機床行業：30年四大質變

近日中國機床工具工業協會名譽理事長梁訓瑄在中國工業報演講時表示。梁訓瑄認為，世界機械加工的技術演變，屬于“質變”性質的至少有四大方面，而其他技術進步大多屬于“量變”。而所謂“質變”是指：在創新思維與傳統“量變”上的根本區別；所依托的物質載體與常規相比在原理上的本質差異；在人類生產活動中所形成的效益與影響程度的深淺。

    他說，“關心我國機械加工領域的技術進步，勢必要聯系世界范圍內的發展，因為技術與科學是沒有國界的，并且是相互促進的。近30年來世界制造技術與裝備領域四大質變，我國都一直積極參與，并做出了重要推動與貢獻，有的方面甚至已進入了世界前列。而這四大質變其根本來源于，制造工具的變化———機床。”

    智能型生產工具出現

    最近，在國家有關部門一次高層“戰略產業選擇”座談會上，梁訓瑄提出一個觀點，“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”。

    梁訓瑄對此觀點解釋說，數控機床的出現標志著機床向智能化發展開始萌芽?；厮輽C床的發展歷史，從1952年第一臺數控機床出現至今的50多年來，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。

    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、語言提示；日本大隈公司開發了“thinc智能數字控制系統”等。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，越來越增多。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”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。

    快速成型技術是采用復合紙、高聚物質、金屬粉末、高溫合金、復合陶瓷、鑄造型砂等作為加工原材料；利用電熱、激光束、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，用于快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、新能源科學綜合集成發展的最新產物。

    在這個領域中，我國有華中科技大學、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水平行列，投入市場的產品更是品種繁多，年產幾百臺，技術已出口新加坡。

機床結構的變革

    近20年來，一種“并聯結構”機床的出現使得世界機床設計發生了革命性的變革?！安⒙摻Y構”完全不同于所有傳統機床結構。傳統機床結構均可歸結為串聯結構，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、動態性能更好等一系列主要優點。

    20年來，世界范圍內大約有十幾個國家20多個團隊在從事這方面的研發，其中瑞典TRICEPT公司已供應商品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。

    雖然近幾年來有關并聯結構機床的報道有所減少，但并聯結構機床的發展并未停步。據梁訓瑄講，他與如日本豐田工機、大隈、德國Index等從事并聯機床研發的某些團隊接觸了解到，這些具有一定技術實力的國外研發機構與企業仍在加快并聯結構機床的攻關，努力提高其性能。

    梁訓瑄表示，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，其中哈爾濱量具刃具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。

    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、壓模之類。而所有這些工具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。

    后來氧炔高溫切割方法出現了，緊接著電能源的放電加工方法、電化學加工、激光加工方法、電子束加工法、離子注入法、光刻法等也陸續出現，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，配合多坐標數控技術，大大縮短了汽車工業新產品的試制周期。目前，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。