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    「南京金陵折彎機」制造技術與裝備的四大質變

    時間:2020-12-10 21:55?? 作者: www.azucarafroe.com 點擊:

    原標題:制造技術與裝備的四大質變

    導讀:關心我國制造技術與裝備的進步,勢必要聯系世界范圍的發展與變化,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,世界制造技術與裝備的演變,屬于“質變”性質的至少...

    關心我國制造技術與裝備的進步,勢必要聯系世界范圍的發展與變化,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,世界制造技術與裝備的演變,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。近30年來,世界制造技術與裝備領域的四大質變,我國都一直積極參與,并作出了重要貢獻,某些方面甚至已進入了世界前列。
    人類智能型生產工具出現
    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,筆者提出一個觀點,“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”,得到了與會的很多同志贊同。
    數控機床的出現標志著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,陸續出現的機床智能化功能的進一步增添,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、網絡技術和軟件功能拓展為機床智能化提供了物質基礎。
    智能型機床尚無全面確切定義,簡單地說,是能對影響加工過程的多種參數及功能作出自我判斷并修正和自我正確選擇并作出決定方案的機床;即智能型機床,能夠監控、診斷、評價、補償和修正在加工過程中出現的各類偏差(如刀具半徑自動檢測、刀具破損檢測和多軸同步差異等),并能提供最優化的加工方案(如調整機床加工時間、工藝路線、選擇最佳加工參數、主軸運行狀況、位置補償、精度修正和熱變形補償等)。最早出現的具有智能控制功能特性的機床,可以追溯到自適應控制電火花加工機床,即根據加工參數變化自我調整電極與工件間的放電間隙,從而取得最佳加工效果(我國已有這類產品)。
    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、智能防撞屏障和語言提示等系統;日本大隈公司開發了thinc智能數字控制等系統。這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,越來越多。人類智能型生產工具的發展方興未艾,前景光明。
    加工方法逆向思維的突破
    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,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。(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、復合陶瓷及鑄造型砂等作為加工原材料;利用電熱、激光束和電子束作為能量源,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)等方法來實現原型零件造型,用以加速考核零件設計的正確性與可行性,大大縮短整機開發生產周期,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、新材料科學和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。
    機床結構的革命性變革
    近20年來世界機床設計出現了革命性的變革,一種“并聯結構”機床出現了?!安⒙摻Y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、剛度更高和動態性能(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10多個國家20幾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企業,另外還有若干團隊都曾經分別展出過試制品,雖然近幾年來進一步報導有所減少,但都并未停步,據筆者與其中某些團隊(例如大隈和德國Index)接觸,他們仍在加快攻關,努力提高性能中。我國機床工具行業也有五、六個產學研結合體在進行這方面研發工作(都有試制樣機問世,目前也在繼續改進提高),其中哈爾濱量具刃具集團(簡稱“哈量集團”)與哈爾濱工業大學合作研發的并聯結構品種(六桿結構)已批量生產5臺,成功應用于哈爾濱汽輪機廠葉片加工生產線中;齊齊哈爾第二機床集團與清華大學合作開發的龍門式“混聯”結構(即串聯與并聯混合)機床,是我國獨立構思的品種,已成功用于哈爾濱電機廠的大型水電站設備制造中。
    在前不久舉辦的中國數控機床展覽會(CCMT2008)上,我國哈量集團數控設備廠展出了一種具有新的突破意義的并聯結構機床品種LINKS-EXE700,它是由瑞典原TRICEPT發明人新創辦的EXCHON新開發的,哈量集團是作為在中國獨家引進此項技術進行生產,并繼續合作開拓應用領域的企業。新開發的LINKS-EXE700并聯結構機床其特點是結構進一步簡化(一般并聯機床為六桿結構,TRICEPT的并聯機床原結構為四桿結構,EXCHON在TRICEPT基礎上新開發的這種并聯機床,進一步改為三桿結構,球形關節改為旋轉鉸鏈,結構簡化,精度更易保證),加工范圍增大,EXCHON并聯結構機床有多種規格尺寸,以EXE700這種中型規格機床為例,其加工覆蓋空間x軸方向2m、y軸方向1m、z軸方向0.5m。動作快速:x、y軸的快速進給分別達到125m/min(這是目前世界范圍最高紀錄)、加速度3g(也是世界最高紀錄)、z軸方向45m/min、加速度1g,剛性和精度顯著提高,五軸聯動數控編程進一步改進便于掌握,可以加工空間曲面和五面體,在工件特別裝夾的情況下,還可作六面加工,這是目前任何機床結構都做不到的。進行不同功能配置后,可廣泛應用于航天、航空、機車、汽車、工程機械、模具工業作銑鏜、鉆削、磨削、焊接、鉚接、打毛刺和裝配之用,可以單機使用,也可以多臺配置成生產線。對于超長機翼或巨大的機車、坦克的車架加工,還可以將“并聯機構”架在軌道上的或龍門框架上的移動底座上使用(加工時長距離可以分段移位,然后分段自動精確再定位,相當于俗稱的“螞蟻啃骨頭式”以小干大、工件落地加工方法),來實現大尺寸工件加工。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(與某些加工中心品種競爭)外,還應當把“并聯結構的制造廠”(如哈量集團)提供的“并聯結構部分”與用戶行業裝備制造廠(如汽車、機車、工程機械和航空行業專業工藝裝備廠)提供的不同類型基座或移動框架以及和有意愿開發專用裝備的機床廠結合起來,有針對性地擴大這類機床產品的使用范圍,擴大銷售領域。由此可見,這種新型結構機床發展前途十分寬廣。
    工具概念的變異
    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、沖模和壓模之類。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、單晶及聚晶金剛石、陶瓷等材料制成的工具(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、激光加工方法、電子束加工法、離子注入法、光刻法等陸續出現,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。
    機械加工領域的進步屬于“量變”或稱之為“漸變”的還有很多,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不勝枚舉,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年在中國即將以首先投產的新產品在市場上亮相,也是在世界范圍第一次亮相)。Transflex顧名思義包含Transfer line(剛性傳送生產線)和Flexible line(柔性生產線)兩種涵義,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,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外(它的遞送速度較慢、可調性較差),還增添了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,排屑方便,可適應加工部位更為復雜的工件,是一類值得關注的機床“另類”。
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