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關(guān)心我國(guó)機(jī)械加工領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，勢(shì)必要聯(lián)系世界范圍內(nèi)的發(fā)展，因?yàn)榧夹g(shù)與科學(xué)是沒(méi)有國(guó)界的，而且是相互促進(jìn)的。從這個(gè)角度來(lái)觀察分析，世界機(jī)械加工的技術(shù)演變， 屬于“質(zhì)變”性質(zhì)的至少有四大方面，而其他屬于“量變”（或稱(chēng)”漸變”）的，還可以列述更多。所謂“質(zhì)變”是指：其一，創(chuàng)新思維與傳統(tǒng)的“量變”有根本的區(qū)別；其二，所依托的物質(zhì)載體與常規(guī)的相比在原理上有本質(zhì)的差異；其三，在人類(lèi)的生產(chǎn)活動(dòng)中所形成的效益與影響更為廣泛而深遠(yuǎn)。
. ]# ]& L- B1 i; C# B1 p四大質(zhì)變表現(xiàn)為：5 e9 s! ~' L5 `1 P. B; k
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一、人類(lèi)智能型生產(chǎn)工具出現(xiàn). d. b$ Y( ^7 w2 F
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智能型生產(chǎn)工具的發(fā)展是近30年來(lái)的一個(gè)重要的發(fā)展動(dòng)態(tài)。最近，在中南海中共中央政策研究室一次“戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)選擇”座談會(huì)上，我提出一個(gè)觀點(diǎn)：“機(jī)床作為生產(chǎn)工具具備智能特性是人類(lèi)生產(chǎn)工具具有劃時(shí)代意義的發(fā)展，人類(lèi)正在迎接一個(gè)智能型生產(chǎn)工具時(shí)代的到來(lái)”，得到了與會(huì)很多同志的贊同。馬克思在經(jīng)典著作中論述人類(lèi)歷史發(fā)展階段劃分時(shí)指出：歷史發(fā)展階段是以人類(lèi)采用什么生產(chǎn)工具及相應(yīng)的生產(chǎn)方法來(lái)劃分的，所以分成石器時(shí)代、鐵器時(shí)代等。推動(dòng)歷史發(fā)展，生產(chǎn)工具的變革是最積極、最首要的因素。人類(lèi)的生產(chǎn)工具由手動(dòng)發(fā)展到具備動(dòng)力，馬克思認(rèn)為這是一次人類(lèi)生產(chǎn)工具的大革命。這種具備動(dòng)力的生產(chǎn)工具馬克思稱(chēng)之為“工具機(jī)”（即機(jī)床），這一名稱(chēng)在《資本論》巨著中出現(xiàn)過(guò)兩次。由于時(shí)代的局限性，馬克思沒(méi)有可能親身經(jīng)歷和接觸到人類(lèi)生產(chǎn)工具具備智能的這一變化。而當(dāng)工具機(jī)（機(jī)床）具備數(shù)控控制功能后，人類(lèi)的智能型生產(chǎn)工具的雛型才有可能出現(xiàn)，這是人類(lèi)生產(chǎn)工具新的又一具有劃時(shí)代意義的發(fā)展。
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數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)標(biāo)示了機(jī)床向智能化發(fā)展的萌芽?；厮輽C(jī)床的發(fā)展歷史，從1952年第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)至今50余年，其中包括走向成熟的30年和走向大規(guī)模應(yīng)用的20年，特別是近幾年，機(jī)床智能化功能的進(jìn)一步陸續(xù)增添，標(biāo)志著機(jī)床技術(shù)在發(fā)展道路上的質(zhì)變?？梢哉f(shuō)，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、軟件功能的拓展為機(jī)床智能化提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。2 p, `3 k+ i3 b. m5 U
. c( ]# d6 J- d 最近幾年，日本的山崎馬扎克公司陸續(xù)開(kāi)發(fā)了智能主軸振動(dòng)控制、智能熱屏障、智能防撞屏障、語(yǔ)言提示等功能；日本大隈公司開(kāi)發(fā)了thinc智能數(shù)字控制系統(tǒng)等等。說(shuō)明隨著技術(shù)的發(fā)展，機(jī)床這種生產(chǎn)工具智能化的功能會(huì)越來(lái)越高級(jí)，越來(lái)越增多。人類(lèi)智能型生產(chǎn)工具的發(fā)展方興未艾，前景光明。 7 d9 g K: f, g$ g% w- K
* I' O" f9 R/ | 二、加工方法逆向思維的突破是機(jī)械加工領(lǐng)域重要質(zhì)變之一4 X( Q o8 L; ~
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快速成型（Rapid prototyping）技術(shù)是近20年來(lái)出現(xiàn)的一種加工方法，是加工方法逆向思維的重大突破，是加工原理的巨大變革，與一直沿用至今的傳統(tǒng)“去除材料”（切削、沖剪、切割、磨削）的方法根本不同。快速成型技術(shù)實(shí)際上是反其道而行之的以“材料堆積成型”或稱(chēng)之為“材料累加”方法、“增材制造方法”來(lái)達(dá)到制造工件原型的一種方法（即將設(shè)計(jì)構(gòu)思通過(guò)計(jì)算機(jī)二維或三維成像，計(jì)算機(jī)控制“材料添加”而快速制成實(shí)體）。采用復(fù)合紙、高聚物質(zhì)、金屬粉末、高溫合金、復(fù)合陶瓷、鑄造型砂等作為加工原材料；利用電熱、激光束、電子束作為能量源，按分層實(shí)體制造（LOM），熔融沉積成型（FDM），紫外線激光固化（SLA），激光區(qū)域燒結(jié)（SLS）等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)原型工件造型，除了應(yīng)用于制造機(jī)械零件原型、型砂制芯，甚至也進(jìn)入立體藝術(shù)品型體塑形和人體醫(yī)學(xué)仿生件（如骨關(guān)節(jié)）制造等相關(guān)領(lǐng)域。這是計(jì)算機(jī)科學(xué)、新材料科學(xué)、新能源科學(xué)綜合集成發(fā)展的最新產(chǎn)物。我國(guó)在這個(gè)領(lǐng)域中，有華中科技大學(xué)、清華大學(xué)、西安交通大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、中科院及上海聯(lián)泰、北京瑞科達(dá)、武漢濱湖機(jī)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)有限公司等國(guó)有和民營(yíng)科研單位及企業(yè)積極投入。所開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品已進(jìn)入世界先進(jìn)行列，投入市場(chǎng)的產(chǎn)品品種繁多，年產(chǎn)幾百臺(tái)，技術(shù)已出口新加坡。* r5 V" H8 z9 a, ]/ V, k
三、機(jī)床結(jié)構(gòu)出現(xiàn)革命性變革" i: n ]- n% j8 ~( W' Y6 y: J
近20年來(lái)世界機(jī)床設(shè)計(jì)出了革命性的變革，一種“并聯(lián)結(jié)構(gòu)”機(jī)床出現(xiàn)了，“并聯(lián)結(jié)構(gòu)”完全不同于所有傳統(tǒng)機(jī)床結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)機(jī)床結(jié)構(gòu)是串聯(lián)結(jié)構(gòu)，即是按笛卡爾坐標(biāo)沿三個(gè)坐標(biāo)線方向運(yùn)動(dòng)和繞這三個(gè)坐標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)依次串聯(lián)疊加起來(lái)，形成所需刀具的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡的機(jī)床結(jié)構(gòu)，其所有的結(jié)構(gòu)幾何精度誤差、力的傳遞和剛度的損失，都會(huì)形成串聯(lián)累積而成為致命的薄弱環(huán)節(jié)。而并聯(lián)結(jié)構(gòu)機(jī)床是通過(guò)多桿結(jié)構(gòu)在空間同時(shí)運(yùn)動(dòng)來(lái)移動(dòng)主軸頭實(shí)現(xiàn)加工動(dòng)作，與串聯(lián)結(jié)構(gòu)相比，并聯(lián)結(jié)構(gòu)具有更為簡(jiǎn)化、剛度更高、動(dòng)態(tài)性能（包括精度保證及運(yùn)動(dòng)效率）更好等一系列主要優(yōu)點(diǎn)。20年來(lái)，世界范圍內(nèi)大約有十幾個(gè)國(guó)家20多個(gè)團(tuán)隊(duì)在從事這方面的研發(fā)，其中瑞典TRICEPT公司己供應(yīng)商品400余臺(tái)，廣泛應(yīng)用于空客、波音及通用汽車(chē)公司和卡特彼勒大型工程機(jī)械廠。另外，若干團(tuán)隊(duì)都曾經(jīng)分別展出試制品，近幾年雖然缺少進(jìn)一步報(bào)道，但并未停步。據(jù)作者與其中某些團(tuán)隊(duì)并聯(lián)機(jī)床模型$ ^6 O) s& U. u9 [) ?# h
因此，為了迅速擴(kuò)大使用領(lǐng)域，除了供應(yīng)“并聯(lián)結(jié)構(gòu)通用性機(jī)床”產(chǎn)品外，還應(yīng)當(dāng)把“并聯(lián)結(jié)構(gòu)制造廠”（如哈量）提供并聯(lián)結(jié)構(gòu)部分與用戶行業(yè)裝備制造廠（如汽車(chē)、機(jī)車(chē)、工程機(jī)械、航空行業(yè)專(zhuān)業(yè)工藝裝備廠）提供不同類(lèi)型基座或移動(dòng)框架，以及和對(duì)開(kāi)發(fā)專(zhuān)用裝備有意愿的機(jī)床廠結(jié)合起來(lái)，有針對(duì)性地?cái)U(kuò)大這類(lèi)機(jī)床產(chǎn)品的銷(xiāo)售市場(chǎng)。7 L4 m7 I K) Y0 Z5 `
四、工具概念的變異進(jìn)一步開(kāi)拓了人類(lèi)的視野: K+ D" E# j0 b3 T5 l' c8 {
傳統(tǒng)的機(jī)械加工工藝體系一般是由機(jī)床－工具－（夾具）－工件組成，而工具環(huán)節(jié)按傳統(tǒng)的分類(lèi)無(wú)非是車(chē)刀、銑刀、鏜刀、鉆頭、拉刀、砂輪、沖模、壓模之類(lèi)。
& @/ P, E3 }7 s: S, v8 p% z而所有這些工具（又可稱(chēng)之為執(zhí)行加工功能的載體）無(wú)非都是具有一定硬度的實(shí)體，如高速鋼、工具鋼、硬質(zhì)合金、立方氮化硼、鉆石等材料制成的工具（用來(lái)達(dá)到所謂以“硬”克“硬”）。后來(lái)氧炔高溫切割方法出現(xiàn)了，電能源的放電加工方法（電火花加工、線電極切割）、電化學(xué)加工方法、各種生活污水處理設(shè)備，無(wú)閥過(guò)濾器，環(huán)保配件價(jià)格優(yōu)惠，焊管、冷卻器、油缸缸筒、液壓油缸、橡膠機(jī)械、橡塑機(jī)械、叉車(chē)、噴塑、汽車(chē)空調(diào)壓縮機(jī)、結(jié)晶器銅管總成、護(hù)欄、除塵設(shè)備、金剛石鉆頭、精密鋼管、無(wú)縫鋼管、土工格柵、橡塑保溫、接線端子、輸送機(jī)保護(hù)、防爆燈、液壓件、耐腐泵、拋丸機(jī)、油缸、液壓缸、活塞桿、點(diǎn)焊機(jī)、對(duì)焊機(jī)、保護(hù)膜、電腦剝線機(jī)、MBR膜生物反應(yīng)器、電子包裝袋激光加工方法、電子束加工方法、離子注入法和電解加工方法陸續(xù)出現(xiàn)，直到近年，屬于“冷能源”、“軟介質(zhì)”的高壓水射流（俗稱(chēng)“水刀”）加工方法以嶄新姿態(tài)登場(chǎng)（用于金屬板材、塑料、橡膠切割加工 ），配合多坐標(biāo)數(shù)控技術(shù)在汽車(chē)工業(yè)新產(chǎn)品試制（如覆蓋件、內(nèi)飾件切邊）中可以大大縮短周期 ，小型件切割用途更是十分廣泛。我國(guó)己有南京水刀有限公司和南京工藝裝備制造有限公司等向市場(chǎng)提供產(chǎn)品。高壓水射流（水刀）加工在其他應(yīng)用領(lǐng)域（管道空間聯(lián)結(jié)部位加工等）正在迅速拓展 。這種以“軟”克“硬” 的加工工具的出現(xiàn)令人眼花繚亂、應(yīng)接不暇。
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機(jī)械加工領(lǐng)域的進(jìn)步屬于“量變”或稱(chēng)之為“漸變”的還有很多很多，例如，加工精度的提升，幾乎每10年就提升一個(gè)數(shù)量級(jí)，亞微米、納米加工不斷升級(jí)等等，不勝枚舉。6 ~, i+ j, {; ^$ X v B1 z" Q! P
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趁此文結(jié)束之際，不妨再預(yù)報(bào)一類(lèi)“漸變”（或稱(chēng)為量變）跨度比較大的頗有興味的新機(jī)床品種，即筆者從瑞典向國(guó)內(nèi)引進(jìn)技術(shù)的“Transflex”型機(jī)床（預(yù)計(jì)2009年初在中國(guó)即將以首先投產(chǎn)的新產(chǎn)品在市場(chǎng)上亮相，也是世界范圍內(nèi)第一次亮相）。Transflex顧名思義包含Transferline（剛性傳送生產(chǎn)線）和Flexible line（柔性生產(chǎn)線）兩種涵義，實(shí)際的確如是具備兩者基因。它的原理是由多種動(dòng)力頭仍按生產(chǎn)線布局，但執(zhí)行加工的出場(chǎng)先后或動(dòng)作由數(shù)控系統(tǒng)控制，而夾持工件則由懸掛式機(jī)械手執(zhí)行。比較新奇的是：它的機(jī)械手在動(dòng)力頭上方，朝下夾持工件沿橋式導(dǎo)軌及垂直滑枕作三坐標(biāo)移動(dòng)和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)（見(jiàn)圖2），這種機(jī)械手比傳統(tǒng)的多關(guān)節(jié)機(jī)械手夾持工件剛性更好，精度更高，除了替代傳送生產(chǎn)線的步進(jìn)式傳送機(jī)構(gòu)（它的遞送速度較慢、可調(diào)性較差），而且增添具備步進(jìn)傳送機(jī)構(gòu)所不具備的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)動(dòng)作，機(jī)械手由數(shù)控系統(tǒng)指揮“喂送”工件（這就是突出特點(diǎn)所在）到不同工位的動(dòng)力頭，與動(dòng)力頭上所裝刀具動(dòng)作配合，完成每道工序。顯而易見(jiàn)，這種Transflex機(jī)床結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，節(jié)省輔助時(shí)間，可適應(yīng)加工部位更為復(fù)雜的工件，是一值得關(guān)注的機(jī)床“另類(lèi)”。 |
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發(fā)表于 2009-6-8 18:29:17
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