我國裝備制造30年加工技術(shù)的質(zhì)變

近三十年來世界機(jī)械加工領(lǐng)域質(zhì)變，我國都一直積極參與，并作出了重要貢獻(xiàn)，某些方面甚至已進(jìn)入了世界前列。

    關(guān)心我國機(jī)械加工領(lǐng)域技術(shù)進(jìn)步，勢必要聯(lián)系世界范圍發(fā)展。因?yàn)榧夹g(shù)與科學(xué)沒有國界，而且相互促進(jìn)。從這個(gè)角度來觀察分析，世界機(jī)械加工技術(shù)演變，屬于“質(zhì)變”性質(zhì)至少有方面。

    質(zhì)變表現(xiàn)為：

    智能型生產(chǎn)工具出現(xiàn)

    最近共央政策研究室一次“產(chǎn)業(yè)選擇”座談會(huì)上，我提出一個(gè)觀點(diǎn)，“機(jī)床作為生產(chǎn)工具具備智能特性人類生產(chǎn)工具具有劃時(shí)代意義發(fā)展，人類正迎接一個(gè)智能型生產(chǎn)工具時(shí)代到來”，得到了與會(huì)很多贊同。

    人類生產(chǎn)工具由手動(dòng)發(fā)展到具備動(dòng)力，馬克思認(rèn)為這一次人類生產(chǎn)工具大,這種具備動(dòng)力生產(chǎn)工具馬克思稱之為“工具機(jī)”（即機(jī)床）。由于時(shí)代限性，馬克思沒有可能親身經(jīng)歷接觸到人類生產(chǎn)工具具備智能這一變化。

    而當(dāng)工具機(jī)（機(jī)床）具備數(shù)控控制功能后，人類智能型生產(chǎn)工具雛型才有可能出現(xiàn)，這人類生產(chǎn)工具新又一具有劃時(shí)代意義發(fā)展。

    數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)標(biāo)示機(jī)床向智能化發(fā)展萌芽。回溯機(jī)床發(fā)展歷史，從1952年第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)至今50余年，其包括走向成熟30年走向大規(guī)模應(yīng)用20年，特別近幾年，陸續(xù)出現(xiàn)機(jī)床智能化功能進(jìn)一步增添，標(biāo)志著機(jī)床技術(shù)發(fā)展道路上質(zhì)變?？梢哉f計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、軟件功能拓展為機(jī)床智能化提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。

    智能型機(jī)床尚無全面確切定義，簡單地說，能對影響加工過程多種參數(shù)及功能作出自我判斷并修正、自我正確選擇并作出決定方案機(jī)床;即智能型機(jī)床能夠監(jiān)控、診斷、評價(jià)、補(bǔ)償修正加工過程出現(xiàn)各類偏差（如刀具半徑自動(dòng)檢測、刀具破損檢測、多軸同步差異等），并能提供最優(yōu)化加工方案（如調(diào)整機(jī)床加工時(shí)間、工藝路線、選擇最佳加工參數(shù)、主軸運(yùn)行狀況、位置補(bǔ)償、精度修正、熱變形補(bǔ)償?shù)龋Ｗ钤绯霈F(xiàn)具有智能控制機(jī)床功能特性，可以追溯到自適應(yīng)控制電火花加工機(jī)床，即根據(jù)加工參數(shù)變化自我調(diào)整電極與工件間放電間隙，從而取得最佳加工效果。

    最近幾年，日本山崎馬扎克公司陸續(xù)了智能主軸振動(dòng)控制、智能熱屏障、智能防撞屏障、語言提示；日本大隈公司了thinc智能數(shù)字控制系統(tǒng)等等。說明隨著技術(shù)發(fā)展，機(jī)床這種生產(chǎn)工具智能化功能會(huì)越來越高級，越來越增多。人類智能型生產(chǎn)工具發(fā)展方興未艾，前景光明。

    加工方法逆向思維突破

    快速成型（Rapidprototyping）技術(shù)近二十年來出現(xiàn)一種加工方法，加工方法逆向思維重大突破，加工原理巨大變革，與一直沿用至今傳統(tǒng)“去除材料”（切削、沖剪、切割、磨削）方法根本不同，快速成型技術(shù)實(shí)際上反其道而行之以“材料堆積成型”或稱之為“材料累加”方法、“增材制造方法”來達(dá)到制造工件原型一種方法。采用復(fù)合紙、高聚物質(zhì)、金屬粉末、高溫合金、復(fù)合陶瓷、鑄造型砂等作為加工原材料；利用電熱、激光束、電子束作為能量源，按分層實(shí)體制造(LOM)、熔融沉積成型(FDM)、紫外線激光固化(SLA)、激光區(qū)域燒結(jié)(SLS)等方法來實(shí)現(xiàn)原型零件造型，用以加速考核零件設(shè)計(jì)正確性與可行性，大大縮短整機(jī)生產(chǎn)周期，除了應(yīng)用于制造機(jī)械零件原型、型砂制芯，甚至也進(jìn)入立體藝術(shù)品型體塑形人體醫(yī)學(xué)仿生件（如骨關(guān)節(jié)）制造等相關(guān)領(lǐng)域。這計(jì)算機(jī)科學(xué)、新材料科學(xué)、新能源科學(xué)綜成發(fā)展最新產(chǎn)物。

    我國這個(gè)領(lǐng)域，有華科技大學(xué)、清華大學(xué)、西安交通大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、科院及上海聯(lián)泰、北京瑞科達(dá)、武漢濱湖機(jī)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)有限公司等國有民營科研單位及企業(yè)積極投入。所產(chǎn)品已進(jìn)入世界先進(jìn)行列。投入市場產(chǎn)品品種繁多，年產(chǎn)幾百臺(tái)，技術(shù)已出口新加坡。

    機(jī)床結(jié)構(gòu)出現(xiàn)性變革

    近二十年來世界機(jī)床設(shè)計(jì)出現(xiàn)了性變革，一種“并聯(lián)結(jié)構(gòu)”機(jī)床出現(xiàn)了，“并聯(lián)結(jié)構(gòu)”完全不同于所有傳統(tǒng)機(jī)床結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)機(jī)床結(jié)構(gòu)串聯(lián)結(jié)構(gòu)，即按笛卡爾坐標(biāo)沿三個(gè)坐標(biāo)線方向運(yùn)動(dòng)繞這三個(gè)坐標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)依次串聯(lián)疊加起來，形成所需刀具相對運(yùn)動(dòng)軌跡機(jī)床結(jié)構(gòu)，其所有結(jié)構(gòu)幾何精度誤差、力傳遞剛度損失，都會(huì)形成串聯(lián)累積而成為致命薄弱環(huán)節(jié)。而并聯(lián)結(jié)構(gòu)機(jī)床，通過多桿結(jié)構(gòu)空間同時(shí)運(yùn)動(dòng)來移動(dòng)主軸頭實(shí)現(xiàn)加工動(dòng)作，與串聯(lián)結(jié)構(gòu)相比，并聯(lián)結(jié)構(gòu)具有更為簡化、剛度更高、動(dòng)態(tài)性能(包括精度保證及運(yùn)動(dòng)效率)更好等一系列主要優(yōu)點(diǎn)。

二十年來，世界范圍內(nèi)大約有十幾個(gè)二十多個(gè)團(tuán)隊(duì)從事這方面研發(fā)，其瑞典TRICEPT公司己供應(yīng)商品四百余臺(tái)，廣泛應(yīng)用于空客、波音及通用汽車公司卡特彼勒大型工程機(jī)械廠，另外若干團(tuán)隊(duì)都曾經(jīng)分別展出試制品，近幾年雖然缺少進(jìn)一步報(bào)導(dǎo)，但并未停步。據(jù)作者與其某些團(tuán)隊(duì)(例如日本豐田工機(jī)、大隈、德國Index)接觸，他們?nèi)约涌旃リP(guān)，努力提高性能，我國機(jī)床工具業(yè)也有五、六個(gè)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合體進(jìn)行這方面研發(fā)工作，其哈爾濱量具刃具集團(tuán)與哈爾濱工業(yè)大學(xué)合作研發(fā)并聯(lián)結(jié)構(gòu)品種（六桿結(jié)構(gòu)）已批量生產(chǎn)五臺(tái)，成功應(yīng)用于哈爾濱汽輪機(jī)廠葉片加工生產(chǎn)線；齊齊哈爾第二機(jī)床集團(tuán)與清華大學(xué)合作龍門式“混聯(lián)”結(jié)構(gòu)（即串聯(lián)與并聯(lián)混合）機(jī)床，我國獨(dú)立構(gòu)思品種，已成功用于哈爾濱電機(jī)廠大型水電站設(shè)備制造。

    最近一次北京舉辦國數(shù)控機(jī)床展覽會(huì)（CCMT2008）上，哈爾濱量具刃具集團(tuán)數(shù)控設(shè)備廠展出了一種具有新突破意義并聯(lián)結(jié)構(gòu)機(jī)床品種LINKS-EXE700，它由瑞典原TRICEPT發(fā)明人新創(chuàng)辦EXCHON新，哈量集團(tuán)作為國獨(dú)家引進(jìn)此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，并繼續(xù)合作開拓應(yīng)用領(lǐng)域企業(yè)，新LINKS-EXE700并聯(lián)結(jié)構(gòu)機(jī)床其特點(diǎn)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步簡化，加工范圍增大，動(dòng)作快速，剛性精度顯著提高，五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控編程進(jìn)一步改進(jìn)便于掌握。

    進(jìn)行不同功能配置后，可廣泛應(yīng)用于航天、航空、機(jī)車、汽車、工程機(jī)械、模具工業(yè)作銑鏜、鉆削、磨削、焊接、鉚接、打毛刺裝配之用，可以單機(jī)使用，也可以多臺(tái)配置成生產(chǎn)線。對于超長機(jī)翼或巨大機(jī)車車架加工，還可以將“并聯(lián)機(jī)構(gòu)”架軌道上或龍門框架上移動(dòng)底座上使用（加工時(shí)移動(dòng),可以分段自動(dòng)精確定位）,實(shí)現(xiàn)大尺寸工件加工。

    因此,為了迅速擴(kuò)大使用領(lǐng)域,除了供應(yīng)“并聯(lián)結(jié)構(gòu)通用性機(jī)床”產(chǎn)品外，還應(yīng)當(dāng)把“并聯(lián)結(jié)構(gòu)制造廠”(如哈量)提供并聯(lián)結(jié)構(gòu)份與用戶行業(yè)裝備制造廠(如汽車、機(jī)車、工程機(jī)械、航空行業(yè)專業(yè)工藝裝備廠)提供不同類型基座或移動(dòng)框架，以及對專用裝備有意愿機(jī)床廠結(jié)合起來，有針對性地?cái)U(kuò)大這類機(jī)床產(chǎn)品銷售市場。

    工具概念變異

    傳統(tǒng)機(jī)械加工工藝體系一般由機(jī)床―工具--（夾具）--工件組成，而工具環(huán)節(jié)按傳統(tǒng)分類無非車刀、銑刀、鏜刀、鉆頭、拉刀、砂輪、沖模、壓模之類。而所有這些工具無非都具有一定硬度實(shí)體，如高速鋼、工具鋼、硬質(zhì)合金、立方氮化硼、單晶及聚晶金剛石、陶瓷等材料制成工具。后來氧炔高溫切割方法出現(xiàn)了，電能源放電加工方法、電化學(xué)加工、激光加工方法、電子束加工法、離子注入法、光刻法等陸續(xù)出現(xiàn)，直到近年，屬于”冷能源”、”軟介質(zhì)”高壓水射流(俗稱“水刀”)加工方法以嶄新姿態(tài)登場，配合多座標(biāo)數(shù)控技術(shù)汽車工業(yè)新產(chǎn)品試制（可以大大縮短周期。我國己有南京水刀有限公司南京工藝裝備制造有限公司等向市場提供產(chǎn)品。高壓水射流（水刀）加工其它應(yīng)用領(lǐng)域正迅速拓展。這種以“軟”克“硬“加工工具出現(xiàn)令人眼花繚亂、應(yīng)接不暇。

    機(jī)械加工領(lǐng)域進(jìn)步屬于“量變”或稱之為“漸變”還有很多，例如加工精度提升，幾乎每十年就提升一個(gè)數(shù)量級，亞微米、納米加工不斷升級等等，不勝枚舉。

    從瑞典向國內(nèi)引進(jìn)技術(shù)“Transflex”型機(jī)床，預(yù)計(jì)2009年初即將國以首先投產(chǎn)新產(chǎn)品市場上亮相，也世界范圍第一次亮相。Transflex顧名思義包含Transferline（剛性傳送生產(chǎn)線）Flexibleline（柔性生產(chǎn)線）兩種涵義，具備兩者基因。它原理由多種動(dòng)力頭，仍按生產(chǎn)線布，但執(zhí)行加工出場先后或動(dòng)作，由數(shù)控系統(tǒng)控制，而夾持工件則由懸掛式機(jī)械手執(zhí)行。這種Transflex機(jī)床結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，節(jié)輔助時(shí)間，可適應(yīng)加工位更為復(fù)雜工件，一類值得關(guān)注機(jī)床“另類”。

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