【編者按】本文通過對(duì)多因素促成的第三次工業(yè)革命進(jìn)行探源，從而對(duì)新的時(shí)代環(huán)境給機(jī)床制造技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用所帶來的影響進(jìn)行梳理焙恬，并對(duì)未來機(jī)床發(fā)展提出新的展望蜘傻。

21世紀(jì)绷咳，人類正式進(jìn)入了第三次工業(yè)革命時(shí)代。作為現(xiàn)代先進(jìn)制造業(yè)的重要一員琅翻，機(jī)床制造業(yè)同樣與時(shí)俱進(jìn)涯捻，發(fā)生著日新月異的變化。

能源與通信交匯爆發(fā)工業(yè)革命

繼蒸汽機(jī)誕生與廉價(jià)報(bào)紙發(fā)行進(jìn)行交匯的第一次工業(yè)革命望迎，以及電話、電報(bào)的發(fā)明與電力工業(yè)引發(fā)交匯的第二次工業(yè)革命之后凌外，互聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)通信技術(shù)與新能源的交匯引發(fā)了第三次工業(yè)革命辩尊。這場(chǎng)革命是從21世紀(jì)初開始，首先由德國(guó)引發(fā)康辑，預(yù)計(jì)從目前開始摄欲，還有25-35年的儲(chǔ)備期，屆時(shí)嶄新一輪蜂擁而至的工業(yè)革命將會(huì)不斷蓬勃而出疮薇。

我們不難發(fā)現(xiàn)胸墙，大量資源被消耗;石油開采跟不上中、印等發(fā)展中國(guó)家的需求;廢氣及煙塵排放所造成的空氣污染;廢水及有害物質(zhì)排放所造成的江河湖海水質(zhì)污染;無節(jié)制的城鎮(zhèn)化按咒，農(nóng)田占用迟隅、森林砍伐等因素造成的生態(tài)環(huán)境破壞;以及勞動(dòng)力成本不斷上升等等，都是爆發(fā)第三次工業(yè)革命的緣由励七。

第三次工業(yè)革命對(duì)機(jī)床制造技術(shù)的影響

受第三次工業(yè)革命帶來的影響智袭，機(jī)床制造技術(shù)相繼注重節(jié)能、環(huán)保剿夫、綠色等方面的研發(fā)渊妨，而高效、高速姓拂、高精度等始終是機(jī)床工業(yè)所追求的目標(biāo)夕涧。這些精華的匯集，譜寫出了機(jī)床革命的前奏寒肋。我們不妨將這些成果集中加以梳理一下刹讹。

機(jī)床的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新

并聯(lián)機(jī)床的發(fā)明

上世紀(jì)末美國(guó)G&L公司在芝加哥國(guó)際機(jī)床展上，首次亮相了并聯(lián)機(jī)床的雛形沃铣，那是六條腿的測(cè)量平臺(tái)尘斧，由此機(jī)床從傳統(tǒng)的C型傳動(dòng)鏈結(jié)構(gòu)向并聯(lián)運(yùn)動(dòng)發(fā)展變成一種趨勢(shì)。

所謂并聯(lián)機(jī)床暴彻，就是以空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)派男，以數(shù)控軟件代替部分硬件、以電子裝置及元器件代替部分機(jī)械裝置冬魏，并通過改變桁架桿的長(zhǎng)度及移動(dòng)支點(diǎn)位置帮寻，來迅速實(shí)現(xiàn)刀具與工件的相對(duì)位置變動(dòng)乍狐，從而打破了傳統(tǒng)機(jī)床以直角坐標(biāo)系為基礎(chǔ)的串聯(lián)運(yùn)動(dòng)學(xué)原理。

并聯(lián)機(jī)床因其剛性差等弱點(diǎn)固逗，正朝串并聯(lián)相結(jié)合方向發(fā)展浅蚪，中國(guó)清華大學(xué)、哈量烫罩、長(zhǎng)征機(jī)床等單位在這方面的研發(fā)居國(guó)際領(lǐng)先地位惜傲。

倒置立車的發(fā)明

德國(guó)EMAG公司繼而發(fā)明的倒置立車，特別適宜于對(duì)輕型回轉(zhuǎn)體零件的大批量加工贝攒。隨即盗誊，倒立加工中心、倒立復(fù)合加工中心及倒立焊接機(jī)床等新穎機(jī)種應(yīng)運(yùn)而生隘弊。

加工工藝的創(chuàng)新

復(fù)合加工

復(fù)合加工機(jī)床與技術(shù)毋庸置疑是大規(guī)模工件加工廠商的福星哈踱，這是因?yàn)楣に嚨募墒构ぜ虚g閑置時(shí)間大為減少，所以在生產(chǎn)全過程中節(jié)拍時(shí)間相較傳統(tǒng)設(shè)備得以顯著縮短;可節(jié)省購(gòu)置多臺(tái)機(jī)床的固定資產(chǎn)投入;減少了倉庫使用面積梨熙，降低倉儲(chǔ)費(fèi)用;縮短換裝時(shí)間开镣。

上世紀(jì)90年代中期，奧地利WFL發(fā)明了車銑復(fù)合加工中心锯忱。而日本MAZAK公司則認(rèn)為DoneInOne是數(shù)控機(jī)床發(fā)展的方向常籍，也就是在一臺(tái)機(jī)床上能完成所有工序加工。

激光加工

伴隨著激光切削與激光成型技術(shù)的不斷發(fā)展闰妓，DMG公司的DML40SL茉油，可以把CAD圖紙直接輸入加工。三個(gè)直線軸石沸、兩個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡回轉(zhuǎn)軸和一個(gè)聚焦軸桨农。激光束以小于200的角度范圍射入工件表面，進(jìn)行加工庵动。

而激光脈動(dòng)方式Y(jié)AG捍刑，激光功率100W，激光束直徑Φ0.04~0.1mm暮课，金屬切除率為25mm3/min法洼。

超聲波振動(dòng)加工

由工業(yè)金剛石顆粒制成的特殊銑刀、鉆頭或砂輪椎吼，通過20,000次/s的超聲波振動(dòng)高頻敲擊眠琴，對(duì)超硬材料進(jìn)行精密加工。

機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速6,000r/min姓建，驅(qū)動(dòng)功率10kW诞仓，主軸高頻振動(dòng)功率1.5kW。

水切割

水刀就是將普通水經(jīng)過一個(gè)超高壓加壓器，加壓至380Mpa(55,000psi)或更高壓力墅拭，然后通過一個(gè)細(xì)小的噴嘴(其直徑為Φ0.01- Φ0.04mm)活玲，可產(chǎn)生一道速度為915m/s(約音速的3倍)的水箭，來進(jìn)行切割谍婉。水刀分為兩種類型：純水水刀及加砂水刀舒憾。

柔性制造(FMS)

對(duì)FMS的剖析，應(yīng)該偏重于總控系統(tǒng)穗熬、運(yùn)輸小車镀迂、交換托盤庫以及清洗機(jī)等，機(jī)床(主要是臥加)只是加工零件的單元之一唤蔗。因?yàn)橛?a target="_blank" class="mmstipl2" >機(jī)器人學(xué)演繹和發(fā)展而來的FMS招拙，主要功能不僅要考驗(yàn)加工單元的自適應(yīng)能力，更要照顧到工作站周圍移動(dòng)物體能力及響應(yīng)遙感數(shù)據(jù)的能力等等措译。

智能制造

智能化是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分之一，它集信息技術(shù)禀丁、光電技術(shù)翼辱、通信技術(shù)、傳感技術(shù)等為一體跨基，推動(dòng)著機(jī)床制造的不斷進(jìn)步吴烹。MAZAK、OKUMA等日本公司肾俯，在這方面的研發(fā)己取得多項(xiàng)專利眨攀。作為系統(tǒng)供應(yīng)商，德國(guó)海德漢公司在他們的軟件中乡纸，有集成的自適應(yīng)進(jìn)給控制功能(AFC：AdaptiveFeedControl)扛聂、自動(dòng)校準(zhǔn)和優(yōu)化機(jī)床精度(KinematicOpt)及智能顫紋控制(ACC：ActiveChatterControl)等供用戶選擇。

當(dāng)今高端機(jī)床一般均裝有熱變形控制系統(tǒng)坪秒，以保證機(jī)床的穩(wěn)定工作精度栏付。像日本安田公司，他們開發(fā)的高精度臥式坐標(biāo)加工中心煞嫩，就帶有“機(jī)體溫度控制裝置”组弥，至于防撞功能則更是千變?nèi)f化、層出不窮逗爹。

瑞士GF阿奇夏米爾集團(tuán)智能加工亡嫌，一切都是圍繞提高工藝水平所進(jìn)行的。他們的米克朗系列智能加工模塊可以幫助用戶控制銑削工藝掘而，以獲得更高的性能挟冠、更高的質(zhì)量和安全性。

微納制造

上海機(jī)床廠有限公司自主創(chuàng)新研發(fā)的納米磨床，主要應(yīng)用于超硬脆性圃郊、超硬合金价涝、模具鋼、無電解鍍層鎳等材料的微小機(jī)電光學(xué)零部件的納米級(jí)精度磨削加工持舆。加工范圍：非球曲面口徑<φ10mm色瘩，定位精度≦0.1μm(100nm)，重復(fù)定位精度≦0.05μm(50nm)逸寓，表面粗糙度 Ra<0.01μm(10nm)居兆，具備在線測(cè)量補(bǔ)償加工、砂輪在機(jī)修整和在線修銳功能竹伸。

兩個(gè)革命性的舉措

3D打印

3D打印在第三次工業(yè)革命中應(yīng)運(yùn)而生泥栖，是一種制造業(yè)的新穎加工方式。增材制造能加工出高精度刹由、復(fù)雜型面的金屬與非金屬零件厨刷。這種精密加工方式能避免刀具干涉，并能加工激光束被遮擋的照射部位妨菩。

3D打印技術(shù)有很多種糙枚，大致有激光粉末成型法、熔融塑料成型法厚饱、光敏樹脂成型法等幾種檐伞，技術(shù)原理是無論何種成型法，都是采取原料加層方法形成3D物體捕如，每次打印一層材料只有0.1-0.2mm厚切拳，與二維打印機(jī)相比，3D打印機(jī)多了一維揩池，即Z軸孽倒，通過X-Y-Z軸的運(yùn)動(dòng)，將原料逐層堆積而成泪桥，如熔融塑料成型法谤碳，噴嘴噴出熔融的塑料絲，承物平臺(tái)作三維運(yùn)動(dòng)溢豆，即可堆積出3D實(shí)物(等于一層層粘上去)蜒简。

液氮冷凍加工

MAG公司開發(fā)了一套顛覆傳統(tǒng)方法的切削冷卻系統(tǒng)——“超低溫液氮冷卻切削技術(shù)”，成為機(jī)床行業(yè)革命性的創(chuàng)新漩仙。MAG亞太區(qū)總裁李黎先生表示搓茬，“這一技術(shù)的推廣使用將對(duì)機(jī)床和刀具行業(yè)產(chǎn)生革命性的沖擊，高效和高壽命將使機(jī)床和刀具的消費(fèi)量降低队他，同時(shí)降低地球資源的消耗”卷仑。

切削加工中的切削熱而導(dǎo)致刀具加工超硬材料時(shí)磨損快峻村，刀具消耗量大，刀具消耗成本甚至超過機(jī)床的成本锡凝。而超低溫液氮冷卻切削技術(shù)的推出粘昨，可以實(shí)現(xiàn)通過主軸中心和刀柄中心在刀片切削刃部的微孔中打出液氮，刀具切削產(chǎn)生的熱量被液氮?dú)饣?液氮的沸點(diǎn)為-320℃)的瞬間帶走窜锯，尤其是在超硬材料加工和復(fù)合材料加工上會(huì)有更好的效果张肾，切削速度可以大大提高，刀具壽命也可以大大延長(zhǎng)悄贴。

據(jù)MAG幾年來的切削試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)悟唆，在對(duì)鈦、鎳基合金诈绷、球墨鑄鐵或蠕墨鑄鐵等難切削材料進(jìn)行加工時(shí)拗辜，金屬去除率平均可以提高3倍，刀具壽命平均可以延長(zhǎng)2倍怒央，這就意味著一臺(tái)機(jī)床可以當(dāng)3臺(tái)機(jī)床使用烤眉，一個(gè)刀片可以當(dāng)兩個(gè)刀片使用，大大節(jié)省設(shè)備项请、場(chǎng)地烦盛、人員的使用和刀具、能源的消耗逼酗。

該技術(shù)對(duì)環(huán)境友好。通常金屬切削冷卻的手段是使用冷卻液或冷卻油投湿，而冷卻液或冷卻油不僅污染環(huán)境需要回收處理诽昨，且油霧處理不好甚至出現(xiàn)燃燒起火等不安全狀況，而氮?dú)馐前踩珰怏w不从，自然排放到空氣中沒有任何污染惜姐，也不需回收。

未來機(jī)床展望

大隈口號(hào)及MAZAK模型

日本大隈提出椿息，未來機(jī)床發(fā)展方向應(yīng)該是：SPACECENTER具有高速(SPEED)歹袁、高效(POWER)、高精度(ACCURACY)寝优、通訊(COMMUNICATION)条舔、環(huán)保(ECOLOGY)等特點(diǎn)。

而MAZAK建立未來機(jī)床模型且為：主軸轉(zhuǎn)速100,000r/min乏矾，加速度8g孟抗，切削速度2馬赫，同步換刀钻心，干切削凄硼，集車、銑、激光加工摊沉、磨狐史、測(cè)量于一體。

不盡長(zhǎng)江滾滾流用六，后浪永遠(yuǎn)推前浪近振。處于第三次工業(yè)革命時(shí)期的先進(jìn)制造技術(shù)，它的發(fā)展速度托俯，它的變更周期赠飞，會(huì)比歷史上任何時(shí)期要來得快，故而新時(shí)代的數(shù)控機(jī)床發(fā)展雹纤，將使我們目不暇接篙协，并推動(dòng)著社會(huì)發(fā)展的不斷進(jìn)步。

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