现代机床技术与我国机床工业的发展方向

现代机床技术与我国机床工业的发展方向

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机床是工作母机，机床制造业对国民经济的发展起着重要作用。建国初期，在优先发展重工业的方针指导下，机床制造业迅速发展，按国民经济发展计划建立了一大批机床制造厂，专业分工明确，机床型号齐全，形成了完整的通用机床制造体系。向各行各业提供了大量的工作母机，有力地推动了国民经济的发展。

改革开放以来，国民经济飞速发展，给机床制造业带来了新的发展机遇，同时也提出了更高的要求。然而由于长期在计划经济的条件下组织生产，不能很快适应市场经济的要求，使国内很多机床厂家陷入困境。借鉴国外的经验，明确我们的发展方向，迅速适应市场需求，是我国机床制造业面临的重要课题。

1.产品开发与技术当材料的粒子尺寸进入纳米范围时引进

应用数字控制等先进技术，不断开发新产品，满足高质量、高效率和高灵活性的要求是现代机床的发展特征，并成为世界各机床厂家正在为之努力的目标。因此，国内很多厂家也在引进数控技术和产品，生产了各种类型的数控机床，从历届机床展览会可见一斑，可以说中国的机床制造业的技术水平有了很大提高。但是，不能不看到，大多数厂家在日趋激烈的市场竞争中，特别是在国际市场的竞争中仍显得能力不足。

应当指出，新产品开发不是引进或仿制其他厂家的机型。引进或仿制的产品对制造厂家是新产品，对市场却不是新产品。引进或仿制在一定时期是必要的，正如在建国初期我们通过仿制前苏联的产品建立了中国的机床制造业体系一样，在改革开放初期引进技术可以使我们的机床制造业快速跟上世界先进水平。但是，这不应是我们的唯一发展方向和最终目标。

新产品开发应该是指全新机型或现有产品的改进型。目前，在新产品开发方面，美国的机床公司处在世界前列。为了适市场需求，G&L公司不惜重金开发出RAM系列高速加工中心。采用整体床身，提高机床的刚性；选用滚动导轨，适应高速要求。换刀速度(切屑到切屑)为4.5～5s，运行速度达38m/min，赢得了大量用户。INGERSOLL公司开发的HVM800型加工中心用直线电动机代替传统的伺服电动机驱动滚珠丝杠的传动系统，简化机床的结构，运行速度76m/min，现已投放市场。新产品的开发往往对控制系统提出更高的要求，通用控制系统不能满足要求时，还要进行控制系统的开发。美国的G&L公司、CINCINNATI公司和德国的HELLER公司等均针对自己的系列产品，开发专用控制系统，并相继建立起相当规模的控制系统研制中心，生产专用控制系统，为各自的系列产品配套。而不直接采用专业电气公司的通用控制系统，避免功能浪费，弥补功能不足。这些才是新产品开发。我们应当在引进技术的基础上开发自己的新产品，或开发某些领先技术改进我们的产品。

当然，开发新产品需要大量资金投入，只有将现有产品以高质量的品位占领市场才可能积累资金，用于产品开发工作，即人们常说的“以老养新”。

2.通用机床与专用机床

随着经济的发展，特别是改革开放以来，专用组合机床的需求量增加，通用机床的需求量相对减少。于是，各通用机床厂纷纷建立专机车间或专机分厂，生产组合机床。由于设计、制造、组装和调试经验不足，使之在市场特别是国际市场中缺乏竞争力。

组合机床作为一种现代机床，它不是通用部件、各种元件、刀夹辅具和控制系统的简单组合，从设计制造到组装调试都有其专业特征。

通用机床是成熟产品，即使是改进型也是经过一轮或几轮试制后，方能投产。通用机床的整机和零部件可以有少量库存，生产时间充裕。而组合机床一般是单机一次性生产，不可能进行试制，而且要求在一定的时间内完成制造。这就要求机床厂家有一支经验丰富的设计队伍，特别是资深的方案工程师。在订购组合机床时，用户往往将技术方案作为前提之一，因为一个好的方案可以为用户带来很大的经济效益。同时，也使机床制造厂家便于组织生产。好的技术方案是用最简捷的形式，满足工艺要求，并且易于操作、调整和维修。这就要求通用部件的选择，刀具的设计和选择，夹具的设计，控制系统的设计及液压和气动系统的设计等都要相对合理。

专用组合机床一般用于大量生产，需要加工精度长期稳定，因此，对其质量的要求与通用机床有很大不同，通常要求工序能力系数CPK≥1.33。国内一知名机床厂为用户设计制造一条壳体生产线，用户要求在技术协议中将工序能力系数CPK≥1.33作为一项验收标准，厂家明确表示达不到这一要求。他们只能同意按被加工零件图纸给定公差的75%作为验收标准，这一验收标准与工序能力系数CPK≥1.33的要求相差甚远。有的厂家甚至不了解工序能力系数这一概念。应当指出，CPK=1.33是最低要求，有的国外用户将CPK≥4.0作为验收标准。提高机床的质量是一项复杂的系统工程，它要求制造厂家建立一套完整的质量控制体系。从方案论证到产品设计，从原料进货到元件采购，从工艺编制到加工制造，从安装调试到售后服务，都必须严格控制。才能有效保证整机的产品质量，得到市场的认可。为了占领市场，世界各厂家争相提高产品质量和服务质量。美国的一家机床公司向用户承诺，订购该公司设备时，他们“不是在拿到订单之后就一走了之，再见面时设备已经制造完毕并请你付款，这时你所看到的只是设备的外表，而看不到内在质量。例如，你知道主轴的精度和硬度吗？”他们的做法是：向你报告从方案设计、元件采购、加工制造到装配调具有高效、节能的优势和较高的性价比试的全过程并接受你的检查。他们之所以能够做到这一点是因为像大多数机床制造厂家一样，机床在投入制造后，每个零件都备有一张卡片，将每道工序检验结果填写在卡片上并输入计算机，使制造的全过程处于受控状态，从而保证了机床的出厂质量。这些都是值得我们借鉴的质量管理方法。

通用机床一般不他深信需要制造厂家到用户安装调试，即使需要也很简单。而组合机床则需要制造厂家到用户安装调试，且过程复杂，周期较长。要求厂家培养和建立一支有经验的安装调试队伍。

此外，因为组合机床均用于大量生产，如果机床故障不能及时排除，其他设备很难替代，势必造成停产，将给用户带来重大损失。因此，售后服务也是组合机床生产的一项重要内容。

鉴于这种情况，通用机床厂家应当扬长避短，利用自己的专业特点开发和生产专用机床。例如，车床厂家可以生产制造曲轴专用车床，磨床厂家可以生产制造曲轴和凸轮轴专用磨床等。 3.自动生产线与加工中心

大家知道，由组合机床组成的自动生产线因为具有高效的特点广泛用于大批量生产。但是，随着机床技术的发展，目前自动生产线有被加工中心取代的趋势，这是由自动生产线和加工中心两方面原因所致。

自动线所加工的零件品种单一，若改变加工品种需要对自动线进行改造；自动线中有一台机床发生故障时，将造成全线停产，这对企业的发展和组织生产都是不利的。近年来，加工中心发展很快，新型的加工中心已具备了用于大量生产的能力，而且克服了自动线的缺点。在加工中心上只需更换夹具和程序，即可改变加工品种；在加工中心上一般采用工序集中的方式加工零件，由多台加工中心完成同一工作，某一台机床出现故障时，对生产影响不大。

现在，由加工中心组成的柔性生产线集中了自动生产线和加工中心的优点，倍受一些大型用户青睐。在美国CINCINNATI公司为一家用户设计制造的柔性生产线上，同时生产21种不同的箱体。这条生产线主要由数台加工中心(加工中心的数量可以根据需要增减)和一条用于输送各品种夹具的主输送道组成。工人只需将某一工件装夹到该工件的夹具上，输送道即可自动将夹具送入第一台加工中心，加工中心根据夹具的型号，调出相应的程序进行加工，加工完成后，夹具自动退回输送道，输送道将其送至下一台加工中心，随后，下一夹具进入第一台加工中心，以此类推，加工完成后，由工人卸下工件。全线由中央计算机控制，中央计算机除与各加工中心和输送道的控制系统相联外，还与刀具测量间相联，将测量数据输入各加工中心，加工中心则根据刀具参数调整切削参数，以保证加工精度。只要输送道上有足够装有工件的夹具，生产线可在无人看管的情况下工作，直至输送道上所有工件全部加工完毕，生产线自动停止工作，工时利用率在90%以上。

可以说加工中心和柔性生产线将主导下一世纪的机械制造业，我国机床厂家应根据这一情况制订和调整自己的技术发展规划。

4.主机与元件

现代机床均装备大量的元件(包括电器元件、液压元件和气动元件等)，元件的质量是决定主机能否正常工作的重要因素。

由于大多数元件为外购件，主机厂家不能直接控制其质量。经常出现了机床制造厂家和用户同时抱怨元件质量情况。为了降低机床故障率，有些用户在向国内厂家订购设备时，明确提出装备进口元件，而制造厂家也赞同这一作法。造成大量国外元件涌进中国市场。在改革开放的今天，我们并不反对进口必要的元件，特别是一些我们尚未开发的品种或型号。但是，诸如限位开关和换向阀之类元件也需大量进口，不能说是一种正常现象。

元件作为标准或通用产品，其生产方式与主机不同，元件属于大批量生产。只要严格控制原料质量，并按成熟的加工工艺和装配工艺进行生产，其质量不难得到控制。现在，国内元件制造厂家也在引进国外技术或合资生产各种元件，关键是引进质量管理方法，全面提高元件质量，创立中国的名牌元件，使元件与主机的技术水平同步发展，才能增强市场竞争能力。

5.夹具与附件

现代机床特别是组合机床通常配备专用夹具，有些组合机床是围绕专用夹具设计的，专用夹具作为组合机床的重要组成部分，往往是能否满足使用要求的关键。

目前，国内组合机床的专用夹具基本上由机床制造厂家一并设计制造，有的厂家特别是通用机床厂家将主要精力放在主机上，而忽视夹具的设计制造。在安装调试过程中修改夹具设计的现象屡见不鲜。实际上，有些夹具结构的复杂程度并不亚于主机。在某种程度上，夹具的设计制造与机床是两种不同的专业。组合机床是以通用部件为基础，夹具则无此条件，需要有经验丰富的专业工程师完成全部设计，在设计中要充分考虑定位夹紧合理，装卸工件方便和易于排屑等方面的问题，并由经验丰富的工人完成制造。因此，欧美的机床制造厂家自己一般不承担夹具的设计与制造，而是由主机制造厂商提出技术要求向专业夹具公司订货，效果很好。

国内的机床附件厂原来主要生产与通用机床配套的各类卡盘和分度头等机床附件，这就是说即使在通用机床占主导的年代，夹具与主机也是专业分工的。随着通用机床和专用机床需求比例的变化，专用夹具的需求量不断增加，通用机床附件相对减少，机床附件的生产厂家应该适应市场需要扩大经营范围，组建夹具公司，承揽专用夹具的设计与制造业务。这不仅有利于附件厂家自身的发展，也有利于机床制造业的发展。

6.大型企业与小型企业

在诸多的机床厂家中，大型厂家无疑是机床制造业的主力。应有自己的系列产品和通用部件，向市场提供大量的设备和整条生产线。同时，具有强大的新技术开发能力，不断将新的系列产品推向市场。

就市场而言，小型机床厂家与大型厂家一般不应是竞争关系，而应该是互补关系。某些小型机床厂家将自身置于与大型厂家竞争地位是不可取的。小型机床厂家应利用具有灵活性的优势，开辟自己市场，就是将用户需要作为自己的产品。承制大的机床公司不宜生产的设备。目前，国内外均不乏这样的小型机床公司作为借鉴。

另一方面，小型机床厂家应具有自己的技术特点，开发特色产品。例如，奥地利的ANGER公司是一家只有80余名雇员的小型机床厂商，该公司生产的小型CNC高速切削机床很有特色。机床采用多主轴方式，主轴并排固定在主轴架上，每根主轴由各自的电动机直接驱动，简化了传动系统和主轴结构，主轴转速高达30000～100000r/min。每根主轴安装一种刀具，由夹具快速位移完成换刀，省去了复杂的换刀机构，换刀时间(切屑到切屑)仅为0.4s。由主轴旋转和夹具运动完成切削。机床采用运行速度较快的FANUC控制系统。这种机床除欧洲市场外，还远销美国和日本。再如，美国的KASPER公司设计制造的加工淬火工件的车床(Hardturning)和镗床(Hardboring)也是特色产品，其加工精度和表面粗糙度均优于普通磨床，是以车削和镗削代替磨削的理想设备。

我们的小型厂家也应具有自己的技术特点和特色产品，才能在国内外市场中立于不败之地。

不断提高技术水平，形成中国的世界知名厂家，生产名牌产品，应当成为新世纪之初我们机床制造厂家的目标。