關心我國機械加工領域的技術進步，勢必要聯系世界范圍內的發展，因為技術與科學是沒有國界的，而且是相互促進的。從這個角度來觀察分析，世界機械加工的技術演變， 屬于“質變”性質的至少有四大方面，而其他屬于“量變”（或稱”漸變”）的，還可以列述更多。所謂“質變”是指：其一，創新思維與傳統的“量變”有根本的區別；其二，所依托的物質載體與常規的相比在原理上有本質的差異；其三，在人類的生產活動中所形成的效益與影響更為廣泛而深遠。, l, o( i- H% N) a* S, F
四大質變表現為：! H6 n7 d0 {& W2 u
: y, p: F# n9 s ?# p 一、人類智能型生產工具出現# y1 k% h; F2 t4 }
( X+ f* }/ B% ` 智能型生產工具的發展是近30年來的一個重要的發展動態。最近，在中南海中共中央政策研究室一次“戰略產業選擇”座談會上，我提出一個觀點：“機床作為生產工具具備智能特性是人類生產工具具有劃時代意義的發展，人類正在迎接一個智能型生產工具時代的到來”，得到了與會很多同志的贊同。馬克思在經典著作中論述人類歷史發展階段劃分時指出：歷史發展階段是以人類采用什么生產工具及相應的生產方法來劃分的，所以分成石器時代、鐵器時代等。推動歷史發展，生產工具的變革是最積極、最首要的因素。人類的生產工具由手動發展到具備動力，馬克思認為這是一次人類生產工具的大革命。這種具備動力的生產工具馬克思稱之為“工具機”（即機床），這一名稱在《資本論》巨著中出現過兩次。由于時代的局限性，馬克思沒有可能親身經歷和接觸到人類生產工具具備智能的這一變化。而當工具機（機床）具備數控控制功能后，人類的智能型生產工具的雛型才有可能出現，這是人類生產工具新的又一具有劃時代意義的發展。4 s) R" j4 a. o6 `; _3 ]& k
/ J7 p) [/ Z4 z0 J 數控機床的出現標示了機床向智能化發展的萌芽?；厮輽C床的發展歷史，從1952年第一臺數控機床出現至今50余年，其中包括走向成熟的30年和走向大規模應用的20年，特別是近幾年，機床智能化功能的進一步陸續增添，標志著機床技術在發展道路上的質變?？梢哉f，計算機控制技術、網絡技術、軟件功能的拓展為機床智能化提供了物質基礎。9 h& j# z2 g3 r) N
f% e, m/ {5 W5 `- l6 Y+ k6 X9 z6 c+ { 最近幾年，日本的山崎馬扎克公司陸續開發了智能主軸振動控制、智能熱屏障、智能防撞屏障、語言提示等功能；日本大隈公司開發了thinc智能數字控制系統等等。說明隨著技術的發展，機床這種生產工具智能化的功能會越來越高級，越來越增多。人類智能型生產工具的發展方興未艾，前景光明。
6 k9 I2 S/ e$ O
' g) y3 g: ]/ e 二、加工方法逆向思維的突破是機械加工領域重要質變之一
" A Z, }* W9 L/ Y2 J: ~
( J& f0 t( \0 E 快速成型（Rapid prototyping）技術是近20年來出現的一種加工方法，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“去除材料”（切削、沖剪、切割、磨削）的方法根本不同?？焖俪尚图夹g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（即將設計構思通過計算機二維或三維成像，計算機控制“材料添加”而快速制成實體）。采用復合紙、高聚物質、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），激光區域燒結（SLS）等方法來實現原型工件造型，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學仿生件（如骨關節）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展的最新產物。我國在這個領域中，有華中科技大學、清華大學、西安交通大學、同濟大學、中科院及上海聯泰、北京瑞科達、武漢濱湖機電技術產業有限公司等國有和民營科研單位及企業積極投入。所開發的產品已進入世界先進行列，投入市場的產品品種繁多，年產幾百臺，技術已出口新加坡。$ h& z6 n. L. k# I$ b( q
三、機床結構出現革命性變革! f: D% ?- F' }4 J
近20年來世界機床設計出了革命性的變革，一種“并聯結構”機床出現了，“并聯結構”完全不同于所有傳統機床結構，傳統機床結構是串聯結構，即是按笛卡爾坐標沿三個坐標線方向運動和繞這三個坐標轉動依次串聯疊加起來，形成所需刀具的相對運動軌跡的機床結構，其所有的結構幾何精度誤差、力的傳遞和剛度的損失，都會形成串聯累積而成為致命的薄弱環節。而并聯結構機床是通過多桿結構在空間同時運動來移動主軸頭實現加工動作，與串聯結構相比，并聯結構具有更為簡化、剛度更高、動態性能（包括精度保證及運動效率）更好等一系列主要優點。20年來，世界范圍內大約有十幾個國家20多個團隊在從事這方面的研發，其中瑞典TRICEPT公司己供應商品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廠。另外，若干團隊都曾經分別展出試制品，近幾年雖然缺少進一步報道，但并未停步。據作者與其中某些團隊并聯機床模型
( k5 y/ I$ S5 e8 } 因此，為了迅速擴大使用領域，除了供應“并聯結構通用性機床”產品外，還應當把“并聯結構制造廠”（如哈量）提供并聯結構部分與用戶行業裝備制造廠（如汽車、機車、工程機械、航空行業專業工藝裝備廠）提供不同類型基座或移動框架，以及和對開發專用裝備有意愿的機床廠結合起來，有針對性地擴大這類機床產品的銷售市場。1 t2 O/ f( o7 ]
四、工具概念的變異進一步開拓了人類的視野
' U2 h# r% e0 u! R 傳統的機械加工工藝體系一般是由機床－工具－（夾具）－工件組成，而工具環節按傳統的分類無非是車刀、銑刀、鏜刀、鉆頭、拉刀、砂輪、沖模、壓模之類。 9 D# @$ Q$ Y; E7 e0 j
而所有這些工具（又可稱之為執行加工功能的載體）無非都是具有一定硬度的實體，如高速鋼、工具鋼、硬質合金、立方氮化硼、鉆石等材料制成的工具（用來達到所謂以“硬”克“硬”）。后來氧炔高溫切割方法出現了，電能源的放電加工方法（電火花加工、線電極切割）、電化學加工方法、各種生活污水處理設備，無閥過濾器，環保配件價格優惠，焊管、冷卻器、油缸缸筒、液壓油缸、橡膠機械、橡塑機械、叉車、噴塑、汽車空調壓縮機、結晶器銅管總成、護欄、除塵設備、金剛石鉆頭、精密鋼管、無縫鋼管、土工格柵、橡塑保溫、接線端子、輸送機保護、防爆燈、液壓件、耐腐泵、拋丸機、油缸、液壓缸、活塞桿、點焊機、對焊機、保護膜、電腦剝線機、MBR膜生物反應器、電子包裝袋激光加工方法、電子束加工方法、離子注入法和電解加工方法陸續出現，直到近年，屬于“冷能源”、“軟介質”的高壓水射流（俗稱“水刀”）加工方法以嶄新姿態登場（用于金屬板材、塑料、橡膠切割加工 ），配合多坐標數控技術在汽車工業新產品試制（如覆蓋件、內飾件切邊）中可以大大縮短周期 ，小型件切割用途更是十分廣泛。我國己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品。高壓水射流（水刀）加工在其他應用領域（管道空間聯結部位加工等）正在迅速拓展 。這種以“軟”克“硬” 的加工工具的出現令人眼花繚亂、應接不暇。
% ?3 A8 C5 ?; i- V3 ?* w W
9 i8 F+ j. A6 ^4 O% l 機械加工領域的進步屬于“量變”或稱之為“漸變”的還有很多很多，例如，加工精度的提升，幾乎每10年就提升一個數量級，亞微米、納米加工不斷升級等等，不勝枚舉。- E, O( w" g% K' F
0 M. F( {* _% K, y8 E* q趁此文結束之際，不妨再預報一類“漸變”（或稱為量變）跨度比較大的頗有興味的新機床品種，即筆者從瑞典向國內引進技術的“Transflex”型機床（預計2009年初在中國即將以首先投產的新產品在市場上亮相，也是世界范圍內第一次亮相）。Transflex顧名思義包含Transferline（剛性傳送生產線）和Flexible line（柔性生產線）兩種涵義，實際的確如是具備兩者基因。它的原理是由多種動力頭仍按生產線布局，但執行加工的出場先后或動作由數控系統控制，而夾持工件則由懸掛式機械手執行。比較新奇的是：它的機械手在動力頭上方，朝下夾持工件沿橋式導軌及垂直滑枕作三坐標移動和兩個旋轉坐標轉動（見圖2），這種機械手比傳統的多關節機械手夾持工件剛性更好，精度更高，除了替代傳送生產線的步進式傳送機構（它的遞送速度較慢、可調性較差），而且增添具備步進傳送機構所不具備的兩個旋轉坐標動作，機械手由數控系統指揮“喂送”工件（這就是突出特點所在）到不同工位的動力頭，與動力頭上所裝刀具動作配合，完成每道工序。顯而易見，這種Transflex機床結構緊湊，占地面積小，節省輔助時間，可適應加工部位更為復雜的工件，是一值得關注的機床“另類”。 |
發表于 2009-6-8 18:29:17
QQ好友和群
QQ空間
