譚翰聲 邢思遠(yuǎn)
【摘要】隨著電子技術(shù)和信息技術(shù)的不斷發(fā)展,工業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)由傳統(tǒng)機(jī)械化操作轉(zhuǎn)變?yōu)榱藱C(jī)電一體化控制,工業(yè)生產(chǎn)效益得到了本質(zhì)上的轉(zhuǎn)變。在機(jī)床改造的過程中,人員應(yīng)用機(jī)械電子及其自動(dòng)化技術(shù)基礎(chǔ),對(duì)大規(guī)模集成電路及超大規(guī)模集成電路進(jìn)行合理應(yīng)用,將電子技術(shù)、信息技術(shù)、機(jī)械技術(shù)等融合、交叉,為傳統(tǒng)機(jī)床向機(jī)械電子方向靠攏鋪平了道路。文章從機(jī)械電子內(nèi)容著手,對(duì)傳統(tǒng)機(jī)床改造的原因進(jìn)行探究。與此同時(shí),文章還研究了傳統(tǒng)機(jī)床的改造策略,從其特征及優(yōu)勢(shì)出發(fā),對(duì)其今后發(fā)展方向進(jìn)行淺析,現(xiàn)結(jié)果如下。
【關(guān)鍵詞】機(jī)械電子;傳統(tǒng)機(jī)床;趨勢(shì);改造策略;發(fā)展方向
1.機(jī)械電子概述
機(jī)械電子又稱機(jī)電一體化,在應(yīng)用的過程中需要根據(jù)系統(tǒng)功能及系統(tǒng)需求實(shí)施對(duì)應(yīng)構(gòu)建,達(dá)到組織、結(jié)構(gòu)、效益等內(nèi)容的優(yōu)化。機(jī)械電子能夠?qū)C(jī)構(gòu)得主功能、信息處理功能、動(dòng)力功能、控制功能集成在一個(gè)系統(tǒng)中,達(dá)到運(yùn)行-控制-反饋-調(diào)節(jié)一體化,大大降低了系統(tǒng)處理的工作量及難度。
機(jī)械電子構(gòu)建的過程中要依照機(jī)械系統(tǒng)理念,從各個(gè)層次、各個(gè)單元著手,將機(jī)械裝置與電子化軟件結(jié)合,實(shí)現(xiàn)微電子技術(shù)、信息變換技術(shù)、傳感可控技術(shù)、信息技術(shù)、電子電力技術(shù)、軟件編程技術(shù)等的集成應(yīng)用。機(jī)械電子將技術(shù)與產(chǎn)品融合,在產(chǎn)品的基礎(chǔ)上對(duì)技術(shù)進(jìn)行融入,將技術(shù)發(fā)展核心立于產(chǎn)品上,對(duì)產(chǎn)品的創(chuàng)新及發(fā)展具有至關(guān)重要的作用。機(jī)床向機(jī)械電子方向的發(fā)展主要指通過機(jī)械電子內(nèi)容對(duì)傳統(tǒng)機(jī)床進(jìn)行優(yōu)化和提升的過程。在該過程中,機(jī)床能夠在保證組織及系統(tǒng)功能前提下實(shí)現(xiàn)科學(xué)布局,實(shí)現(xiàn)最佳配置,提升系統(tǒng)操作的可行性、安全性、準(zhǔn)確性。與此同時(shí),機(jī)床還能夠最大限度降低能耗,減少工藝成本,能夠從本質(zhì)上提升機(jī)床價(jià)值,實(shí)現(xiàn)機(jī)床加工效益最大化。
2.傳統(tǒng)機(jī)床向機(jī)械電子方向靠攏的必然趨勢(shì)
20世紀(jì)中期西方國(guó)家開始對(duì)機(jī)床機(jī)電一體化方面內(nèi)容進(jìn)行研究,開始將機(jī)械電子機(jī)床的構(gòu)建提上日程。隨著時(shí)間的推移,機(jī)床機(jī)械電子研究不斷深入,其發(fā)展效果得到了本質(zhì)上的轉(zhuǎn)變,主要可以劃分為3個(gè)階段(具體見表1)。
表1 傳統(tǒng)機(jī)床向機(jī)械電子方向發(fā)展的階段及特點(diǎn)
階段 時(shí)期 特征
初級(jí)階段 20世紀(jì)60
年代以前 處于自發(fā)狀態(tài),機(jī)電一體化水平較低,研究?jī)?nèi)容片面,電子技術(shù)及機(jī)械技術(shù)組合效益欠佳,產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)效益低下。
蓬勃發(fā)展階段 20世紀(jì)60年
代~80年代 世界各國(guó)逐漸認(rèn)識(shí)并接受機(jī)械電子技術(shù)及產(chǎn)品,機(jī)床數(shù)控技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)得到延伸,大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路發(fā)展起來(lái)。
深入發(fā)展階段 20世紀(jì)90年
代以后 機(jī)床機(jī)械電子技術(shù)開始向智能化、模塊化邁進(jìn),建模、分析、集成等內(nèi)容較為完善,出現(xiàn)光電及細(xì)微機(jī)床機(jī)械電子方向兩方面分支,發(fā)展更為深入。
我國(guó)對(duì)機(jī)床機(jī)械電子方向發(fā)展的研究起于20世紀(jì)80年代,改革開放后,其機(jī)床部分技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了國(guó)際水平,提升了精細(xì)、復(fù)雜、大量的零件加工效益,零件加工水平已經(jīng)得到了根本上的轉(zhuǎn)變。但是在上述發(fā)展的過程中,受到費(fèi)用、技術(shù)等影響,數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)也受到非常大的制約:
(1)數(shù)控機(jī)床價(jià)格高昂,在進(jìn)行使用的過程中需要投入大量的資金,成本巨大。這種狀況導(dǎo)致小型或中小型企業(yè)難以承受,造成機(jī)床購(gòu)置難度加大。
(2)在當(dāng)前發(fā)展的過程中我國(guó)企業(yè)主要以普通機(jī)床為主,數(shù)量較為龐大。在使用數(shù)控機(jī)床代替的過程中操作難度較大,實(shí)現(xiàn)成本高昂。除此之外,當(dāng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)控機(jī)床替代后,普通機(jī)床資源閑置量大大上升,資源浪費(fèi)現(xiàn)象較為嚴(yán)重,直接導(dǎo)致企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益受損。
(3)國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床在購(gòu)置的過程中時(shí)間周期較長(zhǎng),重新購(gòu)置周期直接制約了企業(yè)的生產(chǎn)效益,很容易造成企業(yè)無(wú)法滿足自身生產(chǎn)要求,導(dǎo)致企業(yè)發(fā)展受到制約。
(4)當(dāng)前國(guó)內(nèi)零件加工的過程中零件較為單一,數(shù)控機(jī)床許多功能閑置,很容易導(dǎo)致機(jī)床資源浪費(fèi),造成投入生產(chǎn)使用后的使用效益大打折扣。
因此,在機(jī)床發(fā)展的過程中相關(guān)人員應(yīng)做好數(shù)控機(jī)床技術(shù)研究,在傳統(tǒng)機(jī)床技術(shù)上實(shí)施部分機(jī)械電子改造,從數(shù)控系統(tǒng)著手,將機(jī)械電子與傳統(tǒng)機(jī)床融合在一起,實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工的快速、精確、安全、高效,最大限度提升傳統(tǒng)機(jī)床向機(jī)械電子方向靠攏的經(jīng)濟(jì)效益。
3.傳統(tǒng)機(jī)床的改造策略分析
在傳統(tǒng)機(jī)床發(fā)展中融入數(shù)控技術(shù),實(shí)現(xiàn)機(jī)械電子方向改造,以改造代替購(gòu)置,這種方法不僅能夠改善傳統(tǒng)機(jī)床的使用效益,還可以提升機(jī)械電子技術(shù)應(yīng)用質(zhì)量,已經(jīng)成為機(jī)床改造的策略核心。
在實(shí)施傳統(tǒng)機(jī)械加工機(jī)床改造的過程中,人員要從機(jī)械加工機(jī)床機(jī)械電子方向發(fā)展趨勢(shì)的優(yōu)勢(shì)著手,將改造特征與改造優(yōu)勢(shì)有機(jī)結(jié)合在一起,合理配置機(jī)械電子技術(shù),完成系統(tǒng)的自動(dòng)化及數(shù)控化。
3.1 傳統(tǒng)機(jī)械加工機(jī)床的改造策略分析
傳統(tǒng)機(jī)械加工機(jī)床在改造的過程中要注意控制好對(duì)特定部位的改造。該過程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)微機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及研究,實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)機(jī)床加工過程中的“加工”、“分析”、“處理”,提升系統(tǒng)控制的智能化水平。當(dāng)前傳統(tǒng)機(jī)械加工機(jī)床向機(jī)械電子方向靠攏的特征及優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾方面。
(1)傳統(tǒng)機(jī)械加工機(jī)床改造后交貨周期較短,可以最大限度縮短機(jī)床改造到投入應(yīng)用的時(shí)間,降低了由于數(shù)控機(jī)床購(gòu)置周期長(zhǎng)導(dǎo)致的企業(yè)經(jīng)濟(jì)損失。相關(guān)資料顯示:傳統(tǒng)機(jī)械加工機(jī)床向機(jī)械電子方向改造的成本僅為數(shù)控機(jī)床購(gòu)置成本的20%~40%,企業(yè)成本大幅降低。
(2)傳統(tǒng)機(jī)械加工機(jī)床在改造的過程中選取鑄造件一般較為精密且質(zhì)量較高。該鑄造件使用過程中常通常不是焊接構(gòu)件,在改造使用后能夠大大提升傳統(tǒng)機(jī)械加工機(jī)床的機(jī)械穩(wěn)定性。上述改造后的機(jī)床質(zhì)量較高,性能得到大幅改善,部分設(shè)備甚至可以當(dāng)做新機(jī)床使用,提升了原有傳統(tǒng)機(jī)械加工機(jī)床的使用空間及使用價(jià)值。
(3)傳統(tǒng)機(jī)械加工機(jī)床數(shù)控改造的過程中人員對(duì)機(jī)床了解較為深入,改造維修操作難度較低。相對(duì)于購(gòu)置數(shù)控機(jī)床而言,機(jī)床改造更加符合零部件加工要求,可以最大限度降低改造人員、加工人員、維修人員的工作量。傳統(tǒng)機(jī)械加工機(jī)床使用時(shí)間較長(zhǎng),相關(guān)人員對(duì)機(jī)床各部分結(jié)構(gòu)、零件、特性較為熟知,改造、使用、維修過程中培訓(xùn)時(shí)間、培訓(xùn)投入可以大大減少且質(zhì)量較高,改造完成后即可投入使用,縮短了由人員數(shù)控機(jī)床培訓(xùn)導(dǎo)致的加長(zhǎng)周期。
3.2 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床改造策略分析
經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床主要是依照當(dāng)前生產(chǎn)現(xiàn)狀要求,在原有生產(chǎn)功能基礎(chǔ)上最大限度降低生產(chǎn)成本的一項(xiàng)設(shè)備。該機(jī)床在我國(guó)應(yīng)該用較為普遍,整體操作性、實(shí)用性較強(qiáng)。隨著機(jī)械電子技術(shù)的不斷發(fā)展和提升,經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床已經(jīng)得到了本質(zhì)上的轉(zhuǎn)變,成本控制效益大幅提升,其具體特征及優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾方面。
(1)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床性能能較高且價(jià)格適中,可以大幅降低企業(yè)經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān),縮小企業(yè)開支。相對(duì)于進(jìn)口數(shù)控機(jī)床動(dòng)輒幾十萬(wàn)元甚至幾百萬(wàn)元的成本投入,經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床只需要幾萬(wàn)元即可。該機(jī)床使用性能與數(shù)控機(jī)床相差不大,單其成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于數(shù)控機(jī)床。
(2)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床能夠滿足產(chǎn)品自動(dòng)化需求,可以適應(yīng)各種環(huán)境。在工作的過程中可以僅僅通過轉(zhuǎn)變加工程序?qū)崿F(xiàn)新功能的加入,縮短了投入使用的時(shí)間,對(duì)工作適應(yīng)質(zhì)量具有非常重要的意義。與此同時(shí),經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床還可以有效降低加工成本,無(wú)需工裝就可以完成處理操作。該機(jī)床應(yīng)用時(shí)能智能化處理,簡(jiǎn)化操作,具有非常高的加工精度,減少了產(chǎn)品的廢品率。
(3)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床對(duì)工作人員工作素質(zhì)要求較高,需要人員能夠不斷調(diào)整自身對(duì)科學(xué)技術(shù)的認(rèn)識(shí),這對(duì)企業(yè)人力資源具有非常好的提升。在上述過程中,經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床拓展了工作人員的視野,為工作人員智能化學(xué)習(xí)創(chuàng)造了良好的環(huán)境空間,提升了人員技能水平。除此之外,經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床還降低了人員的工作量和工作強(qiáng)度,激發(fā)了人員的工作興趣及工作積極性,對(duì)企業(yè)核心凝聚力的形成具有非常好的促進(jìn)作用。
4.機(jī)械電子背景下機(jī)床的發(fā)展方向
隨著我國(guó)機(jī)械電子工程及自動(dòng)化內(nèi)容的不斷豐富及完善,機(jī)床改造已經(jīng)出現(xiàn)了翻天覆地的變化,各項(xiàng)內(nèi)容已經(jīng)出現(xiàn)了本質(zhì)上的轉(zhuǎn)變。在機(jī)械電子背景下,機(jī)床必將快速化、智能化、環(huán)保化、個(gè)性化,必將越來(lái)越符合工業(yè)生產(chǎn)需求。
(1)快速化:該趨勢(shì)在當(dāng)前的機(jī)床發(fā)展過程中非常明顯。截止目前為止,數(shù)控機(jī)床中車床主軸轉(zhuǎn)速已經(jīng)在10000r/min以上,轉(zhuǎn)動(dòng)速度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)機(jī)床。與此同時(shí),數(shù)控機(jī)床的快速移動(dòng)速度也達(dá)到了120m/min以上,其加速度增幅達(dá)到原有加速度的3~4倍,速度持續(xù)增長(zhǎng)且增長(zhǎng)幅度不斷加大。機(jī)床的快速化已經(jīng)成為機(jī)械電子背景下發(fā)展的主要方向之一,尤其是在近年來(lái)納米技術(shù)研究拓展的過程中。相關(guān)資料顯示:納米機(jī)床精度可以在0.05~0.01nm之間,運(yùn)轉(zhuǎn)速度及加速度將得到質(zhì)的飛躍。雖然該機(jī)床還沒有區(qū)域性投入使用,但在不久的將來(lái)一定會(huì)大幅提升零件加工效益,在零件處理中“大放異彩”。
(2)智能化:數(shù)控機(jī)床主要通過智能化手段達(dá)到對(duì)技術(shù)的分析、應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)零件處理。在上述過程中,機(jī)床需要具有與人相似的功能,在數(shù)據(jù)采集、集中的基礎(chǔ)上實(shí)施分析,實(shí)現(xiàn)自主決策。這對(duì)智能化需求較高且智能化水平越高決策越有效。與此同時(shí),信息時(shí)代環(huán)境下,機(jī)床的產(chǎn)品觀念及模式將會(huì)出現(xiàn)一定轉(zhuǎn)變,對(duì)工作效益提升需求更高。因此,在機(jī)械電子背景下,機(jī)床必將越來(lái)越智能化、集成化,越來(lái)越虛擬生產(chǎn)、智能生產(chǎn)、精益生產(chǎn)。
(3)環(huán)保化:隨著可持續(xù)發(fā)展的不斷深入,我國(guó)對(duì)企業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)化需求不斷上升,實(shí)現(xiàn)企業(yè)環(huán)保化已成為發(fā)展的必然。在上述環(huán)境下,綠色化產(chǎn)品觀念隨之而生。機(jī)床環(huán)?;脑斓倪^程中將產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用、銷毀過程緊密串聯(lián)成一個(gè)整體,對(duì)各項(xiàng)危害環(huán)境的操作進(jìn)行剔除,消除了可能出現(xiàn)的噪音污染、廢料污染等,最大限度提升了資源的利用率。這種發(fā)展方向與企業(yè)環(huán)保需求一致,是今后機(jī)床改造過程的必然之路。
5.總結(jié)
在實(shí)施傳統(tǒng)機(jī)械加工機(jī)床改造的過程中,人員要從機(jī)械加工機(jī)床機(jī)械電子方向發(fā)展趨勢(shì)的優(yōu)勢(shì)著手,將改造特征與改造優(yōu)勢(shì)有機(jī)結(jié)合在一起,合理配置機(jī)械電子技術(shù),完成系統(tǒng)的自動(dòng)化及數(shù)控化;要從改造策略中總結(jié)經(jīng)驗(yàn),在改造策略上設(shè)計(jì)具體改造操作,分層落實(shí),逐層遞進(jìn),最大限度提升傳統(tǒng)機(jī)床向機(jī)械電子方向靠攏的質(zhì)量及效果。在今后的機(jī)床改造研究中,人們需要加強(qiáng)對(duì)機(jī)械電子的分析,從更深層次研究,探討更高效、更完善的改造策略。
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作者簡(jiǎn)介:
譚翰聲(1993—),男,遼寧遼陽(yáng)人,大學(xué)本科,現(xiàn)就讀于東北林業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院,研究方向:機(jī)械電子工程。
邢思遠(yuǎn)(1994—),男,河北保定人,大學(xué)本科,現(xiàn)就讀于東北林業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院,研究方向:機(jī)械電子工程。