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创新是机床发展的不懈动力-【资讯】

发布时间:2021-07-21 16:09:28 阅读: 来源:路由器厂家

当今机床工业的销售形势不尽人意。自2010年以来,我国机床的市场销售就开始走低,特别是第三季度后,随着国际IIF全球新兴市场银行贷款条件指数及PMI采购经理人指数均跌入49%,因此世界经济状况确实是遇到“狼来了”。那么机床工业的发展是否就此停滞了呢?结论当然是否定的。因为发展总是硬道理,而创新又是机床发展的不懈动力,那么我们可以从哪几方面作些预判呢?

随时随地都会有新发明应运而生

进入知识爆炸的IT时代后,制造业的发展同样是一日千里。就机床工具领域而言,精度、速度、效率的不断提高是毋庸置疑的,然而随着新材料、新工艺的诞生、一批新颖工作母机的应运而生也是情理中事。

细心的读者或许会注意到,天宫一号的对接装置,就是采用了并联机床的机构原理,这是工作母机应用范围的扩大;铁路的提速,造就了博格板磨床的开发成功。为了使列车在高速状态下能平稳行驶,德国发明了在铁轨下面铺一层博格板,这种水泥制品是需要磨削的,因此专用平磨博格板的机床就出现了;飞机的部件原来都是用轻型合金材料制成的,现在有的已改为用复合材料缠绕而成,所以新的工作母机—-缠绕机就出现了。

那么新颖机床可能会是什么样子的呢?在铁道轨道方面,可能就是一台列车,其轮子是类似盘式铣刀那般的刀体,再加上砂轮就可在运行中将磨损的钢轨表面予以铣平磨光。就新材料而言,加工复合材料的刀具,目前乃刀具行业竞相开发的重点之一,然而车、钻、镗、铣下来的粉尘处理却关心问津甚少,甚至出现辅助工在机床加工时用吸尘机吸粉尘的可笑场面,故而带吸尘装置的机床不久定会问世。此外、航天、军工等梦幻般新品的问世,均需要新工艺装备来制造,故新机床源源不断被发明创造出来是历史必然。

绿色环保始终是永恒的课题

随着人们环保意识的日益增强,绿色机床始终牵挂着设计工程师们的心。除少无切削、硬切削是关注的重点外,吸尘、降噪等也同样受到重视。

为了免用切削液,硬切削一直是研发的重点课题之一,随着陶瓷、立方氮化硼及人造金刚石刀具的应运而生,硬切削的刀具材质问题基本上解决了,但就整机结构而言,改进是永无止境的。

有些机床厂所采取的手段是用混凝土聚合物作机床床身(人造花岗岩),以增强刚性及抗振性,如美国哈挺的数控车床、瑞士STUDE数控磨床及瑞士米克朗的加工中心等,这种材料的阻尼特性胜过灰铸铁6倍,热稳定性超过灰铸铁20倍。

机床的结构上也各具特色。如米克朗的HSM高速加工中心,其结构型式为“O”型龙门框架结构;哈挺公司将原来大型龙门机床用的静压导轨技术,移植至数控车床上来应用。静压导轨是由自补偿带压力的流体支撑着的,由于油膜的吸振性使系统的刚性大大提高。在一般情况下,采用静压导轨的机床的刚性是传统线性导轨机床的4倍。为了实现硬车削,哈挺车床的主轴也与众不同,他们的车床主轴是永不磨损型的,弹簧夹头不需加装适配器就可以直接被主轴夹紧,而且要使得切削点到主轴前轴承之间的距离尽量缩短。哈挺最近还发明了一种新的轮廓适应弹簧夹头SCC,它结合了高刚性机床在加工应用中的专业技术和工件夹紧解决方案,使得棒料的硬车加工能力上了一个新的台阶。

为了防止机床加工时所产生的噪音,日本马扎克(MAZAK)公司设想的未来机床是安置在一个密封容器之中,分贝基本上均被隔绝掉(图1),加工切屑也由吸屑装置抽出机外。德国生产龙门加工中心的handtmann公司,他们甚至将整个长工作台都笼罩在盒式罩壳之内,罩壳是一节节的,随工作台移动可伸长缩短,这样切屑和冷却液就不会接触到人,也保护了环境。

上海海成机械有限公司开发的石墨加工中心,在机床的主轴端面,加装了一个水帘发生装置,由不断喷下的水幕,造成一道屏障,使粉尘完全落在水帘之中。

墨粉尘经水帘屏蔽后落在工作台上,经T型槽等引流后进入回收装置。该箱体内装有水帘密封机构的多级过滤装膜,过滤精度可达10μm以内,故能有效地将水帘液体与粉尘分离,该多级过滤膜还可循环使用,以保护机器和人体健康。

为了有效制止石墨加工过程中粉尘进入主轴系、滚珠丝杠副、导轨副、丝杠和轴承等部位,该机床还采用了强力刮屑及高速密封圈密封的接触式和螺旋钢套密封的非接触式复合防尘技术,以多重手段进行环境保护。

上述这些凤毛麟片事情虽小,却为绿色制造添上了浓墨重彩的一笔。

创新成果势必不断完善

二十世纪90年代,是机床创新的繁荣期,具有突破性的三大代表作,沿用迄今仍是红火,它们必将继续改进、逐步完善。

1.并联机床

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,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功学原理。

当今并联加工中心发展越来越实用,尤其是德国DS公司的Z3铣头,它利用并联机床的原理,为高速高效加工航空工业的型框、翼肋、长橼等开创了先河,目前该ECOSPEED系列的加工中心市场占有率极高。随之而来的意大利COMAU公司的平动机床和瑞士STARRAG公司的关节机床等,都是相当典型的并联机床。

然而,并联机床毕竟存在着刚性较差的缺陷,为此我国清华大学、哈尔滨工业大学等高等院校和机床企业联手开发成功了许多拥有自主知识产权的串并联相结合机床,也称混联机床,即用传统的刚性机床配上并联机构,使其刚性要比单纯并联机床好得多,这种设计创新理念也已成一种趋向。

2.复合加工

奥地利WFL公司是首推车铣复合加工中心系列产品Mill-Turn的创导者,使曲轴等复杂回转体零件的高效加工成为可能。日本山崎MAZAK更是致力于倡导复合加工的著名公司,当今他们开发出许多类型的复合加工机床,如INTEGREXe-H系列曾被誉为划时代的超复合加工机。

继车铣复合中心之后,以铣削功能为主,兼备车削功能的加工形式,称之为铣车复合加工也研制成动,铣车复合加工中心的基本型式是在加工中心上,加上车削主轴来完成铣车加工,这些产品的主要产品有德国HAMUEL公司的HSTM系列,德国DMG,瑞士Willemin-Macodel、BUMOTEC等的铣车复合加工中心,这些机床可擅长加工棒料六面体零件。

在金属成形领域的复合加工,其形式主要为冲压与剪切相结合、冲压与折弯相结合或者剪折冲三者相结合,同时也巳将激光加工手段融合进来了。成形加工目前发展方向不仅是从单轴伺服到多轴伺服,加工工艺也由单一到复合,机床的工作台甚至可以进行挠度自动补偿,定位机构能保证板材的精确送进并配有自动上、下料装置。

此外,德国罗德斯公司的高速激光堆焊加工中心和数控铣磨中心的发明;上海机床厂有限公司新研制的复合磨床等等也是复合加工将要飞跃发展的一个信号。

极端制造会有所突破

所谓极端制造(Extrememanufacturing)是指在极端下制造极端尺度或极高功能的器件和功能系统,集中表现在微细制造、超精密制造、巨系统制造等方面。随着超大、超精密工件被不断设计出来,极端制造不断突破是毋庸置疑的。

意大利在大型机床制造方面成绩斐然,在近两届的EMO中,INNSE、PAMA和MECOF等公司每次均有新品问世。就龙门五面体加工中心而言,我们不仅可以关注其结构、控制系统、速度与精度等方面的变化,还可观察其自动铣头交换技术的不断演变。

和日本大隈OKUMA、大连机床等方式一样,意大利INNSE公司五面体加工中心的备换铣头是放在机床右侧地下(图2),靠主轴头去拾起、放下从而进行交换的;日本三菱重工的动梁龙门加工中心,是将刀库与备换铣头分别置于动梁的左右两侧,其优势是可大大节约换头(刀)的时间;那么我们在欧洲EMO展上看到的DST公司展出的MECOF五面体加工中心,其换头方式就与众不同。在机床左侧,设一立式多层铣头库,机床通过X轴和Z轴运动,将滑枕伸至柜子的空格内,松开锁紧装置将铣头放入其内;随后滑枕退出,到另一层找下工步所需铣头将其装上。这种设计较一般龙门五面体换头相比,可省掉换头小车,动作也较为简单。

我国在大型、超大型机床制造领域成绩显著,沈阳、大连、齐齐哈尔、北一、济二、武重等名企每年在展会上都有大型机床亮相,同时在精细制造方面也颇有创新,特别是上海机床厂有限公司研制成功的纳米磨床举世瞩目。

上机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。(纳米换算单位是:1nm=10-6mm即1μm=1000nm)

它的加工参数是:非球曲面口径

重复定位精度≤0.05μm(50nm);表面粗糙度Ra<0.01μm(10nm);并具备在线测量补偿加工、砂轮在机修整和在线修锐等功能。

该机的主要关键技术和创新点为:超精密机械结构设计制造、装配调试、集成技术;纳米级精度微型数控磨床的床身稳定性技术;集成直线电机与静压导轨的超精密驱动、定位控制技术;在线检测与误差补偿加工技术及微小元件的超精密斜轴镜面磨削加工工艺技术等。

工业机器人的应用将逐步扩大

工业机器人在机床上的应用,也已成为发展的一大趋向。机器人与机床相结合,目前主要是解决工件自动搬运及传输问题。

在欧、日制造企业的生产车间里,使机床得以无人化24h连续运转,搬运大多均由机械手及工业机器人完成,譬如意大利COMAU公司,他们就擅长将缸体及缸盖生产线中的零件搬运,设计成由机器人操作。再如FMS柔性制造系统,原先交换托盘传送一般通过堆垛式运输小车完成,如今采用机器人搬运也屡见不鲜。

在CIMT2011展览会上,MAG公司参展的FMS,是由中国长春工厂制造及调试安装而成的,该加工单元的卧加XS211C与立加工CFV800E就采用机器人自动传输工件并自动上下料,既实现了设备的无人值守,并大幅提高系统的可靠性及稳定性。同样,大连机床展出的DKX057缸体柔性线和DKX058缸盖柔性线,也是采用滚道和桁架机械手并用方式完成的。

除了在成套成线上应用以外,单机上使用也在不断研发。德国DMG将工业机器人在单机的创新很有新意,这种机器人有6~7轴运动关节,直接在机床上干抓取工件的各种动作。

当然,对工件的抛光打磨、清洗及其它脏、累活也是机器人表现的舞台,但工业机器人赋以动力切削也在尝试。

意大利意沃乐EVOLUT公司,这个欧洲著名的机器人应用与集成公司,他们的研发的一台DC-5机器人修边、倒角装置非常受人关注。该机器人不但可以装夹工具对主轴上零件修边去毛刺,甚至机器人可以加装动力源用刀具对零件进行加工,因此它已将机械人传统的搬运、喷漆、焊接工作范围扩展到了金属切削及抛光领域。工作单元还可以配备各种上料方式,如带视频装置可抓取随机摆放的工件,或以旋转台摆放,或以传送带摆放等等。

劳动力成本将越来越高,对环保及安全的要求将越来越严,所以工业机器人的应用必将与时俱进,在机床上的应用会越来越广。

工作母机是制造业的基础,强国强军都离不开它。但要面面俱到把创新靓点都罗列出来,那可难以完成,因此只能挂一漏万,粗浅地点几个方面而已。

在机床制造的历史长河中,发展同样也是硬道理,故而明天的机床必将更为灿烂和神奇。

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