绪论 机床的历史 我国的机床发展

绪论机床的历史我国的机床发展一机床的地位及其发展简史地位工作母机――制造机器的机器国民经济发展水平的标志国家繁荣富强的象征机床工业强,则工业兴地位机床设备――占一个工厂总设备的50-60%机床工作量――占整个机器加工工作量的40-60%一个国家机床工业的技术水平,机床拥有量及其先进程度――在很大程度上标志着这个国家的工业生产能力和科学技术水平.机床工业的发展简史1765年,Watt发明蒸汽机1769年,Smeaton制成汽缸镗床,镗削蒸汽机汽缸内孔,水力驱动回转刀具,铰盘和绳索牵引工件进给1797年,诞生滑动刀架的车床1817年,创造了龙门刨床1873年,第一台凸轮控制的自动车床机床工业的发展简史1952年,美国,第一台数控(Numerical Control)铣床,CAM的开端1958年,美国,自动换刀加工中心(Machining Center)1962年,第一台工业机器人(Industrial Robot)1967年,英美联合制成FMS (Flexible Manufacturing System )80年代,CIMS (Computer Integrated Manufacturing System)计算机集成制造系统我国机床工业发展情况1949年,年产量1582台,拥有量约6万台1949-1952年,改建机械修配厂为机床厂1953-1957年,"一五":扩建;新建;成立一批机床研究所1958-1962年,"二五",年产量9万台1963- "三五"成套装备机械制造厂1978- 第二次技术大引进,合作生产为主我国机床工业的现状年产量13万台,拥有量320万台,世界第二役龄≥20年50%低:中:高档=75:20:5国外为5:75:20三多三少:质量差,低档多; 中高档少.手动机床多; 高效自动化少.低精度粗加工多; 高精度精加工少.构成比落后:质量,可靠性,基础元部件的先进性,刀具及测量仪器的寿命,机床性能,工作精度,效率,自动化程度等较落后.关键技术不过硬,关键元件,刀具不过关结构调整使我国机床工业进入快速发展时期我国机床行业近几年通过不断加大结构调整力度,使国产数控机床的技术水平和质量有了明显的提高,2000年以来国产数控机床的销售达到了历史最高水平,机床行业的经济效益开始了恢复性的增长.在北京第一机床厂数控装备车间,这家企业从94年开始实施数控产业化战略,现在他们的全部产品中数控产品品种已达到90%,销售收入也占到一半以上.据统计显示,2000年上半年数控机床的销售额已经占到机床行业销售额的23%,达到了历史最高水平,国产数控机床的市场占有率已经从30%多上升到60%.目前国产数控机床的品种已有过去的100多种发展到500多种,依靠自主技术创新开发的五轴联动加工中心已能批量生产,凸轮轴磨床的数控部分也已开发成功. 中国机床工业发展战略陈循介北京机床工具研究所教授级高工中国机床工具协会高级顾问人类已经进入21世纪,知识经济时代很快到来,中国加入已经WTO.今后世界市场竞争将更加激烈.中国要实现四个现代化,必须加速发展作为机器制造业以至整个工业基础的机床工业.在新的时代和新的形势下,中国机床工业今后发展应采取如下策略1.必须深入研究世界工业发展史,找出机床工业与世界工业发展的相互关系及其发展规律,以理论与实践为依据,制订出我国机床工业发展的策略.世界工业强国发展史充分证明:机床工业强,则工业兴.今后,在整个国民经济发展规划中必须进一步明确坚决确立机床工业的战略地位,上下认识一致坚定地,持久地在各方面支持我国机床工业的加速发展.机床工业奋斗的目标,就是要以各种先进装备武装整个机器制造业乃至整个厂业,达到世界先进工业国家的同等水平.2.任何事,都是人干出来的,人是一切事业成功的决定因素.要加速发展我国机床工业,关键在于切实提高人员的素质,加速培养各方面人才,特别是政府,协会,企业各级领导人员,应懂得机床工业的特点与发展规律,运用科学精神和方法,采用正确的战略战术,高效地发展机床工业.因此,对目前机床工业的人员,应大力整顿,充实在思想上,组织上,技术上切实加以培训,提高和优化,使之能充分发挥个体集体的战斗力,竞争力,创造力.3.组织各个专业,调动各方面力量,对国内外远近期市场需求,国内机床工业实际现状,水平,问题,生产能力进行调查分析整理,上下左右结合,制订出我国机床工业近远期发展方针,政策,方法,步骤,措施,切实执行,定期检查,不断改进提高,由低向高有序地向前推进.对所需各行业,各专业,各类机床,配件产品的重大科研课题应分门别类,详细列出,分清轻重缓急,一一切实解决.4.认真汲取过去经验教训,在机床工业发展的战略战术上,必须彻底改变,切实做好三点:一是从过去以攻打城市方式孤立发展NC机床转变为以农村包围城市的方式切实打好各种技术基础;二是坚持在战略上藐视,在战术上重视的正确战略战术;"企研学"三结合,制造与用户相结合,机械与电子部门相结合,实事求是,科学精神,以切实提高生产率和劳动生产率为目标,切切实实解决好用户,质量,信誉三大关键,在世界市场激烈竞争中立于不败之地.5.学习先进工业国家发展工业和机床工业的道路,针对我国国情和社会需求,应面向汽车工业等支柱产业加速发展大量大批生产的自动化装备,进一步发展中小批多品种柔性生产自动化装备.针对我国机床拥有量和产量构成比落后的情况,减少低档,加速中,高档机床发展,特别要解决好质量,可靠性,稳定性等老大难问题.6.针对机床工业人力,物力,财力,生产能力进行调查剖析,拟订计划,提出具体调整方案,实施战略性结构调整和产品结构调整;加强整个机床工业铸,锻,切削,成形,工具,测量,NC系统等之间的技术协作,进行结构优化,切实提高劳动生产率;特别是在加强系统科研,开发创新上,应充分发挥"企研学"三结合,个体群体的战斗作用.7.我国高效自动化机床,NC机床,高性能,高精尖机床之所以长期上不去的三大原因:一是主机本体机械设计本领不过硬,二是各种配套基础元部件,控制系统不过关,三是缺乏深入系统科研工作,在技术上存在的薄弱环节太多.这一切大家都知道,但谁也没有去切实解决,造成先进机床品种发展缓慢.今后在方针,政策,方法,步骤,措施上必须改进解决.8.任何时候,都必须引进国外先进技术和自力更生,加强消化和创新两条腿走路.互相促进,缺一不可.最后,必须着重指出,机床是人类发展工业的复杂生产工具,是社会需求,科技水平,人员素质三者结合的产物,只有切实提高人员素质,才能提高科技水平,也才能不断满足日益增长的社会需求.中国人口众多,缺少的是知识,机床工业也是如此.提倡终生学习,终生教育,终生培训,采取正确的发展方针,政策,方法,步骤,措施和战略战术,中国机床工业方能进入发展快车道.CIMT2001巡礼第七届中国国际机床展览会(CIMT2001)中国机床工具工业协会行业发展部二00一年六月八日自50年代末期出现的数控机床,在经历短短半个世纪的发展,已成为当今制造业的主流装备.尤其是90年代高速加工中心的诞生,使数控机床得到了更为广泛的应用.在大批量生产的汽车工业,广泛采用由高速加工中心组成的敏捷制造系统,柔性生产线,替代传统的组合机床自动线,以适应汽车工业产品快速换型的要求.在中小批量生产的模具制造业,航天航空,发电设备制造业,为实现复杂形面的加工,采用五轴联动加工中心和数控镗铣床,以其高效率,高质量的功能,替代传统的仿形机床,成为这些行业的首选装备.我国数控机床经历曲折发展,随着"九五"数控机床产业化工程的实施,"九五"后三年开始进入了发展的快行道.本届展会上,一批国产高速加工中心,五轴联动加工中心,数控龙门镗铣床的展出,反映了行业的发展与进步,标志着我国机床工具行业企业在与强者的对垒中,朝着更高,更快的方向发展.一,高速加工技术的发展促进了机床高速化由于在高速切削加工时,切削力,切削热等难题,从切削机理上取得了突破;刀具材料和工艺技术上也取得新的进展,使高速加工有了较快的发展.机床主轴转速从过去的每分钟几百转,千余转,提高到上万转,几万转.从本届展品看,主轴转速提高了,快速移动和进给速度加快了,换刀时间缩短了,机床的工作效率在不断提高.本届展会上,最高的主轴转速达42000r/min,展品中高速机床普遍比上一届有较大提高,主轴最高转速从上届的8000r/min～12000r/min,普遍提高到本届的15000r/min～18000r/min.瑞士MIKRON公司展出的HSM700高速铣削中心,主轴转速100r/min～42000r/min,快速进给40m/min;日本新泻公司展出的SPN50-H.O卧式加工中心,主轴转速50r/min～15000r/min,快速进给60m/min,换刀时间1.4s(T-T)/3.8s(C-C);意大利PARPAS GROUP公司展出的PHS812高速龙门加工中心,主轴转速12000r/min～24000r/min,快速进给30m/min,加速度1g.国内展品中,北京第一机床厂VRA400立式加工中心,主轴转速100r/min～20000r/min,快速进给45m/min,换刀时间3.4s;北京机电研究院展出的5C-VMC1250五轴联动立式加工中心,主轴转速35r/min～15000r/min,快速进给20m/min;大连机床集团公司展出的DHSC-500高速加工中心,主轴最高转速18000r/min,换刀时间2.5s等.二,精密和超精密制造技术成为本届展会亮点信息技术和信息产业已被公认为是当今世界上最先进的生产力,大量事实证明,当代的科技创新,经济发展和社会进步,在很大程度上都是依赖于信息技术的发展.为信息产业提供先进的装备是机床工业义不容辞的责任.本届展会上,围绕信息产业的需求,一批超精密,小型数控机床展品颇受关注.北京机床研究所的NAM-800型超精密数控车床是我国首创的大型纳米级数控车床.它标志着我国超精密机床的制造水平达到了新的高度,为我国航天航空,天文,光学,激光等尖端技术行业所需的大型极高精度的核心部件提供了纳米级的切削加工手段和相关的技术支持.该机床应用了先进的数控技术,伺服技术,精密制造及测量技术,成功地解决了超精加工有关的一系列技术难题,机械进给系统可实现5nm的微小移动,达到了极高的加工精度和表面加工质量.其主轴回转精度为0.3μm,溜板移动直线性为0.15μm/200mm,粗糙度Ra<0.008μm,形面精度<0.3μm/φ100mm.瑞士DIXI机械公司展出的DHP50高精度卧式加工中心是一台坐标镗床精度的加工中心,其定位精度为4μm,重复定位精度2μm(按ISO230-2标准),测量分辨率0.5μm.德国SPINNER公司展出的PDCNC双主轴车削中心,适用于IT产业等精密零件加工,机床光栅分辨率0.1μm,定位精度为0.4μm,加工圆度0.2μm,表面粗糙度Ra0.3μm,加工尺寸误差<3μm.展会上还有服务于IT产业的高速数控铣床,精密磨床和数控高速冲床,以适应IT 产业发展对精密,高速,小型设备的需求.三,机床复合化向着更高层次发展机床功能的复合化的快速发展,从工序复合向多工种复合发展,出现了各种复合化机床,如车磨中心,车铣中心等.这种功能复合化的发展,以其复合加工实现了一次装夹后完成各种复杂零件的全部加工,从而减少了不创造价值的辅助时间,提高了机床的效率和加工精度,降低了生产制造成本,提高了生产的柔性.本次展会上日本山崎马扎克公司展出Integrex200Y车铣中心,沈阳数控机床厂的八轴五联动车铣中心,可以在机床上完成回转体零件的全部加工.德国ERWIN_ JUNKER公司展出的BUAJ32数控内外圆磨床和汉江机床有限公司展出的HJ057数控内外圆磨床,将内圆,外圆,端面磨削集于一台机床上实现.德国TRUMPF公司展出的TRUMATIC 600L型数控步冲和激光切割复合加工机以及众多的立卧转换加工中心,五面体加工中心等都是复合加工的代表性力作. 四,五轴联动数控机床成批展出,网络化技术又有新的进展MIKRON公司的UCP600和UCP700加工中心,都配有STEP-TEC高速电主轴(主轴最高转速12000r/min,20000r/min和42000r/min),并配有摆动或可倾旋转工作台,实现五轴联动加工新日本工机的CMV五轴加工中心可实现连续五轴加工和倾斜面加工,特别适合发动机缸体零件加工;该公司的HPS-120B型五轴联动卧式高速加工中心,其工作台水平位置时装卸工件,垂直位置进行加工也极具特色.值得一提的是,当国外数控机床普遍向智能化,网络化发展的时候,我国机床工具行业继上届展会北京市机电研究院首次展出具有远程监控和服务功能的网络制造系统后,本次展会上,华中数控系统股份公司与桂林机床股份有限公司又联合展出了一套由4台机床(3台数控铣床,1台五轴联动数控龙门铣床)组成的具有相同功能的网络制造系统.我国机床制造业在网络制造技术方面有了长足的进步,为实现生产制造过程的智能化奠定了较坚实的基础.五,突出产品特色,进一步完善配套体系重视企业品牌形象,突出宣传自己的产品特色,以提高企业的知名度先进制造技术,优秀的设计方案和设计思维,理念等都将有助于新产品的开发,展会既是一个各自展示,相互竞争的大市场,又是一个互相观摩,互相学习的大课堂. 从IMTS(美国国际机床展览会)2000看机床技术的发展___ 沈福金__(中国机床工具工业协会)2000年9月6日～13日在美国芝加哥市举办了两年一度的美国国际制造技术展览会(IMTS2000)展出面积达13万多平方米聚集了主要的世界机床及配套件生产厂商,对当今制造技术的软,硬件作了最高水平的完整的展示.来自世界82个国家的1400多个参展厂商按展品不同划分为不同的展区,在IMTS2000上共划分为10个展区参观人数有12万多人次中国去的参观者约有400多人,可见我国机械制造业界对这次展会的关注和重视.即磨削/锯/精加工展区;金属切削展区;刀具/工夹具系统展区;激光及激光加工系统展区;齿轮加工展区;电加工(EDM)展区;金属成型和板材加工展区;质量保证展区;机床元部件/清洁/环保展区控制和CAD-CAM展区其中后两个展区是本次展会新增加的,这也反映了制造技术最新的发展动向.1 高速,高效和复合加工机床发展迅速为机床用户提供具有更高加工效率的机床一直是机床制造厂家追求的目标.在本次展会上表现出提高机床生产效率的核心是更快的速度和更可靠的性能,一句话,就是有效缩短工件的加工周期.缩短加工周期从两条途径入手.一是提高切削速度,因而机床主轴转速普遍提高了,车床和车削中心的主轴转速都在8000r/min以上,加工中心的主轴转速一般都在15000～20000r/min,还有40000r/min和60000r/min的.同样,进给速度也有大幅提高,可达20m/min,甚至60m/min.随着速度的提高,机床的结构刚性和动态特性都有相应的改进,高速主轴和刀具系统的动平衡就很重要.高速切削工艺应用普遍.特别是宇航和航空工业的零件,一般都为铝合金件,加工时要切除大量材料,制成品的重量往往只有毛坯件的15%～20%.也就是说,有80%～85%的铝材变成了切屑,在这里,高速切削就是有效提高加工效率的方法. 另一条途径就是减少非加工时间.因为在零件加工过程中有大量的无用时间消耗在工件搬运,上下料,安装调整,换刀和主轴的升,降速上,因此,复合功能的机床是近年来发展很快的机种,其核心是在一台机床上要完成车,铣,钻,镗,攻丝,铰孔和扩孔等多种操作工序.车床技术发展的主要趋势是多功能机床,而目前的多功能复合机床实际上是一台具有车削功能的加工中心.此外,还可发展成自动化生产系统,如加装自动上下料装置,配ATC和APC,为改善控制系统而增加自动监测,报警装置,实现一个人能管理多台机床.在磨削方面,现在磨削中控制技术的重点是开发基于PC的磨削控制系统,使其具有用户友好的特点,并更加通用,一台磨床能进行内圆,外圆和台阶轴磨削,或给机床以不同的循环来加快生产进程,既磨得快又能确保尺寸精度和表面粗糙度,这一发展趋势还会继续保持下去.2 机床更强调安全要环保要求由于机床运行得更快了,因而操作者的安全和健康也成为要优先考虑的问题. 中,高档机床中,凡是可能伤害人身的地方都加有安全警示装置.干切削和微量润滑剂切削方法因其可大大减少润滑剂的挥发而得到越来越广泛的应用,并且几乎所有的机床都是封闭起来的,有些锯床甚至看不到切屑,这样,即使有过量的油雾和烟雾也容易收集.同时,机床的人机工效学明显增强了,在加工过程中,操作者工作得更舒适.此外,无污染的清洁加工技术也受到普遍重视.3 功能部件发展迅速,已形成完整配套件产业主要展品有滚珠丝杠副,精密轴承,各种转台,换刀装置,各种气动,液压件,直线导轨及主轴部件等,特别是电主轴和直线电动机发展很快,品种很多.著名的有瑞士Fishcher公司的高精密自动平衡电主轴,转速为30000r/min,特别适合高速加工.近年来,直线电动机已经在加工中心上获得成功应用,Cincinnati(辛辛那提)公司的最新加工中心样机也是用直线电动机驱动的,解决了发热和防磁等难题,这项技术是机床高速驱动的发展趋势4 控制系统功能更加完善,强大,开放式结构趋势明显更高速的处理器和更精确的控制设备使机床的功能和性能完善而强大.技术密集已进入超速发展阶段,而集成的关键是开放式结构.PC技术的应用,开始改变了机床的工作方式,把CNC推向了控制中心而不局限于机床控制器的范围.控制软件发展更快,一年甚至改进几次.在CAM领域,今年最热门的项目不是CAM本身的发展,而是开放式结构的变革,几乎横扫整个制造业.最主要的CNC制造商都能提供一些开放式结构的CNC系统.现在机械制造厂里开放式结构的CNC控制器占到了10%～20%.这样零件程序可以离线开发,然后传送到生产车间的编程系统,在CNC控制器上运行,操作者可以观察,检测刀具运行情况和加工过程,还可以对加工过程进行必要的修正.美国GE FANUC公司销售的控制器中,有30%是开放式的.实现了真正的CAM/CNC集成,并趋向于智能化控制,还可上网.一家开在美国的印度软件公司演示了高水平的虚拟制造软件,该软件已用于美国汽车生产厂和波音飞机公司的生产中.虚拟制造和无纸化生产的技术基础已基本具备,借助信息技术的不断发展,今后此类软件的发展和应用一定会更快.我国"十五"规划也强调要发展高科技信息技术来武装制造业,这无疑是非常正确,非常及时的.数字化制造时代的到来可能会比我们预料的更快.5 机床的外观质量水平更高从本次IMTS2000展会上可以看出,机床制造商更注重机床造型的美观和色调的协调柔和,其机床精品更向工艺品方向发展.从芝加哥展览会上看,我国机床制造业虽有长足的进步,但差距十分显著.我们不能失去信心,但也不可掉以轻心,必须有切实的措施,特别是要加强相互的协作配套,要勇于创新,从使用方便,可靠的角度做好每一项工作.现在有很多国外先进技术可以利用和借鉴,发展的基础比以往要好得多了.21世纪将是国际大合作的世纪,囿于疆土之内的闭门开发,将被时代潮流所淘汰. 高,中,低档三个档次的机床,都有其一定的市场,但由于世界上机床制造商太多,竞争十分激烈;关键是产品要能适合需求,质量,价格,服务三者缺一不可.即使是低档产品,只要做精做好也有用户.当今数控机床的发展方向,仍然是高速度,高性能,高精度,高可靠性.IT的加入,使得远程通讯,远程操作与诊断成为可能;环保机床作为一个热门课题也越来越引起重视切削刀具正朝着难加工材料领域进军,复合刀具,组合刀具更是展尽风采新世纪和新一代制造张曙上海市科技功臣教授,博士生导师同济大学现代制进技术研究所名誉所长新经济将试图通过知识对短缺的自然资源进行科学合理的重新配置,并开发富有的自然资源来创造新的财富.换言之,新经济的实质就是利用智力资源对有限自然资源的部分取代或再生,它改变了过去那种以资源和资本的总量和增量决定经济发展成败的模式,而将资源和资本的经营意识上升到创新知识的生产和消费,使"知识"从经济增长的"外在变量"转变成经济增长的内在核心因素,从而推动全球经济由工业经济开始转向新经济的全面的,深刻的变革,为全球经济和制造业的可持续发展提供持久的推动力.新经济的出现将导致社会,经济和制造业的一系列变化,主要有以下4方面:1)知识密集产品将成为产品的主要形式,产品的知识含量是决定竞争胜负的关键;2)科技先导型企业将成为经济活动中最具有活力的经济组织形式;3)以数字化和网络化为代表的信息技术,使制造业在产品,服务,生产,流通,交易等概念和运作面临深刻的交革;4)投资重点从有形资产开始转向无形资产,竞争的核心从有形竞争转向无形竞争. 新经济对制造业的影响表现在:产品的批量变得越来越小;顾客对产品性能和质量的要求越来越高;产品更新换代急剧加快;能参与全球竞争的企业日益增多;跨国公司的垄断性更加明显;企业的兼并重组更激烈动药;一般水平的产品及制造能力严重过剩;环保童识和绿色制造受到重视.今天,无论是产品设计,还是物料供应都可在全球范围内进行.波音777的设计和制造是制造业在新经济中的一个标志性的进展.波音777在美国概念设计,在日本部件设计,而零件设计则在新加坡,在网络上建立了24小时工作的协同设计队伍,大大加快了设计进度.全球化的物料供应链可以使世界各地的产品总装工厂及时获得所需要的优质零部件,减少了库存,降低了产品成本,缩短了设计制造周期,提高了产品质量.二.我国制造业所面临的挑战我国制造业目前所面临的严峻挑战是无需质疑.行业规模在世界属第一,机床拥有量近400万台1996年机床进口额25亿美元,但其经济效益差,亏损面大,人均劳动生产率平均仅50000元/年左右;。