下载中心

产品搜索
产品搜索

重要通知:

特种加工行业开通官方微信公众平台
news
资讯分类

1

1 您现在的位置:
首页
/
/
/
世界制造技术与装备领域三十年来的四大质变

世界制造技术与装备领域三十年来的四大质变

  • 分类:机械工业
  • 作者:
  • 来源:
  • 发布时间:2010-07-08 01:17
  • 访问量:

【概要描述】

世界制造技术与装备领域三十年来的四大质变

【概要描述】

  • 分类:机械工业
  • 作者:
  • 来源:
  • 发布时间:2010-07-08 01:17
  • 访问量:
详情
  作者:梁训瑄(中国机床工具工业协会名誉理事长)
  世界范围现代制造技术与装备的演变日新月异,但从哲学范畴来观察分析,属于“量变”者居多,而属于“质变”的则百年难遇。然而最近三十年来,世界制造技术与装备领域至少出现了四大质变,值得我们特别关注。所谓“质变”是指:①创新思维与传统的“量变”有根本的区别;②所依托的物质载体与常规的相比在原理上有本质的差异;③在人类的生产活动中所形成的效益与影响更为广泛而深远。
  我国都一直积极参与着世界制造技术与装备领域发生的这四大质变,从中起了重要的推动作用,作出了重要贡献,并进行了有效的利用,在某些方面我国甚至已进入了世界前列。
  1  人类智能型生产工具的出现
  智能型生产工具的出现是近三十年来现代制造技术的一个重要发展动态。在最近一次高层战略产业选择座谈会上,笔者提出了“机床作为生产工具具备智能特性是人类生产工具具有划时代意义的发展,人类正在迎接一个智能型生产工具时代的到来”的观点,得到了与会很多同志的赞同。马克思在论述人类历史发展阶段划分时指出:历史发展阶段是以人类采用什么生产工具及相应的生产方法来划分,所以分成石器时代、铁器时代等。推动历史发展,生产工具的变革是最积极、最首要的因素。马克思认为人类的生产工具由手动发展到具备动力,是生产工具的一次大革命。这种具备动力的生产工具马克思称之为“工具机”(即机床),这一名称在《资本论》中出现过两次。由于时代的局限性,马克思没能亲身经历和接触到人类生产工具具备智能的这一变化。而当工具机(机床)具备数控功能后,人类的智能型生产工具的雏型才有可能出现,这是人类生产工具新的又一具有划时代意义的发展。
  数控机床的出现是机床向智能化发展的萌芽。回溯机床的发展历史,从1952年第一台数控机床出现至今已近五十年,其中包括走向成熟的三十年和走向大规模应用的二十年。特别是近几年,机床智能化功能的进一步增添,标志着机床技术在发展过程中的质变。可以说计算机控制技术、网络技术、软件功能拓展为机床智能化提供了物质基础。
  智能型机床尚无全面确切的定义,简单地说是能对影响加工过程的多种参数及功能作出自我判断并修正、自我正确选择并作出决定方案的机床,即智能型机床能够监控、诊断、评价、补偿和修正在加工过程中出现的各类偏差(如刀具半径自动检测、刀具破损检测、多轴同步差异和温差及振动等),并能提供最优化的加工方案(如调整机床加工时间、工艺路线、选择最佳加工参数、主轴运行状况、位置补偿、精度修正、热变形补偿等)。最早出现的具有智能控制功能特性的,可以追溯到自适应控制电火花加工机床,即根据加工参数变化自我调整电极与工件间的放电间隙,从而取得最佳加工效果。
  最近几年,日本的山崎马扎克公司陆续开发了机床的智能主轴振动控制、智能热位移补偿、智能防撞屏障、语言导航及平衡失调检测等智能化功能;日本大隈公司开发了thinc智能数字控制系统等等。说明随着技术的发展,机床这种生产工具的智能化功能会越来越高级,越来越增多。人类智能型生产工具的发展方兴未艾,前景光明。
  2  加工方法逆向思维的突破
  快速成型(Rapid  Prototyping)技术是近二十年来出现并得到发展的,是逆向思维加工方法的重大突破,是加工原理的巨大变革。RP技术与一直沿用至今的传统“去除材料”方法根本不同,实际上是反其道而行之,它以“材料堆积成型”(或称之为“材料累加”)、“增材制造”方法来制造工件原型,即:将设计构思通过计算机形成二维或三维数模,计算机控制“材料添加”而快速制成实体。可采用复合纸、高聚物质、金属粉末、高温合金、复合陶瓷、铸造型砂等作为加工原材料,利用电热、激光束、电子束作为能量源,按分层实体制造(LOM)、熔融沉积成型(FDM)、紫外线激光固化(SLA)、激光区域烧结(SLS)、固基光敏液相(SGC)和金属粉末注射成型(MIM)等方法来实现原型零件的造型。RP技术用以加速考核零件设计的正确性与可行性,可大大缩短整机开发生产周期。RP技术除了应用于机械零件原型、型砂制芯的制造外,还进入了立体艺术品形体塑型和人体医学仿生件(如骨关节)制造等相关领域。RP技术适合试制及小批量生产科技附加值高、形状复杂且具有特殊要求的航天航空、电子、兵器、汽车零件等,它是计算机科学、新材料科学、新能源科学综合集成发展而形成的最新制造技术装备。在这个领域中,我国华中科技大学、清华大学、西安交通大学、同济大学、北京科技大学、中北大学、中科院、上海联泰、北京瑞科达、北京隆源等国有和民营科研单位及企业积极投入研发,所开发生产的产品水平已进入世界先进行列,投入市场的产品品种繁多,年产几百台,技术已出口新加坡。
  3  机床结构出现革命性变革
  近二十年来机床结构设计出现了革命性的变革,一种“并联结构”的机床出现了,它完全不同于所有传统机床结构。传统机床结构是串联结构,即是按笛卡尔坐标沿三个坐标轴方向运动和绕这三个坐标轴转动依次串联叠加起来,形成所需刀具的相对运动轨迹,其所有的结构几何精度误差、力的传递和刚度的损失,都会形成串联累积而成为机床致命的薄弱环节。而并联结构机床是通过多杆结构在空间同时运动来移动主轴头实现加工动作,与串联结构相比,并联结构具有更为简化、刚度更高、动态性能更好等一系列优点。近二十年来,世界范围内约有十几个国家的二十多个团队在从事这方面的研发工作,其中瑞典TRICEPT公司已供应商品四百余台,主要应用于空客、波音及通用汽车公司和卡特彼勒大型工程机械企业。另外还有若干团队都曾经展出过并联结构机床的试制品,虽然近几年来进一步的报道有所减少,但研发工作并未停步。据笔者与某些团队(如日本丰田工机、大隈、德国Index)的接触,他们仍在加快技术攻关、努力提高机床性能。我国机床工具行业也有五六个“产学研”结合体在进行这方面的研发工作,且都有试制样机问世,目前也正在继续改进提高。其中哈尔滨量具刃具集团与哈尔滨工业大学合作研发的并联结构品种(六杆结构)已批量生产五台,成功应用于哈尔滨汽轮机厂的叶片加工生产线中;齐齐哈尔第二机床集团与清华大学合作开发的龙门式“混联”结构(即串联与并联混合)机床,是我国独立构思的品种,已成功用于哈尔滨电机厂的大型水电站设备制造中。
  在2008年举办的中国数控机床展览会(CCMT2008)上,我国哈尔滨量具刃具集团数控设备厂展出了一种具有突破意义的并联结构机床新品种LINKS-EXE700(图1)。它是由瑞典原TR-ICEPT发明人创办的EXECHON公司开发的,哈量集团在中国独家引进此项技术进行生产,并合作开拓应用领域(详见中文网站www.exechonworld.net)。新开发的LINKS-EXE700并联结构机床结构进一步简化,一般并联机床为六杆结构,TRI-CEPT的并联机床原结构为四杆结构,EXECHON在TRICEPT基础上新开发的这种并联机床,进一步改为三杆结构,球形关节改为旋转铰链,结构简化,精度更易保证。其特点是加工范围增大,EXE-CHON并联结构机床有多种规格尺寸。以EXE700这种中型规格机床为例,其加工覆盖空间为X轴方向2 m、Y轴方向1 m、Z轴方向0.5 m;动作快速,X、Y轴的快速进给分别达到125 m/min(这是世界最高纪录)、加速度3 g(也是世界最高纪录)、Z轴方向45 m/min、加速度1 g;刚性和精度显著提高;五轴联动数控编程进一步改进便于掌握,可以加工空间曲面和五面体,在工件特别装夹的情况下,还可作六面加工。进行不同功能配置后,可广泛应用于航天、航空、机车、汽车、工程机械、模具等行业作铣镗、钻削、磨削、焊接、铆接、打毛刺和装配之用,既可以单机使用,也可以多台配置成生产线。对于超长机翼或巨大机车、坦克的车架加工,还可以将“并联机构”架在轨道上或龙门框架上的移动底座上使用(图2),从而实现大尺寸工件的加工。因此,为了迅速扩大使用领域,除了增大供应“并联结构通用性机床”产品外,还应当把“并联结构的制造厂”(如哈量)提供的“并联结构部分”与用户厂(如专业工艺装备厂)及有意愿开发专用装备的机床厂结合起来,配置不同结构基座或移动支架,有针对性地扩大这类机床产品的使用范围。可见,这种新型结构机床的发展前途将会十分宽广。
  4  工具概念的变异
  传统的机械加工工艺体系一般是由机床——工具——(夹具)——工件组成,而工具环节按传统的分类无非是车刀、铣刀、镗刀、钻头、拉刀、砂轮、冲模、压模之类。所有这些工具(又可称之为执行加工功能的载体)无非都是用具有一定硬度的实体,如高速钢、工具钢、硬质合金、立方氮化硼、单晶及聚晶金刚石、陶瓷等材料制成(用来达到所谓以“硬”克“硬”)。而后氧炔高温切割方法出现了,电能源的放电加工方法(电火花加工、线电极切割)、电化学加工方法、激光加工方法、电子束加工法、离子注入法、光刻法等也陆续出现。直到近年,属于“冷能源”、“软介质”的高压水射流(俗称“水刀”)加工方法以崭新姿态登场,它可用于金属板材、塑料、橡胶的切割加工,配合多坐标数控技术在汽车工业新产品试制中可以大大缩短生产周期,在小型件切割方面用途更是十分广泛。我国已有南京水刀有限公司和南京工艺装备制造有限公司等企业向市场提供产品。高压水射流加工的应用领域正在迅速拓展,这种以“软”克“硬“的加工工具的出现进一步开拓了人类的视野。
  5  结束语
  在机械加工领域,除了以上所述四大质变外,属于“量变”或称之为“渐变”的例子则有很多很多,如加工精度的提升,几乎每十年就提升一个数量级,亚微米及纳米加工不断升级等等,不胜枚举。
  在此文结束之际,不妨再预报一类“渐变”(量变)跨度比较大的颇有兴味的新机床品种,即笔者从瑞典向国内引进技术的“Transflex”型机床。预计2009年在中国将以首先投产的新产品在市场上亮相,也是世界范围的第一次亮相。Transflex顾名思义包含Transferline(刚性传送生产线)和Flexible line(柔性生产线)两种涵义,实际的确如是,它具备了两者的基因,其原理是由多种动力头仍按生产线布局,但执行加工的出场先后或动作,由数控系统控制,而夹持工件则由悬挂式机械手执行。比较新奇的是:它的机械手在动力头上方,朝下夹持工件沿桥式导轨及垂直滑枕作三坐标移动和两个旋转坐标转动,这种机械手比传统的多关节机械手夹持工件刚性更好、精度更高,除了替代传送生产线的步进式传送机构(它的递送速度较慢、可调性较差)外,还具备步进传送机构所不具备的两个旋转坐标动作,机械手由数控系统指挥“喂送”工件(突出特点所在)到不同工位的动力头,与动力头上所装刀具动作配合,完成每道工序。显而易见,这种Transflex机床结构紧凑,占地面积小,节省辅助时间,排屑方便,可适应加工部位更为复杂的工件,是一类值得关注的机床“另类”。
  选自《电加工与模具》2009年第3期

扫二维码用手机看

网站简介 | 联系方式 | 版权声明 | 邮箱登陆
地址:江苏省苏州市高新区金山路180号  邮编:215011  电话:0512-67274541
版权所有:苏州电加工机床研究所有限公司  苏ICP备05033205号