新时代机床制造技术的创新与应用

来源：塑胶五金网发布时间：2014-05-13 08:59:37点击率：

　　21世纪，人类正式进入了第三次工业革命时代。作为现代先进制造业的重要一员，机床制造业同样与时俱进，发生着日新月异的变化。

　　能源与通信交汇爆发工业革命

　　继蒸汽机诞生与廉价报纸发行进行交汇的次工业革命，以及电话、电报的发明与电力工业引发交汇的第二次工业革命之后，互联网计算机通信技术与新能源的交汇引发了第三次工业革命。这场革命是从21世纪初开始，首先由德国引发，预计从目前开始，还有25-35年的储备期，届时崭新一轮蜂拥而至的工业革命将会不断蓬勃而出。

　　我们不难发现，大量资源被消耗;石油开采跟不上中、印等发展中国家的需求;废气及烟尘排放所造成的空气污染;废水及有害物质排放所造成的江河湖海水质污染;无节制的城镇化，农田占用、森林砍伐等因素造成的生态环境破坏;以及劳动力成本不断上升等等，都是爆发第三次工业革命的缘由。

　　第三次工业革命对机床制造技术的影响

　　受第三次工业革命带来的影响，机床制造技术相继注重节能、环保、绿色等方面的研发，而高效、高速、高精度等始终是机床工业所追求的目标。这些精华的汇集，谱写出了机床革命的前奏。我们不妨将这些成果集中加以梳理一下。

　　机床的结构创新

　　并联机床的发明

　　上世纪末美国G&L公司在芝加哥国际机床展上，亮相了并联机床的雏形，那是六条腿的测量平台，由此机床从传统的C型传动链结构向并联运动发展变成一种趋势。

　　所谓并联机床，就是以空间并联机构为基础，以数控软件代替部分硬件、以电子装置及元器件代替部分机械装置，并通过改变桁架杆的长度及移动支点位置，来迅速实现刀具与工件的相对位置变动，从而打破了传统机床以直角坐标系为基础的串联运动学原理。

　　并联机床因其刚性差等弱点，正朝串并联相结合方向发展，中国清华大学、哈量、长征机床等单位在这方面的研发居国际地位。

　　倒置立车的发明

　　德国EMAG公司继而发明的倒置立车，特别适宜于对轻型回转体零件的大批量加工。随即，倒立加工中心、倒立复合加工中心及倒立焊接机床等新颖机种应运而生。

　　加工工艺的创新

　　复合加工

　　复合加工机床与技术毋庸置疑是大规模工件加工厂商的福星，这是因为工艺的集成使工件中间闲置时间大为减少，所以在生产全过程中节拍时间相较传统设备得以显著缩短;可节省购置多台机床的固定资产投入;减少了仓库使用面积，降低仓储费用;缩短换装时间。

　　上世纪90年代中期，奥地利WFL发明了车铣复合加工中心。而日本MAZAK公司则认为Done In One 是数控机床发展的方向，也就是在一台机床上能完成所有工序加工。

　　激光加工

　　伴随着激光切削与激光成型技术的不断发展，DMG公司的DML40 SL，可以把CAD图纸直接输入加工。三个直线轴、两个偏转镜回转轴和一个聚焦轴。激光束以小于200的角度范围射入工件表面，进行加工。

　　而激光脉动方式YAG，激光功率100W，激光束直径Φ0.04~0.1mm，金属切除率为25mm3/min。

　　超声波振动加工

　　由工业金刚石颗粒制成的特殊铣刀、钻头或砂轮，通过20,000次/s的超声波振动高频敲击，对超硬材料进行精密加工。

　　机床主轴转速6,000r/min，驱动功率10kW，主轴高频振动功率1.5kW。

　　水切割

　　水刀就是将普通水经过一个超高压加压器，加压至380Mpa(55,000psi)或更高压力，然后通过一个细小的喷嘴(其直径为Φ0.01-Φ0.04mm)，可产生一道速度为915m/s(约音速的3倍)的水箭，来进行切割。水刀分为两种类型：纯水水刀及加砂水刀。

　　柔性制造(FMS)

　　对FMS的剖析，应该偏重于总控系统、运输小车、交换托盘库以及清洗机等，机床(主要是卧加)只是加工零件的单元之一。因为由机器人学演绎和发展而来的FMS，主要功能不仅要考验加工单元的自适应能力，更要照顾到工作站周围移动物体能力及响应遥感数据的能力等等。

　　智能制造

　　智能化是先进制造技术的重要组成部分之一，它集信息技术、光电技术、通信技术、传感技术等为一体，推动着机床制造的不断进步。MAZAK、OKUMA等日本公司，在这方面的研发己取得多项专利。作为系统供应商，德国海德汉公司在他们的软件中，有集成的自适应进给控制功能(AFC：Adaptive Feed Control)、自动校准和优化机床精度(KinematicOpt)及智能颤纹控制(：Active Chatter Control)等供用户选择。

　　当今机床一般均装有热变形控制系统，以保证机床的稳定工作精度。像日本安田公司，他们开发的高精度卧式坐标加工中心，就带有“机体温度控制装置”，至于防撞功能则更是千变万化、层出不穷。

　　瑞士GF阿奇夏米尔集团智能加工，一切都是围绕提高工艺水平所进行的。他们的米克朗系列智能加工模块可以帮助用户控制铣削工艺，以获得更高的性能、更高的质量和安全性。

　　微纳制造

　　上海机床厂有限公司自主创新研发的纳米磨床，主要应用于超硬脆性、超硬合金、模具钢、无电解镀层镍等材料的微小机电光学零部件的纳米级精度磨削加工。加工范围：非球曲面口径<φ10mm，定位精度≦0.1μm(100nm)，重复定位精度≦0.05μm(50nm)，表面粗糙度Ra<0.01μm(10nm)，具备在线测量补偿加工、砂轮在机修整和在线修锐功能。

　　两个革命性的举措

　　3D打印

　　3D打印在第三次工业革命中应运而生，是一种制造业的新颖加工方式。增材制造能加工出高精度、复杂型面的金属与非金属零件。这种精密加工方式能避免刀具干涉，并能加工激光束被遮挡的照射部位。

　　3D打印技术有很多种，大致有激光粉末成型法、熔融塑料成型法、光敏树脂成型法等几种，技术原理是无论何种成型法，都是采取原料加层方法形成3D物体，每次打印一层材料只有0.1-0.2mm厚，与二维打印机相比，3D打印机多了一维，即Z轴，通过X-Y-Z轴的运动，将原料逐层堆积而成，如熔融塑料成型法，喷嘴喷出熔融的塑料丝，承物平台作三维运动，即可堆积出3D实物(等于一层层粘上去)。

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