機(jī)電一體化論文

1、1國(guó)內(nèi)外數(shù)控技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r世界制造業(yè)在20世紀(jì)末的十幾年中經(jīng)歷了幾次反復(fù)，曾一度幾乎快成為夕陽(yáng)工業(yè)，所以美國(guó)人首先提出了要振興現(xiàn)代制造業(yè)。90年代的全世界數(shù)控機(jī)床制造業(yè)都經(jīng)過重大改組。如美國(guó)、德國(guó)等幾大制造商都經(jīng)過較大變動(dòng)，從90年代初開始已出現(xiàn)明顯的回升，在全世界制造業(yè)形成新的技術(shù)更新浪潮。如德國(guó)機(jī)床行業(yè)從2000年至今已接受3個(gè)月以后的訂貨合同，生產(chǎn)任務(wù)飽滿。20世紀(jì)人類社會(huì)最偉大的科技成果是計(jì)算機(jī)的發(fā)明與應(yīng)用，計(jì)算機(jī)及控制技術(shù)在機(jī)械

2、制造設(shè)備中的應(yīng)用是世紀(jì)內(nèi)制造業(yè)發(fā)展的最重大的技術(shù)進(jìn)步。自從1952年美國(guó)第1臺(tái)數(shù)控銑床問世至今已經(jīng)歷了50個(gè)年頭。數(shù)控設(shè)備包括：車、銑、加工中心、鏜、磨、沖壓、電加工以及各類專機(jī)，形成龐大的數(shù)控制造設(shè)備家族，每年全世界的產(chǎn)量有10～20萬臺(tái)，產(chǎn)值上百億美元。世界制造業(yè)在20世紀(jì)末的十幾年中經(jīng)歷了幾次反復(fù)，曾一度幾乎快成為夕陽(yáng)工業(yè)，所以美國(guó)人首先提出了要振興現(xiàn)代制造業(yè)。90年代的全世界數(shù)控機(jī)床制造業(yè)都經(jīng)過重大改組。如美國(guó)、德國(guó)等幾大制造商

3、都經(jīng)過較大變動(dòng)，從90年代初開始已出現(xiàn)明顯的回升，在全世界制造業(yè)形成新的技術(shù)更新浪潮。如德國(guó)機(jī)床行業(yè)從2000年至今已接受3個(gè)月以后的訂貨合同，生產(chǎn)任務(wù)飽滿。我國(guó)數(shù)控機(jī)床制造業(yè)在80年代曾有過高速發(fā)展的階段，許多機(jī)床廠從傳統(tǒng)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)向數(shù)控化產(chǎn)品的轉(zhuǎn)型。但總的來說，技術(shù)水平不高，質(zhì)量不佳，所以在90年代初期面臨國(guó)家經(jīng)濟(jì)由計(jì)劃性經(jīng)濟(jì)向市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)移調(diào)整，經(jīng)歷了幾年最困難的蕭條時(shí)期，那時(shí)生產(chǎn)能力降到50％，庫(kù)存超過4個(gè)月。從1995年“九五”以

4、后國(guó)家從擴(kuò)大內(nèi)需啟動(dòng)機(jī)床市場(chǎng)，加強(qiáng)限制進(jìn)口數(shù)控設(shè)備的審批，投資重點(diǎn)支持關(guān)鍵數(shù)控系統(tǒng)、設(shè)備、技術(shù)攻關(guān)，對(duì)數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)起到了很大的促進(jìn)作用，尤其是在1999年以后，國(guó)家向國(guó)防工業(yè)及關(guān)鍵民用工業(yè)部門投入大量技改資金，使數(shù)控設(shè)備制造市場(chǎng)一派繁榮。從2000年8月份的上海數(shù)控機(jī)床展覽會(huì)和2001年4月北京國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)上，也可以看到多品種產(chǎn)品的繁榮景象。但也反映了下列問題：（1）低技術(shù)水平的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)激烈，互相靠壓價(jià)促銷；（2）高技術(shù)水平、全功能產(chǎn)

5、品主要靠進(jìn)口；（3）配套的高質(zhì)量功能部件、數(shù)控系統(tǒng)附件主要靠進(jìn)口；（4）應(yīng)用技術(shù)水平較低，聯(lián)網(wǎng)技術(shù)沒有完全推廣使用；（5）自行開發(fā)能力較差，相對(duì)有較高技術(shù)水平的產(chǎn)品主要靠引進(jìn)圖紙、合資生產(chǎn)或進(jìn)口件組裝。當(dāng)今世界工業(yè)國(guó)家數(shù)控機(jī)床的擁有量反映了這個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)能力和國(guó)防實(shí)力。目前我國(guó)是全世界機(jī)床擁有量最多的國(guó)家（近300萬臺(tái)），但我們的機(jī)床數(shù)控化率僅達(dá)到19％左右，這與西方工業(yè)國(guó)家一般能達(dá)到20％的差距太大。日本不到80萬臺(tái)的機(jī)床卻有近10倍

6、于我國(guó)的制造能力。數(shù)控化率低，已有數(shù)控機(jī)床利用率、開動(dòng)率低，這是發(fā)展我國(guó)21世紀(jì)制造業(yè)必須首先解決的最主要問題。每年我們國(guó)產(chǎn)全功能數(shù)控機(jī)床3000～4000臺(tái)，日本1年產(chǎn)5萬多臺(tái)數(shù)控機(jī)床，每年我們花十幾億美元進(jìn)口7000～9000臺(tái)數(shù)控機(jī)床，即使這樣我國(guó)制造業(yè)也很難把行業(yè)中數(shù)控化率大幅度提上去。因此，國(guó)家計(jì)委、經(jīng)貿(mào)委從“八五”、“九五”就提出數(shù)控化改造的方針，在“九五”期間，我協(xié)會(huì)也曾做過調(diào)研。當(dāng)時(shí)提出數(shù)控化改造的設(shè)備可達(dá)8～10萬臺(tái)，

7、需投入80～100億資金，但得到的經(jīng)濟(jì)效益將是投入的5～10倍以上。因此，這兩年來承擔(dān)數(shù)控化改造的企業(yè)公司大量涌現(xiàn)，甚至還有美國(guó)公司加入。“十五”剛剛開始，國(guó)防科工委就明確如5軸5面體復(fù)合加工機(jī)床，5軸5聯(lián)動(dòng)加工各類異形零件。也派生出各新穎的機(jī)床結(jié)構(gòu)，包括6軸虛擬軸機(jī)床，串并聯(lián)鉸鏈機(jī)床等。采用特殊機(jī)械結(jié)構(gòu)，數(shù)控的特殊運(yùn)算方式，特殊編程要求。（4）使用各種高效特殊功能的刀具使數(shù)控機(jī)床“如虎添翼”。如內(nèi)冷鉆頭由于使高壓冷卻液直接冷卻鉆頭切削

8、刃和排除切屑，在鉆深孔時(shí)大大提高效率。加工鋼件切削速度能達(dá)1000m／min，加工鋁件能達(dá)5000m／min。（5）數(shù)控機(jī)床的開放性和聯(lián)網(wǎng)管理，已是使用數(shù)控機(jī)床的基本要求，它不僅是提高數(shù)控機(jī)床開動(dòng)率、生產(chǎn)率的必要手段，而且是企業(yè)合理化、最佳化利用這些制造手段的方法。因此，計(jì)算機(jī)集成制造、網(wǎng)絡(luò)制造、異地診斷、虛擬制造、異行工程等等各種新技術(shù)都在數(shù)控機(jī)床基礎(chǔ)上發(fā)展起來，這必然成為21世紀(jì)制造業(yè)發(fā)展的一個(gè)主要潮流。2數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)數(shù)控技術(shù)

9、的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，他對(duì)國(guó)計(jì)民生的一些重要行業(yè)（IT、汽車、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因?yàn)檫@些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢(shì)。從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢(shì)來看，其主要研究熱點(diǎn)有以下幾個(gè)方面〔1～8〕。21高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢(shì)效率、質(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)的體。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的

10、質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。為此日本先端技術(shù)研究會(huì)將其列為5大現(xiàn)代制造技術(shù)之一，國(guó)際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)（CIRP）將其確定為21世紀(jì)的中心研究方向之一。在轎車工業(yè)領(lǐng)域，年產(chǎn)30萬輛的生產(chǎn)節(jié)拍是40秒輛，而且多品種加工是轎車裝備必須解決的重點(diǎn)問題之一；在航空和宇航工業(yè)領(lǐng)域，其加工的零部件多為薄壁和薄筋，剛度很差，材料為鋁或鋁合金，只有在高切削速度和切削力很小的情況下，才能對(duì)這些筋、壁進(jìn)行加工。近來采用大型整體鋁合金坯料“掏空”的

11、方法來制造機(jī)翼、機(jī)身等大型零件來替代多個(gè)零件通過眾多的鉚釘、螺釘和其他聯(lián)結(jié)方式拼裝，使構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和可靠性得到提高。這些都對(duì)加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。從EMO2001展會(huì)情況來看，高速加工中心進(jìn)給速度可達(dá)80mmin，甚至更高，空運(yùn)行速度可達(dá)100mmin左右。目前世界上許多汽車廠，包括我國(guó)的上海通用汽車公司，已經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線部分替代組合機(jī)床。美國(guó)CINCINNATI公司的HyperMach機(jī)床進(jìn)給速

12、度最大達(dá)60mmin，快速為100mmin，加速度達(dá)2g，主軸轉(zhuǎn)速已達(dá)60000rmin。加工一薄壁飛機(jī)零件，只用30min，而同樣的零件在一般高速銑床加工需3h，在普通銑床加工需8h；德國(guó)DMG公司的雙主軸車床的主軸速度及加速度分別達(dá)12!000rmm和1g。在加工精度方面，近10年來，普通級(jí)數(shù)控機(jī)床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密級(jí)加工中心則從3～5μm，提高到1～1.5μm，并且超精密加工精度已開始進(jìn)入納米級(jí)(0.01μm