美國(guó)機(jī)床發(fā)展概況與未來(lái)趨勢(shì)分析

內(nèi)容摘要：目前，美國(guó)機(jī)床制造業(yè)在高效自動(dòng)化機(jī)床、自動(dòng)生產(chǎn)線、NC機(jī)床、FMS等機(jī)床技術(shù)及工業(yè)生產(chǎn)上仍處于世界領(lǐng)先地位。主要分布于中西和東北各州，主要消費(fèi)用戶是汽車制造業(yè)、航空工業(yè)、建筑業(yè)和醫(yī)療設(shè)備制造業(yè)等。
 
美國(guó)歷屆都十分重視機(jī)床工業(yè)，美國(guó)國(guó)防等門因其軍事方面的需求而不斷提出機(jī)床的發(fā)展方向、科研任務(wù),并且提供充足的經(jīng)費(fèi)，同時(shí)網(wǎng)羅世界人才，在發(fā)展中尤其講究“效率”和“創(chuàng)新”，注重基礎(chǔ)科研。機(jī)床技術(shù)不斷創(chuàng)新，如1952年研制出世界第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床、1958年創(chuàng)制出加工中心、70年代初研制成FMS、1987年首創(chuàng)式數(shù)控系統(tǒng)等。由於美國(guó)首先結(jié)合汽車、軸承生產(chǎn)需求，充分發(fā)展了大量大批生產(chǎn)自動(dòng)化所需的自動(dòng)線，而且電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)在世界上領(lǐng)先，因此其數(shù)控機(jī)床的主機(jī)設(shè)計(jì)、制造及數(shù)控系統(tǒng)基礎(chǔ)扎實(shí)，且一貫重視科研和創(chuàng)新，故其高性能數(shù)控機(jī)床技術(shù)在世界也一直領(lǐng)先。但是其缺點(diǎn)在于偏重基礎(chǔ)科研而忽視應(yīng)用技術(shù)，加上在上世紀(jì)80年代引導(dǎo)的放松，致使數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量增長(zhǎng)放緩，于1982年被后起之秀日本超過(guò)，并大量進(jìn)口。從90年代起，糾正了過(guò)去偏向，數(shù)控機(jī)床從技術(shù)轉(zhuǎn)向?qū)嵱?，產(chǎn)量又逐漸回升。

美國(guó)機(jī)床工業(yè)起步比英國(guó)要晚50年，但在制造技術(shù)方面很快就超過(guò)了英國(guó)，躍居世界首位。1896年福特制造出第一輛汽車，為配合汽車大量生產(chǎn)，格里森公司研制了一整套用于齒輪加工、測(cè)量的設(shè)備和刀具，其他公司也研制出許多新型高效的自動(dòng)化機(jī)床。1934年研制出世界上第一條組合機(jī)床自動(dòng)線。1948年建立了世界上第一條年產(chǎn)3000萬(wàn)套軸承的自動(dòng)線，使汽車產(chǎn)量迅速提高，1950年汽車產(chǎn)量達(dá)到800萬(wàn)輛（相比2000年汽車產(chǎn)量為207萬(wàn)輛）。從此，美國(guó)機(jī)床工業(yè)迅猛發(fā)展，在機(jī)床技術(shù)先進(jìn)性、產(chǎn)量、生產(chǎn)規(guī)模上，長(zhǎng)期居世界首位。雖然在20世紀(jì)80年代中期，美國(guó)經(jīng)濟(jì)衰退，機(jī)床工業(yè)一度陷入頹勢(shì)，被日本、德國(guó)先后趕超，但很快由采取措施扭轉(zhuǎn)了面。

目前，美國(guó)機(jī)床制造業(yè)在高效自動(dòng)化機(jī)床、自動(dòng)生產(chǎn)線、NC機(jī)床、FMS等機(jī)床技術(shù)及工業(yè)生產(chǎn)上仍處于世界領(lǐng)先地位。主要分布于中西和東北各州，主要消費(fèi)用戶是汽車制造業(yè)、航空工業(yè)、建筑業(yè)和醫(yī)療設(shè)備制造業(yè)等。

美國(guó)的機(jī)床技術(shù)之所以能夠在世界上保持長(zhǎng)期領(lǐng)先，在引導(dǎo)加強(qiáng)研發(fā)和不斷創(chuàng)新方面起到了至關(guān)重要的作用。主要表現(xiàn)在：

首先，對(duì)方向性重大科研課題定出計(jì)劃、措施并提供充足經(jīng)費(fèi)。例如為NC機(jī)床的研究提供大量經(jīng)費(fèi)。為新一代NC系統(tǒng)的研發(fā)提供1億美元經(jīng)費(fèi)。

其次，組織引導(dǎo)有關(guān)科研單位和企業(yè)間的科研合作。例如：新一代NC系統(tǒng)的研發(fā)，由全美制造科學(xué)中心與美國(guó)空軍協(xié)作；CIM的研制，組織通用汽車公司、波音飛機(jī)公司以及有關(guān)機(jī)床工業(yè)公司共同研發(fā)。

再次，新產(chǎn)品出來(lái)后，組織訂貨推廣使用，同時(shí)加速推進(jìn)科研進(jìn)一步深化。例如：1952年麻理工學(xué)院研制出第一臺(tái)NC銑床后，馬上組織軍工門訂貨100臺(tái)用于生產(chǎn)，并不斷改進(jìn)，從而加速NC機(jī)床技術(shù)不斷提高。又如：1994年美國(guó)G＆L公司研制出世界上第一臺(tái)VARLA4并聯(lián)機(jī)構(gòu)機(jī)床后，及時(shí)組織有關(guān)大學(xué)研究分析并在企業(yè)中使用，以便在技術(shù)上進(jìn)一步提高。

由于美國(guó)缺乏熟練工人以及工人工資相對(duì)較高，機(jī)床用戶要求機(jī)床制造廠家的機(jī)床使用性能更具有靈活性并可反復(fù)編程，以減少對(duì)熟練工人的需求。由于汽車行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，汽車型號(hào)更新周期也越來(lái)越短，汽車行業(yè)要求機(jī)床的性能靈活、使用范圍廣、調(diào)試周期短，以適應(yīng)汽車生產(chǎn)批量少、更新?lián)Q代快的要求。美國(guó)航空業(yè)、汽車業(yè)和模具制造業(yè)對(duì)高速機(jī)床的需求在不斷增加。由于環(huán)保的原因，許多客戶要求機(jī)床減少冷卻液的使用量。以上種種情況表明，科技進(jìn)步是影響美國(guó)機(jī)床工業(yè)發(fā)展的主要因素。

比如目前電子化、高速化、精密化成為了美國(guó)機(jī)床業(yè)發(fā)展的主流：如美國(guó)企業(yè)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)企業(yè)對(duì)企業(yè)的服務(wù)，有效整合供應(yīng)商與客戶的采購(gòu)和存貨系統(tǒng)；大型汽車公司（通用、福特、戴姆勒／克萊斯勒）和航天航空公司（波音、洛克希德）都通過(guò)這種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)在全球范圍內(nèi)與相關(guān)體系同步設(shè)計(jì)；機(jī)床業(yè)的制造過(guò)程管理、遠(yuǎn)端監(jiān)控、故障排除和售后服務(wù)日漸普及；銑床主軸采用液壓軸承模具，運(yùn)用非接觸式取代滾珠軸承；線性馬達(dá)擺脫應(yīng)用限制，進(jìn)入商品化。

著眼未來(lái)，美國(guó)機(jī)床制造有以下明顯的發(fā)展趨勢(shì)：

一、追求具有更高加工效率的機(jī)床。因?yàn)樘岣邫C(jī)床的效率就等于縮短零件的加工周期，縮短加工周期有兩條途徑，一條途徑是提高切削速度，即提高主軸轉(zhuǎn)速。目前車床和車削中心的主軸轉(zhuǎn)速都在8000r/min以上，加工中心的主軸轉(zhuǎn)速一般都在15000~20000r/min，還有40000r/min和60000r/min的。同樣，送給速度也有大幅度提高，可達(dá)20m/min，甚至60m/min。隨著切削速度的增加，機(jī)床的結(jié)構(gòu)剛性和動(dòng)態(tài)特性都有明顯提高，高速主軸和刀具系統(tǒng)的動(dòng)平衡設(shè)計(jì)也獲得相應(yīng)提高；另一條途徑是減少非加工時(shí)間。因?yàn)樵诹慵庸み^(guò)程中有大量的無(wú)用時(shí)間消耗在工件搬運(yùn)、上下料、安裝調(diào)整、換刀和主軸的升、降速上，因此，復(fù)合機(jī)床的研發(fā)近期發(fā)展很快，其核心是在一臺(tái)機(jī)床上要完成車、銑、鉆、鏜、攻絲、鉸孔和擴(kuò)孔等多種操作工序。車床技術(shù)發(fā)展的主要趨勢(shì)是多功能機(jī)床，目前的多功能復(fù)合機(jī)床實(shí)際上就是一臺(tái)具有車削功能的加工中心。在磨削方面，目前的技術(shù)重點(diǎn)是基于PC的磨削控制系統(tǒng)，一臺(tái)磨床能進(jìn)行內(nèi)圓、外圓和臺(tái)階軸磨削，或給機(jī)床以不同的循環(huán)來(lái)加快生產(chǎn)進(jìn)程，既磨得快又能保證尺寸精度和表面粗糙度。

二、追求更加安全可靠和符合環(huán)保要求的機(jī)床。由于機(jī)床的運(yùn)行速度的提高，操作者的安全和健康也被提到優(yōu)先考慮的位置。目前美國(guó)研制的高檔機(jī)床在可能傷害人的地方幾乎都加有安全警示裝置。干切削和微量潤(rùn)滑劑切削方法因其可大大減少潤(rùn)滑劑的揮發(fā)而得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，并且，幾乎整個(gè)機(jī)床都是被封閉起來(lái)的，有些機(jī)床甚至看不到切屑，這樣，即使有過(guò)量的油霧和煙霧也容易收集。同時(shí)，機(jī)床操作者在工作時(shí)的環(huán)境、位置會(huì)被考慮得非常舒適。此外，無(wú)污染的清潔加工技術(shù)也受到極大重視。

三、機(jī)床配套件產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展。機(jī)床配套件發(fā)展很快，品種齊全。主要產(chǎn)品有滾珠絲杠副、精密軸承、各種轉(zhuǎn)臺(tái)、換刀裝置、各種氣動(dòng)、液壓裝置、直線導(dǎo)軌及主軸件等等。這些配套件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有力地推動(dòng)了機(jī)床主機(jī)的發(fā)展，不但有助于提高機(jī)床的速度和性能，而且可以大大縮短主機(jī)的生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本。

四、追求更加完善的控制系統(tǒng)。更高速的處理器和更精確的控制設(shè)備使機(jī)床的功能和性能完善而強(qiáng)大。技術(shù)密集已進(jìn)入超速發(fā)展階段，而集成的關(guān)鍵是式結(jié)構(gòu)。PCC技術(shù)的應(yīng)用，開(kāi)始改變了機(jī)床的工作方式，把CNC推向了控制中心而不限于機(jī)床控制器的范圍?？刂栖浖l(fā)展更快，一年甚至改進(jìn)幾次。CNC制造商已提供一些式結(jié)構(gòu)的CNC系統(tǒng)。目前機(jī)械制造廠里式結(jié)構(gòu)的CNC控制器占到10%~20%。零件程序可以離線，然后傳送到生產(chǎn)車間的編程系統(tǒng)，在CNC控制器上運(yùn)行，操作者可以觀察、檢測(cè)刀具運(yùn)行情況和加工過(guò)程，還可以對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行必要的修正。美國(guó)GEFANUC公司銷售的控制器中，有30%是式的，實(shí)現(xiàn)了真正的CAM/CNC集成，并趨于智能化控制，還可上網(wǎng)。虛擬制造和無(wú)紙化生產(chǎn)的技術(shù)基礎(chǔ)已經(jīng)具備，借助信息技術(shù)，此類軟件的應(yīng)用將以更快速度發(fā)展。

五、追求更高的機(jī)床外觀質(zhì)量。目前，機(jī)床制造商更加注重機(jī)床造型的美觀和色調(diào)的協(xié)調(diào)柔和，機(jī)床精品更向工藝品方向發(fā)展。
 
    

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