18世紀(jì)的工業(yè)革命推動(dòng)了機(jī)床的發(fā)展，至19世紀(jì)初已相繼出現(xiàn)各種基本類(lèi)型的機(jī)床，此時(shí)它們是由蒸汽機(jī)作為動(dòng)力源，并由塔形皮帶輪與背輪機(jī)構(gòu)及掛輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)變速傳動(dòng)，再經(jīng)由主軸、刀架、床身等組成的實(shí)施運(yùn)動(dòng)與切削的承載件來(lái)完成加工。因此機(jī)床的結(jié)構(gòu)可以用三個(gè)基本功能組成部分來(lái)概括，即：作為工作能源的動(dòng)力機(jī)，作為傳遞和變速調(diào)整控制的配力機(jī)以及作為實(shí)施切削運(yùn)動(dòng)的出力機(jī)。到了20世紀(jì)初葉，機(jī)床已廣泛使用單獨(dú)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，使動(dòng)力機(jī)大大簡(jiǎn)化并與機(jī)床集成為一體。20世紀(jì)中葉，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，美國(guó)于1952年研制成功第一臺(tái)數(shù)字控制機(jī)床，使作為配力機(jī)的控制裝備出現(xiàn)了重大的創(chuàng)新。由此促使了機(jī)床的驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)軌跡和速度與位置控制系統(tǒng)以及運(yùn)動(dòng)與支承結(jié)構(gòu)的重大變革，研發(fā)出了多種多樣結(jié)構(gòu)緊湊，能實(shí)現(xiàn)不同功能且在邏輯結(jié)構(gòu)或物理結(jié)構(gòu)上能自成獨(dú)立單元的部件（以下簡(jiǎn)稱(chēng)功能部件），用以更好地滿(mǎn)足制造業(yè)對(duì)機(jī)床向高速、高效、高精、柔性和復(fù)合加工發(fā)展的需求。 

        
                
     數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)標(biāo)志著劃時(shí)代機(jī)電一體化產(chǎn)品的問(wèn)世，而組成數(shù)控機(jī)床的功能部件將與傳統(tǒng)機(jī)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(guò)機(jī)構(gòu)或機(jī)械來(lái)緊密地耦合，而是通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)及程序指令來(lái)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(dòng)作的精確性。這些特點(diǎn)充分反映出它的機(jī)電一體化的時(shí)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(jī)轉(zhuǎn)子和定子內(nèi)裝于主軸和主軸套筒上，用編碼器進(jìn)行速度檢測(cè)并與伺服控制裝置構(gòu)成電主軸單元，根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)合還有在主軸上能對(duì)刀具或工件自動(dòng)夾持等功能；又如應(yīng)用直接驅(qū)動(dòng)原理的直線(xiàn)電機(jī)也成為集動(dòng)力、控制和執(zhí)行機(jī)構(gòu)于一體的功能部件。 

  
                
    功能部件的發(fā)展和其專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)為機(jī)床主軸制造廠(chǎng)提供功能完善、品質(zhì)優(yōu)良、運(yùn)行可靠、結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化且性?xún)r(jià)比合適的選件，不僅有利于縮短新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和制造周期，而且由于功能部件已占據(jù)數(shù)控機(jī)床成本相當(dāng)大的比例，運(yùn)行的可靠性和工作的諧和性是先進(jìn)功能部件優(yōu)化應(yīng)用的基礎(chǔ)，運(yùn)行的可靠性和工作的諧和性是先進(jìn)功能部件優(yōu)化應(yīng)用的基礎(chǔ)，它的產(chǎn)業(yè)化也有助增強(qiáng)數(shù)控機(jī)床的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。                
       

     數(shù)控機(jī)床的功能部件對(duì)機(jī)床的功能擴(kuò)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(jī)床的整體結(jié)構(gòu)諧和協(xié)調(diào)，融入整機(jī)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(jī)床的個(gè)性化特征。 

     例如：應(yīng)用電機(jī)與主軸一體化的電主軸可以減少轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和增加傳動(dòng)剛度，成為數(shù)控機(jī)床高速化的一項(xiàng)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(shí)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(gè)機(jī)床系統(tǒng)的角度來(lái)綜合考慮相適應(yīng)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(jié)構(gòu)以適應(yīng)不同加工領(lǐng)域的需要。 

    又如當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度的提高會(huì)引起一些負(fù)面影響，它會(huì)使機(jī)床結(jié)構(gòu)和測(cè)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(yīng)具備熱誤差補(bǔ)償單元以及能實(shí)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(jìn)控制技術(shù)的功能。 

    由此可見(jiàn)，功能部件的研發(fā)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，通過(guò)它的功能、性能和可靠性指標(biāo)來(lái)保障數(shù)控機(jī)床發(fā)揮優(yōu)異的品質(zhì)。 
           
              

     數(shù)控機(jī)床的功能部件是一個(gè)具有機(jī)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(gòu)成邏輯上的分布式數(shù)控體系；在物理結(jié)構(gòu)上則成為執(zhí)行機(jī)床系統(tǒng)中一個(gè)或多個(gè)功能的獨(dú)立單元。因此，它的運(yùn)動(dòng)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(jī)床系統(tǒng)協(xié)調(diào)匹配。不斷提高品質(zhì)加強(qiáng)服務(wù)是提高功能部件市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力的重要措施。這里對(duì)如何發(fā)展品質(zhì)優(yōu)良且具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的功能部件提出以下幾點(diǎn)粗淺的意見(jiàn)： 

                
    1．充分提升功能部件的技術(shù)含量，以其高附加值來(lái)取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。一種先進(jìn)的功能部件不是僅僅依靠批量化生產(chǎn)降低成本來(lái)取得市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，而是需要從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造上樹(shù)立精益求精的主導(dǎo)思想，加強(qiáng)創(chuàng)新力度，才能形成強(qiáng)勢(shì)的拳頭產(chǎn)品。 

     2．建立機(jī)電一體化功能部件的集成設(shè)計(jì)技術(shù)。適用于數(shù)控機(jī)床的先進(jìn)功能部件本身就是一個(gè)機(jī)電一體化的集成子系統(tǒng)，它是動(dòng)力能源、廣義機(jī)械執(zhí)行裝置和動(dòng)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(dòng)裝置，只有在綜合協(xié)調(diào)伺服電機(jī)的動(dòng)力特性、外部負(fù)載的力學(xué)特性與伺服控制平臺(tái)的參數(shù)設(shè)置，才能使該裝置實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。 

     3．有利于促進(jìn)數(shù)控機(jī)床向個(gè)性化和可重構(gòu)化發(fā)展。這也是功能部件與一般配套件的一個(gè)主要區(qū)別。功能部件作為數(shù)控機(jī)床中的一個(gè)分系統(tǒng)，要做到設(shè)法以已之長(zhǎng)來(lái)推進(jìn)數(shù)控機(jī)床的整體性能優(yōu)勢(shì)。這就需要加強(qiáng)售前服務(wù)，既要為用戶(hù)推薦適用的產(chǎn)品，又能根據(jù)需要作必要的改進(jìn)。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，對(duì)功能部件結(jié)構(gòu)上要深化模塊化設(shè)計(jì)，在制造上要運(yùn)用定制化規(guī)模生產(chǎn)方式，以冀達(dá)到功能提升和成本降低的目標(biāo)。 

     機(jī)電一體化功能部件向功能多樣化、接口智能化、結(jié)構(gòu)緊湊化方向發(fā)展將有利于促進(jìn)個(gè)性化復(fù)合加工機(jī)床的推廣以及適用于生產(chǎn)線(xiàn)的新一代可重構(gòu)機(jī)床的出現(xiàn)。 

    4．加強(qiáng)“產(chǎn)學(xué)研用”結(jié)合和多學(xué)科專(zhuān)業(yè)的合作。我國(guó)數(shù)控機(jī)床功能部件制造企業(yè)不少是在機(jī)床元件和附件制造廠(chǎng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，為了能實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，除了很好分析國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品的技術(shù)外，加強(qiáng)“產(chǎn)學(xué)研用”的結(jié)合，引入多學(xué)科的專(zhuān)業(yè)知識(shí)將是促進(jìn)創(chuàng)新的一個(gè)有效措施。例如發(fā)展在3萬(wàn)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(guò)80kW，而目前大多數(shù)高速電主軸商品僅在30kW左右，問(wèn)題在于大功率電機(jī)需要較大的轉(zhuǎn)子直徑，受電機(jī)轉(zhuǎn)子材料的容許線(xiàn)速度的制約，轉(zhuǎn)子直徑又不能增大，這就需要對(duì)電機(jī)結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)子材料以及動(dòng)平衡技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新才能有所突破。