機床制造技術經過近十多年的發展,產生了很多不同結構的機床,但從發展趨勢看,主要表現為兩大趨勢:

一、機床加工的尺度特征向極端方向發展
    現代數控機床的加工精度始終是衡量機床技術發展水平的重要指標。體現加工精度的效果如今已經不局限于尺寸精度、形狀精度以及表面粗糙度等方面,更體現在微結構的加工技術方面。一方面,局部加工的形狀尺度特征向精微方向發展,另一方面加工的整體形狀向大尺寸方向發展。
    在科技創新的驅動下,大量帶有微結構的零件加工是當前精密機床發展面臨的重要任務。微結構零件的應用非常廣泛,比如太陽能發電元件、手機導光板、液晶顯示器增亮膜、高速公路顯示板、復眼透鏡、衍射光柵、傳感器元件、二元光學元件、微型透鏡等。微結構的出現使機床的加工進入新的領域。
    微結構的出現對機床加工提出了新挑戰,機床的運動精度、運動的平滑性、阻尼特性都有新的要求,此外加工工藝、機床刀具、機床附件也都要發生新的變化。新的光學加工技術,如快刀伺服(FTS)、刨削加工、鑿削加工、確定性磨削等在微加工技術發展中產生。用于加工大型圓柱面、圓端面、平面的微結構機床成為市場競爭的產品。納米壓印復制工藝技術相應也得到發展應用。
    微結構尺寸的變化從幾百微米到幾微米不同,但微結構的加工表面的質量都在納米級。帶有微結構的整體零件的尺寸從毫米級到數米不同。
    在微結構的制造設備領域,日本、德國、美國發展迅速,出現了很多新機床產品。典型的公司包括:東芝機械、發那科、不二越、庫格勒、Precitech、Nanotechnology等。
    值得一提的是微孔精密切削加工在此期間也得到了快速的發展,德國科恩公司的金字塔超精密機床,可以用同一把刀具在半導體陶瓷材料上加工上萬個直徑不超過0.1mm的微孔。

二、機床設備的應用向滿足智能制造要求發展
    當前,智能制造已經成為國際制造領域一種新的趨勢。德國在2011年漢諾威博覽會提出“第四次工業革命”(Industrie 4.0)以來,如今已經進入實施階段。“第四次工業革命”的目標是工廠智能化Intelligente Fabrik(Smart Factory)。2013年美國以制造業回流為主題,開啟智能時代的再工業化。日本在柔性制造的基礎上,形成了當今比較成熟的智能化制造技術。中國目前制造業勞動力成本的不斷上升,一些地區出現的“用工荒”也迫使制造企業向智能化方面轉型。
    智能化制造技術的大趨勢,要求機床必須適應其使用要求。從國際上智能制造技術的發展情況來看,最典型的應用特征是要求各種配置的高可靠性,作為智能制造最基本的組成部分,機床設備的可靠性成為最主要的考核指標。
    在智能制造技術可以看作是在前兩代柔性制造技術基礎上發展起來的技術。第一代柔性制造系統產生于八十年代,它的可靠性衡量特征是可連續24小時運行,第二代產生于九十年代,可連續72小時運行。當今的智能制造系統,它要求可以連續720小時運行。因此,能夠長時間不間斷高可靠性運行的機床設備成為另外一個發展趨勢。
    智能制造三代發展中,人力成本不斷下降,智能化制造中人的參與很少,但機器人的復雜程度明顯提升。第二代發展中,機器人只能從事固定路徑的搬運,但第三代機器人不僅可以通過視覺傳感器感知無序擺放的工件,通過判斷做出不同路徑的抓取動作,還可以感知裝配過程的零件對中狀態,并配合智能夾具代替過去只能由人才能完成的工作。
    智能制造同樣對機床適應性的其它方面提出了要求,比如:能夠配合帶傳感器及感知對位裝配的機器人協同工作、能夠遠程通訊等。
    機床的發展趨勢還有很多,比如多功能復合化趨勢、可重構趨勢、低能耗環保趨勢等,不再這里介紹。
    上述兩大趨勢呈現了不同技術特色,第一大趨勢主要的突出特色是技術的前沿性和創新性,重點體現技術的高精尖;第二大趨勢主要特色是技  術的成熟性、體現一個國家制造業的基礎。這兩大特色能夠比較充分反映國家制造業的強大程度。


兩大主要趨勢帶給我們的挑戰:
    我們首先要從層次分析的角度看待兩大趨勢,第一大趨勢考驗和衡量的是一個國家技術高低和有無的問題,如果缺乏第一大趨勢所涉及的技術,一個國家就會面臨壟斷的威脅;第二大趨勢考驗和衡量的是一個國家制造基礎強弱和好壞的問題,涉及的技術層面范圍更廣。
面對第一大趨勢對我們的挑戰,我們必須發展以精度與尺度為特征的技術,研究開發尖端設備與工藝。歐盟委員會宣布的“地平線2020”(Horizon 2020)科研和創新計劃中,其中三個主要目標之一“做產業界領袖”,其中重點發展領域是“納米技術”,也正體現了這一發展的要求。在精密制造機床設備領域中,持之以恒地重視工作母機、超精密機床的發展,才能在國家的高技術領域占有一席之地。
面對第二大趨勢對我們的挑戰,我們必須配套地解決制造領域的高可靠性等涉及產品質量性能的問題。智能化制造最大的特色是講求集成,如果智能化制造的生產線元器件、部件的質量有問題,集成度越高,問題就越大。
     在可靠性的前提下,發展與制造設備一系列的配套單元技術產品才是出路。多種單元技術包括:機床技術、機器人技術、傳感器技術、信息技術、物流技術等。
智能化技術所需要的并行單元配套技術內涵結構如下:
    面臨兩大趨勢的挑戰,我們首先應該重視國內已有的基?。?br />     應該看到國內在應對這兩個趨勢的挑戰方面都有一定的基礎,例如:在機床技術與設備研發方面,北京機床研究所經過了將近60年的發展,在不同的時期,都產生過相關的技術產品。在80年代就產生了國際領先的超精密加工技術及機床,也產生了國內第一條柔性示范線,充分體現了中國人的開發能力。如今中國制造業的工業基礎已經形成,不放棄基礎才能更快取得成功。
    我們要做制造業的強國,只強調一種趨勢是不夠的,必須既抓住制造業尖端,同時又重視基礎,發展方向才能正確。只有看清趨勢,創新驅動,不僅做趨勢的跟隨者,更要做趨勢的領跑者,我們國家的設備制造業才能真正做大做強。
    北京機床研究所正在努力對這兩大發展趨勢中的關鍵共性技術進行研討,在此我真誠地邀請各位領導、同仁到機床所參觀、訪問、指導工作?!?/p>

最近更新