上述领域中汽车发动机及关键零件加工的成套生产线设备70%以上依赖进口,一些大中型专门化或专用的高性能数控机床基本上需从国外引进。
2.世界机械加工设备产业发展趋势
未来国际市场需求表现在对机床租赁和旧机床改造业务的增加,以及由于机床的复合化程度不断提升,用户使用的机床台数会不断减少,而单价却不断上升,此外,工厂的自动化程度会逐渐提高,从而降低劳动力成本。
在机床设计理念中,需考虑用户在以下几方面的需求:对质量更好、交货更及时的零件的需求增加;需要加工体积更小、结构更复杂、精度更高的零件;微量加工应用范围越来越广;刀具的复杂程度和硬度越来越高。因此,加工过程的自动化,机床的复合化程度以及适应大批量和小批量生产的能力都成为机床技术发展的方向。要适应数字化制造的发展,作为主要制造装备的数控机床和系统,需具有(FIS)3的特性,即3F(柔性化、联盟化、新颖化)、3I(集成化、信息化、智能化)、3S(系统化、软件化、个性化)。
(1)持续地提高加工精度
从1950年至2000年的50年内,加工精度提升了100倍左右,当前的普通加工精度已达20世纪50年代的精密加工水平。以加工中心加工典型件的尺寸精度和形位精度为例对比国内外的水平,国内为0.008~0.010mm,而国际先进水平为0.002~0.003mm。
(2)推进全面高速化实现高效制造
在刀具材料和结构发展的支持下,切削速度不断地提高,实际生产中车、铣45号钢的速度由1950年的80~100m/min,至2000年普遍达500~600m/min,50年内切削速度提高了5倍。高速化加工另一个特点是大多从单一的高速切削发展至全面高速化,不仅要缩短切削时间,也要力求降低辅助时间和技术准备时间。
(3)复合加工机床促进新一代高效机床的形成
复合机床的含义是在一台机床上实现或尽可能完成从毛坯至成品的全部加工。复合机床根据其结构特点,可以分为如下2类:①工艺复合型为跨加工类别的复合机床,包括不同加工方法和工艺的复合,如车铣中心、铣车中心、激光铣削加工机床、冲压与激光切割复合、金属烧结与镜面切削复合等。②工序复合型应用刀具(铣头)自动交换装置、主轴立卧转换头、双摆铣头、多主轴头和多回转刀架等配置增加工件在一次安装下的加工工序数,如多面多轴联动加工的复合机床和主副双主轴车削中心等。复合数控机床则具有良好的工艺适用性,避免了在制品的储存和传输等环节,有力地支持了准时制造,因此它的研发已被给予了极大的关注。
(4)智能化和集成化成为数字化制造的重要支撑技术
信息技术的发展及其与传统机床的融合,使机床朝着数字化、集成化和智能化的方向发展。数字化制造装备、数字化生产线、数字化工厂的应用空间将越来越大;而采用智能技术来实现多信息融合下的重构优化的智能决策、过程适应控制、误差补偿智能控制、复杂曲面加工运动轨迹优化控制、故障自诊断和智能维护以及信息集成等功能,将大大提升成形和加工精度,提高制造效率。
(5)向大型化和微小型化两极发展
能源装备的大型化及航空航天事业等的发展,需要重型立式卧式加工中心和铣车中心。超精密加工技术和微纳米技术是21世纪的战略高技术,正在形成一个产业。需发展能适应微小型尺寸结构和微纳米加工精度的新型制造工艺和装备。航空航天、IT和国防高新技术的需求推进了超精加工技术及设备的发展。20世纪60年代美国开发出第一台商品化超精密机床,其加工尺寸精度为±0.8μm;20世纪70年代英国克兰菲尔德精密工程研究所批量生产的超精密车床加工的面形精度优于0.1μm;20世纪80年代美国LLL实验室和Y-12工厂合作生产的大型超精密金刚石车床的加工平面精度达0.0125μm,最大加工直径为2100mm。总的发展趋势是:加工精度不断提高,加工尺寸不断增大,加工方法多样化。由于晶片和光学镜片等硬脆材料加工的需要,超精密磨削和研抛以及非机械能的特种加工方法使加工精度可优于0.005μm。
(6)配套装置和功能部件的品种质量日臻完善
不仅数控系统(含数控装置和伺服驱动装置)有专业化生产厂,凡是关键的通用性功能部件如电主轴、刀具自动交换系统、滚动导轨、直线滚动丝杠驱动、双摆主轴头、双摆回转台和自动转位刀塔等在国外均有一些著名的专业化生产厂,这对保证产品质量、提高整机的可靠性和降低成本起着重要的作用。完善的高集成度专用电路系统的研发,仍是数控系统可靠性继续增长和结构小型化的一项重要措施。