機電一體化論文

1、1國內(nèi)外數(shù)控技術(shù)發(fā)展狀況世界制造業(yè)在20世紀末的十幾年中經(jīng)歷了幾次反復(fù)，曾一度幾乎快成為夕陽工業(yè)，所以美國人首先提出了要振興現(xiàn)代制造業(yè)。90年代的全世界數(shù)控機床制造業(yè)都經(jīng)過重大改組。如美國、德國等幾大制造商都經(jīng)過較大變動，從90年代初開始已出現(xiàn)明顯的回升，在全世界制造業(yè)形成新的技術(shù)更新浪潮。如德國機床行業(yè)從2000年至今已接受3個月以后的訂貨合同，生產(chǎn)任務(wù)飽滿。20世紀人類社會最偉大的科技成果是計算機的發(fā)明與應(yīng)用，計算機及控制技術(shù)在機械

2、制造設(shè)備中的應(yīng)用是世紀內(nèi)制造業(yè)發(fā)展的最重大的技術(shù)進步。自從1952年美國第1臺數(shù)控銑床問世至今已經(jīng)歷了50個年頭。數(shù)控設(shè)備包括：車、銑、加工中心、鏜、磨、沖壓、電加工以及各類專機，形成龐大的數(shù)控制造設(shè)備家族，每年全世界的產(chǎn)量有10～20萬臺，產(chǎn)值上百億美元。世界制造業(yè)在20世紀末的十幾年中經(jīng)歷了幾次反復(fù)，曾一度幾乎快成為夕陽工業(yè)，所以美國人首先提出了要振興現(xiàn)代制造業(yè)。90年代的全世界數(shù)控機床制造業(yè)都經(jīng)過重大改組。如美國、德國等幾大制造商

3、都經(jīng)過較大變動，從90年代初開始已出現(xiàn)明顯的回升，在全世界制造業(yè)形成新的技術(shù)更新浪潮。如德國機床行業(yè)從2000年至今已接受3個月以后的訂貨合同，生產(chǎn)任務(wù)飽滿。我國數(shù)控機床制造業(yè)在80年代曾有過高速發(fā)展的階段，許多機床廠從傳統(tǒng)產(chǎn)品實現(xiàn)向數(shù)控化產(chǎn)品的轉(zhuǎn)型。但總的來說，技術(shù)水平不高，質(zhì)量不佳，所以在90年代初期面臨國家經(jīng)濟由計劃性經(jīng)濟向市場經(jīng)濟轉(zhuǎn)移調(diào)整，經(jīng)歷了幾年最困難的蕭條時期，那時生產(chǎn)能力降到50％，庫存超過4個月。從1995年“九五”以

4、后國家從擴大內(nèi)需啟動機床市場，加強限制進口數(shù)控設(shè)備的審批，投資重點支持關(guān)鍵數(shù)控系統(tǒng)、設(shè)備、技術(shù)攻關(guān)，對數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)起到了很大的促進作用，尤其是在1999年以后，國家向國防工業(yè)及關(guān)鍵民用工業(yè)部門投入大量技改資金，使數(shù)控設(shè)備制造市場一派繁榮。從2000年8月份的上海數(shù)控機床展覽會和2001年4月北京國際機床展覽會上，也可以看到多品種產(chǎn)品的繁榮景象。但也反映了下列問題：（1）低技術(shù)水平的產(chǎn)品競爭激烈，互相靠壓價促銷；（2）高技術(shù)水平、全功能產(chǎn)

5、品主要靠進口；（3）配套的高質(zhì)量功能部件、數(shù)控系統(tǒng)附件主要靠進口；（4）應(yīng)用技術(shù)水平較低，聯(lián)網(wǎng)技術(shù)沒有完全推廣使用；（5）自行開發(fā)能力較差，相對有較高技術(shù)水平的產(chǎn)品主要靠引進圖紙、合資生產(chǎn)或進口件組裝。當(dāng)今世界工業(yè)國家數(shù)控機床的擁有量反映了這個國家的經(jīng)濟能力和國防實力。目前我國是全世界機床擁有量最多的國家（近300萬臺），但我們的機床數(shù)控化率僅達到19％左右，這與西方工業(yè)國家一般能達到20％的差距太大。日本不到80萬臺的機床卻有近10倍

6、于我國的制造能力。數(shù)控化率低，已有數(shù)控機床利用率、開動率低，這是發(fā)展我國21世紀制造業(yè)必須首先解決的最主要問題。每年我們國產(chǎn)全功能數(shù)控機床3000～4000臺，日本1年產(chǎn)5萬多臺數(shù)控機床，每年我們花十幾億美元進口7000～9000臺數(shù)控機床，即使這樣我國制造業(yè)也很難把行業(yè)中數(shù)控化率大幅度提上去。因此，國家計委、經(jīng)貿(mào)委從“八五”、“九五”就提出數(shù)控化改造的方針，在“九五”期間，我協(xié)會也曾做過調(diào)研。當(dāng)時提出數(shù)控化改造的設(shè)備可達8～10萬臺，

7、需投入80～100億資金，但得到的經(jīng)濟效益將是投入的5～10倍以上。因此，這兩年來承擔(dān)數(shù)控化改造的企業(yè)公司大量涌現(xiàn)，甚至還有美國公司加入?！笆濉眲倓傞_始，國防科工委就明確如5軸5面體復(fù)合加工機床，5軸5聯(lián)動加工各類異形零件。也派生出各新穎的機床結(jié)構(gòu)，包括6軸虛擬軸機床，串并聯(lián)鉸鏈機床等。采用特殊機械結(jié)構(gòu)，數(shù)控的特殊運算方式，特殊編程要求。（4）使用各種高效特殊功能的刀具使數(shù)控機床“如虎添翼”。如內(nèi)冷鉆頭由于使高壓冷卻液直接冷卻鉆頭切削

8、刃和排除切屑，在鉆深孔時大大提高效率。加工鋼件切削速度能達1000m／min，加工鋁件能達5000m／min。（5）數(shù)控機床的開放性和聯(lián)網(wǎng)管理，已是使用數(shù)控機床的基本要求，它不僅是提高數(shù)控機床開動率、生產(chǎn)率的必要手段，而且是企業(yè)合理化、最佳化利用這些制造手段的方法。因此，計算機集成制造、網(wǎng)絡(luò)制造、異地診斷、虛擬制造、異行工程等等各種新技術(shù)都在數(shù)控機床基礎(chǔ)上發(fā)展起來，這必然成為21世紀制造業(yè)發(fā)展的一個主要潮流。2數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢數(shù)控技術(shù)

9、的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴大，他對國計民生的一些重要行業(yè)（IT、汽車、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因為這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢來看，其主要研究熱點有以下幾個方面〔1～8〕。21高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢效率、質(zhì)量是先進制造技術(shù)的體。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的

10、質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。為此日本先端技術(shù)研究會將其列為5大現(xiàn)代制造技術(shù)之一，國際生產(chǎn)工程學(xué)會（CIRP）將其確定為21世紀的中心研究方向之一。在轎車工業(yè)領(lǐng)域，年產(chǎn)30萬輛的生產(chǎn)節(jié)拍是40秒輛，而且多品種加工是轎車裝備必須解決的重點問題之一；在航空和宇航工業(yè)領(lǐng)域，其加工的零部件多為薄壁和薄筋，剛度很差，材料為鋁或鋁合金，只有在高切削速度和切削力很小的情況下，才能對這些筋、壁進行加工。近來采用大型整體鋁合金坯料“掏空”的

11、方法來制造機翼、機身等大型零件來替代多個零件通過眾多的鉚釘、螺釘和其他聯(lián)結(jié)方式拼裝，使構(gòu)件的強度、剛度和可靠性得到提高。這些都對加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。從EMO2001展會情況來看，高速加工中心進給速度可達80mmin，甚至更高，空運行速度可達100mmin左右。目前世界上許多汽車廠，包括我國的上海通用汽車公司，已經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線部分替代組合機床。美國CINCINNATI公司的HyperMach機床進給速

12、度最大達60mmin，快速為100mmin，加速度達2g，主軸轉(zhuǎn)速已達60000rmin。加工一薄壁飛機零件，只用30min，而同樣的零件在一般高速銑床加工需3h，在普通銑床加工需8h；德國DMG公司的雙主軸車床的主軸速度及加速度分別達12!000rmm和1g。在加工精度方面，近10年來，普通級數(shù)控機床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密級加工中心則從3～5μm，提高到1～1.5μm，并且超精密加工精度已開始進入納米級(0.01μm