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高效柔性制造技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展
（作者未知） 2009/7/31
本文分析了以數(shù)控機(jī)床為核心的制造技術(shù)向高效化、柔性化和高精化的發(fā)展概況，并研究其在高速化、高效高精化、復(fù)合化、可重構(gòu)化和網(wǎng)絡(luò)化等五個(gè)主要方向的新進(jìn)展。
進(jìn)入21世紀(jì)，中國(guó)機(jī)床制造業(yè)既面臨提升機(jī)械制造業(yè)水平的需求而引發(fā)的制造裝備發(fā)展的良機(jī)，也遭遇加入WTO后激烈的巿場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的壓力。從技術(shù)層面來講，加速推進(jìn)以數(shù)控技術(shù)為核心的高效柔性制造技術(shù)將是解決機(jī)床制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。
數(shù)控機(jī)床及由數(shù)控機(jī)床組成的制造系統(tǒng)是改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、構(gòu)建數(shù)字化企業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備，它的發(fā)展一直備受關(guān)注。數(shù)控機(jī)床以卓越的柔性自動(dòng)化性能、優(yōu)異而穩(wěn)定的精度、靈捷而多樣化的功能引人矚目，開創(chuàng)了機(jī)械產(chǎn)品向機(jī)電一體化發(fā)展的先河，因此數(shù)控技術(shù)成為先進(jìn)制造技術(shù)中的核心技術(shù)之一。另一方面，通過持續(xù)的研究，信息技術(shù)的深化應(yīng)用促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床的進(jìn)一步提升。 因此，本文將著重于剖析數(shù)控技術(shù)的現(xiàn)況及動(dòng)向，從中探討高效柔性制造技術(shù)對(duì)促進(jìn)機(jī)床制造業(yè)發(fā)展的作用。
數(shù)控機(jī)床基本評(píng)定指標(biāo)
成本、質(zhì)量、生產(chǎn)率和產(chǎn)量、交貨期是衡量企業(yè)生產(chǎn)能力和巿場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力的4個(gè)要素，釆用傳統(tǒng)的非數(shù)控生產(chǎn)方式只有達(dá)到一定閥值的大批量規(guī)模生產(chǎn)才能取得上述4個(gè)方面的統(tǒng)一。但在當(dāng)前激烈的巿場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下，以生產(chǎn)為中心、企業(yè)為主導(dǎo)的賣方巿場(chǎng)，已轉(zhuǎn)向以巿場(chǎng)需求為中心、用戶為主導(dǎo)的買方巿場(chǎng)，產(chǎn)品需求呈現(xiàn)多樣化和個(gè)性化，且產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)壽命大大縮短，這首先將形成以多品種變批量的生產(chǎn)方式為主流的生產(chǎn)環(huán)境；其次，衡量企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的首位因素也由成本轉(zhuǎn)為交貨期。
為此，發(fā)展柔性結(jié)構(gòu)體系的數(shù)控制造技術(shù)裝備及制造系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)在快速多變的巿場(chǎng)環(huán)境中對(duì)用戶驅(qū)動(dòng)的巿場(chǎng)需求作出靈活、快速響應(yīng)的關(guān)鍵。所謂制造裝備及制造系統(tǒng)的柔性化，是指當(dāng)產(chǎn)品的品種需求發(fā)生變化時(shí)，它們?nèi)阅茉跐M足經(jīng)濟(jì)性的前提下，實(shí)現(xiàn)及時(shí)轉(zhuǎn)換生產(chǎn)的適應(yīng)能力。同時(shí)，持續(xù)地提高經(jīng)濟(jì)加工精度也是適應(yīng)巿場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的另一個(gè)主要目標(biāo)。 作為評(píng)定數(shù)控機(jī)床及系統(tǒng)效能的基本指標(biāo)，也將由傳統(tǒng)的工作精度和切削能力改為用高效柔性和高精化的程度來衡量。
高效柔性化
雖然傳統(tǒng)的非數(shù)控機(jī)床也具有一定的柔性，但它不能獲得高的效能和穩(wěn)定的精度，更不適應(yīng)復(fù)雜型面的加工。因此，基于數(shù)控技術(shù)的高效柔性化制造裝備及其制造系統(tǒng)需兼具下列特征：
* 高度的靈活性和多品種生產(chǎn)的快速適應(yīng)性；
* 高效的生產(chǎn)能力，包括：高生產(chǎn)率－借助于高速化和提高金屬切除率等途徑；高穩(wěn)定性－對(duì)于光機(jī)電集成的數(shù)控機(jī)床，著重要求其降低故障率，提高可靠性，以提高制造裝備及系統(tǒng)的開動(dòng)率(利用率)。
高效柔性化和高精化分別反映了制造業(yè)在競(jìng)爭(zhēng)激烈的巿場(chǎng)環(huán)境下兩個(gè)最主要的要求，即產(chǎn)品生產(chǎn)變換的靈捷性和產(chǎn)品質(zhì)量的持續(xù)提高。
高精化
產(chǎn)品零件的精度直接影響到其工作性能、壽命、能耗和噪聲等，因此數(shù)控機(jī)床的高精化是巿場(chǎng)需求和技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。
分析汽車某些關(guān)鍵件的精度要求，如發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體、缸蓋、曲軸、凸輪軸、連桿、化油器、制動(dòng)器、減振器的閥體、泵體、盤類以及模具等，在近十幾年內(nèi)有明顯的提高。
統(tǒng)計(jì)自上世紀(jì)80年代至2002年國(guó)內(nèi)外先進(jìn)水平數(shù)控機(jī)床的工作精度提高的過程，平均每年提升10%，即每隔8年誤差約減少一半。對(duì)此，歐美日等國(guó)的一些著名機(jī)床公司致力于科技創(chuàng)新和新產(chǎn)品的研發(fā)，引導(dǎo)著數(shù)控機(jī)床技術(shù)的發(fā)展，如美國(guó)的英格索爾公司和德國(guó)惠勒喜樂公司對(duì)于汽車工業(yè)和航空工業(yè)高速數(shù)控銑床的發(fā)展，日本牧野公司對(duì)高效精密加工中心所作的貢獻(xiàn)，德國(guó)瓦德里希公司在重型龍門五面加工銑床方面的開發(fā)，以及日本馬扎克公司研發(fā)的車銑中心對(duì)高效復(fù)合加工的推進(jìn)等。表3以40號(hào)刀柄的中型加工中心為例，列出國(guó)內(nèi)外先進(jìn)產(chǎn)品近年來在效率、精度和可靠性等方面均有明顯的進(jìn)展。
基于這一現(xiàn)實(shí)，為了加速振興中國(guó)的機(jī)床制造業(yè)，當(dāng)前宜加強(qiáng)五方面的研究和發(fā)展工作：
* 以高速化為先導(dǎo)，提高數(shù)控機(jī)床的綜合性能；
* 加快數(shù)控機(jī)床向高效柔性化和高精化發(fā)展的步伐，推進(jìn)痠級(jí)精度機(jī)床工程的規(guī)劃和實(shí)施；
* 加強(qiáng)發(fā)展多功能復(fù)合加工的數(shù)控機(jī)床來提高單件和中小批量的加工精度和高效柔性化；
* 對(duì)于中大批量生產(chǎn)，發(fā)展快速重組制造系統(tǒng)(RRMS)和可重構(gòu)機(jī)床(RMT)將是一個(gè)合理的解決方案；
* 發(fā)展網(wǎng)絡(luò)制造單元以適應(yīng)數(shù)字化企業(yè)的構(gòu)建。
以下各節(jié)將對(duì)上述五個(gè)發(fā)展方向作扼要的敘述。
以高速化為先導(dǎo)
數(shù)控機(jī)床的高速化是提高其高效柔性和高精化的重要措施。它既可以提高機(jī)床的切削能力和縮短輔助時(shí)間，又能改善切屑成形過程，減少刀齒每轉(zhuǎn)進(jìn)給量和降低切削力，有助提高加工精度。 分析中型加工中心的高速化與高精化的（未完，下一頁）
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