試論我國機械加工裝備的現(xiàn)狀與發(fā)展分析

林忠民

【摘 要】 本文重心主要放在數(shù)控機床及由它組成的制造系統(tǒng)的技術(shù)狀況及發(fā)展形式上，討論并建立有關(guān)如何讓它適應(yīng)多種類、高品質(zhì)、低成本及擁有快速回應(yīng)的柔性和符合低碳環(huán)保的生產(chǎn)模式的解決方案。同時，對如何能讓數(shù)控機床適應(yīng)批量變化、成本低廉以及具有快速響應(yīng)的柔性和符合環(huán)保性等未來生產(chǎn)模式的解決方案進行商討。

【關(guān)鍵詞】 機械加工裝備 競爭戰(zhàn)略 產(chǎn)品發(fā)展 現(xiàn)狀分析

引 言

上世紀末，歐美的一些工業(yè)強國面對激烈的全球化市場競爭提出了有關(guān)制造業(yè)的發(fā)展策略。1998年，美國以振興美國制造業(yè)為基礎(chǔ)，制定了“國家先進制造計劃”戰(zhàn)略。而從我國制造業(yè)的根基和發(fā)展來看，并不能和美國一樣快速進入全面集成和完全數(shù)字化的制造階段，還應(yīng)該多關(guān)注基本的制造設(shè)備及相關(guān)技術(shù)，通過提升其融合信息化和數(shù)字化制造與管理能力，為未來制造提供基礎(chǔ)。

一、及時適應(yīng)當代制造業(yè)的機械加工裝置的特點

通過數(shù)控技術(shù)的發(fā)展史不難發(fā)現(xiàn)：現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)從早期單一發(fā)展設(shè)備的NC技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)镹C技術(shù)與機床運行管理技術(shù)的結(jié)合，當前的發(fā)展主要是與企業(yè)管理和生產(chǎn)過程的信息大量結(jié)合，實現(xiàn)了制造過程的改進。它涉及制造系統(tǒng)的優(yōu)化與重組、生產(chǎn)的管理與調(diào)度、工夾刀具管理、記憶優(yōu)化數(shù)據(jù)庫、CAM與加工仿真、質(zhì)量管理及現(xiàn)場總線與網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)，由此使信息化數(shù)字控制技術(shù)更加先進和全面。

二、數(shù)控機床技術(shù)的發(fā)展形勢

數(shù)控機床技術(shù)的發(fā)展形勢主要是：精細化、高速化、高效率化、柔性化及智能化，同時也重視集成化、工藝適用性和經(jīng)濟性。大致可分為八個方面：

（一）持續(xù)提升經(jīng)濟加工的精確度

數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)改良、制造與裝配的精細化、誤差的補償技術(shù)發(fā)展及改進加工工藝，使其經(jīng)濟加工的精確度持續(xù)提高。我國當前的普通精度加工已經(jīng)超過上世紀的精密加工水平。

（二）推動全面高速化

高速切削在推動數(shù)控機床的全面高速化發(fā)展中十分關(guān)鍵，它不但可以提升金屬切除率、縮短單件工時，還可以利用高速切削精加工，使加工質(zhì)量得到明顯的提高。所以，切削速度在刀具材料和結(jié)構(gòu)的支持下不斷提升，50年內(nèi)提高了5倍。高速加工的另一特征是由單純的高速切削轉(zhuǎn)變?yōu)槿娓咚倩瓤s短了切削時效，又力求減少輔助時間和技術(shù)準備時間，即不僅要加快主軸轉(zhuǎn)速和進給速度，還要加快快移速度和加速度，縮小主軸起制動、刀具自動交換和工件托盤自動交換的時間等來以減少時間，還應(yīng)通過生產(chǎn)信息集成的管理和規(guī)劃、CAM等操作來進一步縮短準備時間。在推動加工過程全面、快速發(fā)展過程中，電主軸技術(shù)、直接驅(qū)動技術(shù)、高速高精數(shù)字化伺服控制技術(shù)及制造過程規(guī)劃與控制技術(shù)等起到了至關(guān)重要的作用。

（三）復合加工機床促進了新一代高效機床生成

多功能型的復合加工機床簡稱為復合機床。復合機床主要是指盡量或全部在一臺機床上完成從雛形到最后成品的全過程。根據(jù)機床的結(jié)構(gòu)功能特點可大致分為兩種類型：

1.工藝型。用不同加工方式和復合工藝方式的跨加工復合機床，如車銑和銑車中心、激光銑削加工機床、金屬的燒結(jié)與鏡面的切削復合等。

2.工序復合型。這類機床主要是通過刀具自動交換設(shè)備、主雙擺銑頭和多回轉(zhuǎn)刀架增加工件在一次安裝下加工的工序數(shù)，比如多面多軸聯(lián)動的復合加工機床和主副雙主軸車削中心等。

增加復合加工功能可以提升工序集中度，既減少了上下料時間，又避免了零件在不同機床上的等待和輸送時間。特別是沒有組成有效生產(chǎn)線的情況下，等待時間會遠遠超出工作時間，延長了零件的生產(chǎn)周期。

復合數(shù)控機床的工藝適用性優(yōu)良，減少了制品的保存和運輸時間，使準時制造得到了有力支持。復合數(shù)控機床的出現(xiàn)可能會在功能方面淡化功能界限，但它也表現(xiàn)出多樣性的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)。

（四）出現(xiàn)了工藝適用性的專門化數(shù)控機床

機械產(chǎn)品在不斷改善性能的同時，其零件也表現(xiàn)出多樣性，無法用幾種標準的機床結(jié)構(gòu)來滿足工藝要求。機床的創(chuàng)新，避免機床不能發(fā)揮其最大優(yōu)勢，也防止出現(xiàn)功能冗余。這種結(jié)構(gòu)形勢主要體現(xiàn)的是機械產(chǎn)品對客戶的要求的強適應(yīng)性，尤其是垂直放置一些五軸聯(lián)動銑床、車制造業(yè)高效多件加工的雙主軸頭加工中心等批量生產(chǎn)的飛機大型構(gòu)件，用戶會更希望有最佳工藝適用性的專門化數(shù)控機床。

（五）數(shù)字制造化的技術(shù)支撐是智能化和集成化

上世紀30年代的自動化制造技術(shù)以流水線為核心，50年代的柔性制造技術(shù)以數(shù)控技術(shù)為核心，80年代集成制造技術(shù)以信息技術(shù)為核心，21世紀初的數(shù)字制造技術(shù)核心為虛擬技術(shù)。信息技術(shù)與傳統(tǒng)機床的結(jié)合，使機床的方向發(fā)展變?yōu)閿?shù)字化、智能化。數(shù)字化制造設(shè)備、生產(chǎn)線增多；加工精度、制造成形的效率提高也可以利用智能技術(shù)來實現(xiàn)。

（六）發(fā)展各種制造系統(tǒng)

柔性的制造系統(tǒng)和單元是一種具有高效生產(chǎn)效率的多種類自動化生產(chǎn)系統(tǒng)。因為用戶出現(xiàn)了多種類的生產(chǎn)要求，如自動線的柔性化，所以相關(guān)企業(yè)制造了用數(shù)控機床構(gòu)建的柔性生產(chǎn)線，推動了數(shù)控機床的發(fā)展進程。

三、我國數(shù)控機床現(xiàn)況與對策

上世紀80年代起，我國機床制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展一直有所起伏，但是對數(shù)控技術(shù)和機床一直都非常重視，企業(yè)生產(chǎn)的一些普及型機床的性能和可靠性已經(jīng)具有很強的市場競爭力。但是在中、高檔的數(shù)控機床功能方面，與國外一些先進產(chǎn)品及技術(shù)發(fā)展趨勢，仍存在較大差距，大部分處于技術(shù)跟蹤階段。

根據(jù)這一事實，為了盡快振興我國的機床制造產(chǎn)業(yè)，應(yīng)該加強數(shù)控機床各方面的研究和發(fā)展。一方面要以高速化為先導，提升數(shù)控機床的各方面性能，然后再推進mm工程，研發(fā)制造更加高效精密的數(shù)控機床和復合型加工數(shù)控機床，另一方面應(yīng)該發(fā)展網(wǎng)絡(luò)化制造單元，發(fā)展新一代制造系統(tǒng)，開展可靠性設(shè)計，推動企業(yè)制造能力。

結(jié)束語

數(shù)控機床的加工精度依據(jù)市場要求持續(xù)升高，也要注意精度與高速、高效及經(jīng)濟性的協(xié)調(diào)統(tǒng)一發(fā)展，要采取簡約的結(jié)構(gòu)設(shè)計、重視選購高品質(zhì)配套件、嚴格控制質(zhì)量，發(fā)展人機友好的操作界面及加強修護重視維修故障分析，將有利于數(shù)控機床可靠性的增長。