【文章內(nèi)容簡介】 源裝備的大型化及航空航天事業(yè)等的發(fā)展，需要重型立式臥式加工中心和銑車中心。超精密加工技術(shù)和微納米技術(shù)是 21 世紀(jì)的戰(zhàn)略高技術(shù)，正在形成一個(gè)產(chǎn)業(yè)。需發(fā)展能適應(yīng)微小型尺寸結(jié)構(gòu)和微納米加工精度的新型制造工藝和裝備。航空航天、IT 和國防高新技術(shù)的需求推進(jìn)了超精加工技術(shù)及設(shè)備的發(fā)展。上世紀(jì) 60 年代，美國開發(fā)出第一臺(tái)商品化超精密機(jī)床，其加工尺寸精度為177。；70 年代英國克蘭菲爾德精密工程研究所批量生產(chǎn)的超精密車床加工的面形精度優(yōu)于 ；80 年代美國 LLL 實(shí)驗(yàn)室和 Y12 工廠合作生產(chǎn)的大型超精密金剛石車床的加工平面形度達(dá) ，最大加工直徑為 2100mm。加12 / 31工技術(shù)總的發(fā)展趨勢(shì)是：加工精度不斷提高，加工尺寸不斷增加，加工方法多樣化。由于晶片和光學(xué)鏡片等硬脆材料加工的需要，超精密磨削和研拋以及非機(jī)械能的特種加工方法使加工精度可優(yōu)于 。 信息交互網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化，主要指數(shù)控系統(tǒng)與外部的其它控制系統(tǒng)或上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接和網(wǎng)絡(luò)控制。數(shù)控系統(tǒng)一般首先面向生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和企業(yè)內(nèi)部的局域網(wǎng)，然后再經(jīng)由因特網(wǎng)通向企業(yè)外部，這就是所謂 Inter/ Intra 技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)化是 21 世紀(jì)數(shù)控機(jī)床的必備之一，這種功能將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)和制造企業(yè)對(duì)信息集成的需求，使得企業(yè)和企業(yè)之間也可以進(jìn)行跨地域的協(xié)同設(shè)計(jì)、協(xié)同制造、信息共享、遠(yuǎn)程監(jiān)控及遠(yuǎn)程服務(wù)，并且極大地便利企業(yè)的供銷和售后服務(wù)。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟和發(fā)展，最近業(yè)界又提出了數(shù)字制造的概念。數(shù)字制造，又稱“e 一制造”，是機(jī)械制造企業(yè)現(xiàn)代化的標(biāo)志之一，也是國際先進(jìn)機(jī)床制造商當(dāng)今標(biāo)準(zhǔn)配置的供貨方式。隨著信息化技術(shù)的大量采用，越來越多的國內(nèi)用戶在進(jìn)口數(shù)控機(jī)床時(shí)要求具有遠(yuǎn)程通訊服務(wù)等功能。高速、高效的網(wǎng)絡(luò)信息傳輸，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床狀態(tài)的遠(yuǎn)程診斷。管理人員可以隨時(shí)了解由數(shù)控機(jī)床組成的生成系統(tǒng)中任何一臺(tái)數(shù)控機(jī)床的狀態(tài)，掌握生成過程的實(shí)際進(jìn)度。通過網(wǎng)絡(luò)傳送的生產(chǎn)過程信息構(gòu)成了柔性自動(dòng)化生產(chǎn)的基礎(chǔ)。柔性自動(dòng)化技術(shù)是先進(jìn)制造領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)，目前世界各國都在積極進(jìn)行這方面的研究，以期提高由數(shù)控機(jī)床組成的柔性自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠性及實(shí)用化程度，并以聯(lián)網(wǎng)和集成作為主要研究目標(biāo)。對(duì)于面臨激烈競(jìng)爭的企業(yè)來說，使數(shù)控機(jī)床具有雙向、高速的聯(lián)網(wǎng)通訊功能，以保證信息流在車間各個(gè)部門間暢通無阻是非常重要的。既可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享，又能實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的遠(yuǎn)程監(jiān)視、控制、培訓(xùn)、教學(xué)、管理，還可實(shí)現(xiàn)數(shù)控裝備的數(shù)字化服務(wù)(數(shù)控機(jī)床故障的遠(yuǎn)程診斷、維護(hù)等)。例如，日本Mazak 公司推出新一代的加工中心配備了一個(gè)稱為信息塔(eTower)的外部設(shè)備，包括計(jì)算機(jī)、手機(jī)、機(jī)外和機(jī)內(nèi)攝像頭等，能夠?qū)崿F(xiàn)語音、圖形、視像和文本的通信故障報(bào)警顯示、在線幫助排除故障等功能，是獨(dú)立的、自主管理的制造單元。數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)一步促進(jìn)了柔性自動(dòng)化制造技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代柔性制造系統(tǒng)從點(diǎn)(數(shù)控單機(jī)、加工中心和數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床)、線(FMC. FMS. FTL}13 / 31FML)向面(工段車間獨(dú)立制造島、FA)、體(CIMS、分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng))的方向發(fā)展。柔性自動(dòng)化技術(shù)以易于聯(lián)網(wǎng)和集成為目標(biāo)，同時(shí)注重加強(qiáng)單元技術(shù)的開拓、完善，數(shù)控機(jī)床及其構(gòu)成柔性制造系統(tǒng)能方便地與 CAD, CAM. CAPP. MTS 聯(lián)結(jié)，向信息集成方向發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)向開放、集成和智能化方向發(fā)展。 功能部件為了提高數(shù)控機(jī)床各方面的性能，具有高精度和高可靠性的新型功能部件的應(yīng)用成為必然。具有代表性的新型功能部件包括：（1） 高頻電主軸：高頻電主軸是高頻電動(dòng)機(jī)與主軸部件的集成，具有體積小、轉(zhuǎn)速高、可無級(jí)調(diào)速等一系列優(yōu)點(diǎn)，在各種新型數(shù)控機(jī)床中已經(jīng)獲得廣泛的應(yīng)用；（2） 直線電動(dòng)機(jī)：近年來，直線電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用日益廣泛，雖然其價(jià)格高于傳統(tǒng)的伺服系統(tǒng)，但由于負(fù)載變化擾動(dòng)、熱變形補(bǔ)償、隔磁和防護(hù)等關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)得到簡化，機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能有了提高。如：西門子公司生產(chǎn)的 1FN1 系列三相交流永磁式同步直線電動(dòng)機(jī)已開始廣泛應(yīng)用于高速銑床、加工中心、磨床、并聯(lián)機(jī)床以及動(dòng)態(tài)性能和運(yùn)動(dòng)精度要求高的機(jī)床等；德國 EXCELLO 公司的 XHC 臥式加工中心三向驅(qū)動(dòng)均采用兩個(gè)直線電動(dòng)機(jī)；（3） 電滾珠絲桿：電滾珠絲桿是伺服電動(dòng)機(jī)與滾珠絲桿的集成，可以大大簡化數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)，具有傳動(dòng)環(huán)節(jié)少、結(jié)構(gòu)緊湊等一系列優(yōu)點(diǎn)。 高可靠性數(shù)控機(jī)床的價(jià)格較高，企業(yè)為縮短投資的回收周期，通常采用每天 2 班 16小時(shí)工作制。數(shù)控機(jī)床能否發(fā)揮高性能、高精度、高效率的特點(diǎn)，使企業(yè)獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益，關(guān)鍵取決于其可靠性。 衡量數(shù)控機(jī)床的可靠性的重要指標(biāo)是數(shù)控機(jī)床的平均無故障工作時(shí)間﹙小時(shí)﹚。數(shù)控機(jī)床由數(shù)控系統(tǒng)、強(qiáng)電控制系統(tǒng)和液壓傳動(dòng)等組合而成，其可靠性指標(biāo)要低于其中任何一個(gè)單個(gè)系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示數(shù)控機(jī)床的平均無故障工作時(shí)間通常比數(shù)控系統(tǒng)要低一個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，提高數(shù)控機(jī)床的可靠性，關(guān)鍵在于提高組成數(shù)控機(jī)床的各個(gè)系統(tǒng)的可靠性，特別是數(shù)控系統(tǒng)的可靠性。數(shù)控機(jī)床與傳統(tǒng)機(jī)床相比，增加了數(shù)控系統(tǒng)和相應(yīng)的監(jiān)控裝置等，應(yīng)用了大量的電氣、液壓和機(jī)電裝置，易于導(dǎo)致出現(xiàn)失效的概率增大；工業(yè)電網(wǎng)電壓14 / 31的波動(dòng)和干擾對(duì)數(shù)控機(jī)床的可靠性極為不利，而數(shù)控機(jī)床加工的零件型面較為復(fù)雜，加工周期長，要求平均無故障時(shí)間在 2 萬小時(shí)以上。為了保證數(shù)控機(jī)床有高的可靠性，就要精心設(shè)計(jì)系統(tǒng)、嚴(yán)格制造和明確可靠性目標(biāo)以及通過維修分析故障模式并找出薄弱環(huán)節(jié)。國外數(shù)控系統(tǒng)平均無故障時(shí)間在 7～10 萬小時(shí)以上，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)平均無故障時(shí)間僅為 10000 小時(shí)左右，國外整機(jī)平均無故障工作時(shí)間達(dá) 800 小時(shí)以上，而國內(nèi)最高只有 300 小時(shí)。數(shù)控系統(tǒng)的可靠性近年來由了長足的發(fā)展，在 20 世紀(jì) 70 年代平均無故障工作時(shí)間大于 3000 小時(shí)，80 年代大于 10000 小時(shí)，90 年代已經(jīng)提高到 30000小時(shí)以上，并且有繼續(xù)提高的趨勢(shì)，有資料顯示 FANUC 數(shù)控系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到 125 個(gè)月。 多媒體技術(shù)的應(yīng)用多媒體技術(shù)集計(jì)算機(jī)、聲像和通信技術(shù)于一體，使計(jì)算機(jī)具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力，因此也對(duì)用戶界面提出了圖形化的要求。合理的人性化的用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶的使用，人們可以通過窗口和菜單進(jìn)行操作，便于藍(lán)圖編程和快速編程、三維彩色立體動(dòng)態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動(dòng)態(tài)跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實(shí)現(xiàn)。除此以外，在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用多媒體技術(shù)可以做到信息處理綜合化、智能化，應(yīng)用于實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的故障診斷、生產(chǎn)過程參數(shù)監(jiān)測(cè)等，因此有著重大的應(yīng)用價(jià)值。數(shù)控化改造的必要性。15 / 31第 3 章 我國數(shù)控機(jī)床發(fā)展現(xiàn)狀及思考當(dāng)今世界，工業(yè)發(fā)達(dá)國家對(duì)機(jī)床工業(yè)高度重視，競(jìng)相發(fā)展機(jī)電一體化、高精、高效、高自動(dòng)化先進(jìn)機(jī)床，以加速工業(yè)和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。長期以來，歐、美、亞在國際市場(chǎng)上相互展開激烈競(jìng)爭，已形成一條無形戰(zhàn)線，特別是隨微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)控機(jī)床在 20 世紀(jì) 80 年代以後加速發(fā)展，各方用戶提出更多需求，早已成為四大國際機(jī)床展上各國機(jī)床制造商競(jìng)相展示先進(jìn)技術(shù)、爭奪用戶、擴(kuò)大市場(chǎng)的焦點(diǎn)。中國加入 WTO 后，正式參與世界市場(chǎng)激烈競(jìng)爭，今後如何加強(qiáng)機(jī)床工業(yè)實(shí)力、加速數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展，實(shí)是緊迫而又艱巨的任務(wù)。我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展起步于二十世紀(jì)五十年代，通過“六五”期間引進(jìn)數(shù)控技術(shù)，“七五”期間組織消化吸收“科技攻關(guān)”，我國數(shù)控技術(shù)和數(shù)控產(chǎn)業(yè)取得了相當(dāng)大的成績。特別是最近幾年，我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，1998～2022年國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量和消費(fèi)量的年平均增長率分別為 %%。盡管如此，進(jìn)口機(jī)床的發(fā)展勢(shì)頭依然強(qiáng)勁，從 2022 年開始，中國連續(xù)三年成為世界機(jī)床消費(fèi)第一大國、機(jī)床進(jìn)口第一大國，2022 年中國機(jī)床主機(jī)消費(fèi)高達(dá) 億美元，但進(jìn)出口逆差重，國產(chǎn)機(jī)床市場(chǎng)占有率連年下降，1999 年是 %，2022 年僅占 %。 我們應(yīng)看清形勢(shì)，充分認(rèn)識(shí)國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的不足，努力發(fā)展先進(jìn)技術(shù)，加16 / 31大技術(shù)創(chuàng)新與培訓(xùn)服務(wù)力度，以縮短與發(fā)達(dá)國家之間的差距。 國內(nèi)數(shù)控機(jī)床行業(yè)近年取得的成績我國的數(shù)控機(jī)床無論從產(chǎn)品種類、技術(shù)水平、質(zhì)量和產(chǎn)量上都取得了很大的發(fā)展，在一些關(guān)鍵技術(shù)方面也取得了重大突破。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國可供市場(chǎng)的數(shù)控機(jī)床有 1500 種，幾乎覆蓋了整個(gè)金屬切削機(jī)床的品種類別和主要的鍛壓機(jī)械。領(lǐng)域之廣，可與日本、德國、美國并駕齊驅(qū)。這標(biāo)志著國內(nèi)數(shù)控機(jī)床已進(jìn)入快速發(fā)展的時(shí)期。近年來我國機(jī)床行業(yè)不斷承擔(dān)為國家重點(diǎn)工程和國防軍工建設(shè)提供高水平數(shù)控設(shè)備的任務(wù)。如國產(chǎn) XNZD2415 型數(shù)控龍門混聯(lián)機(jī)床充分吸取并聯(lián)機(jī)床的配置靈活與多樣性和傳統(tǒng)機(jī)床加工范圍大的優(yōu)點(diǎn)，通過兩自由度平行四邊形并聯(lián)機(jī)構(gòu)形成基礎(chǔ)龍門，在并聯(lián)平臺(tái)上附加兩自由度串聯(lián)結(jié)構(gòu)的 A、C 軸擺角銑頭，配以工作臺(tái)的縱向移動(dòng)，可完成五自由度的運(yùn)動(dòng)。該構(gòu)型為國際首創(chuàng)?；?RT一 Linux 開發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)具有的實(shí)時(shí)性和可靠性，能在同一網(wǎng)絡(luò)中與多臺(tái) PLC相連接，可控制機(jī)床的五軸聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話。該機(jī)床的作業(yè)空間，A 軸轉(zhuǎn)角177。1050,C 軸連續(xù)轉(zhuǎn)角 0 一 4000，主軸轉(zhuǎn)速(無級(jí))最高 10000r/min，重復(fù)定位精度177。，可實(shí)現(xiàn)三維立體曲面如水輪機(jī)葉片，導(dǎo)葉的五軸聯(lián)動(dòng)高速切削加工。超精密球面車床為陀螺儀的加工提供了基礎(chǔ)設(shè)備，這類車床也可用于透鏡模具、照相機(jī)塑料鏡片、條型碼閱讀設(shè)備、激光加工機(jī)光路系統(tǒng)用聚焦反射鏡等產(chǎn)品的加工。高速五軸龍門銑床采用銑頭內(nèi)油霧潤滑冷卻、橫梁預(yù)應(yīng)力反變形控制等技術(shù)。這類銑床可用于航空、航天、造船、水泵葉片、高檔模具等的加工。SSCKZ80 一 5 型五軸車銑復(fù)合加工中心可滿足航天、航空、船舶及鐵路運(yùn)輸業(yè)對(duì)高精度、高剛度、形狀復(fù)雜的大型回轉(zhuǎn)體零件加工的要求，如飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)主軸、起落架的加工，船舶發(fā)動(dòng)機(jī)活塞、增壓器蝸桿差速換向器及螺旋葉片的加工等。TW250 型高速、高效車削中心采取雙主軸對(duì)置結(jié)構(gòu)，兩個(gè)刀架分別位于主軸軸線上下方，控制軸數(shù) 8 個(gè)，可實(shí)現(xiàn) 4 軸聯(lián)動(dòng)。裝有 12 位伺服驅(qū)動(dòng)雙向動(dòng)力刀臺(tái)的上下刀架可對(duì)任一主軸進(jìn)行 2 軸或 4 軸加工。該機(jī)床采用模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)，可根據(jù)用戶的不同要求派生為雙刀架雙主軸、單刀架雙主軸、雙刀架單主17 / 31軸、等車削中心或數(shù)控車床。XKAE2720 型橋式定梁龍門加工中心可滿足航空、航天、軍工、機(jī)車車輛、模具、印刷機(jī)械等行業(yè)的需求。MJ 一 860DT 型雙刀架四軸對(duì)置式數(shù)控車床是一種大規(guī)格、重載荷、高剛度、多軸控制的數(shù)控車床，適合兵器、航天航空制造業(yè)對(duì)大型工件(如高強(qiáng)度耐熱鈦鎳合金鋼類零件)進(jìn)行中低轉(zhuǎn)速下的強(qiáng)力切削，也適宜冶金、機(jī)車、造紙機(jī)械等行業(yè)對(duì)大型工件特別是長軸類零件進(jìn)行高效、強(qiáng)力車削時(shí)采用。TK68125A 型落地式數(shù)控鏜銑床可廣泛適用于大中型柴油機(jī)、工程機(jī)械、汽車、船舶、航天航空工業(yè)的大中型復(fù)雜結(jié)構(gòu)件加工，特別適用于對(duì)具有空間曲面的復(fù)雜零件高速、高效加工。TK6913B 型落地式數(shù)控鏜銑床在高剛度方滑枕、數(shù)控可移動(dòng)主軸組件、數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、數(shù)控平旋盤、大型鏈?zhǔn)降稁?、模塊化開發(fā)等方面形成了自己的核心技術(shù)。陜西漢江機(jī)床有限公司把為數(shù)控機(jī)床配套的高精度滾珠絲杠副和滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副作為主攻方向，2022 年共生產(chǎn)滾珠絲杠副 5 萬套，滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副 2 萬套，其中為數(shù)控機(jī)床配套的高精度產(chǎn)品占產(chǎn)銷量的 80%以上。煙臺(tái)環(huán)球機(jī)床附件有限公司利用企業(yè)改制的強(qiáng)勁動(dòng)力，全面實(shí)施產(chǎn)業(yè)化戰(zhàn)略，促進(jìn)了企業(yè)發(fā)展。2022 年數(shù)控機(jī)床功能部件產(chǎn)品銷售收入達(dá) 4000 多萬元。與 2022 年相比，數(shù)控刀架產(chǎn)量增長 %，數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)、數(shù)控分度頭產(chǎn)量增長 %。洛陽軸研科技股份有限公司已開發(fā)生產(chǎn) 8 大類、13 個(gè)系列、160 多種電主軸及主軸單元。2022 年實(shí)現(xiàn)了用國產(chǎn)驅(qū)動(dòng)裝置配套國產(chǎn)電主軸，高度的國產(chǎn)化降低了產(chǎn)品生產(chǎn)成本，從而提高了主機(jī)廠的競(jìng)爭能力。2022 年底，在越南 Lilim。公司組織的數(shù)控機(jī)床國際競(jìng)標(biāo)中，武漢重型機(jī)床集團(tuán)擊敗了德國、羅馬尼亞等競(jìng)爭對(duì)手，拿下一臺(tái)加工直徑達(dá)￠8m 的數(shù)控雙柱重型立車訂單，創(chuàng)我國大規(guī)格