上述領域中汽車發動機及關鍵零件加工的成套生產線設備70%以上依賴進口,一些大中型專門化或專用的高性能數控機床基本上需從國外引進。
2.世界機械加工設備產業發展趨勢
未來國際市場需求表現在對機床租賃和舊機床改造業務的增加,以及由于機床的復合化程度不斷提升,用戶使用的機床臺數會不斷減少,而單價卻不斷上升,此外,工廠的自動化程度會逐漸提高,從而降低勞動力成本。
在機床設計理念中,需考慮用戶在以下幾方面的需求:對質量更好、交貨更及時的零件的需求增加;需要加工體積更小、結構更復雜、精度更高的零件;微量加工應用范圍越來越廣;刀具的復雜程度和硬度越來越高。因此,加工過程的自動化,機床的復合化程度以及適應大批量和小批量生產的能力都成為機床技術發展的方向。要適應數字化制造的發展,作為主要制造裝備的數控機床和系統,需具有(FIS)3的特性,即3F(柔性化、聯盟化、新穎化)、3I(集成化、信息化、智能化)、3S(系統化、軟件化、個性化)。
(1)持續地提高加工精度
從1950年至2000年的50年內,加工精度提升了100倍左右,當前的普通加工精度已達20世紀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為例對比國內外的水平,國內為0.008~0.010mm,而國際先進水平為0.002~0.003mm。
(2)推進全面高速化實現高效制造
在刀具材料和結構發展的支持下,切削速度不斷地提高,實際生產中車、銑45號鋼的速度由1950年的80~100m/min,至2000年普遍達500~600m/min,50年內切削速度提高了5倍。高速化加工另一個特點是大多從單一的高速切削發展至全面高速化,不僅要縮短切削時間,也要力求降低輔助時間和技術準備時間。
(3)復合加工機床促進新一代高效機床的形成
復合機床的含義是在一臺機床上實現或盡可能完成從毛坯至成品的全部加工。復合機床根據其結構特點,可以分為如下2類:①工藝復合型為跨加工類別的復合機床,包括不同加工方法和工藝的復合,如車銑中心、銑車中心、激光銑削加工機床、沖壓與激光切割復合、金屬燒結與鏡面切削復合等。②工序復合型應用刀具(銑頭)自動交換裝置、主軸立臥轉換頭、雙擺銑頭、多主軸頭和多回轉刀架等配置增加工件在一次安裝下的加工工序數,如多面多軸聯動加工的復合機床和主副雙主軸車削中心等。復合數控機床則具有良好的工藝適用性,避免了在制品的儲存和傳輸等環節,有力地支持了準時制造,因此它的研發已被給予了極大的關注。
(4)智能化和集成化成為數字化制造的重要支撐技術
信息技術的發展及其與傳統機床的融合,使機床朝著數字化、集成化和智能化的方向發展。數字化制造裝備、數字化生產線、數字化工廠的應用空間將越來越大;而采用智能技術來實現多信息融合下的重構優化的智能決策、過程適應控制、誤差補償智能控制、復雜曲面加工運動軌跡優化控制、故障自診斷和智能維護以及信息集成等功能,將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兩極發展
能源裝備的大型化及航空航天事業等的發展,需要重型立式臥式加工中心和銑車中心。超精密加工技術和微納米技術是21世紀的戰略高技術,正在形成一個產業。需發展能適應微小型尺寸結構和微納米加工精度的新型制造工藝和裝備。航空航天、IT和國防高新技術的需求推進了超精加工技術及設備的發展。20世紀60年代美國開發出第一臺商品化超精密機床,其加工尺寸精度為±0.8μm;20世紀70年代英國克蘭菲爾德精密工程研究所批量生產的超精密車床加工的面形精度優于0.1μm;20世紀80年代美國LLL實驗室和Y-12工廠合作生產的大型超精密金剛石車床的加工平面精度達0.0125μm,最大加工直徑為2100mm。總的發展趨勢是:加工精度不斷提高,加工尺寸不斷增大,加工方法多樣化。由于晶片和光學鏡片等硬脆材料加工的需要,超精密磨削和研拋以及非機械能的特種加工方法使加工精度可優于0.005μm。
(6)配套裝置和功能部件的品種質量日臻完善
不僅數控系統(含數控裝置和伺服驅動裝置)有專業化生產廠,凡是關鍵的通用性功能部件如電主軸、刀具自動交換系統、滾動導軌、直線滾動絲杠驅動、雙擺主軸頭、雙擺回轉臺和自動轉位刀塔等在國外均有一些著名的專業化生產廠,這對保證產品質量、提高整機的可靠性和降低成本起著重要的作用。完善的高集成度專用電路系統的研發,仍是數控系統可靠性繼續增長和結構小型化的一項重要措施。