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当前数控机床发展的两大趋势

 由中国机床总公司主办的第十二届中国国际机床工具展览会即将举行。我谨代表北京机床研究所对此次盛会的举行表示热烈的祝贺。我相信在本次展览会上将会涌现出更多的先进数控装备,为我国制造业的发展提供强大动力。机床制造技术经过近十多年的发展,产生了很多不同结构的机床,但从发展趋势看,主要表现为两大趋势:

  一、机床加工的尺度特征向极端方向发展

  现代数控机床的加工精度始终是衡量机床技术发展水平的重要指标。体现加工精度的效果如今已经不局限于尺寸精度、形状精度以及表面粗糙度等方面,更体现在微结构的加工技术方面。一方面,局部加工的形状尺度特征向精微方向发展,另一方面加工的整体形状向大尺寸方向发展。

  在科技创新的驱动下,大量带有微结构的零件加工是当前精密机床发展面临的重要任务。微结构零件的应用非常广泛,比如太阳能发电元件、手机导光板、液晶显示器增亮膜、高速公路显示板、复眼透镜、衍射光栅、传感器元件、二元光学元件、微型透镜等。微结构的出现使机床的加工进入新的领域。

  微结构的出现对机床加工提出了新挑战,机床的运动精度、运动的平滑性、阻尼特性都有新的要求,此外加工工艺、机床刀具、机床附件也都要发生新的变化。新的光学加工技术,如快刀伺服(FTS)、刨削加工、凿削加工、确定性磨削等在微加工技术发展中产生。用于加工大型圆柱面、圆端面、平面的微结构机床成为市场竞争的产品。纳米压印复制工艺技术相应也得到发展应用。

  微结构尺寸的变化从几百微米到几微米不同,但微结构的加工表面的质量都在纳米级。带有微结构的整体零件的尺寸从毫米级到数米不同。

  在微结构的制造设备领域,日本、德国、美国发展迅速,出现了很多新机床产品。典型的公司包括:东芝机械、发那科、不二越、库格勒、Precitech、Nanotechnology等。

  值得一提的是微孔精密切削加工在此期间也得到了快速的发展,德国科恩公司的金字塔超精密机床,可以用同一把刀具在半导体陶瓷材料上加工上万个直径不超过0.1mm的微孔。

  二、机床设备的应用向满足智能制造要求发展

  当前,智能制造已经成为国际制造领域一种新的趋势。德国在2011年汉诺威博览会提出“第四次工业革命”(Industrie 4.0)以来,如今已经进入实施阶段。“第四次工业革命”的目标是工厂智能化Intelligente Fabrik(Smart Factory)。2013年美国以制造业回流为主题,开启智能时代的再工业化。日本在柔性制造的基础上,形成了当今比较成熟的智能化制造技术。中国目前制造业劳动力成本的不断上升,一些地区出现的“用工荒”也迫使制造企业向智能化方面转型。

  智能化制造技术的大趋势,要求机床必须适应其使用要求。从国际上智能制造技术的发展情况来看,最典型的应用特征是要求各种配置的高可靠性,作为智能制造最基本的组成部分,机床设备的可靠性成为最主要的考核指标。

  在智能制造技术可以看作是在前两代柔性制造技术基础上发展起来的技术。第一代柔性制造系统产生于八十年代,它的可靠性衡量特征是可连续24小时运行,第二代产生于九十年代,可连续72小时运行。当今的智能制造系统,它要求可以连续720小时运行。因此,能够长时间不间断高可靠性运行的机床设备成为另外一个发展趋势。

  智能制造的发展历程

  智能制造三代发展中,人力成本不断下降,智能化制造中人的参与很少,但机器人的复杂程度明显提升。第二代发展中,机器人只能从事固定路径的搬运,但第三代机器人不仅可以通过视觉传感器感知无序摆放的工件,通过判断做出不同路径的抓取动作,还可以感知装配过程的零件对中状态,并配合智能夹具代替过去只能由人才能完成的工作。

  智能制造同样对机床适应性的其它方面提出了要求,比如:能够配合带传感器及感知对位装配的机器人协同工作、能够远程通讯等。

  机床的发展趋势还有很多,比如多功能复合化趋势、可重构趋势、低能耗环保趋势等,不再这里介绍。

  上述两大趋势呈现了不同技术特色,第一大趋势主要的突出特色是技术的前沿性和创新性,重点体现技术的高精尖;第二大趋势主要特色是技术的成熟性、体现一个国家制造业的基础。这两大特色能够比较充分反映国家制造业的强大程度。

  两大主要趋势带给我们的挑战:

  我们首先要从层次分析的角度看待两大趋势,第一大趋势考验和衡量的是一个国家技术高低和有无的问题,如果缺乏第一大趋势所涉及的技术,一个国家就会面临垄断的威胁;第二大趋势考验和衡量的是一个国家制造基础强弱和好坏的问题,涉及的技术层面范围更广。

  面对第一大趋势对我们的挑战,我们必须发展以精度与尺度为特征的技术,研究开发尖端设备与工艺。欧盟委员会宣布的“地平线2020”(Horizon 2020)科研和创新计划中,其中三个主要目标之一“做产业界领袖”,其中重点发展领域是“纳米技术”,也正体现了这一发展的要求。在精密制造机床设备领域中,持之以恒地重视工作母机、超精密机床的发展,才能在国家的高技术领域占有一席之地。

  面对第二大趋势对我们的挑战,我们必须配套地解决制造领域的高可靠性等涉及产品质量性能的问题。智能化制造最大的特色是讲求集成,如果智能化制造的生产线元器件、部件的质量有问题,集成度越高,问题就越大。

  在可靠性的前提下,发展与制造设备一系列的配套单元技术产品才是出路。多种单元技术包括:机床技术、机器人技术、传感器技术、信息技术、物流技术等。

  智能化技术所需要的并行单元配套技术内涵结构如下:

  智能化高可靠性单元配套技术构成

  面临两大趋势的挑战,我们首先应该重视国内已有的基础:

  应该看到国内在应对这两个趋势的挑战方面都有一定的基础,例如:在机床技术与设备研发方面,北京机床研究所经过了将近60年的发展,在不同的时期,都产生过相关的技术产品。在80年代就产生了国际领先的超精密加工技术及机床,也产生了国内第一条柔性示范线,充分体现了中国人的开发能力。如今中国制造业的工业基础已经形成,不放弃基础才能更快取得成功。

  我们要做制造业的强国,只强调一种趋势是不够的,必须既抓住制造业尖端,同时又重视基础,发展方向才能正确。只有看清趋势,创新驱动,不仅做趋势的跟随者,更要做趋势的领跑者,我们国家的设备制造业才能真正做大做强。

  北京机床研究所正在努力对这两大发展趋势中的关键共性技术进行研讨,在此我真诚地邀请各位领导、同仁到机床所参观、访问、指导工作。

  最后,衷心祝福本次展览会取得圆满成功。


| 发布时间:2016.09.06    查看次数:
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