試論我國(guó)機(jī)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(jī)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(shí)，對(duì)如何能讓數(shù)控機(jī)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(lái)生產(chǎn)模式的解決方案進(jìn)行商討。

【關(guān)鍵詞】 機(jī)械加工裝備 競(jìng)爭(zhēng)戰(zhàn)略 產(chǎn)品發(fā)展 現(xiàn)狀分析

引 言

上世紀(jì)末，歐美的一些工業(yè)強(qiáng)國(guó)面對(duì)激烈的全球化市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)提出了有關(guān)制造業(yè)的發(fā)展策略。1998年，美國(guó)以振興美國(guó)制造業(yè)為基礎(chǔ)，制定了“國(guó)家先進(jìn)制造計(jì)劃”戰(zhàn)略。而從我國(guó)制造業(yè)的根基和發(fā)展來(lái)看，并不能和美國(guó)一樣快速進(jìn)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(guò)提升其融合信息化和數(shù)字化制造與管理能力，為未來(lái)制造提供基礎(chǔ)。

一、及時(shí)適應(yīng)當(dāng)代制造業(yè)的機(jī)械加工裝置的特點(diǎn)

通過(guò)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(jī)床運(yùn)行管理技術(shù)的結(jié)合，當(dāng)前的發(fā)展主要是與企業(yè)管理和生產(chǎn)過(guò)程的信息大量結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了制造過(guò)程的改進(jìn)。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(kù)、CAM與加工仿真、質(zhì)量管理及現(xiàn)場(chǎng)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(jìn)和全面。

二、數(shù)控機(jī)床技術(shù)的發(fā)展形勢(shì)

數(shù)控機(jī)床技術(shù)的發(fā)展形勢(shì)主要是：精細(xì)化、高速化、高效率化、柔性化及智能化，同時(shí)也重視集成化、工藝適用性和經(jīng)濟(jì)性。大致可分為八個(gè)方面：

（一）持續(xù)提升經(jīng)濟(jì)加工的精確度

數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)改良、制造與裝配的精細(xì)化、誤差的補(bǔ)償技術(shù)發(fā)展及改進(jìn)加工工藝，使其經(jīng)濟(jì)加工的精確度持續(xù)提高。我國(guó)當(dāng)前的普通精度加工已經(jīng)超過(guò)上世紀(jì)的精密加工水平。

（二）推動(dòng)全面高速化

高速切削在推動(dòng)數(shù)控機(jī)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(shí)，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?，既縮短了切削時(shí)效，又力求減少輔助時(shí)間和技術(shù)準(zhǔn)備時(shí)間，即不僅要加快主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度，還要加快快移速度和加速度，縮小主軸起制動(dòng)、刀具自動(dòng)交換和工件托盤自動(dòng)交換的時(shí)間等來(lái)以減少時(shí)間，還應(yīng)通過(guò)生產(chǎn)信息集成的管理和規(guī)劃、CAM等操作來(lái)進(jìn)一步縮短準(zhǔn)備時(shí)間。在推動(dòng)加工過(guò)程全面、快速發(fā)展過(guò)程中，電主軸技術(shù)、直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)、高速高精數(shù)字化伺服控制技術(shù)及制造過(guò)程規(guī)劃與控制技術(shù)等起到了至關(guān)重要的作用。

（三）復(fù)合加工機(jī)床促進(jìn)了新一代高效機(jī)床生成

多功能型的復(fù)合加工機(jī)床簡(jiǎn)稱為復(fù)合機(jī)床。復(fù)合機(jī)床主要是指盡量或全部在一臺(tái)機(jī)床上完成從雛形到最后成品的全過(guò)程。根據(jù)機(jī)床的結(jié)構(gòu)功能特點(diǎn)可大致分為兩種類型：

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

2.工序復(fù)合型。這類機(jī)床主要是通過(guò)刀具自動(dòng)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(dòng)的復(fù)合加工機(jī)床和主副雙主軸車削中心等。

增加復(fù)合加工功能可以提升工序集中度，既減少了上下料時(shí)間，又避免了零件在不同機(jī)床上的等待和輸送時(shí)間。特別是沒(méi)有組成有效生產(chǎn)線的情況下，等待時(shí)間會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出工作時(shí)間，延長(zhǎng)了零件的生產(chǎn)周期。

復(fù)合數(shù)控機(jī)床的工藝適用性優(yōu)良，減少了制品的保存和運(yùn)輸時(shí)間，使準(zhǔn)時(shí)制造得到了有力支持。復(fù)合數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)可能會(huì)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(jī)床

機(jī)械產(chǎn)品在不斷改善性能的同時(shí)，其零件也表現(xiàn)出多樣性，無(wú)法用幾種標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)床結(jié)構(gòu)來(lái)滿足工藝要求。機(jī)床的創(chuàng)新，避免機(jī)床不能發(fā)揮其最大優(yōu)勢(shì)，也防止出現(xiàn)功能冗余。這種結(jié)構(gòu)形勢(shì)主要體現(xiàn)的是機(jī)械產(chǎn)品對(duì)客戶的要求的強(qiáng)適應(yīng)性，尤其是垂直放置一些五軸聯(lián)動(dòng)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(jī)大型構(gòu)件，用戶會(huì)更希望有最佳工藝適用性的專門化數(shù)控機(jī)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(jì)30年代的自動(dòng)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(jì)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(jī)床的結(jié)合，使機(jī)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(lái)實(shí)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(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)。因?yàn)橛脩舫霈F(xiàn)了多種類的生產(chǎn)要求，如自動(dòng)線的柔性化，所以相關(guān)企業(yè)制造了用數(shù)控機(jī)床構(gòu)建的柔性生產(chǎn)線，推動(dòng)了數(shù)控機(jī)床的發(fā)展進(jìn)程。

三、我國(guó)數(shù)控機(jī)床現(xiàn)況與對(duì)策

上世紀(jì)80年代起，我國(guó)機(jī)床制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展一直有所起伏，但是對(duì)數(shù)控技術(shù)和機(jī)床一直都非常重視，企業(yè)生產(chǎn)的一些普及型機(jī)床的性能和可靠性已經(jīng)具有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。但是在中、高檔的數(shù)控機(jī)床功能方面，與國(guó)外一些先進(jìn)產(chǎn)品及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，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(shí)，為了盡快振興我國(guó)的機(jī)床制造產(chǎn)業(yè)，應(yīng)該加強(qiáng)數(shù)控機(jī)床各方面的研究和發(fā)展。一方面要以高速化為先導(dǎo)，提升數(shù)控機(jī)床的各方面性能，然后再推進(jìn)mm工程，研發(fā)制造更加高效精密的數(shù)控機(jī)床和復(fù)合型加工數(shù)控機(jī)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(kāi)展可靠性設(shè)計(jì)，推動(dòng)企業(yè)制造能力。

結(jié)束語(yǔ)

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