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當前數控機床發展的兩大趨勢分析

时间:2014-4-19 11:40:38   来源:机经网   添加人:admin

  機床制造技術經過近十多年的發展,産生了很多不同結構的機床,但從發展趨勢看,主要表現爲兩大趨勢:

  一、機床加工的尺度特征向極端方向發展

  現代數控機床的加工精度始終是衡量機床技術發展水平的重要指標。體現加工精度的效果如今已經不局限于尺寸精度、形狀精度以及表面粗糙度等方面,更體現在微結構的加工技術方面。一方面,局部加工的形狀尺度特征向精微方向發展,另一方面加工的整體形狀向大尺寸方向發展。

  在科技創新的驅動下,大量帶有微結構的零件加工是當前精密機床發展面臨的重要任務。微結構零件的應用非常廣泛,比如太陽能發電元件、手機導光板、液晶顯示器增亮膜、高速公路顯示板、複眼透鏡、衍射光柵、傳感器元件、二元光學元件、微型透鏡等。微結構的出現使機床的加工進入新的領域。

  微結構的出現對機床加工提出了新挑戰,機床的運動精度、運動的平滑性、阻尼特性都有新的要求,此外加工工藝、機床刀具、機床附件也都要發生新的變化。新的光學加工技術,如快刀伺服(FTS)、刨削加工、鑿削加工、確定性磨削等在微加工技術發展中産生。用于加工大型圓柱面、圓端面、平面的微結構機床成爲市場競爭的産品。納米壓印複制工藝技術相應也得到發展應用。

  微結構尺寸的變化從幾百微米到幾微米不同,但微結構的加工表面的質量都在納米級。帶有微結構的整體零件的尺寸從毫米級到數米不同。

  在微結構的制造設備領域,日本、德國、美國發展迅速,出現了很多新機床産品。典型的公司包括:東芝機械、發那科、不二越、庫格勒、Precitech、Nanotechnology等。

  值得一提的是微孔精密切削加工在此期間也得到了快速的發展,德國科恩公司的金字塔超精密機床,可以用同一把刀具在半導體陶瓷材料上加工上萬個直徑不超過0.1mm的微孔。

  二、機床設備的應用向滿足智能制造要求發展

  当前,智能制造已经成为国际制造领域一种新的趋势。德国在2011年汉诺威博览会提出“第四次工业革命”(Industrie 4.0)以来,如今已经进入实施阶段。“第四次工业革命”的目标是工厂智能化Intelligente Fabrik(Smart Factory)。2013年美国以制造业回流为主题,开启智能时代的再工业化。日本在柔性制造的基础上,形成了当今比较成熟的智能化制造技术。中国目前制造业劳动力成本的不断上升,一些地区出现的“用工荒”也迫使制造企业向智能化方面转型。

  智能化制造技術的大趨勢,要求機床必須適應其使用要求。從國際上智能制造技術的發展情況來看,最典型的應用特征是要求各種配置的高可靠性,作爲智能制造最基本的組成部分,機床設備的可靠性成爲最主要的考核指標。

  在智能制造技術可以看作是在前兩代柔性制造技術基礎上發展起來的技術。第一代柔性制造系統産生于八十年代,它的可靠性衡量特征是可連續24小時運行,第二代産生于九十年代,可連續72小時運行。當今的智能制造系統,它要求可以連續720小時運行。因此,能夠長時間不間斷高可靠性運行的機床設備成爲另外一個發展趨勢。

  智能制造的發展曆程

  智能制造三代發展中,人力成本不斷下降,智能化制造中人的參與很少,但機器人的複雜程度明顯提升。第二代發展中,機器人只能從事固定路徑的搬運,但第三代機器人不僅可以通過視覺傳感器感知無序擺放的工件,通過判斷做出不同路徑的抓取動作,還可以感知裝配過程的零件對中狀態,並配合智能夾具代替過去只能由人才能完成的工作。

  智能制造同樣對機床適應性的其它方面提出了要求,比如:能夠配合帶傳感器及感知對位裝配的機器人協同工作、能夠遠程通訊等。

  機床的發展趨勢還有很多,比如多功能複合化趨勢、可重構趨勢、低能耗環保趨勢等,不再這裏介紹。

  上述兩大趨勢呈現了不同技術特色,第一大趨勢主要的突出特色是技術的前沿性和創新性,重點體現技術的高精尖;第二大趨勢主要特色是技術的成熟性、體現一個國家制造業的基礎。這兩大特色能夠比較充分反映國家制造業的強大程度。