機床行業(yè)：30年四大質(zhì)變

近日中國機床工具工業(yè)協(xié)會名譽理事長梁訓瑄在中國工業(yè)報演講時表示。梁訓瑄認為，世界機械加工的技術演變，屬于“質(zhì)變”性質(zhì)的至少有四大方面，而其他技術進步大多屬于“量變”。而所謂“質(zhì)變”是指：在創(chuàng)新思維與傳統(tǒng)“量變”上的根本區(qū)別；所依托的物質(zhì)載體與常規(guī)相比在原理上的本質(zhì)差異；在人類生產(chǎn)活動中所形成的效益與影響程度的深淺。

    他說，“關心我國機械加工領域的技術進步，勢必要聯(lián)系世界范圍內(nèi)的發(fā)展，因為技術與科學是沒有國界的，并且是相互促進的。近30年來世界制造技術與裝備領域四大質(zhì)變，我國都一直積極參與，并做出了重要推動與貢獻，有的方面甚至已進入了世界前列。而這四大質(zhì)變其根本來源于，制造工具的變化———機床?！?

    智能型生產(chǎn)工具出現(xiàn)

    最近，在國家有關部門一次高層“戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)選擇”座談會上，梁訓瑄提出一個觀點，“機床作為生產(chǎn)工具具備智能特性是人類生產(chǎn)工具具有劃時代意義的發(fā)展，人類正在迎接一個智能型生產(chǎn)工具時代的到來”。

    梁訓瑄對此觀點解釋說，數(shù)控機床的出現(xiàn)標志著機床向智能化發(fā)展開始萌芽?；厮輽C床的發(fā)展歷史，從1952年第一臺數(shù)控機床出現(xiàn)至今的50多年來，其中包括走向成熟的30年和走向大規(guī)模應用的20年，特別是近幾年，陸續(xù)出現(xiàn)的機床智能化功能的進一步增添，標志著機床技術在發(fā)展道路上的質(zhì)變。

    最近幾年，日本的山崎馬扎克公司陸續(xù)開發(fā)了智能主軸振動控制、智能熱屏障、智能防撞屏障、語言提示；日本大隈公司開發(fā)了“thinc智能數(shù)字控制系統(tǒng)”等。說明隨著技術的發(fā)展，機床這種生產(chǎn)工具智能化的功能會越來越高級，越來越增多。人類智能型生產(chǎn)工具的發(fā)展方興未艾，前景光明。

    加工方法逆向思維的突破

    快速成型技術是近20年來出現(xiàn)的一種加工方法，是加工方法逆向思維的重大突破，是加工原理的巨大變革。

    與一直沿用至今的傳統(tǒng)“去除材料”的方法根本不同，快速成型技術實際上是反其道而行之的以“材料堆積成型”或稱之為“材料累加”方法、“增材制造方法”來達到制造工件原型的一種方法。

    快速成型技術是采用復合紙、高聚物質(zhì)、金屬粉末、高溫合金、復合陶瓷、鑄造型砂等作為加工原材料；利用電熱、激光束、電子束作為能量源，按分層實體制造（LOM）；熔融沉積成型（FDM）、紫外線激光固化（SLA）、激光區(qū)域燒結(jié)（SLS）等方法來實現(xiàn)原型零件造型，用于快速考核零件設計的正確性與可行性，大大縮短整機開發(fā)生產(chǎn)周期。除了應用于制造機械零件原型、型砂制芯，甚至也進入立體藝術品型體塑形和人體醫(yī)學仿生件（如骨關節(jié)）制造等相關領域。這是計算機科學、新材料科學、新能源科學綜合集成發(fā)展的最新產(chǎn)物。

    在這個領域中，我國有華中科技大學、清華大學、西安交通大學、同濟大學、中科院及上海聯(lián)泰、北京瑞科達、武漢濱湖機電技術產(chǎn)業(yè)有限公司等國有和民營科研單位及企業(yè)積極投入。所開發(fā)的產(chǎn)品已進入世界先進水平行列，投入市場的產(chǎn)品更是品種繁多，年產(chǎn)幾百臺，技術已出口新加坡。

機床結(jié)構(gòu)的變革

    近20年來，一種“并聯(lián)結(jié)構(gòu)”機床的出現(xiàn)使得世界機床設計發(fā)生了革命性的變革?！安⒙?lián)結(jié)構(gòu)”完全不同于所有傳統(tǒng)機床結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)機床結(jié)構(gòu)均可歸結(jié)為串聯(lián)結(jié)構(gòu)，其所有的結(jié)構(gòu)幾何精度誤差、力的傳遞和剛度的損失，都會形成串聯(lián)累積而成為致命的薄弱環(huán)節(jié)。

    而并聯(lián)結(jié)構(gòu)機床，是通過多桿結(jié)構(gòu)在空間同時運動來移動主軸頭實現(xiàn)加工動作，與串聯(lián)結(jié)構(gòu)相比，并聯(lián)結(jié)構(gòu)具有更為簡化、剛度更高、動態(tài)性能更好等一系列主要優(yōu)點。

    20年來，世界范圍內(nèi)大約有十幾個國家20多個團隊在從事這方面的研發(fā)，其中瑞典TRICEPT公司已供應商品400余臺，廣泛應用于空客、波音及通用汽車公司和卡特彼勒大型工程機械企業(yè)，另外還有若干團隊都曾經(jīng)分別展出過試制品。

    雖然近幾年來有關并聯(lián)結(jié)構(gòu)機床的報道有所減少，但并聯(lián)結(jié)構(gòu)機床的發(fā)展并未停步。據(jù)梁訓瑄講，他與如日本豐田工機、大隈、德國Index等從事并聯(lián)機床研發(fā)的某些團隊接觸了解到，這些具有一定技術實力的國外研發(fā)機構(gòu)與企業(yè)仍在加快并聯(lián)結(jié)構(gòu)機床的攻關，努力提高其性能。

    梁訓瑄表示，我國機床工具行業(yè)也有五六個產(chǎn)學研結(jié)合體在進行這方面研發(fā)工作，其中哈爾濱量具刃具集團與哈爾濱工業(yè)大學合作研發(fā)的并聯(lián)結(jié)構(gòu)品種（六桿結(jié)構(gòu)）已批量生產(chǎn)5臺，成功應用于哈爾濱汽輪機廠葉片加工生產(chǎn)線中；齊齊哈爾第二機床集團與清華大學合作開發(fā)的龍門式“混聯(lián)”結(jié)構(gòu)（即串聯(lián)與并聯(lián)混合）機床，是我國獨立構(gòu)思的品種，已成功用于哈爾濱電機廠的大型水電站設備制造中。

    工具概念的變異

    傳統(tǒng)的機械加工工藝體系一般是由機床—工具—（夾具）—工件組成，而工具環(huán)節(jié)按傳統(tǒng)的分類無非是車刀、銑刀、鏜刀、鉆頭、拉刀、砂輪、沖模、壓模之類。而所有這些工具無非都是具有一定硬度的實體，如高速鋼、工具鋼、硬質(zhì)合金、立方氮化硼、單晶及聚晶金剛石、陶瓷等材料制成的工具。

    后來氧炔高溫切割方法出現(xiàn)了，緊接著電能源的放電加工方法、電化學加工、激光加工方法、電子束加工法、離子注入法、光刻法等也陸續(xù)出現(xiàn)，直到近年，屬于“冷能源”、“軟介質(zhì)”的高壓水射流（俗稱“水刀”）加工方法以嶄新姿態(tài)登場，配合多坐標數(shù)控技術，大大縮短了汽車工業(yè)新產(chǎn)品的試制周期。目前，我國已有南京水刀有限公司和南京工藝裝備制造有限公司等向市場提供產(chǎn)品。