現代機床技術與我國機床工業的發展方向
信息來源:減速機信息網 責任編輯:李宏偉
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機床是工作母機,機床制造業對國民經濟的發展起著重要作用。建國初期,在優先發展重工業的方針指導下,機床制造業迅速發展,按國民經濟發展計劃建立了一大批機床制造廠,專業分工明確,機床型號齊全,形成了完整的通用機床制造體系。向各行各業提供了大量的工作母機,有力地推動了國民經濟的發展。
改革開放以來,國民經濟飛速發展,給機床制造業帶來了新的發展機遇,同時也提出了更高的要求。然而由于長期在計劃經濟的條件下組織生產,不能很快適應市場經濟的要求,使國內很多機床廠家陷入困境。借鑒國外的經驗,明確我們的發展方向,迅速適應市場需求,是我國機床制造業面臨的重要課題。 1.產品開發與技術引進 應用數字控制等先進技術,不斷開發新產品,滿足高質量、高效率和高靈活性的要求是現代機床的發展特征,并成為世界各機床廠家正在為之努力的目標。因此,國內很多廠家也在引進數控技術和產品,生產了各種類型的數控機床,從歷屆機床展覽會可見一斑,可以說中國的機床制造業的技術水平有了很大提高。但是,不能不看到,大多數廠家在日趨激烈的市場競爭中,特別是在國際市場的競爭中仍顯得能力不足。 應當指出,新產品開發不是引進或仿制其他廠家的機型。引進或仿制的產品對制造廠家是新產品,對市場卻不是新產品。引進或仿制在一定時期是必要的,正如在建國初期我們通過仿制前蘇聯的產品建立了中國的機床制造業體系一樣,在改革開放初期引進技術可以使我們的機床制造業快速跟上世界先進水平。但是,這不應是我們的唯一發展方向和最終目標。 新產品開發應該是指全新機型或現有產品的改進型。目前,在新產品開發方面,美國的機床公司處在世界前列。為了適市場需求,G&L公司不惜重金開發出RAM系列高速加工中心。采用整體床身,提高機床的剛性;選用滾動導軌,適應高速要求。換刀速度(切屑到切屑)為4.5~5s,運行速度達38m/min,贏得了大量用戶。INGERSOLL公司開發的HVM800型加工中心用直線電動機代替傳統的伺服電動機驅動滾珠絲杠的傳動系統,簡化機床的結構,運行速度76m/min,現已投放市場。新產品的開發往往對控制系統提出更高的要求,通用控制系統不能滿足要求時,還要進行控制系統的開發。美國的G&L公司、CINCINNATI公司和德國的HELLER公司等均針對自己的系列產品,開發專用控制系統,并相繼建立起相當規模的控制系統研制中心,生產專用控制系統,為各自的系列產品配套。而不直接采用專業電氣公司的通用控制系統,避免功能浪費,彌補功能不足。這些才是新產品開發。我們應當在引進技術的基礎上開發自己的新產品,或開發某些領先技術改進我們的產品。 當然,開發新產品需要大量資金投入,只有將現有產品以高質量的品位占領市場才可能積累資金,用于產品開發工作,即人們常說的“以老養新”。 2.通用機床與專用機床 隨著經濟的發展,特別是改革開放以來,專用組合機床的需求量增加,通用機床的需求量相對減少。于是,各通用機床廠紛紛建立專機車間或專機分廠,生產組合機床。由于設計、制造、組裝和調試經驗不足,使之在市場特別是國際市場中缺乏競爭力。 組合機床作為一種現代機床,它不是通用部件、各種元件、刀夾輔具和控制系統的簡單組合,從設計制造到組裝調試都有其專業特征。 通用機床是成熟產品,即使是改進型也是經過一輪或幾輪試制后,方能投產。通用機床的整機和零部件可以有少量庫存,生產時間充裕。而組合機床一般是單機一次性生產,不可能進行試制,而且要求在一定的時間內完成制造。這就要求機床廠家有一支經驗豐富的設計隊伍,特別是資深的方案工程師。在訂購組合機床時,用戶往往將技術方案作為前提之一,因為一個好的方案可以為用戶帶來很大的經濟效益。同時,也使機床制造廠家便于組織生產。好的技術方案是用最簡捷的形式,滿足工藝要求,并且易于操作、調整和維修。這就要求通用部件的選擇,刀具的設計和選擇,夾具的設計,控制系統的設計及液壓和氣動系統的設計等都要相對合理。 專用組合機床一般用于大量生產,需要加工精度長期穩定,因此,對其質量的要求與通用機床有很大不同,通常要求工序能力系數CPK≥1.33。國內一知名機床廠為用戶設計制造一條殼體生產線,用戶要求在技術協議中將工序能力系數CPK≥1.33作為一項驗收標準,廠家明確表示達不到這一要求。他們只能同意按被加工零件圖紙給定公差的75%作為驗收標準,這一驗收標準與工序能力系數CPK≥1.33的要求相差甚遠。有的廠家甚至不了解工序能力系數這一概念。應當指出,CPK=1.33是最低要求,有的國外用戶將CPK≥4.0作為驗收標準。提高機床的質量是一項復雜的系統工程,它要求制造廠家建立一套完整的質量控制體系。從方案論證到產品設計,從原料進貨到元件采購,從工藝編制到加工制造,從安裝調試到售后服務,都必須嚴格控制。才能有效保證整機的產品質量,得到市場的認可。為了占領市場,世界各廠家爭相提高產品質量和服務質量。美國的一家機床公司向用戶承諾,訂購該公司設備時,他們“不是在拿到訂單之后就一走了之,再見面時設備已經制造完畢并請你付款,這時你所看到的只是設備的外表,而看不到內在質量。例如,你知道主軸的精度和硬度嗎?”他們的做法是:向你報告從方案設計、元件采購、加工制造到裝配調試的全過程并接受你的檢查。他們之所以能夠做到這一點是因為像大多數機床制造廠家一樣,機床在投入制造后,每個零件都備有一張卡片,將每道工序檢驗結果填寫在卡片上并輸入計算機,使制造的全過程處于受控狀態,從而保證了機床的出廠質量。這些都是值得我們借鑒的質量管理方法。 通用機床一般不需要制造廠家到用戶安裝調試,即使需要也很簡單。而組合機床則需要制造廠家到用戶安裝調試,且過程復雜,周期較長。要求廠家培養和建立一支有經驗的安裝調試隊伍。 此外,因為組合機床均用于大量生產,如果機床故障不能及時排除,其他設備很難替代,勢必造成停產,將給用戶帶來重大損失。因此,售后服務也是組合機床生產的一項重要內容。 鑒于這種情況,通用機床廠家應當揚長避短,利用自己的專業特點開發和生產專用機床。例如,車床廠家可以生產制造曲軸專用車床,磨床廠家可以生產制造曲軸和凸輪軸專用磨床等。 3.自動生產線與加工中心
大家知道,由組合機床組成的自動生產線因為具有高效的特點廣泛用于大批量生產。但是,隨著機床技術的發展,目前自動生產線有被加工中心取代的趨勢,這是由自動生產線和加工中心兩方面原因所致。 自動線所加工的零件品種單一,若改變加工品種需要對自動線進行改造;自動線中有一臺機床發生故障時,將造成全線停產,這對企業的發展和組織生產都是不利的。近年來,加工中心發展很快,新型的加工中心已具備了用于大量生產的能力,而且克服了自動線的缺點。在加工中心上只需更換夾具和程序,即可改變加工品種;在加工中心上一般采用工序集中的方式加工零件,由多臺加工中心完成同一工作,某一臺機床出現故障時,對生產影響不大。 現在,由加工中心組成的柔性生產線集中了自動生產線和加工中心的優點,倍受一些大型用戶青睞。在美國CINCINNATI公司為一家用戶設計制造的柔性生產線上,同時生產21種不同的箱體。這條生產線主要由數臺加工中心(加工中心的數量可以根據需要增減)和一條用于輸送各品種夾具的主輸送道組成。工人只需將某一工件裝夾到該工件的夾具上,輸送道即可自動將夾具送入第一臺加工中心,加工中心根據夾具的型號,調出相應的程序進行加工,加工完成后,夾具自動退回輸送道,輸送道將其送至下一臺加工中心,隨后,下一夾具進入第一臺加工中心,以此類推,加工完成后,由工人卸下工件。全線由中央計算機控制,中央計算機除與各加工中心和輸送道的控制系統相聯外,還與刀具測量間相聯,將測量數據輸入各加工中心,加工中心則根據刀具參數調整切削參數,以保證加工精度。只要輸送道上有足夠裝有工件的夾具,生產線可在無人看管的情況下工作,直至輸送道上所有工件全部加工完畢,生產線自動停止工作,工時利用率在90%以上。 可以說加工中心和柔性生產線將主導下一世紀的機械制造業,我國機床廠家應根據這一情況制訂和調整自己的技術發展規劃。 4.主機與元件 現代機床均裝備大量的元件(包括電器元件、液壓元件和氣動元件等),元件的質量是決定主機能否正常工作的重要因素。 由于大多數元件為外購件,主機廠家不能直接控制其質量。經常出現了機床制造廠家和用戶同時抱怨元件質量情況。為了降低機床故障率,有些用戶在向國內廠家訂購設備時,明確提出裝備進口元件,而制造廠家也贊同這一作法。造成大量國外元件涌進中國市場。在改革開放的今天,我們并不反對進口必要的元件,特別是一些我們尚未開發的品種或型號。但是,諸如限位開關和換向閥之類元件也需大量進口,不能說是一種正常現象。 元件作為標準或通用產品,其生產方式與主機不同,元件屬于大批量生產。只要嚴格控制原料質量,并按成熟的加工工藝和裝配工藝進行生產,其質量不難得到控制。現在,國內元件制造廠家也在引進國外技術或合資生產各種元件,關鍵是引進質量管理方法,全面提高元件質量,創立中國的名牌元件,使元件與主機的技術水平同步發展,才能增強市場競爭能力。 5.夾具與附件 現代機床特別是組合機床通常配備專用夾具,有些組合機床是圍繞專用夾具設計的,專用夾具作為組合機床的重要組成部分,往往是能否滿足使用要求的關鍵。 目前,國內組合機床的專用夾具基本上由機床制造廠家一并設計制造,有的廠家特別是通用機床廠家將主要精力放在主機上,而忽視夾具的設計制造。在安裝調試過程中修改夾具設計的現象屢見不鮮。實際上,有些夾具結構的復雜程度并不亞于主機。在某種程度上,夾具的設計制造與機床是兩種不同的專業。組合機床是以通用部件為基礎,夾具則無此條件,需要有經驗豐富的專業工程師完成全部設計,在設計中要充分考慮定位夾緊合理,裝卸工件方便和易于排屑等方面的問題,并由經驗豐富的工人完成制造。因此,歐美的機床制造廠家自己一般不承擔夾具的設計與制造,而是由主機制造廠商提出技術要求向專業夾具公司訂貨,效果很好。 國內的機床附件廠原來主要生產與通用機床配套的各類卡盤和分度頭等機床附件,這就是說即使在通用機床占主導的年代,夾具與主機也是專業分工的。隨著通用機床和專用機床需求比例的變化,專用夾具的需求量不斷增加,通用機床附件相對減少,機床附件的生產廠家應該適應市場需要擴大經營范圍,組建夾具公司,承攬專用夾具的設計與制造業務。這不僅有利于附件廠家自身的發展,也有利于機床制造業的發展。 6.大型企業與小型企業 在諸多的機床廠家中,大型廠家無疑是機床制造業的主力。應有自己的系列產品和通用部件,向市場提供大量的設備和整條生產線。同時,具有強大的新技術開發能力,不斷將新的系列產品推向市場。 就市場而言,小型機床廠家與大型廠家一般不應是競爭關系,而應該是互補關系。某些小型機床廠家將自身置于與大型廠家競爭地位是不可取的。小型機床廠家應利用具有靈活性的優勢,開辟自己市場,就是將用戶需要作為自己的產品。承制大的機床公司不宜生產的設備。目前,國內外均不乏這樣的小型機床公司作為借鑒。 另一方面,小型機床廠家應具有自己的技術特點,開發特色產品。例如,奧地利的ANGER公司是一家只有80余名雇員的小型機床廠商,該公司生產的小型CNC高速切削機床很有特色。機床采用多主軸方式,主軸并排固定在主軸架上,每根主軸由各自的電動機直接驅動,簡化了傳動系統和主軸結構,主軸轉速高達30000~100000r/min。每根主軸安裝一種刀具,由夾具快速位移完成換刀,省去了復雜的換刀機構,換刀時間(切屑到切屑)僅為0.4s。由主軸旋轉和夾具運動完成切削。機床采用運行速度較快的FANUC控制系統。這種機床除歐洲市場外,還遠銷美國和日本。再如,美國的KASPER公司設計制造的加工淬火工件的車床(Hardturning)和鏜床(Hardboring)也是特色產品,其加工精度和表面粗糙度均優于普通磨床,是以車削和鏜削代替磨削的理想設備。 我們的小型廠家也應具有自己的技術特點和特色產品,才能在國內外市場中立于不敗之地。 不斷提高技術水平,形成中國的世界知名廠家,生產名牌產品,應當成為新世紀之初我們機床制造廠家的目標。 |
