而出現(xiàn)雖有高速的能力，卻有不能獲得的不足。因此需從整個機床系統(tǒng)的角度來綜合考慮相適應的電主軸的轉速范圍、功率、扭矩等參數(shù)，以及研發(fā)高速小慣量的內(nèi)置變速裝置等多樣化結構以適應不同加工領域的需要。
　　
　　又如當主軸轉速和進給速度的提高會引起一些負面影響，它會使機床結構和測量系統(tǒng)的熱變形以及裝置控制的跟蹤誤差隨速度增加而增大，因此能用于高速化的數(shù)控系統(tǒng)不能僅是提高數(shù)據(jù)處理能力，而是應具備熱誤差補償單元以及能實現(xiàn)速度前瞻控制、位置環(huán)前饋控制和加減速平穩(wěn)控制等*控制技術的功能。
　　
　　由此可見，功能部件的研發(fā)是一項系統(tǒng)工程，通過它的功能、性能和可靠性指標來保障數(shù)控機床發(fā)揮優(yōu)異的品質(zhì)。
　　
　　兼顧速度與精度
　　
　　蕭瑞華博士：作為機床的zui主要的基礎功能部件，導軌導向系統(tǒng)與滾珠絲杠傳動系統(tǒng)極大的影響著機床速度的提升。
　　
　　目前力士樂的導軌導向系統(tǒng)具有很高的速度和加速度，滾珠導軌導向系統(tǒng)速度可達5m/s；加速度可達500m/s2；滾柱導軌導向系統(tǒng)速度可達3m/s，加速度可達150m/s2。
　　
　　而力士樂的滾珠絲杠傳動系統(tǒng)采用滾珠內(nèi)循環(huán)模式，改良了運動特性，實現(xiàn)高速運動。在運行方向上具有較高的剛度，同時具有較高的精度和較低的噪聲，同直線電機相比具有更高的進給力，但是速度和加速度較低，維護要求也相對較高。而直線電機在響應速度，定位精度上相比滾珠絲杠傳動具有更大的優(yōu)勢。但是，采用直線電機的整個機器結構沒有緩沖，所以控制系統(tǒng)復雜，還需要采取防護措施解決磁鐵吸引切屑以及散熱等問題。價格也比滾珠絲杠高。
　　
　　對于要求高運行速度的應用，力士樂提供有高速系列精密滾珠絲杠產(chǎn)品。配合精密滾壓的絲杠，具有滾珠循環(huán)功能的特殊端蓋的法蘭式單螺母是決定整體系統(tǒng)性能的主要元件。此端蓋復合了在一個單體內(nèi)實現(xiàn)切線循環(huán)必須的全部功能，保證了很高的系統(tǒng)穩(wěn)定性。具有四列滾道的螺母可容納更多數(shù)量的滾珠，從而增大了負載能力。zui大導程為40mm，直線運動速度可達240m/min。
　　
　　力士樂開發(fā)的配驅動螺母FAR的滾珠絲杠傳動系統(tǒng)，雖然滾珠絲杠傳動系統(tǒng)的絲杠固有頻率不變，但由于絲杠的兩端固定不動，而省去了回轉運動，因此就不會出現(xiàn)由于回轉運動而引起的自激頻率。力士樂對被驅動螺母采用了高精密加工，也不會由此而產(chǎn)生自激頻率。所以，這種方案能夠允許高轉速（高直線速度），而不會產(chǎn)生共振現(xiàn)象。與常規(guī)的滾珠絲杠傳動系統(tǒng)相比，能夠達到常規(guī)系統(tǒng)速度的10倍。
　　
　　劉震：在提高機床精度方面，運動控制解決方案的創(chuàng)新主要有以下幾點：
　　
　　（1）提高處理器的性能，可以實現(xiàn)納米甚至高于納米級的定位控制
　　
　　（2）提高運動控制總線的傳輸速率，使得通信效率不成為高性能運動控制的瓶頸。力士樂SercosIII運動控制總線，傳輸速率達到100MB，是目前世界上速度zui高的運動控制總線。
　　
　?。?）提高伺服驅動器的性能，是提升插補的zui有效的手段
　　
　　（4）伺服電機作為運動的執(zhí)行者，它的性能和質(zhì)量同樣是保證高精度的關鍵所在。
　　
　　應對復雜加工與大工件加工
　　
　　劉震：多任務復合加工機床，是未來機床的發(fā)展方向，當前也受到很大的關注，它對運動控制的要求zui主要體現(xiàn)在數(shù)控系統(tǒng)對多通道支持和多軸的支持，簡而言之就是一套數(shù)控系統(tǒng)可以實現(xiàn)幾套甚至十幾套中低端數(shù)控系統(tǒng)才能實現(xiàn)的性能。力士樂IndraMotionMTX機床數(shù)控系統(tǒng)的典型特征就是可實現(xiàn)zui多達到12個通道，64個伺服軸，32個主軸的運動控制。2005年瑞士Micron公司推出的轉臺式自動加工線NG50就是典型的多任務符合加工機床，使用IndraMotionMTX系統(tǒng)實現(xiàn)了12個通道，12個主軸，40個伺服軸的控制，在機床市場引起強烈反響。
　　
　　隨著能源熱，還有國內(nèi)航空航天、鐵路、工程機械等行業(yè)對大型機床的強勁需求，大工件加工效率的提升倍受矚目。而大工件加工效率對機床控制系統(tǒng)的主要要求首先體現(xiàn)在驅動功率的滿足。力士樂IndraDrive系列驅動器的功率范圍達到120kW，*大工件的加工需求。其次，加工效率還體現(xiàn)在機床的易操作性，易維護性，要求在機床進行故障排查和檢修的過程中實現(xiàn)zui小的停機時間。力士樂IndraMotionforHandling是機床行業(yè)物料搬運的交鑰匙的解決方案，*實現(xiàn)機床零件各加工工序之間的自動化的輸送減少人力投入，提高加工效率。
　　
　　提高功能部件市場競爭能力
　　
　　盛伯浩：數(shù)控機床的功能部件是一個具有機電一體化特征的子系統(tǒng)。它在控制信息方面與上位的數(shù)控系統(tǒng)構成邏輯上的分布式數(shù)控體系；在物理結構上則成為執(zhí)行機床系統(tǒng)中一個或多個功能的獨立單元。因此，它的運動參數(shù)、承載能力、物理特性、精度保持性和工作壽命等都需與機床系統(tǒng)協(xié)調(diào)匹配。不斷提高品質(zhì)加強服務是提高功能部件市場競爭能力的重要措施。這里對如何發(fā)展品質(zhì)優(yōu)良且具有市場競爭力的功能部件提出以下幾點意見。
　　
　?。?）充分提升功能部件的技術含量，以其高附加值來取得良好的經(jīng)濟效益。一種*的功能部件不是僅僅依靠批量化生產(chǎn)降低成本來取得市場優(yōu)勢，而是需要從產(chǎn)品的設計和制造上樹立精益求精的主導思想，加強創(chuàng)新力度，才能形成強勢的拳頭產(chǎn)品。
　　
　?。?）建立機電一體化功能部件的集成設計技術。適用于數(shù)控機床的*功能部件本身就是一個機電一體化的集成子系統(tǒng)，它是動力能源、廣義機械執(zhí)行裝置和動態(tài)反饋控制三者的總成，不僅包含三者間的內(nèi)部匹配和連接，而且還具有與外部的接口。例如伺服驅動裝置，只有在綜合協(xié)調(diào)伺服電機的動力特性、外部負載的力學特性與伺服控制平臺的參數(shù)設置，才能使該裝置實現(xiàn)優(yōu)化。
　　
　?。?）有利于促進數(shù)控機床向個性化和可重構化發(fā)展。這也是功能部件與一般配套件的一個主要區(qū)別。功能部件作為數(shù)控機床中的一個分系統(tǒng)，要做到設法以己之長來推進數(shù)控機床的整體性能優(yōu)勢。這就需要加強售前服務，既要為用戶推薦適用的產(chǎn)品，又能根據(jù)需要作必要的改進。為了實現(xiàn)這一目標，對功能部件結構上要深化模塊化設計，在制造上要運用定制化規(guī)模生產(chǎn)方式，以達到功能提升和成本降低的目標。
　　
　　機電一體化功能部件向功能多樣化、接口智能化、結構緊湊化方向發(fā)展將有利于促進個性化復合加工機床的推廣以及適用于生產(chǎn)線的新一代可重構機床的出現(xiàn)。
　　
　?。?）加強“產(chǎn)學研用”結合和多學科專業(yè)的合作。在我國數(shù)控機床功能部件制造企業(yè)中有不少是在機床元件和附件制造廠基礎上發(fā)展起來的，為了能實現(xiàn)跨越式發(fā)展，除了很好分析*產(chǎn)品的技術外，加強“產(chǎn)學研用”的結合，引入多學科的專業(yè)知識將是促進創(chuàng)新的一個有效措施。例如發(fā)展在30000r/min轉速下用直徑50mm銑刀超高速切削鋁合金的電主軸所需的功率就超過80kW，而目前大多數(shù)高速電主軸商品僅在30kW左右，問題在于大功率電機需要較大的轉子直徑，受電機轉子材料的允許線速度的制約，轉子直徑又不能增大，這就需要對電機結構、轉子材料以及動平衡技術進行創(chuàng)新才能有所突破。