創新驅動發展——“機床產品創新與設計高峰論壇”紀實報道

本刊記者/Reporter 余捷/YU Jie

2013年4月24日，由北京機床研究所主辦、機床雜志社《制造技術與機床》月刊承辦的“機床產品創新與設計高峰論壇”于CIMT2013展會期間盛大舉行。這一系列論壇活動自2011年在上海中國國際工業博覽會期間首次舉辦以來，至今已歷3屆，在業內獲得不錯的反響。江蘇金龍科技股份有限公司副總經理張炳生、北京工研精機股份有限公司機械設計室主任/教授級高工常文芬、Cimatron中國公司產品經理耿海彬、湖南海捷主軸科技有限公司熊萬里教授分別圍繞機床產品創新與設計這一主題做了精彩的報告，吸引了眾多聽眾，筆者也全程參與并記錄了此次活動。

三維打印的現狀和發展趨勢

——江蘇金龍科技股份有限公司副總經理張炳生

江蘇金龍科技股份有限公司副總經理張炳生

張總代表中國機械工程學會榮譽理事、同濟大學張曙教授發表了本次論壇的主題演講，演講主題為三維打印技術的現狀和發展趨勢。

三維打印是美國麻省理工學院（MIT）在上世紀90年代發明的一種快速成型技術，準確的名稱是增量疊層制造（Additive Layered Manufacturing）。其原理類似噴墨打印機，故名3DP，不過噴出的不是墨水，而是粘結劑、液態的蠟、塑料或樹脂，按噴出材料不同，可分為粘結劑打印、熔融蠟打印和熔融塑料涂覆。如把打印頭換成激光頭，激光燒結、光固化樹脂和激光熔融也可視為三維打印的特例。3D打印的發展愿景是可在任何地方制作任何構成、任何材料和任何幾何形狀的實物。

20年來，增量疊層制造技術有了巨大的進步，今天，增量疊層制造不僅僅局限于制作原型，而可以制造出可用的功能產品；不僅可以制造塑料產品，還可以制造金屬產品。不僅可用于航空航天，也即將進入千家萬戶；不僅可制作現代藝術品，也可用來高仿真復制古董。不僅可以制造身外之物，還可以制造人體植入物，甚至人體器官；不僅可以制造用品，還可以蓋房子、制作蛋糕和牛排；是一種具有無限可能的多用途技術。

相比于傳統制造，三維打印具有其無可比擬的優勢：3D打印是直接數字化制造，從三維CAD模型直接制造出產品，減少或省略了毛坯準備、零件加工、裝配等中間工序，且無需昂貴的刀具或模具；3D打印的產品是完全定制的、個性化的獨特產品，可做到全球僅此一件，100%按訂單制造；在沒有出售之前，是數字儲存在計算機里，無需實體倉庫；3D打印產品在沒有售出之前是數字發運的，CAD文件在互聯網上傳輸，費用極少；3D打印不僅是按需制造，而且是就地制造，虛擬運輸，節約或舍棄了物流成本；3D打印最大限度地發揮材料的特性，不在意構造是否復雜，僅把材料放在有用的地方，大大減少材料的浪費。

但3D打印也有其局限性：塑料注射機等大批量成形技術相比，生產成本過高，與傳統切削加工技術相比，產品的尺寸精度和表面質量相距較大；材料的可選擇范圍是最大的障礙，目前可用于3D打印的材料約100種，而目前在工業中應用的材料超過10 000種，3D打印材料的物理性能尚有待于提高；3D打印即將進入家庭，正在呼喚孩子們能夠操作和喜愛的CAD/CAM三維軟件，打印物品要成為新一代的計算機游戲，才能引起他們興趣，發揮兒童的巨大創造性，那就可能改變未來世界。

3D打印改變商務模式的潛在能力是，一家公司可具備快速提供價格合理而符合個性需求物品的能力，無需擁有已制造而沒有售出的物品倉庫，實現零庫存。3D打印優勢在于將產品設計與產品制造分離成不同的行業，產品的設計和制造可以極方便地分別外包給不同的公司。但愿景要成為現實，必須克服3D打印存在的成本、精度和強度的局限。3D打印的材料價格目前是傳統材料的10倍以上，3D打印現有產品的尺寸精度以1/10 mm計，要達到微米級還有很長的路要走。

演講最后，張總表示，新工業革命的核心是信息物理融合系統，是基于互聯網的商務和生產模式，以虛擬活動取代現實活動，減少資源的消耗，保護環境，使人們生活得更好。3D打印在很大程度上體現了這一潮流，從而對未來社會、經濟、生產、教育將產生一定影響，但不能把3D打印看作就是新工業革命，過分夸大它的作用。沒有互聯網，沒有新材料，沒有人們觀念的變化，3D打印僅僅是制造物品的一種新工藝方法。因此，在新一輪工業革命中，3D 打印扮演的角色是一對車輪，而絕非整個火車頭。

μ2000/JIG-630H臥式坐標鏜加工中心

——北京工研精機股份有限公司機械設計室主任/教授級高工常文芬

北京工研精機股份有限公司機械設計室主任/教授級高工常文芬

作為論壇的主辦方，來自北京機床研究所北京工研精機股份有限公司機械設計室主任/教授級高工常文芬，向到場聽眾介紹了關于μ2000/JIG-心、KT系列立式加工中心、XKT系列數控鏜銑床、內裝式電機主軸單元、數控機床網絡管理系統等數控機床產品與功能部件。公司精密超精密產品主要有：具有國際先進水平的超精密軸系、超精密數控車床、超精密數控銑床、高分辨率數控伺服進給系統、高精度數控車床等。其中超精密機床軸系精度達到≤0.05 μm，導軌精度達0.1 μm/200 mm，加工件（有色金屬）表面粗糙度Ra達到≤0.002 μm。公司其他產品有：高精度圓度儀、高精度圓柱度儀、微型滾珠絲杠副產品等。

常主任所介紹的μ2000/JIG-630H臥式坐標鏜加工中心就是公司的主要產品之一，其性能特點為：整體高剛性、高精度和高速度，機床兼顧坐標鏜和臥式加工中心的特點，可實現坐標鏜級高精度加工。同時對機床工作負載、工件裝卸、排屑防護等進行綜合考慮，達到高生產率的效果。機床采用可重組模塊化設計的技術，在床身、立柱、主軸箱等基礎部件不變的情況下，主軸部件可進行重組，轉臺部件可進行不同的選配，并可根據用戶需求進行雙工位交換配置等，提高本機型的柔性，從而滿足不同用戶的需求。機床技術參數為：臺面規格630 mm×630 mm，行程X/Y/Z1 000/900/900 mm，快速進給速度X/Y/Z48 m/min，主軸最高轉速8 000 r/min，刀柄型號BT50，定位精度0.004 mm，重復定位精度0.002 mm。具有自主創新技術，技術指標屬國內領先、國際先進水平。

機床在結構設計技術方面進行了大量的研究，形成了自有的精密臥式坐標鏜加工中心設計技術：高剛性對稱布局、框中框結構形式，中心驅動實現了良好的穩定性和動態特性，絲杠中空冷卻實現了良好的熱特性；采用了拓撲學方法和多體動力學理論進行精度設計；提出并實施了中間控制的創新理念；首次提出臥式坐標鏜加工中心的創新技術，實現了坐標鏜和加工中心的完美整合；首次在精密臥式加工中心上采用高精度激光跟蹤儀實現了全方位的空間21項誤差測量，并直接在數控系統里進行空間誤差補償，取得了良好的補償效果；并可實現主軸的熱補償。機床可實現鏜、銑、鉆、攻絲等多方面的加工，特別適合箱體類零件的精密加工，滿足軍工、航空航天、船舶、汽車、能源等行業的高精度零件加工。

GibbsCAM 先進制造技術

——Cimatron中國公司產品經理耿海彬

對于數控加工制造商而言，這樣的數學邏輯很簡單：花更少的時間切削更多零件，就等于賺取了更630H臥式坐標鏜加工中心的有關內容。

北京工研精機股份有限公司是北京機床研究所為建設國家發改委“精密超精密加工國家工程研究中心”而成立的產學研相結合的高技術股份制有限公司。公司設有超精實驗室、功能部件實驗室、整機性能實驗室和工藝研究實驗室，用以開展整機和功能部件的性能測試與評價及機床加工工藝技術試驗研究。公司充分利用北京機床研究所幾十年來在精密超精密數控機床的研發制造和應用上豐富的技術積累及在精密超精密數控機床性能測試、可靠性研究與評價等方面國內領先的技術優勢，同時利用國家工程中心、行業工程中心作為科技創新平臺，積極推進精密超精密加工技術的工程化和中高檔數控機床的產業化。

公司數控機床產品主要有：μ1000系列立式加工中心、μ2000系列臥式加工中心、TH系列臥式加工中多利潤。這就是為什么說“如果您想降低成本，提高利潤率，GibbsCAM就是您的最好選擇。”耿海彬經理開篇拋開Cimatron軟件的性能不說，將自己的關注點著眼于如何才能更好地更好地服務于用戶、如何讓客戶盈利更多之上。

Cimatron中國公司產品經理耿海彬

在多任務加工機床中，由于零件在整個加工過程中只有一次裝夾，加工的精度更容易獲得保證，同時大大縮短了生產過程鏈。GibbsCAM提供了針對于多任務加工機床的專用模塊，該模塊被設計定位為專用于多任務機床的編程，它提供了無與倫比的強大編程功能，并且保留了其易學易用的傳統。

GibbsCAM是一項革命性的刀具路徑策略，與傳統刀具路徑相比，它是一種可以使刀具切的更深、速度更快的刀具路徑。同時，還具有避免尖角方向變化、控制材料去除率、顯著延長刀具使用壽命和基于任何幾何形狀產生刀具路徑等特點，而且所產生的刀具路徑優于其他刀路徑計算技術。

對于差的加工性能在較軟的材料里面會有一個體現，無論是加工時間還是刀具壽命都會表現出來，而這些性能在較硬的材料里面體現得尤為突出。因此，無論是對于材料還是機床，所期望的或者說是理想的刀具切削性能都已經集成在GibbsCAM高效加工路徑中，這是對硬金屬材料加工的最大支持。在實際加工過程中我們做過鎳鉻合金材料的加工，可以減少80%的粗銑時間，同時延長了4倍刀具使用壽命。對于較軟材料的加工，如6061鋁，采用的是大的軸向切深，這個時候一定要選擇銑槽以及側銑，這樣，軟件系統將根據幾何形狀，以最短循環時間自動選擇銑槽或側銑生成刀具路徑。在銑槽時，GibbsCAM高效加工路徑將放緩切削進給速度或減少軸向切深，以保持材料去除率恒定。

這種刀具路徑和平常意義上的擺線加工是截然不同的。所謂的擺線刀具路徑采用回圈運動來產生刀具路徑，其主要是為了避免刀具埋刀。GibbsCAM高效加工刀具路徑，一方面，算出的刀具路徑永遠不會埋刀，從而消除延長刀具軌跡的圓周運動，因此GibbsCAM高效加工路徑比相同的幾何形狀的擺線刀具路徑明顯縮短，所以會在較短的加工周期內完成加工。另一方面，由于載荷的大小由刀具路徑控制，它會保持一個恒定的去除率，所以使用起來會比擺線加工更加放心。這樣最后的結果是，一個GibbsCAM高效加工刀具路徑使生產效率顯著超過一個擺線刀具路徑，同一把刀具加工時間也會延長。

企業所面臨的更大挑戰，是如何與快速發展的先進技術同步前進。市場上不斷推出新的多軸高速銑削機床、高速車削機床和復雜多任務車銑復合加工機床；這就意味著，如果想讓企業不斷成長壯大，用戶就需要編程軟件快速整合進這些新技術——實現從最簡單的車削、銑削編程到最復雜的多任務車銑復合編程——GibbsCAM就是這樣的編程軟件。

電機內裝式液體動靜壓電主軸售前設計服務及售后應用服務

——湖南海捷主軸科技有限公司熊萬里教授

湖南海捷主軸科技有限公司熊萬里教授

湖大海捷精密工業有限公司熊萬里教授的演講主要圍繞其公司的業務、服務、產品及能為客戶提供的解決方案展開。湖大海捷精密工業有限公司技術依托于湖南大學國家高效磨削工程中心，主營業務為：液體動靜壓電主軸的研發、生產和銷售；進口電主軸維修（包括滾動軸承式、液體動靜壓式等）；技術服務（包括售前設計服務和售后應用服務）。目前，公司的主要產品有：液體動靜壓電主軸；外圓磨電主軸、內圓磨電主軸；平磨電主軸、立磨電主軸、靜壓轉臺；滾動軸承電主軸及高速電動機；加工中心電主軸、車床電主軸、高速電動機。

售前設計服務是指與機床特性匹配、與變頻器和控制系統匹配、與刀具（砂輪）匹配以及與切削工藝參數匹配等。目的一是為了實現性能最優匹配，幫助用戶創造價值，體現在與變頻器和控制系統、刀具（砂輪）、切削工藝參數等機床特性的匹配。目的二是為了避免售后爭議，降低售后成本。目的三是為了與用戶共同發展，構件長期利益共同體，提高服務質量，節省用戶技術人才投入成本，節省主軸廠家市場開發成本，共同打造上下游產業品牌。售前設計服務內容中含有合理確定電主軸的主要技術指標（電主軸與機床的接口、變頻器的容量和功能、與刀具或砂輪的接口）。主要案例有：準確計算磨削力，合理確定電主軸系統的功率、轉速及力矩特性曲線；綜合考慮變頻器、電主軸、砂輪和磨削載荷，實現性能最優匹配。售后應用服務主要包括優化變頻器工作參數、優化切削工藝參數、調整系統參數延長工作壽命以及及時預警和維護等。

公司承接的技術服務合作還有動靜壓電主軸的定制、標準化外圓磨電主軸的訂購以及標準化附件式內磨主軸的訂購等。演講最后，熊教授提出公司賣產品更是賣服務的口號，期待在服務中與客戶共同成長。

尾聲

本次高峰論壇圓滿落幕，得到了與會領導、嘉賓、聽眾等積極的評價和一致的認可，真正為專家和企業提供了一個交流的平臺。在制造業漸漸呈現出回暖趨勢的今天，企業為盡快擺脫2012年的陰霾，尋求平穩發展的出路，都希望加快產業結構和產品結構調整，提高自主創新能力、提高新產品的市場競爭力這些有力舉措都是脫離困境的有效手段，而這一切又都是以機床產品創新與設計為基礎的。希望本次論壇活動能夠起到拋磚引玉的作用，讓更多的企業意識到創新的重要性，《制造技術與機床》月刊也會充分發揮行業一流媒體的作用，持續關注機床產品創新與設計方面的最新動向并將其呈現給讀者。