北京機床研究所 陳循介

世界機床技術經(jīng)過了約240年的發(fā)展，通過不斷改進、創(chuàng)新，從手動普通機床進入到了高效自動化機床、自動線大批量自動化生產(chǎn)階段，以汽車生產(chǎn)的高效自動化為特征。1952年美國為加工飛機復雜件而費時4年研制出全新控制原理、硬件、軟件相結合的數(shù)字控制機床，標志著開始進入數(shù)控 (NC)機床時代，并進入單個復雜件、小批生產(chǎn)的高效自動化階段，以飛機、航空航天的生產(chǎn)為特征。高速化后，也可用于汽車大批量自動化生產(chǎn)。目前，在全世界的民用、軍工裝備生產(chǎn)中，NC機床已占主導地位。

在當今世界市場經(jīng)濟形勢紛繁復雜、科技創(chuàng)新日新月異、市場競爭異常激烈之際，機床紿終是工業(yè)化發(fā)展的基礎和支柱。我們必須頭腦清醒，看清當今世界機床的技術發(fā)展趨勢，有針對性、切實解決好機床工業(yè)、制造業(yè)、工業(yè)化“由大變強”的紛紜矛盾。

一、世界機床的技術發(fā)展方向

1.材料高性能化、基礎技術堅實化

先進各類NC金切機床與刀具、成形機床與磨具，唇齒相依，密不可分。而機床由機、電、液、氣、光元件、各種功能部件 (如主軸軸承、主軸電機、伺服電機、直線導軌、滾珠絲杠、直線電機、精密刻線尺、激光器等)、NC系統(tǒng)和主體組合而成。不同元部件、刀具、測量、功能部件、控制系統(tǒng)及機床主體，均需有針對性地采用不同性能的材料。而這些材料與各種元部件、功能部件、NC系統(tǒng)，統(tǒng)稱為機床工業(yè)、制造業(yè)、工業(yè)化發(fā)展中的“基礎技術”。材料高性能化 (如更高強度、硬度、韌性、耐高溫、耐磨損、耐腐蝕、輕量化等)，基礎技術堅實化 (如更高精度、效率、自動化、微型化、更加可靠、穩(wěn)定、耐用)水平的不斷提高與創(chuàng)新，是當今世界NC機床技術發(fā)展的首要重大趨勢。每一種新材料、新功能元部件的創(chuàng)新出現(xiàn)，都可能促使機床的精度、效率、自動化等提升一大步，也可能成為某一時期機床的重大發(fā)展趨勢，甚至于成為一時機床技術的“發(fā)展浪潮”。例如，直線電機，比滾珠絲杠的移動速度可提高數(shù)倍，在某些機床上采用，可大大提高機床的效率;又如:最近新開發(fā)成功的“納米多結晶金剛石”，用CVD(化學氣相淀積)制成，制出的超精密加工切削刀具，具有切削性能好、耐磨損、壽命長等優(yōu)點，可用于復雜刀尖形狀放超精密、微細加工。

2.高精度化，高質量化

機床的高精度化、高質量化，是機床技術發(fā)展的一個“永恒性趨勢”。實質上講，沒有高精度、高質量 (精度保持性、可靠性、穩(wěn)定性、耐用性)，就不可能發(fā)展高效率化、高自動化，更不可能實現(xiàn)智能化、網(wǎng)絡化、集成化等。中國高檔、先進NC機床之所以發(fā)展不上去，就是因為缺乏堅實的“技術基礎”，缺乏“高精度”、 “高質量”，不掌握NC機床發(fā)展中的關鍵核心技術，依賴進口。這是個十分關鍵的“致命傷”。

汽車需要實現(xiàn)“大批量”高精、高效、高自動化生產(chǎn);飛機、航空航天飛行器需要“單個復雜件、小批量”高精、高效、高自動化生產(chǎn)，要求有大、中、小各種類型的先進高檔NC金切、成形機床與所需配套的元部件、功能部件、NC系統(tǒng)、刀具、測量、附件，有的還需與各種類型機器人組合成“線”，實現(xiàn)24小時、以至72小時自動化高效無人化生產(chǎn)，嚴格要求“高精度”、“高質量”。否則，出現(xiàn)廢品、事故不斷，其經(jīng)濟損失將很大。長期以來，我國機床工業(yè)不能切實滿足用戶需求，重量輕質，忽視深入系統(tǒng)科研，不能狠抓基礎技術，是本身問題。廣大用戶寧愿進口美、德、日先進高檔優(yōu)質NC機床、刀具等，以確保生產(chǎn)正常進行，這種做法可以理解。

高精度化、高質量化，是發(fā)展先進、高檔NC機床，為未來實現(xiàn)網(wǎng)絡化、集成化、智能化，最終實現(xiàn)計算機集成制造系統(tǒng) (CIMS)、自動化工廠(FA)等的重大趨勢，也是機床工業(yè)、制造業(yè)、工業(yè)化國家由大變強的努力方向。如果沒有高素質、高職業(yè)道德、高文化科技水平、高質量的人，缺乏各有關部門之間的緊密合作，技術鏈、生產(chǎn)鏈、供應鏈殘缺松散，則高精度化、高質量化，也就不可能實現(xiàn)。

3.高效率化

通過先進NC機床，加工、制造裝備的高效率化，可實現(xiàn)提高生產(chǎn)率和勞動生產(chǎn)率。而“高效率化”的實現(xiàn)，是通過多種有效措施、先進技術來實現(xiàn)的 (如:高速切削、強力切削、快速移動、縮短加工、輔助時間、5軸聯(lián)動控制、多工序的復合化、工件一次裝夾完成全部加工、與機器人組合、完成自動換刀、工件自動上下料、自動搬運刀具、工件出入倉庫、自動在線檢測、以及科學的組織，管理等)。而先進高檔NC機床之所以能實現(xiàn)高效率化，是建立在前述材料高性能、基礎技術堅實化、高精度化、高質量化的基礎之上的。不僅如此，更要求機床的理論基礎科研過硬 (如機床的剛性、振動、熱變形、噪聲等)，應用技術科研過硬[如:機床的布局、結構配置、成組加工技術 (GT)的合理應用，機床三化 (通用化、標準化、系列化)的正確實現(xiàn)、個性化的切合實用等]。

4.高自動化

先進NC機床的高自動化發(fā)展趨勢，主要是進一步減少、消除手動、體力勞動。如進一步實現(xiàn)自動化更換刀具，工件自動上下料、搬運等，不需要人的參與而能實現(xiàn)24小時、以至72小時的高自動化、高精度、高效率無人化加工。高自動化，是建立在前述的材料高性能化、基礎技術的堅實化、高精度化、高質量、高效率化的基礎之上的。特別是:刀具材料的高性能化，各種機、電、液、氣、光元件、功能部件、NC系統(tǒng)等的“可靠性”、“穩(wěn)定性”、“耐用性”上。如果沒有可靠性、穩(wěn)定性、耐用性，也就不可能實現(xiàn)“高自動化”。

未來高自動化的進一步發(fā)展提高，對各類先進機器人需求將迅速增加，也將促使各類機器人迅速發(fā)展。

5.智能化

智能化，是代替人的“腦力勞動”。在當今世界，先進高檔NC機床實現(xiàn)的“智能化”，還只是一個“開端”，離完善的智能化，距離還很遠。但它是當今世界及今后一個極其重大的技術發(fā)展趨勢，也是人類發(fā)展生產(chǎn)、實現(xiàn)機床工業(yè)、制造業(yè)、工業(yè)化強國的遠大奮斗目標?！爸悄芑蓖晟茖崿F(xiàn)之時，也可能是世界上期望的“無人化工廠”出現(xiàn)之日。它的實現(xiàn)或早或遲，將取決于人類的文化科技知識提高進程、科研的深入系統(tǒng)、各個環(huán)節(jié)的不斷創(chuàng)新，以及材料高性能，基礎技術的堅實完備。

從用戶角度需要看，希望智能化能實現(xiàn)以下六大方面的目標，即:①確保自動實現(xiàn)加工的高精度;②進一步提高效率;③保護環(huán)境、節(jié)省能源;④確保安全、放心生產(chǎn);⑤節(jié)省進而代替人力、腦力勞動;⑥降低各種制造費用、成本。

需要解決的技術有:①加工過程、加工條件的自動選擇、優(yōu)化、決定;②高精度加工功能的優(yōu)化和自動實現(xiàn);③自動確保制造安全、可靠;④自動實現(xiàn)節(jié)省能源;⑤自動監(jiān)視開動停止狀態(tài)、消除各種故障;⑥自動監(jiān)視機床維護狀態(tài)、進行檢測、消除隱患等。

對于熟練生產(chǎn)技術工人來說，對機床智能化實現(xiàn)最迫切的期望實現(xiàn)的功能是:①自動監(jiān)視整機、機床主要組成部件、NC系統(tǒng)開動的狀態(tài);②自動確保機床的工作，維護安全性;③實現(xiàn)加工條件的優(yōu)化與自動確定;④機床調整作業(yè)的智能優(yōu)化、決定;⑤自動監(jiān)視機床的維護狀態(tài)，消除各種隱患;⑥自動實現(xiàn)智能化節(jié)省能源。

對于上述這些技術要求，實現(xiàn)智能化還需要進一步深入解決:各種精確、有效、可靠的傳感器，如:溫度傳感器、變位傳感器、環(huán)境變化傳感器、微型智能觀測傳感器等;更需要進一步提高NC系統(tǒng)的許多更高級的功能，如智能化精度補償，自動消除各種誤差、故障，并能準確事先預測、提前加以預防等。

“智能化”是代替人的“腦力勞動”，其復雜程度和難度，遠高于前述的高“自動化”，對其可靠性、穩(wěn)定性、耐用性技術水平的要求，則更高、更嚴。

6.復合化、多軸聯(lián)動化、組合化、網(wǎng)絡化、個性化、集成化、環(huán)保化

這些趨勢，已經(jīng)出現(xiàn)多年，在四大國際機床展覽會上，已有一些高端NC機床展品展示，也已為人們所相對熟悉。復合化，主要是在加工中心(NC)的基礎上，將更多工序復合進行加工，提高效率。如MC+磨削加工、MC+激光加工等，并不斷擴大到NC車床、NC磨床等其他機床上。多軸聯(lián)動化，主要是用來實現(xiàn)各種復雜不同曲線型面的加工。目前5軸聯(lián)動發(fā)展迅速。組合化，主要是在NC機床的設計結構上，實現(xiàn)組合部件的通用化，進一步提高制造上的方便，供應用戶的便捷、降低機床成本。網(wǎng)絡化，主要是通過信息化構成不同網(wǎng)絡，實現(xiàn)信息的自動傳遞，并可實現(xiàn)遠距離診斷、維修、維護等。個性化，主要是針對不同用戶需求，對難切削材料、特殊件進行高精、高效、高自動化加工。集成化，突出的是利用機器人、自動傳送裝置的組合、多臺NC機床的集合成“線”，成為加工單元、自動化工段、自動化車間等，實現(xiàn)更高自動化，提高生產(chǎn)效率，進一步減少人和體力勞動。環(huán)?；?，主要是實現(xiàn)少油、自潤滑、無油潤滑、節(jié)能省地、綠化、保護環(huán)境等。所有這些趨勢，對于NC機床技術的發(fā)展，將隨著時間的推移，不斷深化、完善，并進一步發(fā)展、創(chuàng)新和提高。

當今世界機床的技術發(fā)展趨勢是多方面的，也是相互交叉、融合、影響。它將隨著市場需求、不同工件大小、不同精度、不同批量產(chǎn)品的制造、各種科學發(fā)展、技術創(chuàng)新、基礎技術科研、應用技術科研的步步深入、系統(tǒng)，而不斷變化。今后，還將出現(xiàn)許多不同的新的技術發(fā)展趨勢。

為實現(xiàn)這些技術發(fā)展趨勢，必須切實做好以下三點:

(1)機床本身有其特點和發(fā)展規(guī)律，它是人類的先進“生產(chǎn)工具”，其科研、設計、制造、使用，是社會各有關方面的“群體活動”，與數(shù)學、物理、化學各類科學的發(fā)展有所不同。最最緊迫的，是需要各有關部門的緊密合作、互助。在“技術鏈”、“生產(chǎn)鏈”、“供應鏈”各個方面，周密完善。特別是在材料、元部件、功能部件、NC系統(tǒng)、電子計算機的新技術、網(wǎng)絡信息科技等方面，需要通力配合加速發(fā)展。機床發(fā)展靠“先進”、“實用”;企業(yè)發(fā)展靠“產(chǎn)品”;產(chǎn)品發(fā)展靠“人才”;加速發(fā)展則靠深入系統(tǒng)的“科研”。機床工業(yè)的發(fā)展則需靠“個體、集體”作用。先進機床發(fā)展必須正確解決好“市場需求、科技水平、人員素質”三者的關系，才能順利發(fā)展。市場需求是“動力”、科技水平是“基礎”、人員素質是“根本”。

(2)先進NC機床產(chǎn)品能否加速發(fā)展，占領國內外市場，必須正確解決好“質量、性能、品種、價格、交貨期、服務”六大點。而企業(yè)、整個機床行業(yè)的發(fā)展，必須解決好“人才、科研、質量、創(chuàng)新、合作、信譽”六大方面的問題。

(3)機床的技術發(fā)展提高、技術趨勢的不斷實現(xiàn)，將取決于社會經(jīng)濟的盛衰、廣大用戶市場的需求、基礎技術的堅實、創(chuàng)新，以及全民素質、文化科技、職業(yè)道德水平的自覺提高。最關鍵的是，需要整個國家、社會、人民的高度理性重視與緊密合作。

二、結語

冰凍三尺，非一日之寒。只有明確這些技術發(fā)展趨勢，群策群力，萬眾一心。有信心、決心、恒心、有能力、毅力、魄力。實事求是、踏踏實實、穩(wěn)定前進，堅韌不拔、堅持有恒。攻克各種技術關鍵，掌握世界尖端技術，才能取得最后勝利，國家也才能真正持久富強!

這也是今天我們認真深入分析當今世界機床技術發(fā)展趨勢的真正重要目的。