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“說(shuō)不定哪天我就離開(kāi)機(jī)床行業(yè),再也不干這行了?!?月11日,在第十二屆中國(guó)國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)上,大連機(jī)床集團(tuán)的技術(shù)工程師張成(化名)與記者探討行業(yè)發(fā)展問(wèn)題時(shí),很無(wú)奈地發(fā)出如此感慨。
機(jī)床是裝備制造業(yè)中的基礎(chǔ)性產(chǎn)品。我國(guó)機(jī)床業(yè)技術(shù)附加值較低,尤其自主研發(fā)的高端數(shù)控機(jī)床成果寥寥,這與“中國(guó)制造”以往在國(guó)際分工中的低端定位有關(guān)。而近年來(lái),中國(guó)產(chǎn)業(yè)升級(jí)步伐加快,高端數(shù)控機(jī)床需求大增,但市場(chǎng)卻主要被進(jìn)口貨占據(jù),國(guó)產(chǎn)高端數(shù)控機(jī)床發(fā)展仍步履艱難。
種種跡象顯示,這與國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域高端技術(shù)人才缺失有關(guān)。數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)規(guī)模發(fā)展越快,人才短缺的瓶頸效應(yīng)越凸顯。對(duì)國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床行業(yè)而言,這仿佛是個(gè)難以自拔的尷尬境地。
發(fā)展陷入怪圈
在此次展會(huì)上,當(dāng)各展臺(tái)的業(yè)務(wù)人員都在熱切期待自己的客戶(hù)時(shí),記者卻在大連機(jī)床集團(tuán)展臺(tái)旁,看到一個(gè)小伙子和一位白發(fā)蒼蒼的老人為了機(jī)床行業(yè)人才缺失的問(wèn)題展開(kāi)熱烈的討論。小伙子就是張成,老者是中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)高級(jí)工程師、原高級(jí)顧問(wèn)陳循介。
“我國(guó)機(jī)床行業(yè)之所以會(huì)出現(xiàn)今天這個(gè)現(xiàn)狀,很重要的原因是人才缺失?!弊鳛槔弦惠厵C(jī)床專(zhuān)家,陳循介憂(yōu)慮地對(duì)記者說(shuō),國(guó)內(nèi)機(jī)床行業(yè)的高端技術(shù)人才中,比他年輕一點(diǎn)的有不少,可再年輕點(diǎn)的就很少見(jiàn)了。機(jī)床行業(yè)在人才上出現(xiàn)了斷代。
張成也認(rèn)為,我國(guó)大量高端機(jī)床領(lǐng)域的技術(shù)人才流失,關(guān)鍵是用什么來(lái)吸引人才的問(wèn)題。國(guó)內(nèi)機(jī)床企業(yè)還不能給高精尖人才提供一個(gè)良好的環(huán)境。
記者注意到,和其他裝備制造業(yè)一樣,目前我國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)處于難得的戰(zhàn)略機(jī)遇期。傳統(tǒng)工業(yè),如汽車(chē)、機(jī)械、家電、紡織、農(nóng)機(jī)、環(huán)保等行業(yè)的技術(shù)改造,對(duì)數(shù)控機(jī)床的需求繼續(xù)攀升;電子信息、生物工程、新能源新材料等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展又為精密、高效、專(zhuān)用數(shù)控機(jī)床開(kāi)辟了新的需求市場(chǎng)。
另一方面,我國(guó)東部產(chǎn)業(yè)的升級(jí)、東北等老工業(yè)基地的振興和中西部開(kāi)發(fā)步伐的加快,為數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了潛力巨大的國(guó)內(nèi)市場(chǎng);國(guó)際金融危機(jī)以來(lái),國(guó)際資本和產(chǎn)業(yè)向中國(guó)的轉(zhuǎn)移、國(guó)際技術(shù)和人才的交流,又為我國(guó)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了外部環(huán)境。
有數(shù)據(jù)顯示,10年前國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量只有2萬(wàn)臺(tái)左右,如今已經(jīng)達(dá)到年產(chǎn)量20多萬(wàn)臺(tái);國(guó)產(chǎn)機(jī)床數(shù)控化率由“十五”末的35.5%,提高到“十一五”末的51.9%。然而,這些數(shù)據(jù)卻不能反映目前機(jī)床行業(yè)發(fā)展面臨的諸多深層次矛盾。
“大而不強(qiáng)、廣而不精是國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的通病,重點(diǎn)行業(yè)需要的高檔機(jī)床日前仍需靠進(jìn)口?!饼R齊哈爾二機(jī)床總工程師程鳳蘭說(shuō)。
武漢重型機(jī)床集團(tuán)有限公司(下稱(chēng)武重機(jī)床)總工藝師、副總工程師張文橋也指出:“我們采取的是先做大、再做強(qiáng)的策略。目前,機(jī)床的功能是達(dá)到了,可精度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠?!?/p>
“從某種程度上說(shuō),機(jī)床業(yè)的發(fā)展陷入了一個(gè)怪圈。”湖南杰克數(shù)控有限公司董事長(zhǎng)、湖南大學(xué)隨動(dòng)磨削研究所所長(zhǎng)胡惜時(shí)對(duì)記者說(shuō),機(jī)床業(yè)相當(dāng)于制造業(yè)中的“農(nóng)業(yè)”,利潤(rùn)低導(dǎo)致技術(shù)人才待遇低,待遇低又導(dǎo)致機(jī)床業(yè)人才缺失,人才缺失又影響產(chǎn)品的創(chuàng)新,這又進(jìn)一步制約了企業(yè)的利潤(rùn)空間。
人才待遇不高
杰克機(jī)床是杰克控股集團(tuán)旗下的第二大企業(yè),現(xiàn)在在浙江、江西和湖南擁有3家機(jī)床制造工廠=其在湖南工廠的高級(jí)技術(shù)員自加入企業(yè)第二年后就基本上能拿到3000多塊錢(qián)。雖然也有年薪十幾萬(wàn)的工程師,但公司對(duì)用人成本有嚴(yán)格控制,基本上不會(huì)超過(guò)總成本的15%。
胡惜時(shí)告訴記者,技術(shù)人才流失,跟這個(gè)行業(yè)的工資待遇不高確實(shí)有很大關(guān)系?!艾F(xiàn)在哪怕一個(gè)洗腳妹也能拿到3000塊錢(qián)工資。一個(gè)技術(shù)員才拿3000塊錢(qián),他就感覺(jué)吃虧了?!?/p>
加拿大的ICAM公司是數(shù)控機(jī)床行業(yè)的國(guó)際知名公司。該公司工程師李榮華向本刊記者介紹,跟中國(guó)比,該公司給技術(shù)人才的待遇確實(shí)要高出一大截,盡管中國(guó)一些機(jī)床企業(yè)已經(jīng)在給員工漲薪水。
然而,國(guó)內(nèi)機(jī)床企業(yè)目前還是無(wú)法滿(mǎn)足工程師們的迫切愿望。這其中的一個(gè)很重要原因是國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床賣(mài)不出好價(jià)錢(qián)。同樣型號(hào)的產(chǎn)品,國(guó)產(chǎn)的價(jià)錢(qián)要比國(guó)外企業(yè)的產(chǎn)品便宜很多,以至于業(yè)內(nèi)人士不看產(chǎn)品參數(shù),只看價(jià)錢(qián)就能判斷出是國(guó)產(chǎn)貨還是進(jìn)口貨。
另一方面,國(guó)內(nèi)企業(yè)管理層似乎沒(méi)有深刻意識(shí)到高端技術(shù)工程人員的重要性。工程師做銷(xiāo)售
張成在大連機(jī)床搞技術(shù)研發(fā)已經(jīng)5年。不過(guò),從今年開(kāi)始,他要開(kāi)始跑銷(xiāo)售。記者注意到,在CIMT2011展會(huì)上,很多“銷(xiāo)售經(jīng)理”名片的頭銜后面都跟著三個(gè)字――工程師。
對(duì)此現(xiàn)象,浙江天通吉成機(jī)器技術(shù)有限公司銷(xiāo)售二部部長(zhǎng)張亞寧解釋說(shuō):“我們國(guó)家的機(jī)床行業(yè)是市場(chǎng)導(dǎo)向性非常突出的行業(yè),只有市場(chǎng)需要的,機(jī)床企業(yè)才去研發(fā)生產(chǎn),市場(chǎng)不需要的就一定不會(huì)有哪家企業(yè)會(huì)去研發(fā)生產(chǎn)。”
武重機(jī)床是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)重型、超重型機(jī)床規(guī)格最大、品種最全的大型骨干企業(yè)。該公司總工藝師、副總工程師張文橋表示,從他們機(jī)床廠家來(lái)說(shuō),也想用國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng),但這最終還是取決于用戶(hù)的選擇,一般用戶(hù)不愿意使用國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)。沈陽(yáng)機(jī)床黨委宣傳部的一位楊姓副部長(zhǎng)也曾向記者表示,如果企業(yè)一心研發(fā)新產(chǎn)品,到頭來(lái)卻賣(mài)不出去,那企業(yè)怎么生存?
來(lái)自中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)顯示:2010年我國(guó)機(jī)床工具產(chǎn)品進(jìn)口總額為157.2億美元,同比增長(zhǎng)62.0%,超過(guò)歷史最高的2008年的27.8%。其中,普通機(jī)床超過(guò)90億美元,數(shù)控機(jī)床接近80億美元。
對(duì)此,有機(jī)床行業(yè)專(zhuān)家分析指出,進(jìn)口大幅增長(zhǎng)的原因,一方面是國(guó)家鼓勵(lì)先進(jìn)技術(shù)和先進(jìn)裝備進(jìn)口,進(jìn)一步擴(kuò)大高檔機(jī)床工具產(chǎn)品的進(jìn)口,另一方面也說(shuō)明,國(guó)產(chǎn)中、高檔機(jī)床工具與國(guó)外還有較明顯差距,還不能完全滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求。
“在國(guó)內(nèi)高端數(shù)控機(jī)床受制于高端人才短缺的情況下,市場(chǎng)發(fā)展越快,進(jìn)口產(chǎn)品就越多,國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的高端數(shù)控機(jī)床所占市場(chǎng)份額就越小,仿佛跌入了一個(gè)越來(lái)越深的陷阱,前景堪憂(yōu)。”業(yè)內(nèi)分析人士說(shuō)。
近年來(lái),隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,數(shù)字控制技術(shù)(既數(shù)控技術(shù))已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域,尤其是機(jī)械制造業(yè)中,普通機(jī)械正逐漸被高效率、高精度、高自動(dòng)化的數(shù)控機(jī)械所代替,范文之調(diào)查報(bào)告:數(shù)控專(zhuān)業(yè)社會(huì)調(diào)查報(bào)告。 目前國(guó)外機(jī)械設(shè)備的數(shù)控化率已達(dá)到85%以上,而我國(guó)的機(jī)械設(shè)備的數(shù)控化率不足20%,隨著我國(guó)機(jī)制行業(yè)新技術(shù)的應(yīng)用,我國(guó)世界制造業(yè)加工中心地位形成, 數(shù)控機(jī)床的使用、維修、維護(hù)人員在全國(guó)各工業(yè)城市都非常緊缺,再加上數(shù)控技術(shù)人員從業(yè)面非常廣,可在現(xiàn)代制造業(yè)的模具、鐘表業(yè)、五金行業(yè)、中小制造業(yè)、從事相應(yīng)公司企業(yè)的電腦繪圖、數(shù)控編程設(shè)計(jì)、加工中心操作、模具設(shè)計(jì)與制造、電火花及線切割工作,所以目前現(xiàn)有的數(shù)控技術(shù)人才無(wú)法滿(mǎn)足制造業(yè)的需求,而且人才市場(chǎng)上的這類(lèi)人才儲(chǔ)備并不大,企業(yè)要在人才市場(chǎng)上尋覓合適的人才顯得比較困難,以至于導(dǎo)致模具設(shè)計(jì)、CAD/CAM工程師、數(shù)控編程、數(shù)控加工等已成為我國(guó)各人才市場(chǎng)招聘頻率最高的職位之一。數(shù)控專(zhuān)業(yè)就業(yè)前景看好!二、數(shù)控專(zhuān)業(yè)調(diào)查內(nèi)容:
(一)數(shù)控技術(shù)人才的需求分析
裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的水平和現(xiàn)代化程度,當(dāng)今世界各國(guó)制造業(yè)廣泛采用數(shù)控等現(xiàn)代制造技術(shù),以提高制造能力和水平,提高對(duì)動(dòng)態(tài)多變市場(chǎng)的適應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)能力。改革、開(kāi)放的中國(guó)正逐漸成為世界制造業(yè)中心,重慶市在十中也明確規(guī)劃:將把重慶市建成國(guó)際制造業(yè)基地,走新型工業(yè)化道路,這些新形勢(shì)對(duì)技術(shù)技能型、知識(shí)技能型、復(fù)合技能型等新型的數(shù)控類(lèi)人才在數(shù)量與質(zhì)量上提出了新的要求。同時(shí),勞動(dòng)力市場(chǎng)也呈現(xiàn)出數(shù)控類(lèi)人才的大量短缺現(xiàn)象。
(二)數(shù)控人才的知識(shí)結(jié)構(gòu)
現(xiàn)在處于生產(chǎn)一線的各種數(shù)控人才主要有二個(gè)來(lái)源:一是大學(xué)、高職和中職的機(jī)電一體化或數(shù)控技術(shù)應(yīng)用等專(zhuān)業(yè)的畢業(yè)生,他們都很年輕,具有不同程度的英語(yǔ)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、機(jī)械和電氣基礎(chǔ)理論知識(shí)和一定的動(dòng)手能力,容易接受新工作崗位的挑戰(zhàn)。他們最大的缺陷就是學(xué)校難以提供的工藝經(jīng)驗(yàn),同時(shí),由于學(xué)校教育的專(zhuān)業(yè)課程分工過(guò)窄,仍然難以滿(mǎn)足某些企業(yè)對(duì)加工和維修一體化的復(fù)合型人才的要求。
另一個(gè)來(lái)源就是從企業(yè)現(xiàn)有員工中挑選人員參加不同層次的數(shù)控技術(shù)中、短期培訓(xùn),以適應(yīng)企業(yè)對(duì)數(shù)控人才的急需。這些人員一般具有企業(yè)所需的工藝背景、比較豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),但是他們大部分是傳統(tǒng)的機(jī)類(lèi)或電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的各級(jí)畢業(yè)生,知識(shí)面較窄,特別是對(duì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)和計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)不太了解。
對(duì)于數(shù)控人才,有以下三個(gè)需求層次,所需掌握的知識(shí)結(jié)構(gòu)也各不同:
1.藍(lán)領(lǐng)層
數(shù)控操作技工:精通機(jī)械加工和數(shù)控加工工藝知識(shí),熟練掌握數(shù)控機(jī)床的操作和手工編程,了解自動(dòng)編程和數(shù)控機(jī)床的簡(jiǎn)單維護(hù)維修。適合中職學(xué)校組織培養(yǎng)。此類(lèi)人員市場(chǎng)需求量大,適合作為車(chē)間的數(shù)控機(jī)床操作技工。但由于其知識(shí)較單一,其工資待遇不會(huì)大高。
2.灰領(lǐng)層
(1)數(shù)控編程員:掌握數(shù)控加工工藝知識(shí)和數(shù)控機(jī)床的操作,掌握復(fù)雜模具的設(shè)計(jì)和制造專(zhuān)業(yè)知識(shí),熟練掌握三維CAD/CAM軟件,如uc、ProE等;熟練掌握數(shù)控手工和自動(dòng)編程技術(shù);適合高職、本科學(xué)校組織培養(yǎng)。適合作為工廠設(shè)計(jì)處和工藝處的數(shù)控編程員。此類(lèi)人員需求量大,尤其在模具行業(yè)非常受歡迎;待遇也較高。
(2)數(shù)控機(jī)床維護(hù)、維修人員:掌握數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)和機(jī)電聯(lián)調(diào),掌握數(shù)控機(jī)床的操作與編程,熟悉各種數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)、軟硬件結(jié)構(gòu)、PLC和參數(shù) 設(shè)置。精通數(shù)控機(jī)床的機(jī)械和電氣的調(diào)試和維修。適合高職學(xué)校組織培養(yǎng)。適合作為工廠設(shè)備處工程技術(shù)人員。此類(lèi)人員需求量相對(duì)少一些,但培養(yǎng)此類(lèi)人員非常不易,知識(shí)結(jié)構(gòu)要求很廣,適應(yīng)與數(shù)控相關(guān)的工作能力強(qiáng),需要大量實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的積累,目前非常缺乏,其待遇也較高。
3.金領(lǐng)層
機(jī)床是先進(jìn)制造技術(shù)的載體和裝備工業(yè)的基本生產(chǎn)手段,機(jī)械制造的工作母機(jī),是裝備制造業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)備,主要應(yīng)用領(lǐng)域是船舶、工程機(jī)械、軍工、農(nóng)機(jī)、電力設(shè)備、鐵路機(jī)車(chē)、汽車(chē)等行業(yè)。在船舶、工程機(jī)械等行業(yè)的產(chǎn)能擴(kuò)張壓力的推動(dòng)之下,機(jī)床工業(yè)正迎來(lái)快速發(fā)展階段。
就最近幾年的發(fā)展情況看,在機(jī)床工業(yè)的下游產(chǎn)業(yè)中,船舶、工程機(jī)械、重型機(jī)械、軍工是發(fā)展最快的行業(yè),這些行業(yè)的企業(yè)在從產(chǎn)能閑置發(fā)展到滿(mǎn)產(chǎn)超產(chǎn)的過(guò)程中,對(duì)機(jī)床設(shè)備的更新?lián)Q代和小規(guī)模添置需求帶動(dòng)了機(jī)床工業(yè)穩(wěn)定中速增長(zhǎng);當(dāng)前各大造船公司、工程機(jī)械公司的產(chǎn)能利用率基本都在100%以上,尤其是造船行業(yè),手持訂單遠(yuǎn)超當(dāng)前產(chǎn)能。生產(chǎn)任務(wù)已經(jīng)排到了2011年,擴(kuò)大產(chǎn)能已成為必然,擴(kuò)產(chǎn)必須的生產(chǎn)設(shè)備尤其是機(jī)床設(shè)備的需求量將迎來(lái)加速增長(zhǎng),其他如汽車(chē)、電力設(shè)備的需求也將維持穩(wěn)定增長(zhǎng)。
二、各機(jī)械子行業(yè)交替推動(dòng)機(jī)床工業(yè)發(fā)展。大型重型機(jī)床速度遠(yuǎn)快于中小型機(jī)床
機(jī)床是制造機(jī)器的機(jī)器,為汽車(chē)、船舶、軍工、工程機(jī)械等各個(gè)裝備制造產(chǎn)業(yè)提供裝備,因此與宏觀經(jīng)濟(jì)、特別是制造領(lǐng)域的固定資產(chǎn)投資密切相關(guān)。同時(shí)機(jī)床行業(yè)的直接下游是機(jī)械制造,因此機(jī)床行業(yè)與機(jī)械制造業(yè)的關(guān)系更為密切。機(jī)床工業(yè)給其下游多個(gè)機(jī)械制造子行業(yè)提品,因此不同時(shí)期,各裝備制造子行業(yè)有繁榮,有衰退,而機(jī)床工業(yè)發(fā)展比其下游行業(yè)要相對(duì)穩(wěn)健。在各個(gè)不同的經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段,各個(gè)子行業(yè)交替成為推動(dòng)機(jī)床行業(yè)發(fā)展的主動(dòng)力,機(jī)床行業(yè)將跟隨發(fā)展最快的子行業(yè)增長(zhǎng)。
在當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段,船舶、工程機(jī)械,重型機(jī)械、石化生產(chǎn)設(shè)備等重型設(shè)備是發(fā)展最快和增長(zhǎng)前景最為明確的下游行業(yè),汽車(chē)工業(yè)雖然整體盈利水平增長(zhǎng)跟不上產(chǎn)量增長(zhǎng),但產(chǎn)銷(xiāo)量的增長(zhǎng)還是比較明朗的,因此汽車(chē)工業(yè)對(duì)機(jī)床的需求仍將穩(wěn)定增長(zhǎng)。
重型工業(yè)發(fā)展是此輪中國(guó)經(jīng)濟(jì)繁榮的主要增長(zhǎng)點(diǎn),成為拉動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的重要力量,中國(guó)目前正處于重型機(jī)械、重化工業(yè)發(fā)展階段的中段,這一階段還將持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間,重型機(jī)械行業(yè)發(fā)展應(yīng)該快于輕型、中型機(jī)械產(chǎn)品的發(fā)展,相對(duì)應(yīng)地其所推動(dòng)的大型、重型機(jī)床行業(yè)的發(fā)展速度將遠(yuǎn)快于中小型機(jī)床,因此我們更看好大型、重型機(jī)床行業(yè)的發(fā)展前景。
三、高精密機(jī)床壁壘很高
機(jī)床行業(yè)作為精密機(jī)械制造業(yè),發(fā)展特點(diǎn)是循序漸進(jìn),逐步累積,產(chǎn)品性能很難在短時(shí)間內(nèi)取得爆發(fā)式進(jìn)展。如同其它制造業(yè)一樣,基于亞洲國(guó)家的成本優(yōu)勢(shì),近年來(lái)機(jī)床工業(yè)有向亞洲新興國(guó)家轉(zhuǎn)移的趨勢(shì),但這種趨勢(shì)發(fā)展的速度比較緩慢,遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于其它類(lèi)機(jī)械設(shè)備制造業(yè),這主要也是因?yàn)闄C(jī)床工業(yè)技術(shù)和工藝提高的難度很高。當(dāng)然我們認(rèn)為這種轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)不可逆轉(zhuǎn)。
高精機(jī)床是先發(fā)優(yōu)勢(shì)明顯的行業(yè),技術(shù)與工藝非常嚴(yán)苛,每提高一步都需要很豐富的技術(shù)、工藝上的沉淀和艱苦的努力。對(duì)于后發(fā)的國(guó)家和企業(yè)來(lái)說(shuō)很難彌補(bǔ),這也是我國(guó)機(jī)床工業(yè)長(zhǎng)期落后,貿(mào)易逆差居高不下的重要原因。這與我國(guó)其他行業(yè)特別是其他機(jī)械子行業(yè)發(fā)展突飛猛進(jìn),產(chǎn)品開(kāi)始大規(guī)模出口的形勢(shì)形成了鮮明對(duì)比。相對(duì)于其他機(jī)械行業(yè)來(lái)說(shuō),我國(guó)管理部門(mén)對(duì)機(jī)床行業(yè)的重視和扶持力度是相當(dāng)大的,但是機(jī)床行業(yè)的逆差水平是所有機(jī)械類(lèi)子行業(yè)中最高的,這充分說(shuō)明了高精機(jī)床提高的難度。
正因?yàn)楦呔珯C(jī)床行業(yè)提高難度大,所以機(jī)床行業(yè)先進(jìn)國(guó)家對(duì)本國(guó)機(jī)床企業(yè)保護(hù)的力度也比其他行業(yè)要大,西方國(guó)家對(duì)我國(guó)機(jī)床業(yè)不僅在技術(shù)上嚴(yán)格限制轉(zhuǎn)讓?zhuān)一谡卧蛟诟呔珯C(jī)床產(chǎn)品上也對(duì)我國(guó)實(shí)施限制和禁運(yùn)。高精機(jī)床是當(dāng)前為數(shù)不多的西方國(guó)家對(duì)我國(guó)采取限制和禁運(yùn)措施的產(chǎn)品。
當(dāng)然機(jī)床行業(yè)這種高壁壘特點(diǎn)確實(shí)給國(guó)內(nèi)機(jī)床企業(yè)發(fā)展制造了障礙,但這也成為國(guó)內(nèi)高精機(jī)床行業(yè)龍頭企業(yè)的保護(hù)墻和后發(fā)企業(yè)的進(jìn)入壁壘,龍頭機(jī)床企業(yè)相對(duì)國(guó)內(nèi)后發(fā)企業(yè)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)會(huì)維持很長(zhǎng)一段時(shí)期。
四、中國(guó)機(jī)床工業(yè)取得很大進(jìn)步
機(jī)床是裝備工業(yè)的基礎(chǔ),生產(chǎn)裝備的裝備,機(jī)床工業(yè)是關(guān)系國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)防建設(shè)的基礎(chǔ)工業(yè)和戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè),在發(fā)達(dá)國(guó)家無(wú)一不重視機(jī)床工業(yè)。我國(guó)機(jī)床工業(yè)經(jīng)過(guò)多年艱苦努力,建立起較大的規(guī)模和較完整的體系,奠定了有利的技術(shù)基礎(chǔ),具備相當(dāng)?shù)母?jìng)爭(zhēng)實(shí)力。整體上說(shuō),我國(guó)機(jī)床工業(yè)已跨入世界行列的第一方陣。2000年以來(lái),世界機(jī)床工業(yè)由歐洲向亞洲新興國(guó)家轉(zhuǎn)移趨勢(shì),雖然緩慢但難以逆轉(zhuǎn)。
“十五”以來(lái),我國(guó)機(jī)床消費(fèi)連創(chuàng)紀(jì)錄,大陸市場(chǎng)機(jī)床消費(fèi)總額(國(guó)內(nèi)產(chǎn)品銷(xiāo)售產(chǎn)值十進(jìn)口額一出口額)和進(jìn)口額已連續(xù)5年居世界第一,成為令全球矚目的機(jī)床消費(fèi)大國(guó)。2006年中國(guó)大陸市場(chǎng)機(jī)床消費(fèi)額達(dá)131.1億美元,同比增長(zhǎng)約20%;機(jī)床進(jìn)口72.4億美元,同比增長(zhǎng)11.55%,增幅比上年同期提高1.7個(gè)百分點(diǎn)。中國(guó)機(jī)床消費(fèi)額占全球機(jī)床銷(xiāo)售總額的比重已達(dá)到20%以上,為機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了難得的市場(chǎng)機(jī)遇。世界機(jī)床消費(fèi)位列二、三、四名的日本約占15%,美國(guó)約占11.6%,德國(guó)約占10.6%。
作為一個(gè)世界上發(fā)揮重要作用的大國(guó),我國(guó)必須從各個(gè)方面確保國(guó)家的獨(dú)立自主地位。我國(guó)機(jī)床行業(yè)產(chǎn)品種類(lèi)齊全,可生產(chǎn)品種已經(jīng)超過(guò)3600種,基本已經(jīng)無(wú)空白領(lǐng)域,大部分滿(mǎn)足了我國(guó)裝備制造業(yè)對(duì)機(jī)床的需求。
近年來(lái),我國(guó)機(jī)床市場(chǎng)需求非常旺盛,2003年至2006年之間,銷(xiāo)售收入增長(zhǎng)率分別為21%、21%、17%,27%,而數(shù)控機(jī)床更是以50%以上的速度增長(zhǎng)。機(jī)床工具行業(yè)整體銷(xiāo)售收入連年以20%以上的復(fù)合增長(zhǎng)率增長(zhǎng),從目前的情況來(lái)看,國(guó)內(nèi)機(jī)床行業(yè)需求旺盛趨勢(shì)還將延續(xù)。在技術(shù)含量較高的金屬切削機(jī)床方面,機(jī)床產(chǎn)量連年上升,年復(fù)合增長(zhǎng)率22%以上,數(shù)控金屬切削機(jī)床產(chǎn)量上升幅度更快,數(shù)控金切機(jī)床比例穩(wěn)步增長(zhǎng),2001年中國(guó)數(shù)控金切機(jī)床比例只有9%,到2007年上半年已經(jīng)達(dá)到了20%。由于我國(guó)目前正處于工業(yè)化初期,很多金屬加工產(chǎn)品要求的精度并不要求很高,加上我國(guó)勞動(dòng)力成本低廉,因此低端普通機(jī)床仍然有一定的市場(chǎng)銷(xiāo)路。
五、國(guó)產(chǎn)機(jī)床數(shù)控化率逐年提高
數(shù)控機(jī)床的工作原理就是將加工過(guò)程所需的各種操作(如主軸變速、工件的松開(kāi)與夾緊、進(jìn)刀與退刀、開(kāi)車(chē)與停車(chē)、自動(dòng)關(guān)停冷卻液)和步驟以及工件的形狀尺寸用數(shù)字化的代碼表示,通過(guò)控制介質(zhì)將數(shù)字信息送入數(shù)控裝置,數(shù)控裝置對(duì)輸入的信息進(jìn)行處理與運(yùn)算,發(fā)出各種控制信號(hào),控制機(jī)床的伺服系統(tǒng)或其他驅(qū)動(dòng)元件,使機(jī)床自動(dòng)加工出所需要的工件。所以,數(shù)控加工的關(guān)鍵是加工數(shù)據(jù)和工藝參數(shù)的獲取,即數(shù)控編程。
數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比有很多
無(wú)可比擬優(yōu)點(diǎn):1、適合于復(fù)雜異形零件的加工;2、加工精度高;3、加工穩(wěn)定可靠;4、高柔性,加工對(duì)象改變時(shí),一般只需要更改數(shù)控程序,體現(xiàn)出很好的適應(yīng)性,5、高生產(chǎn)率;6、勞動(dòng)條件好,機(jī)床自動(dòng)化程度高,操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低,工作環(huán)境較好。
缺點(diǎn)是:1、投資大,使用費(fèi)用高;2、生產(chǎn)準(zhǔn)備工作復(fù)雜;3、維修困難,數(shù)控機(jī)床是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品,技術(shù)含量高,對(duì)維修人員的技術(shù)要求很高。歐洲、美國(guó)、日本的機(jī)床業(yè)都很重視數(shù)控化,目前歐美日的金屬切削機(jī)床的產(chǎn)值數(shù)控化率均在80%以上,數(shù)量數(shù)控化率也在60%以上。
我國(guó)數(shù)控機(jī)床開(kāi)發(fā)晚,起點(diǎn)低,前期發(fā)展緩慢。數(shù)控系統(tǒng)裝置是數(shù)控機(jī)床的神經(jīng)中樞,是長(zhǎng)期阻礙中國(guó)數(shù)控領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)?!熬盼濉币院髧?guó)家有關(guān)部門(mén)明確發(fā)展以PC為平臺(tái)的數(shù)控系統(tǒng),通過(guò)“九五”的攻關(guān),現(xiàn)在框架上已初步完成。解決了多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的技術(shù)難題。從過(guò)去的三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)達(dá)到了最多可達(dá)入坐標(biāo)聯(lián)動(dòng),打破了國(guó)外對(duì)我國(guó)的技術(shù)“限制”。同時(shí),我國(guó)國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)已具備批量生產(chǎn)能力,市場(chǎng)品牌也在逐步樹(shù)立,正在改變國(guó)際強(qiáng)手在中國(guó)市場(chǎng)上奇貨可居的壟斷局面。
經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展的我國(guó)數(shù)控機(jī)床已經(jīng)取得了很大進(jìn)步,遠(yuǎn)高于普通機(jī)床的發(fā)展速度,2002年國(guó)產(chǎn)數(shù)控金屬切削機(jī)床24803臺(tái),06年達(dá)到了82024臺(tái),數(shù)量數(shù)控化率從9%提高到了20%,產(chǎn)值數(shù)控化率為44%。
但是總體來(lái)說(shuō)我國(guó)數(shù)控金切機(jī)床還是相對(duì)比較落后,國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率低,基本依賴(lài)進(jìn)口,這是導(dǎo)致我國(guó)金屬加工、金屬切削機(jī)床的貿(mào)易逆差連年上升的重要原因。我國(guó)數(shù)控金切機(jī)床消費(fèi)對(duì)進(jìn)口產(chǎn)品的依存度長(zhǎng)期維持在70%以上,如何發(fā)展我國(guó)數(shù)控金切機(jī)床,是我國(guó)機(jī)床業(yè)界的重要任務(wù),同時(shí)也是我國(guó)機(jī)床擴(kuò)張和增長(zhǎng)的重大機(jī)會(huì)。
六、對(duì)進(jìn)口機(jī)床依存度仍然很高
長(zhǎng)期以來(lái)我國(guó)機(jī)床工業(yè)取得了很大發(fā)展,但是相對(duì)于發(fā)達(dá)國(guó)家的機(jī)床工業(yè)我們?nèi)匀宦浜?,主要在加工精度、穩(wěn)定性、無(wú)故障時(shí)間上與國(guó)外產(chǎn)品有較大差距,而且數(shù)控化率偏低,雖然我國(guó)大陸機(jī)床主機(jī)的銷(xiāo)售收入增長(zhǎng)很快,但進(jìn)口增長(zhǎng)也很快,進(jìn)出口逆差有逐年擴(kuò)大趨勢(shì),只是在07年上半年,進(jìn)出口逆差有稍稍縮小的跡象,總體而言,我國(guó)對(duì)進(jìn)口機(jī)床的依存度較高,一直維持在50%以上。這其中,數(shù)控金切機(jī)床對(duì)國(guó)外產(chǎn)品的依存度很高是重要原因。我國(guó)數(shù)控金切機(jī)床對(duì)進(jìn)口存度達(dá)到了70%,可以說(shuō)基本依賴(lài)進(jìn)口。
造成這種局面的主要原因是我國(guó)機(jī)床產(chǎn)品,尤其是高精機(jī)床和數(shù)控機(jī)床的性能、質(zhì)量、穩(wěn)定性落后,而且提高速度緩慢;另一個(gè)原因是國(guó)內(nèi)對(duì)機(jī)床行業(yè)的保護(hù)力度還不到位。前些年為了吸引外資,對(duì)外商直接投資企業(yè)購(gòu)買(mǎi)外國(guó)設(shè)備免稅。近年來(lái),政府已經(jīng)對(duì)這些政策進(jìn)行了修改,外商投資企業(yè)進(jìn)口機(jī)床的免稅條款已經(jīng)廢除,而且國(guó)內(nèi)企業(yè)的固定資產(chǎn)投資購(gòu)買(mǎi)國(guó)產(chǎn)設(shè)備可以抵稅。這些措施有力地支持了國(guó)產(chǎn)機(jī)床業(yè)的發(fā)展。
當(dāng)然我國(guó)機(jī)床行業(yè)對(duì)進(jìn)口度高,也從側(cè)面說(shuō)明了機(jī)床行業(yè)提高的速度較慢,很難取得爆發(fā)性的飛躍,行業(yè)壁壘非常高,因此國(guó)內(nèi)機(jī)床行業(yè)內(nèi)的領(lǐng)先企業(yè),在技術(shù)和產(chǎn)品性能上優(yōu)勢(shì)將保持很長(zhǎng)一段時(shí)間,其他后來(lái)者很難在短時(shí)間內(nèi)超越。同時(shí)對(duì)外依存度高也給予了我國(guó)機(jī)床行業(yè)較大的發(fā)展空間。
關(guān)鍵詞:數(shù)控機(jī)床 現(xiàn)狀 趨勢(shì)
中圖分類(lèi)號(hào):TG659文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào):
1、前言
進(jìn)入21世紀(jì),我國(guó)的經(jīng)濟(jì)逐漸走進(jìn)了全球經(jīng)濟(jì)一體化的舞臺(tái),進(jìn)入了一個(gè)嶄新的時(shí)代。我國(guó)機(jī)床制造業(yè)社會(huì)工業(yè)化進(jìn)程中大規(guī)模需要的發(fā)展機(jī)遇,同時(shí)也遭受到了來(lái)自國(guó)外制造業(yè)的強(qiáng)勢(shì)競(jìng)爭(zhēng)壓力,加速技術(shù)的引進(jìn)和自主研發(fā)是解決機(jī)床制造業(yè)快速騰飛的關(guān)鍵。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代微電子技術(shù)的發(fā)展,數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍還在不斷的擴(kuò)大,因此,其發(fā)展前景十分廣闊。本文簡(jiǎn)要分析了數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀,并指出了未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。
2、我國(guó)數(shù)控機(jī)床發(fā)展現(xiàn)狀
改革開(kāi)放后,我國(guó)數(shù)控技術(shù)得到了發(fā)展機(jī)遇。在80年代初,我國(guó)先后從美國(guó)、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家引進(jìn)了一些數(shù)控系統(tǒng)和伺服技術(shù),填補(bǔ)了我國(guó)在這方面的空白。然后陸續(xù)研發(fā)了那個(gè)時(shí)代的的數(shù)控系統(tǒng),通過(guò)不斷的完善,這些系統(tǒng)的可靠性得到了用戶(hù)的肯定,總而結(jié)束了我國(guó)數(shù)控技術(shù)在這一階段的瓶頸,這個(gè)時(shí)期的數(shù)控機(jī)床技術(shù)我國(guó)還是主要以借鑒國(guó)外先進(jìn)技術(shù)為主,對(duì)一些知識(shí)進(jìn)行消化吸收。在90年代,我國(guó)的數(shù)控機(jī)床技術(shù)已經(jīng)有了質(zhì)的飛躍。在這個(gè)階段國(guó)家針對(duì)實(shí)際情況,先后安排了“柔性制造系統(tǒng)技術(shù)(FMS)開(kāi)發(fā)研究”、“計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS工程)的研究”等一系列重大的科研項(xiàng)目,大力推動(dòng)我國(guó)數(shù)控技術(shù)的自主研發(fā)進(jìn)程。這樣我國(guó)數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)和伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),也由進(jìn)口發(fā)展到了自主研發(fā)的階段。目前我國(guó)已有數(shù)十家的研究所和企業(yè)可以從事各類(lèi)數(shù)控系統(tǒng)的研發(fā)和生產(chǎn)。其中比較知名的有北京的KND系統(tǒng)、南京的華興系統(tǒng)、成都的廣泰系統(tǒng)等。
但是由于我國(guó)數(shù)控機(jī)床的技術(shù)水平和工業(yè)基礎(chǔ)的起步比較晚,在一些領(lǐng)域的研究還是很存在差距。導(dǎo)致在數(shù)控機(jī)床的性能和可靠性方面與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還是存在著距離。目前在推動(dòng)數(shù)控機(jī)床發(fā)展的工業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化的過(guò)程中,我國(guó)的數(shù)控行業(yè)還存在著很多的問(wèn)題。如:缺乏核心技術(shù)、技術(shù)創(chuàng)新能力不足、缺乏有效的管理機(jī)制、在與國(guó)際企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)時(shí)缺乏實(shí)力等問(wèn)題。
3、數(shù)控機(jī)床未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)
3.1 高速化和高精度化
盡管很多年前就已經(jīng)提出了數(shù)控機(jī)床的高速化和高精度發(fā)展的目標(biāo),但是在科學(xué)探索的路上是沒(méi)有盡頭的。而且目前對(duì)高精度、高速度的內(nèi)涵和需求也在不斷的變化。保障工作的效率和產(chǎn)品的質(zhì)量是數(shù)控機(jī)床一直的追求。更高的速度和更精準(zhǔn)的加工技術(shù)可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率,縮短生產(chǎn)周期和提高企業(yè)在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。
3.2 智能化
21世紀(jì)的數(shù)控技術(shù)的主要發(fā)展方向?qū)⒁欢ㄊ侵悄芑D壳?,智能化的理念已?jīng)滲透到了數(shù)控機(jī)床的各個(gè)部分。如加工過(guò)程的對(duì)工藝的自調(diào)節(jié)控制,工藝參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)顯示。還為了提高驅(qū)動(dòng)方便的各種人性化設(shè)計(jì),如智能化的自動(dòng)編程、智能化的人機(jī)界面等。在故障診斷方面也擺脫了原始的人工檢修,已經(jīng)有智能診斷、智能監(jiān)控程序和感應(yīng)裝置,方便系統(tǒng)在出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)及時(shí)進(jìn)行反饋和維護(hù),減少了查找故障的時(shí)間,為數(shù)控產(chǎn)業(yè)的規(guī)?;l(fā)展提供了機(jī)會(huì)。
3.3驅(qū)動(dòng)并聯(lián)化
并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床克服了傳統(tǒng)機(jī)床串聯(lián)機(jī)構(gòu)移動(dòng)部件質(zhì)量大、系統(tǒng)剛度低、刀具只能沿固定導(dǎo)軌進(jìn)給、作業(yè)自由度偏低、設(shè)備加工靈活性和機(jī)動(dòng)性不夠等固有缺陷,在機(jī)床主軸(一般為動(dòng)平臺(tái))與機(jī)座(一般為靜平臺(tái))之間采用多桿并聯(lián)聯(lián)接機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng),通過(guò)控制桿系中桿的長(zhǎng)度使桿系支撐的平臺(tái)獲得相應(yīng)自由度的運(yùn)動(dòng),可實(shí)現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工、裝配和測(cè)量多種功能,更能滿(mǎn)足復(fù)雜特種零件的加工,具有現(xiàn)代機(jī)器人的模塊化程度高、重量輕和速度快等優(yōu)點(diǎn)。
3.4 網(wǎng)絡(luò)化
現(xiàn)在國(guó)外已經(jīng)開(kāi)始嘗試對(duì)數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究和試驗(yàn)。就是利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將各個(gè)機(jī)床進(jìn)行連接,可以實(shí)現(xiàn)機(jī)床的統(tǒng)一管理和在線監(jiān)測(cè)功能,同時(shí)也方便對(duì)機(jī)床程序的修改。目前數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)要具備以下幾個(gè)方面的能力:一是可以將程序從監(jiān)測(cè)室可靠的傳輸?shù)矫颗_(tái)機(jī)床,然后對(duì)其運(yùn)行情況實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控;二是可以隨時(shí)采集到每臺(tái)機(jī)床的數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行查看和備份;三是可以將不同機(jī)床間的程序進(jìn)行相互交換,確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性;四是可以在線提取到每臺(tái)數(shù)控機(jī)床的刀具磨損情況和估計(jì)刀具的使用壽命,然后電腦實(shí)現(xiàn)和監(jiān)控?fù)Q刀程序的執(zhí)行。
4、結(jié)語(yǔ)
目前,數(shù)控機(jī)床的發(fā)展日新月異,高速化、高精度化、智能化、并聯(lián)驅(qū)動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、綠色化已成為數(shù)控機(jī)床發(fā)展的趨勢(shì)和方向。中國(guó)作為一個(gè)制造大國(guó),數(shù)控產(chǎn)品的核心技術(shù)研發(fā)方面還是與國(guó)際同行存在著很多的不足。中國(guó)的數(shù)控產(chǎn)業(yè)在引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)應(yīng)該重視對(duì)國(guó)內(nèi)技術(shù)人才的培養(yǎng),努力打造具有自主品牌的核心產(chǎn)品。力爭(zhēng)早日擺脫目前在高精端設(shè)備上依賴(lài)進(jìn)口的局面,為把我國(guó)從一個(gè)制造大國(guó)發(fā)展成為一個(gè)研發(fā)大國(guó)而奮斗。
參考文獻(xiàn)
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一、多軸多刀數(shù)控技術(shù)的基本技術(shù)原理
多軸多刀數(shù)控技術(shù)的最直接,同時(shí)也是最有效的載體是多軸數(shù)控加工中心,這個(gè)數(shù)控加工中心主要包括數(shù)控裝置、輸入裝置和伺服裝置等。多軸多刀數(shù)控技術(shù)的基本技術(shù)原理是:把數(shù)控機(jī)床中的數(shù)控裝置、伺服裝置和工藝參數(shù)等,轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息,然后以編成相應(yīng)的程序代碼輸入到機(jī)床控制系統(tǒng)之中,由控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)處理這些程序代碼,最后安裝伺服系統(tǒng)的指令完成控制機(jī)床各個(gè)部件協(xié)調(diào)的動(dòng)作,完成各種零部件的加工生產(chǎn)。
二、多軸多刀數(shù)控技術(shù)的設(shè)備
在數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)界來(lái)說(shuō),在世界范圍內(nèi),美國(guó)、德國(guó)和日本等國(guó)家在復(fù)合加工機(jī)床、數(shù)控機(jī)床與工業(yè)機(jī)器人、并聯(lián)機(jī)床和數(shù)控加工刀具的結(jié)合方面的研究成果比較大。其中,德國(guó)的DS公司、意大利的COMAU等公司研發(fā)的平動(dòng)機(jī)床,等都是當(dāng)前世界上比較先進(jìn)的并聯(lián)機(jī)床。
而對(duì)于中國(guó)的數(shù)控機(jī)床的發(fā)展來(lái)說(shuō),隨著改革開(kāi)放經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,也有了30多年的跌宕起伏的發(fā)展史,當(dāng)前已經(jīng)進(jìn)入到了成熟時(shí)期。在世紀(jì)之處的幾年例,中國(guó)金屬切削機(jī)床的產(chǎn)量的粘平均增長(zhǎng)率達(dá)到了19%左右,而同時(shí)期的數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)量更是比同期提高了33個(gè)百分點(diǎn),由此可以看出,數(shù)控機(jī)床的增長(zhǎng)速度要比金屬切削機(jī)床的增長(zhǎng)速度快。
當(dāng)前,中國(guó)還是新興的數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)國(guó)家,其它的國(guó)家比如韓國(guó)等,以及中國(guó)的臺(tái)灣地區(qū)也是新興的數(shù)控機(jī)床市場(chǎng),在這些國(guó)家和地區(qū),多軸多刀數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)方面具備很強(qiáng)的實(shí)例,而且市場(chǎng)相當(dāng)廣闊。比如中國(guó)的廣州數(shù)控、北京機(jī)床廠、大連機(jī)床廠等,以及韓國(guó)的斗山數(shù)控,在數(shù)控系統(tǒng)、多軸多刀數(shù)控機(jī)床方面均有了技術(shù)比較先進(jìn)的產(chǎn)品,有效滿(mǎn)足了所在地區(qū)工業(yè)生產(chǎn)的需要。但是這些新興市場(chǎng)國(guó)家在高端多軸多刀數(shù)控機(jī)床研究方面卻無(wú)法與傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床技術(shù)研究強(qiáng)國(guó)相比,比如沒(méi)有的辛辛那提公司、德國(guó)的西門(mén)子公司和日本的FANUC公司等。
在1990年,中國(guó)的燕山大學(xué)研制出了中國(guó)的第一臺(tái)并聯(lián)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)樣機(jī),而七年之后,東北大學(xué)研制出中國(guó)的第一臺(tái)平移自由度并聯(lián)機(jī)床樣機(jī)。一年之后,也就是在1998年,清華大學(xué)和天津大學(xué)共同研發(fā)出并聯(lián)機(jī)床VAMTIY。這些數(shù)控機(jī)床設(shè)備主要以提高加工的精度為主要的設(shè)計(jì)目標(biāo),同時(shí)也能夠應(yīng)用于其他的葉片類(lèi)、大型模具等復(fù)雜曲面零件的加工生產(chǎn),其中,具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的當(dāng)屬大型龍門(mén)式五軸聯(lián)動(dòng)混聯(lián)機(jī)床。
三、多軸多刀數(shù)控機(jī)床的程序編制
從形式上來(lái)分類(lèi),多軸多刀數(shù)控技術(shù)主要分為三種:第一種是手動(dòng)編程,第二種是自動(dòng)編程,第三種是仿真技術(shù)。
手動(dòng)編程。多軸多刀數(shù)據(jù)編程的缺點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的,比如編程的速度比較慢、不能用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的編程、編程的耗時(shí)比較長(zhǎng)等。不過(guò),應(yīng)當(dāng)注意的是,手動(dòng)編程也具有程序短小、可修改性非常強(qiáng)和可用標(biāo)準(zhǔn)參考方程曲線等優(yōu)勢(shì),比如拋物線、擺線等。該文原載于中國(guó)社會(huì)科學(xué)院文獻(xiàn)信息中心主辦的《環(huán)球市場(chǎng)信息導(dǎo)報(bào)》雜志http://總第539期2014年第07期-----轉(zhuǎn)載須注名來(lái)源現(xiàn)階段,很多多軸多刀的加工手法都是應(yīng)手動(dòng)編程來(lái)完成的,比如圓周上鉆等。下面筆者將通過(guò)一個(gè)實(shí)例來(lái)介紹手動(dòng)編程程序:
#1=60
#2=7
#3=2
#4=2.3398823/180
#5=21
#6=23
While#4LE#3
#7=360/#6*[#4-7]*#2
#8 = #2* COS( #4)#11 = #2* SIN( #4)
G88G89G90X[#18]Y[#8]Z[#6]R[#7]F300
#5= #5+ 1
ENDW
G120
G91G28Z1
M15
M30
自動(dòng)編程。通過(guò)上文中的分析,我們知道手動(dòng)編程具有容易出錯(cuò)、不適用于復(fù)雜零件編程的缺點(diǎn),而且編程的工作量也比較大,但是應(yīng)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)的自動(dòng)編程,由于具有編程速度快等優(yōu)勢(shì),受到業(yè)界的廣泛歡迎。當(dāng)前,越來(lái)越多的企業(yè)認(rèn)識(shí)到,自動(dòng)編程技術(shù)具有高精度、該效率等特點(diǎn),不僅可以應(yīng)用于復(fù)雜零件的編程,而且性能也比較高。但是,當(dāng)前由于技術(shù)條件的限制,這種編程技術(shù)要想真正發(fā)揮其性能,還需要性能優(yōu)良的CAD/CAM軟件。
現(xiàn)階段,中國(guó)國(guó)內(nèi)應(yīng)用比較廣泛的CAD/CAM軟件主要包括:Pro/ENGINeer、UG和CATIA軟件等。這些軟件普遍應(yīng)用于工作站或者微機(jī)平臺(tái)上。但是這些軟件的價(jià)格通常比較昂貴,因此在一定程度上限制了該技術(shù)的應(yīng)用和推廣。
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)技術(shù)的快速發(fā)展,我國(guó)的CAD/CAM技術(shù)取得了比較大的進(jìn)步,比如高華CAD等,相比國(guó)外的技術(shù)軟件,這些軟件的價(jià)格相對(duì)來(lái)說(shuō)比較便宜,因此符合我國(guó)的基本國(guó)情,從而占領(lǐng)了大年的大部分市場(chǎng)份額。由此我們也可以看出,我國(guó)在這方面的發(fā)展,無(wú)論從技術(shù)研究水平,還是從市場(chǎng)推廣方面來(lái)說(shuō),都與西方發(fā)達(dá)國(guó)家有著不小的差距。
國(guó)外的CAD/CAM技術(shù)軟件出現(xiàn)的時(shí)間比較早,而且研發(fā)和利用的時(shí)間相對(duì)來(lái)說(shuō)比較長(zhǎng),比如UG等公司都是CAM行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè),生產(chǎn)的都是世界范圍內(nèi)的頂級(jí)差異,可高效仿真刀具和機(jī)床的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)前,這些公司的產(chǎn)品在我國(guó)已經(jīng)占領(lǐng)了一部分的市場(chǎng)份額。因此,無(wú)論從技術(shù)研發(fā)角度,還是從市場(chǎng)開(kāi)發(fā)層面看,我國(guó)的CAD/CAM軟件的前景都不是特別的樂(lè)觀,特別是在五軸數(shù)控機(jī)床研究方面,中國(guó)的企業(yè)做的還不是很好,存在不少的問(wèn)題和缺陷等。
自動(dòng)仿真技術(shù)。數(shù)控加工生產(chǎn)中的仿真技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)軟件來(lái)模擬數(shù)控加工生產(chǎn)的過(guò)程,然后把加工過(guò)程和結(jié)構(gòu)通過(guò)數(shù)字、圖形和圖表等方式展示出來(lái),通過(guò)計(jì)算機(jī)展示出來(lái),從而為人們的判斷、驗(yàn)證和控制加工過(guò)程提供合理的方法?,F(xiàn)階段,數(shù)控加工仿真技術(shù)主要包括兩個(gè)方面,一是幾何仿真技術(shù),二是力學(xué)仿真技術(shù)。
當(dāng)前,雖然主流的三維軟件均有三維仿真功能,但是由于多軸加工生產(chǎn)具有復(fù)雜性的特征,所以無(wú)法徹底消除零件與刀具、刀具與工作臺(tái)等之間的碰撞,其控制方法和技術(shù)還有待完善。
多軸多刀數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。 多軸多刀數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:首先,高精度與高速度;其次,高柔性化與復(fù)合化;再次,多功能化;第四,智能化;第五,自動(dòng)仿真技術(shù)。通盤(pán)考慮干涉、避讓檢查等約束條件,結(jié)合幾何仿真與力學(xué)仿真技術(shù)的自動(dòng)仿真技術(shù)。
[關(guān)鍵詞]直接驅(qū)動(dòng)技術(shù);電主軸;轉(zhuǎn)臺(tái);雙擺頭;數(shù)控機(jī)床
中圖分類(lèi)號(hào):TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1009-914X(2017)14-0371-01
0 引言
目前,隨著汽車(chē)模具、消費(fèi)電子、醫(yī)療器械等行業(yè)的不斷發(fā)展,對(duì)數(shù)控機(jī)床提出了更高的要求,高速化、高精度化、高效率已經(jīng)成為了數(shù)控機(jī)床發(fā)展的必然趨勢(shì)。直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)以其響應(yīng)快、無(wú)傳動(dòng)間隙、速度高等特點(diǎn)在數(shù)控機(jī)床中得到了廣泛的應(yīng)用,大大提高了零件加工效率、表面質(zhì)量,延長(zhǎng)了刀具使用壽命,最重要的是提高了數(shù)控機(jī)床的平均無(wú)故障時(shí)間。
1 直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)
直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)是電動(dòng)機(jī)直接與運(yùn)動(dòng)部件結(jié)合,取消了機(jī)械傳動(dòng)的滾珠絲杠副、齒輪傳動(dòng)、皮帶傳動(dòng)等傳動(dòng)方式,響應(yīng)快,大大減少了機(jī)械傳動(dòng)中的傳動(dòng)鏈誤差、零件磨損、反向間隙。直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)的典型應(yīng)用包括直線電動(dòng)機(jī)和力矩電動(dòng)機(jī)。
1.1 直線電動(dòng)機(jī)
直線電動(dòng)機(jī)可認(rèn)為是將旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)軸向剖開(kāi),然后將轉(zhuǎn)子與定子展開(kāi),形成如圖1所示的由定子與轉(zhuǎn)子組成的直線電動(dòng)機(jī)。
1.2 力矩電動(dòng)機(jī)
力矩電動(dòng)機(jī)由定子與轉(zhuǎn)子組成,主要驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)元件,外部連接有冷卻套,如圖2所示。力矩電動(dòng)機(jī)具有低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩;控制精度高;結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量輕;高效率、低能耗的優(yōu)點(diǎn)。
2 直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)在機(jī)床中的應(yīng)用
2.1 直線軸的應(yīng)用
在數(shù)控機(jī)床中,直線電動(dòng)機(jī)主要用來(lái)驅(qū)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)部件,如數(shù)控機(jī)床的直線軸X、Y、Z軸。
1)高速度。目前,由直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的直線軸快進(jìn)速度可達(dá)200m/min
以上,而伺服電動(dòng)機(jī)加滾珠絲杠的傳動(dòng)方式快進(jìn)速度小于60m/min,大多為20~30m/min。
2)高加速度。直線電動(dòng)機(jī)最大加速度可達(dá)30g,加工中心的加速度已達(dá)3.24g,而傳統(tǒng)機(jī)床進(jìn)給加速度在1g以下,一般為0.3g。
3)定位精度高。減少機(jī)械傳動(dòng)鏈,采用光柵閉環(huán)控制,精度可以是絲桿的10倍甚至100倍,定位精度可達(dá)0.1~0.01μm。由于運(yùn)動(dòng)部件的動(dòng)態(tài)特性好,響應(yīng)靈敏,加上插補(bǔ)控制的精細(xì)化,可實(shí)現(xiàn)納米級(jí)控制。
4)長(zhǎng)行程。采用絲杠傳動(dòng)的數(shù)控機(jī)床,當(dāng)長(zhǎng)度大于6m時(shí),絲杠由于自重的問(wèn)題就會(huì)出現(xiàn)大撓度,再加上傳動(dòng)熱會(huì)使絲杠變形更加嚴(yán)重。而采用直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),由于電動(dòng)機(jī)與基礎(chǔ)件緊密結(jié)合,無(wú)懸垂現(xiàn)象,定子可無(wú)限加長(zhǎng),目前已有應(yīng)用長(zhǎng)達(dá)40m以上。目前,國(guó)外的直線電動(dòng)機(jī)廠家主要由德國(guó)西門(mén)子、美國(guó)的BALDOR、荷蘭TECNOTION公司等,國(guó)內(nèi)的主要廠家有深圳大族精密機(jī)電有限公司、鄭州微納科技有限公司等。
2.2 回轉(zhuǎn)軸的應(yīng)用
1)電主軸。電主軸主要由定子、轉(zhuǎn)子、主軸支撐單元、主軸等組成。具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣性小、噪聲低、響應(yīng)快,且轉(zhuǎn)速高、功率大等優(yōu)點(diǎn)。數(shù)控機(jī)床采用電主軸可實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的高效、高精加工,尤其在醫(yī)療、模具、消費(fèi)電子等領(lǐng)域的應(yīng)用。目前,電主軸的轉(zhuǎn)速達(dá)到40000r/min以上,典型的如沈陽(yáng)機(jī)床的i5M1.1智能高速鉆攻中心,電主軸轉(zhuǎn)速為40000r/min,可實(shí)現(xiàn)對(duì)手機(jī)中框、按鍵、外殼等的高光加工。
目前,國(guó)外的電主軸廠家主要有瑞士ibag、意大利PS、德國(guó)GMN等,國(guó)內(nèi)廠家主要有廣州昊志、北京精雕、北京超同步等,其中昊志與精雕的電主軸主要應(yīng)用于消費(fèi)電子行業(yè)的加工,產(chǎn)量較大。
2)轉(zhuǎn)臺(tái)。力矩轉(zhuǎn)臺(tái)主要由定子及轉(zhuǎn)子、支撐軸承、轉(zhuǎn)臺(tái)、轉(zhuǎn)臺(tái)夾緊裝置、角度檢測(cè)系統(tǒng)組成,如圖3所示。
具有結(jié)構(gòu)緊湊、無(wú)磨損、精度高、動(dòng)態(tài)特性好、承載能力大等優(yōu)勢(shì),被廣泛應(yīng)用于車(chē)銑復(fù)合加工中心上。目前,國(guó)外的力矩電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)廠家主要有德國(guó)的CyTec、意大利LCM、德國(guó)的peiseler等。國(guó)內(nèi)廠家主要有大連光洋、凱奇電氣、華中數(shù)控,其中大連光洋與高校聯(lián)合開(kāi)發(fā)出了一系列產(chǎn)品,完成了系列化直驅(qū)功能部件的樣機(jī)制造,部分已經(jīng)量產(chǎn)。典型的機(jī)床廠家有國(guó)外哈默的C62A/C軸直驅(qū)搖籃轉(zhuǎn)臺(tái)加工中心、德國(guó)德瑪吉NMV3000DCGB/C軸直驅(qū)立式五軸加工中心。國(guó)內(nèi)典型的廠家有沈陽(yáng)機(jī)床i5M8的A/CS雙擺智能立式五軸加工中心,用來(lái)加工葉輪、醫(yī)療關(guān)節(jié)等曲面零件。
3)雙擺頭。雙擺頭采用力矩電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng),具有高速、高精和更好的動(dòng)態(tài)性能。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)鏈短、傳動(dòng)精度高,傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲低,因此具有良好的精度保持性。雙擺頭為五軸聯(lián)動(dòng)龍門(mén)加工中心的關(guān)鍵功能部件。特別適合復(fù)雜空間曲面的加工。如加工客機(jī)龐大的機(jī)身、大直徑葉輪、葉片等要求效率和精度的零件。典型的機(jī)床應(yīng)用有意大利Breton的五軸聯(lián)動(dòng)龍門(mén)加工中心TITAN系列(車(chē)銑復(fù)合),德國(guó)handtmann海德曼五軸龍門(mén)加工中心HSCPBZ、UBZ、GANTRY系列產(chǎn)品覆蓋鈦、鋼、鋁等復(fù)合材料,確保精度、生產(chǎn)率和成本效益方面的峰值性能。德國(guó)茲默曼Zimmermann公司的FZ100和3軸銑頭M3ABC成功地實(shí)現(xiàn)了6軸加工。適合于鋁合金、復(fù)合材料、模型材料鋼件和鑄鐵的高速加工。除上述外,力矩電動(dòng)機(jī)還應(yīng)用在旋轉(zhuǎn)刀架、動(dòng)態(tài)刀庫(kù)、動(dòng)力頭上等。
3 結(jié)論
綜上所述,直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用,大大提高了零件的加工精度和加工效率,符合當(dāng)前數(shù)控機(jī)床向高精度、高效率、復(fù)合化、智能化、綠色化發(fā)展的趨勢(shì),在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域的應(yīng)用范圍將不斷拓展。所以,直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)將是高速、高精、高效數(shù)控機(jī)床未來(lái)發(fā)展的方向。
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1數(shù)控加工編程原理及UG軟件加工工藝分析
1.1數(shù)控加工編程原理
數(shù)控機(jī)床的加工質(zhì)量和使用效率直接取決于數(shù)控編程的質(zhì)量,因此,明確數(shù)控加工編程原理尤為必要。作為一種高效自動(dòng)化設(shè)備,數(shù)控機(jī)床的編程系統(tǒng)由CAM系統(tǒng)和數(shù)控加工設(shè)備兩部分組成,前者根據(jù)工件幾何信息計(jì)算數(shù)控加工軌跡,設(shè)置工藝參數(shù),并為系統(tǒng)編制數(shù)控加工程序;后者按照數(shù)控程序指令完成各項(xiàng)工作動(dòng)作。數(shù)控加工編程原理即根據(jù)數(shù)控程序提供的加工軌跡,由數(shù)控機(jī)床完成表面成型運(yùn)動(dòng),獲取產(chǎn)品的表面形狀,其編程的核心工作是生成刀具軌跡和計(jì)算刀位點(diǎn),刀軌插補(bǔ)誤差和殘余高度直接影響到數(shù)控加工的質(zhì)量。由于數(shù)控加工類(lèi)型的不同,刀位軌跡計(jì)算方法也不同。以截面法為例,刀具沿著截出的交線運(yùn)動(dòng),可保證刀具與曲面的切點(diǎn)軌跡處在同一平面上,從而完成曲面的加工,其步驟為:偏置加工表面、選擇截平面選擇和計(jì)算刀位點(diǎn)。借助CAM系統(tǒng)編程,需結(jié)合該系統(tǒng)的特點(diǎn),明確數(shù)控加工工藝路線,加工工藝流程為:毛坯熱處理通用機(jī)床加工數(shù)控機(jī)床加工通用機(jī)床加工成品。
1.2UG軟件加工工藝
UG軟件是屬于CAD/CAM/CAE高端軟件,其在實(shí)體造型、裝配、工程圖生成及數(shù)控加工等方面展現(xiàn)了強(qiáng)大的功能,現(xiàn)廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造領(lǐng)域,該軟件融合了實(shí)體造型、線框造型和曲面造型等多項(xiàng)技術(shù),其加工模塊具有十分強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)輔助制造功能,在此基礎(chǔ)上建立3D模型生成數(shù)控代碼對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行加工,處理程序后續(xù)操作可支持多種類(lèi)型的數(shù)控機(jī)床,其自動(dòng)編程過(guò)程為:建立零件輸血模型確立加工數(shù)字模型生成刀具軌跡模擬加工后置處理數(shù)控加工程序數(shù)控機(jī)床。以平面銑數(shù)控編程開(kāi)發(fā)為例,首先要設(shè)置平面銑參數(shù),然后加工幾何體,包括PG、BG、CG、TG和底平面,利用UG軟件仿真加工,PG、BG和底平面是必備元素,幾何加工均有邊界定義,可選用的加工方法較多,如單向切削、往復(fù)式切削、仿形零件、仿形外輪廓等,選定加工方法后,還要確定切削步距,即相鄰兩次走刀之間的距離,可選用刀具直徑、恒定值等步距指定方式,此外還要完成零件余量、增加側(cè)余量、零件材料、切削深度等設(shè)置。
2基于UG軟件的數(shù)控加工程序及應(yīng)用開(kāi)發(fā)
2.1數(shù)控加工程序
CAN零件設(shè)計(jì)過(guò)程中,可利用UG建模仿真功能完成零件仿真圖的模擬,而基于UG軟件的CAM模塊則是利用各數(shù)控加工過(guò)程仿真專(zhuān)業(yè)技術(shù)及NC編程實(shí)現(xiàn)演示材料的模擬,待進(jìn)入加工模塊后,對(duì)刀具和加工路徑進(jìn)行設(shè)置,然后由UG軟件提供零件加工模擬功能,并對(duì)已設(shè)置工藝參數(shù)的和合理性進(jìn)行檢測(cè),同時(shí)對(duì)數(shù)控加工前應(yīng)完成的各項(xiàng)操作進(jìn)行驗(yàn)證。上述模擬達(dá)到預(yù)定要求,便可利用后處理程序生成數(shù)控代碼,形成刀位軌跡文件。因控制系統(tǒng)并不能直接識(shí)別G代碼、M代碼等數(shù)控指令,待產(chǎn)生刀位軌跡文件后,需要將其轉(zhuǎn)換成特定的數(shù)控指令,以驅(qū)動(dòng)數(shù)控機(jī)床工作。由于不同數(shù)控設(shè)備組成的數(shù)控系統(tǒng),其加工程序格式也存在一定的差異,應(yīng)選用對(duì)應(yīng)的后處理程序,對(duì)G代碼進(jìn)行后處理,由此生成的數(shù)控代碼經(jīng)適當(dāng)修改后便可以供數(shù)控加工使用,此時(shí)利用UG后處理功能,即可生成NC文件?;赨G軟件的數(shù)控加工程序?yàn)椋悍治鰣D紙利用實(shí)體、曲面等建立3D模型確定加工部分及參數(shù)選擇加工軌跡并仿真產(chǎn)生G代碼形成G代碼文件。
2.2UG應(yīng)用開(kāi)發(fā)
UG應(yīng)用開(kāi)發(fā)借助UG軟件平臺(tái),結(jié)合實(shí)際應(yīng)用需求,開(kāi)發(fā)面向行業(yè)及設(shè)計(jì)流程的CAD/CAM系統(tǒng),其應(yīng)用開(kāi)發(fā)模塊可提供一個(gè)較為全面的應(yīng)用開(kāi)發(fā)工具集,實(shí)現(xiàn)對(duì)UG系統(tǒng)的的開(kāi)發(fā),能夠滿(mǎn)足數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用需求,該類(lèi)開(kāi)發(fā)工具由UG/OpenAPI(應(yīng)用編程接口)、UG/OpenGRIP、UG/OpenMenuScript及UG/OpenUIStyler共4個(gè)部分組成,UG/OpenAPI是UG軟件與外部程序之間的接口,提供函數(shù)集合并利用C/C++語(yǔ)言編程對(duì)其進(jìn)行編程,可實(shí)現(xiàn)操作UG文件、創(chuàng)建用戶(hù)定義對(duì)象及交互式程序界面等功能,其函數(shù)類(lèi)型包括tag-t、Structuretype、Uniontype和Enumtype等類(lèi)型,供數(shù)控加工編程開(kāi)發(fā)使用;UG/OpenMenuScript是UG軟件用于定義菜單的腳本語(yǔ)言,無(wú)需開(kāi)發(fā)C語(yǔ)言程序便可創(chuàng)建和修改UG的主菜單和下拉菜單,MenuScript函數(shù)由UG/OpenAPI提供,通過(guò)該函數(shù)可定制菜單選項(xiàng);UG/OpenUIStyler是一種新開(kāi)發(fā)的可視化工具,比以往應(yīng)用的UserTools的功能還要強(qiáng)大,因其能夠自動(dòng)生成C代碼和UIStyler文件,無(wú)需進(jìn)行GUI編程,此類(lèi)對(duì)話框編輯器可提供RadioBox、ScrolledWindow、PushButton、SingleSelectList等多種控件,能夠節(jié)省開(kāi)發(fā)時(shí)間,便于對(duì)控件屬性的修改。
3基于UG軟件數(shù)控加工的應(yīng)用實(shí)例
以手柄零件的車(chē)削加工為例,選用UGNX版本的UG軟件,分析其在數(shù)控加工中的實(shí)際應(yīng)用情況。首先利用UG軟件獲取手柄CAD數(shù)據(jù)模型,在此基礎(chǔ)上建立3D實(shí)體圖;然后選擇“turning”設(shè)計(jì)加工方案,定義加工環(huán)境,確定加工對(duì)象和加工區(qū)域,通過(guò)模板和刀具庫(kù)選擇刀具并創(chuàng)建加工刀具尺寸參數(shù),充分考慮待加工類(lèi)型、表面形狀及部位尺寸大小等因素,明確切削順序、方向和余量等參數(shù);根據(jù)參數(shù)計(jì)算刀軌,生成加工刀具路徑,并后處理輸出NC程序,基于不同廠商生產(chǎn)的機(jī)床硬件條件存在一定的差異,所選用的控制系統(tǒng)并不一致,即便是同一功能的控制系統(tǒng)也需要進(jìn)行特定設(shè)置,否則后處理難以直接送至數(shù)控機(jī)床,也無(wú)法完成對(duì)零件的加工品,根據(jù)具體參數(shù)對(duì)源文件進(jìn)行格式化,即可生成數(shù)控機(jī)床可識(shí)別的NC程序,從而滿(mǎn)足不同數(shù)控加工的特殊要求;最后是機(jī)床試切加工,由數(shù)控程序?qū)υ嚽屑M(jìn)行驗(yàn)證,試切件用料以硬塑料、硬石蠟等為主,試切件可多次重復(fù)使用,有效降低成本。本次試驗(yàn)中,通過(guò)對(duì)各加工程序的模擬,實(shí)現(xiàn)了數(shù)控程序的自動(dòng)生成,而且有效控制了人為因素產(chǎn)生的誤差,產(chǎn)品的加工精度得到了有效保證。
4結(jié)語(yǔ)
論文摘要:數(shù)控系統(tǒng)確保了數(shù)控機(jī)床具有高精、高速、高效的功能。本文論述了國(guó)內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀,以期對(duì)我國(guó)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展有所幫助。
數(shù)控系統(tǒng)是一種利用數(shù)字信號(hào)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位移、速度、加速度和動(dòng)作順序等實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的控制系統(tǒng)。從1952年美國(guó)麻省理工學(xué)院研制出第1臺(tái)實(shí)驗(yàn)性數(shù)控系統(tǒng),到現(xiàn)在已走過(guò)了半個(gè)世紀(jì)。數(shù)控系統(tǒng)也由當(dāng)初的電子管式起步,發(fā)展到了今天的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)。
數(shù)控系統(tǒng)確保了數(shù)控機(jī)床具有高精、高速、高效的功能,可以使裝備制造業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、柔性化和網(wǎng)絡(luò)化制造。隨著我國(guó)航空航天、船舶、汽車(chē)、電站設(shè)備和國(guó)防工業(yè)等制造業(yè)的高速發(fā)展,數(shù)控機(jī)床在裝備制造業(yè)中的重要性愈來(lái)愈明顯,中高檔數(shù)控系統(tǒng)的需求也越來(lái)越大。以往中高檔數(shù)控系統(tǒng)基本被國(guó)外廠商占領(lǐng),因此我國(guó)中高檔數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)必須加快發(fā)展。
一、國(guó)外數(shù)控系統(tǒng)現(xiàn)狀
在國(guó)際市場(chǎng),德國(guó)、美國(guó)、日本等幾個(gè)國(guó)家基本掌控了中高檔數(shù)控系統(tǒng)。國(guó)外的主要數(shù)控系統(tǒng)制造商有西門(mén)子(siemens)、發(fā)那克(fanuc)、三菱電機(jī)(mitsubishi electric)、海德漢(heidenhain)、博世力士樂(lè)(bosch rexroth)、日本大隈(okuma)等。
1.納米插補(bǔ)與控制技術(shù)已走向?qū)嵱秒A段
納米插補(bǔ)將產(chǎn)生的以納米為單位的指令提供給數(shù)字伺服控制器,使數(shù)字伺服控制器的位置指令更加平滑,從而提高了加工表面的平滑性。將“納米插補(bǔ)”應(yīng)用于所有插補(bǔ)之后,可實(shí)現(xiàn)納米級(jí)別的高質(zhì)量加工。在兩年一屆的美國(guó)芝加哥國(guó)際制造技術(shù)(機(jī)床)展覽會(huì)(imts 2010)上,發(fā)那克就展出了30i/31i/32i/35i-model b數(shù)控系統(tǒng)。除了伺服控制外,“納米插補(bǔ)”也可以用于cs軸輪廓控制;剛性攻螺紋等主軸功能。西門(mén)子展出的828d所獨(dú)有的80bit浮點(diǎn)計(jì)算精度,可使插補(bǔ)達(dá)到很高的輪廓控制精度,從而獲得很好的工件精度。此外,三菱公司的m700v系列的數(shù)控系統(tǒng)也可實(shí)現(xiàn)納米級(jí)插補(bǔ)。[1]
2.機(jī)器人使用廣泛
未來(lái)機(jī)床的功能不僅局限于簡(jiǎn)單的加工,而且還具有一定自主完成復(fù)雜任務(wù)的能力。機(jī)器人作為數(shù)控系統(tǒng)的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域,其技術(shù)和產(chǎn)品近年來(lái)得到快速發(fā)展。機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域,不僅僅局限于傳統(tǒng)的搬運(yùn)、堆垛、噴漆、焊接等崗位,而且延伸到了機(jī)床上下料、換刀、切削加工、測(cè)量、拋光及裝配領(lǐng)域,從傳統(tǒng)的減輕勞動(dòng)強(qiáng)度的繁重工種,發(fā)展到ic封裝、視覺(jué)跟蹤及顏色分檢等領(lǐng)域,大大提高了數(shù)控機(jī)床的工作效率。典型的產(chǎn)品有德國(guó)的kuka,fanuc公司的m-1ia、m-2000ia、m-710ic。[2]
3.智能化加工不斷擴(kuò)展
隨著計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中人工智能的不斷滲透和發(fā)展,數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度也得到不斷提高。應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù)數(shù)控系統(tǒng)能夠檢測(cè)到過(guò)程中的一些重要信息,并自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)中的相關(guān)參數(shù),改進(jìn)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài);車(chē)間內(nèi)的加工監(jiān)測(cè)與管理可實(shí)時(shí)獲取數(shù)控機(jī)床本身的狀態(tài)信息,分析相關(guān)數(shù)據(jù),預(yù)測(cè)機(jī)床狀態(tài),使相關(guān)維護(hù)提前,避免事故發(fā)生,保證其不穩(wěn)定工況下生產(chǎn)的安全,減少機(jī)床故障率,提高機(jī)床利用率。應(yīng)用先進(jìn)的伺服控制技術(shù),伺服系統(tǒng)能通過(guò)自動(dòng)識(shí)別由切削力導(dǎo)致的振動(dòng),產(chǎn)生反向的作用力,消除振動(dòng)。應(yīng)用主軸振動(dòng)控制技術(shù),在主軸嵌入位移傳感器,機(jī)床可以自動(dòng)識(shí)別當(dāng)前的切削狀態(tài),一旦切削不穩(wěn)定,機(jī)床會(huì)自動(dòng)調(diào)整切削參數(shù),保證加工的穩(wěn)定性。
4.cad/cam技術(shù)的應(yīng)用
當(dāng)前,為了使數(shù)控機(jī)床操作者更加便利地編制數(shù)控加工程序,解決復(fù)雜曲面的編程問(wèn)題,國(guó)際數(shù)控系統(tǒng)制造商將圖形化、集成化的編程系統(tǒng)作為擴(kuò)展數(shù)控系統(tǒng)功能、提高數(shù)控系統(tǒng)人機(jī)互動(dòng)性的主要途徑。最新的cad/cam技術(shù)為多軸多任務(wù)數(shù)控機(jī)床加工提供了有力的支持,可以大幅地提高加工效率。esprit、cimatron等一些著名cam軟件公司的產(chǎn)品除了具備傳統(tǒng)的cam軟件功能模塊,還開(kāi)發(fā)了多任務(wù)編程、對(duì)加工過(guò)程的動(dòng)態(tài)仿真等新的功能模塊。
二、國(guó)內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)現(xiàn)狀
隨著國(guó)際學(xué)術(shù)及產(chǎn)業(yè)界對(duì)開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)研究的日益推進(jìn),我國(guó)的相關(guān)研究也越來(lái)越受到重視。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展,我國(guó)機(jī)床行業(yè)也形成了具有一定生產(chǎn)規(guī)模和技術(shù)水平的產(chǎn)業(yè)體系,國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,在質(zhì)與量上都取得了飛躍。
國(guó)內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)基本占領(lǐng)了低端數(shù)控系統(tǒng)市場(chǎng),在中高檔數(shù)控系統(tǒng)的研發(fā)和應(yīng)用上也取得了一定的成績(jī)。其中,武漢華中數(shù)控股份有限公司、北京機(jī)電院高技術(shù)股份有限公司、北京航天數(shù)控系統(tǒng)有限公司和上海電氣(集團(tuán))總公司等已成功開(kāi)發(fā)了五軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控系統(tǒng),分別應(yīng)用于數(shù)控加工中心、數(shù)控龍門(mén)銑床和數(shù)控銑床。近期,武漢重型機(jī)床集團(tuán)有限公司應(yīng)用華中數(shù)控系統(tǒng),成功開(kāi)發(fā)了ckx5680數(shù)控七軸五聯(lián)動(dòng)車(chē)銑復(fù)合加工機(jī)床。國(guó)內(nèi)主要數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)基地有華中數(shù)控、航天數(shù)控、廣州數(shù)控和上海開(kāi)通數(shù)控等。[3]
國(guó)內(nèi)的數(shù)字化交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)品也有了很大的發(fā)展,已能滿(mǎn)足一般的應(yīng)用,并能與進(jìn)口產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng),占領(lǐng)了國(guó)內(nèi)的大部分市場(chǎng)。伺服系統(tǒng)和伺服電機(jī)生產(chǎn)基地主要有蘭州電機(jī)廠、華中數(shù)控、廣州數(shù)控、航天數(shù)控和開(kāi)通數(shù)控等。
然而,由于我國(guó)原有數(shù)控系統(tǒng)的封閉性及數(shù)控軟硬件研究開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)較差,技術(shù)積累較少,研發(fā)隊(duì)伍的實(shí)力較弱,研發(fā)的投入力度不夠,國(guó)產(chǎn)中高檔數(shù)控系統(tǒng)在性能、功能和可靠性方面與國(guó)外相比仍有較大的差距,限制了數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展。為此需要政府、科研院所和制造商共同努力,推進(jìn)我國(guó)中高檔數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展。
參考文獻(xiàn):
[1]彭芳喻等.從imts 2010展看我國(guó)數(shù)控系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展之路[j],金屬加工,2011第4期:8-11
[2]肖明.從emo 2009看現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展[j],機(jī)械工程師,2009第4期:13-16
關(guān)鍵詞:高速切削加工技術(shù);數(shù)控機(jī)床;應(yīng)用
中圖分類(lèi)號(hào):C37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
1、高速切削加工技術(shù)的概述
所謂的高速切削(見(jiàn)圖1)是在傳統(tǒng)刀具切削的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型切削技術(shù),因此高速切削具有傳統(tǒng)切削技術(shù)的特點(diǎn)和功能,但是高速切削技術(shù)在提高生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本、提高加工精細(xì)程度等方面要優(yōu)于傳統(tǒng)的切削技術(shù)。
圖1 高速切削
但是高速切削加工中的“高速”只是一個(gè)相對(duì)的概念,對(duì)于不同的加工方法、加工條件和工件材料,數(shù)控高速切削加工時(shí)所采用的切削速度是不同的,目前在國(guó)際上高速切削加工有很多的定義方式,比如德國(guó)Darmstadt工業(yè)大學(xué)生產(chǎn)工程與機(jī)床研究所提出:高于(5~10)倍的普通切削速度的切削加工則為數(shù)控高速切削加工。由于數(shù)控?cái)?shù)控高速切削加工能夠獲得很高的生產(chǎn)效率、表面質(zhì)量和加工精度,因此受到了加工制造業(yè)的廣泛重視。而高速切削技術(shù)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,因?yàn)楦咚偾邢骷夹g(shù)涉及的領(lǐng)域大而廣,如機(jī)床結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)技術(shù)、數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)以及刀具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)等。因此,要想充分發(fā)揮高速切削技術(shù)的優(yōu)勢(shì),需要對(duì)各領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行充分的考慮和定位,實(shí)現(xiàn)高速切削技術(shù)與各個(gè)子系統(tǒng)中相關(guān)控制指標(biāo)的結(jié)合,從而確保高速切削技術(shù)的可靠性。
2、高速切削加工的關(guān)鍵技術(shù)
高速切削技術(shù)是切削加工的發(fā)展方向,也是時(shí)展的產(chǎn)物。高速切削技術(shù)是切削加工技術(shù)的主要發(fā)展方向之一,它隨著新技術(shù)、新材料及新工藝的發(fā)展而邁上更高的臺(tái)階。我國(guó)的高速切削技術(shù)起步較晚,直到二十世紀(jì)八十年代中后期,我國(guó)才開(kāi)始注意到高速切削技術(shù)的巨大發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景,并著手開(kāi)始研究。但是通過(guò)我國(guó)科技工作者的艱苦工作,各項(xiàng)高速切削技術(shù)都取得了一些進(jìn)展,特別是適用于高速切削用刀具材料如陶瓷刀具材料、立方氮化硼刀具等的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用己形成一定規(guī)模。
2.1、高速切削工作原理理
高速切削技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展是以高速切削機(jī)理為理論基礎(chǔ)的。通過(guò)對(duì)高速加工中切屑形成機(jī)理、切削力、切削熱、刀具磨損、表面質(zhì)量等技術(shù)的研究,為開(kāi)發(fā)高速機(jī)床、高速加工刀具提供了理論指導(dǎo)。高速切削加工系統(tǒng)主要由可滿(mǎn)足高速切削的高速加工中心、高性能的刀具夾持系統(tǒng)、高速切削刀具、安全可靠的高速切削cam軟件系統(tǒng)等構(gòu)成,因此,高速加工實(shí)質(zhì)上是一項(xiàng)大的系統(tǒng)工程。隨著高速切削加工的應(yīng)用范圍擴(kuò)大,對(duì)新型刀具材料的研究、刀具設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)、數(shù)控刀具路徑新策略的產(chǎn)生和切削條件的改善等也有所提高。而且,切削過(guò)程的計(jì)算機(jī)輔助模擬技術(shù)也出現(xiàn)了,這項(xiàng)技術(shù)對(duì)預(yù)測(cè)刀具溫度、應(yīng)力、延長(zhǎng)刀具使用壽命很有意義。
2.2、高速切削機(jī)床
高速切削技術(shù)自身也存在著一些急待解決的問(wèn)題,如高硬度材料的切削機(jī)理、建立高速切削數(shù)據(jù)庫(kù)、開(kāi)發(fā)適用于高速切削加工狀態(tài)的監(jiān)控技術(shù)和綠色制造技術(shù)等。高速切削所用的CNC機(jī)床、刀具和CAD/CAM軟件等,技術(shù)含量高,價(jià)格昂貴,使得高速切削投資很大,這在一定程度上制約了高速切削技術(shù)的推廣應(yīng)用。因此,一個(gè)國(guó)家高速加工的技術(shù)水平、很大程度反映在高速機(jī)床的設(shè)計(jì)制造技術(shù)上。在現(xiàn)代機(jī)床制造中、機(jī)床的高速化是一個(gè)必然的發(fā)展趨勢(shì)。在要求機(jī)床高速的同時(shí),還要求機(jī)床具有高精度和高的靜、動(dòng)剛度。
2.3、高速切削刀具
切削刀具的性能在很大程度上會(huì)制約高速切削技術(shù)的應(yīng)用和推廣。目前,高速切削刀具的國(guó)產(chǎn)化也是機(jī)械制造行業(yè)急需解決的問(wèn)題。而高速切削對(duì)切削刀具的典型特性或要求,對(duì)于高精度磨削,徑向跳動(dòng)低于3微米,盡可能小的凸出和懸伸,最大的剛性,盡可能小的刀具彎曲變形和大的芯核直徑。另外,盡量使用可轉(zhuǎn)位刀片的刀具,在刀片座和刀片上的保證跳動(dòng)量小的高精度,主刀片的最大徑向跳動(dòng)為10微米。適合淬硬鋼高速切削要求的牌號(hào)和槽形。
2.4、高速切削工藝
高速切削的工藝技術(shù)也是成功進(jìn)行高速加工的關(guān)鍵技術(shù)之一。雖然高速切削則可以直接加工淬火后的材料,在很多情況下可完全省去放電加工工序,消除了放電加工所帶來(lái)的表面硬化問(wèn)題,減少或免除了人工光整加工。但是對(duì)此操作必須擁有可靠的加工工藝,這主要包括加工軌跡的優(yōu)化、切削方法和切削參數(shù)的選擇、刀具材料和刀具幾何參數(shù)的選擇。
3、高速切削技術(shù)在數(shù)控機(jī)床應(yīng)用中的技術(shù)要求
3.1、采用電主軸作為數(shù)控機(jī)床的主軸。主軸單元的設(shè)計(jì),是實(shí)現(xiàn)高速加工的最關(guān)鍵的技術(shù)領(lǐng)域之一,同時(shí)也是高速加工機(jī)床最為關(guān)鍵的部件。高速切削機(jī)床區(qū)別于普通機(jī)床的關(guān)鍵在于高速主軸單元的設(shè)計(jì),高速主軸單元的設(shè)計(jì)是進(jìn)行高速切削操作的核心部件。因此,主軸部件的設(shè)計(jì)要保證具有良好的動(dòng)態(tài)和熱態(tài)特性,具有極高的角加減速度來(lái)保證在極短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)升降速和指定位置的準(zhǔn)停而電主軸能夠保證機(jī)床主軸和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸合二為一,在運(yùn)行的平穩(wěn)性上達(dá)到更好的效果。
3.2、提升數(shù)控機(jī)床配套刀具的性能。高速切削技術(shù)對(duì)配套道具的性能也提出了特殊的要求,一般來(lái)講,由于切削的高速性,對(duì)于刀具材料的要求并不高,常用的刀具材料如陶瓷和立方氮化硼等都可以用作高速切削的刀具與常規(guī)切削刀具不同的是,在角度上,高速切削采用的刀具應(yīng)較常規(guī)刀具減小十度左右的前角大小,增加五至八度的后角大小。
3.3、數(shù)控編程系統(tǒng)要求。高速切削加工對(duì)數(shù)控編程系統(tǒng)的要求越來(lái)越高,價(jià)格昂貴的高速加工設(shè)備對(duì)軟件提出了更高的安全性和有效性要求。而數(shù)控加工的數(shù)控指令包含了所有的工藝過(guò)程,一個(gè)優(yōu)秀的高速加工CAM編程系統(tǒng)應(yīng)具有很高的計(jì)算速度、較強(qiáng)的插補(bǔ)功能、全程自動(dòng)過(guò)切檢查及處理能力、進(jìn)給率優(yōu)化處理功能、刀具軌跡編輯優(yōu)化功能和加工殘余分析功能等。目前,與高速切削技術(shù)適應(yīng)性較高的數(shù)控系統(tǒng)是CNC系統(tǒng)。這一系統(tǒng)采用先進(jìn)動(dòng)力學(xué)原理和優(yōu)化的設(shè)計(jì),配置優(yōu)異,功能強(qiáng)大,能夠保證較強(qiáng)的運(yùn)行精度,其伺服單元能夠滿(mǎn)足高速進(jìn)給的要求。
4、高速切削加工技術(shù)在數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用性的展望
高速切削加工技術(shù)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用充分利用了計(jì)算機(jī)輔助功能, 因此, 提高了切削技術(shù)的加工精度和自動(dòng)化水平。計(jì)算機(jī)輔助功能的引入不僅能夠提高數(shù)控系統(tǒng)的性能, 還能夠?qū)?shù)控系統(tǒng)進(jìn)行事前控制、事中控制和事后控制, 為提高切削加工技術(shù)在數(shù)控機(jī)床應(yīng)用的準(zhǔn)確性創(chuàng)造了必要的條件。同時(shí)高速切削技術(shù)是制造業(yè)發(fā)展的必然走向,以其先進(jìn)性維持著其在業(yè)內(nèi)的領(lǐng)先地位,對(duì)于精密儀器的加工,這一技術(shù)必將成為大規(guī)模生產(chǎn)的主力,在科技越來(lái)越發(fā)達(dá)的今天,為制造業(yè)的不斷發(fā)展提供全新的動(dòng)力。
5、結(jié)束語(yǔ)
高速切削技術(shù)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,任何一項(xiàng)因素都會(huì)影響刀具的切削水平和效率,加強(qiáng)對(duì)高速切削機(jī)床技術(shù)要點(diǎn)掌握,合理的選擇相關(guān)刀具材料和刀柄等配件,這樣不僅能夠提高制造切削技術(shù)的工作效率,還能夠推進(jìn)高速切削技術(shù)在數(shù)控機(jī)床中的綠色化應(yīng)用,使高速切削技術(shù)能夠更好的應(yīng)用于制造業(yè)中。
參考文獻(xiàn):
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