18世紀的工業(yè)革命推動了機床的發(fā)展，至19世紀初已相繼出現(xiàn)各種基本類型的機床，此時它們是由蒸汽機作為動力源，并由塔形皮帶輪與背輪機構及掛輪機構實現(xiàn)變速傳動，再經(jīng)由主軸、刀架、床身等組成的實施運動與切削的承載件來完成加工。因此機床的結構可以用三個基本功能組成部分來概括，即：作為工作能源的動力機，作為傳遞和變速調(diào)整控制的配力機以及作為實施切削運動的出力機。到了20世紀初葉，機床已廣泛使用單獨電動機驅(qū)動，使動力機大大簡化并與機床集成為一體。20世紀中葉，隨著電子技術的發(fā)展，美國于1952年研制成功第一臺數(shù)字控制機床，使作為配力機的控制裝備出現(xiàn)了重大的創(chuàng)新。由此促使了機床的驅(qū)動傳動系統(tǒng)、運動軌跡和速度與位置控制系統(tǒng)以及運動與支承結構的重大變革，研發(fā)出了多種多樣結構緊湊，能實現(xiàn)不同功能且在邏輯結構或物理結構上能自成獨立單元的部件（以下簡稱功能部件），用以更好地滿足制造業(yè)對機床向高速、高效、高精、柔性和復合加工發(fā)展的需求。 

        
                
     數(shù)控機床的出現(xiàn)標志著劃時代機電一體化產(chǎn)品的問世，而組成數(shù)控機床的功能部件將與傳統(tǒng)機床的功能部件有很大的不同：首先各功能部件間的聯(lián)系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精確性。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(zhuǎn)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(qū)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先進功能部件優(yōu)化應用的基礎，運行的可靠性和工作的諧和性是先進功能部件優(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)具有最佳的匹配性能，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(zhuǎn)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最大扭矩不足，反使金屬切除率下降，從而出現(xiàn)雖有高速的能力卻不能獲得高效的不足。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(zhuǎn)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(zhuǎn)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)控制等先進控制技術的功能。 

    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)。 
           
              

     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粗淺的意見： 

                
    1．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。一種先進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。 

     2．建立機電一體化功能部件的集成設計技術。適用于數(shù)控機床的先進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(qū)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。 

     3．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)，要做到設法以已之長來推進數(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，以冀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)。 

    4．加強“產(chǎn)學研用”結合和多學科專業(yè)的合作。我國數(shù)控機床功能部件制造企業(yè)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，除了很好分析國外先進產(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3萬轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子直徑，受電機轉(zhuǎn)子材料的容許線速度的制約，轉(zhuǎn)子直徑又不能增大，這就需要對電機結構、轉(zhuǎn)子材料以及動平衡技術進行創(chuàng)新才能有所突破。