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我国装备制造业的四大质变分析

    数控机床的出现标示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50余年,其中包括走向成熟的30年和走向大规模应用的20年,特别是近几年,陆续出现的机床智能化功能的进一步增添,标志着机床技术在发展道路上的质变。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、和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机床功能特性的,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智能主轴振动控制、智能热屏障、智能防撞屏障、语言提示;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,机床这种生产工具智能化的功能会越来越高级,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。



    加工方法逆向思维的突破



    快速成型(Rapidprototyping)技术是近二十年来出现的一种加工方法,是加工方法逆向思维的重大突破,是加工原理的巨大变革,与一直沿用至今的传统“去除材料”(切削、冲剪、切割、磨削)的方法根本不同,快速成型技术实际上是反其道而行之的以“材料堆积成型”或称之为“材料累加”方法、“增材制造方法”来达到制造工件原型的一种方法。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)等方法来实现原型零件造型,用以加速考核零件设计的正确性与可行性,大大缩短整机开发生产周期,除了应用于制造机械零件原型、型砂制芯,甚至也进入立体艺术品型体塑形和人体医学仿生件(如骨关节)制造等相关领域。这是计算机科学、新材料科学、新能源科学综合集成发展的最新产物。



我国在这个领域中,有华中科技大学、清华大学、西安交通大学、同济大学、中科院及上海联泰、北京瑞科达、武汉滨湖机电技术产业有限公司等国有和民营科研单位及企业积极投入。所开发的产品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。



    机床结构出现革命性变革



    近二十年来世界机床设计出现了革命性的变革,一种“并联结构”机床出现了,“并联结构”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线方向运动和绕这三个坐标转动依次串联叠加起来,形成所需刀具的相对运动轨迹的机床结构,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(包括精度保证及运动效率)更好等一系列主要优点。



    二十年来,世界范围内大约有十几个国家二十多个团队在从事这方面的研发,其中瑞典TRICEPT公司己供应商品四百余台,广泛应用于空客、波音及通用汽车公司和卡特彼勒大型工程机械厂,另外若干团队都曾经分别展出试制品,近几年虽然缺少进一步报导,但并未停步。据作者与其中某些团队(例如日本丰田工机、大隈、德国Index)接触,他们仍在加快攻关,努力提高性能中,我国机床工具业也有五、六个产学研结合体在进行这方面研发工作,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。



    在最近一次北京举办的中国数控机床展览会(CCMT2008)上,哈尔滨量具刃具集团数控设备厂展出了一种具有新的突破意义的并联结构机床品种LINKS-EXE700,它是由瑞典原TRICEPT发明人新创办的EXCHON新开发的,哈量集团是作为在中国独家引进此项技术进行生产,并继续合作开拓应用领域的企业,新开发的LINKS-EXE700并联结构机床其特点是结构进一步简化,加工范围增大,动作快速,刚性和精度显着提高,五轴联动数控编程进一步改进便于掌握。



 

(来源:国际模具网)