组合机床的国内外发展现状

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1、组合机床的国内外发展现状 世界上第一台组合机床于 1908 年在美国问世,30 年代后组合机床在世界各国得到迅速发 展。至今,它己成为现代制造工程(尤其是箱体零件加工)的关键设备之一。现代制造工程从 各个角度对组合机床提出了愈来愈高的要求,而组合机床也在不断吸取新技术成果而完善和 发展. 1.国内组合机床现状 在我国,组合机床发展己有 28 年的历史,其科研和生产都具有相当的基础,应用也已深入 到很多行业。是当前机械制造业实现产品更新,进行技术改造,提高生产效率和高速发展必不 可少的设备之一。组合机床及其自动线是集机电于一体是综合自动化度较高的制造技术和 成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经

2、济实用,因而被广泛应用于工程机械、交通、能 源、军工、轻工、家电行业。我国的传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、 气、液压控制,它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型的箱体类和轴类零件(近年研 制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额),完成钻孔、扩孔、铰孔,加工各种螺纹、键 孔、车端面和凸台,在孔内撞各种形状槽,以及铣削平面和成型面等。组合机床的分类繁多, 有大型组合机床和小型组合机床,有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式,还有 多工位回转台组合机床等;随着技术的不断进步,一种新型的组合机床柔性组合机床越来越 受到人们的亲睐,它应用于多工位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹

3、具和刀具的自动更换,配 以可编程序控制器(PLC)、数字控制(NC)等,能任意改变工作循环控制和驱动系统,并能灵活适 应多种加工的可调可变的组合机床。另外,近年来组合机床加工中心、数控组合机床、机床 辅机等在组合机床行业中所占份额也越来越大。 由于组合机床及其自动线是一种技术综合性很高的高技术专用产品,是根据用户特殊要 求而设计的,它涉及到加工工艺、刀具、测量、控制、诊断监控、清洗、装配和试漏等技术。 我国组合机床及其组合机床自动线总体技术水平比发达国家相对落后,国内所需的一些高水 平组合机床及自动线几乎都从国外进口。工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大,并 使产品生产成本提高。因此,市场

4、要求我们不断开发新技术、新工艺、研制新产品,由过去的 “刚性”机床结构,向“柔性”化方向发展,满足用户需要,真正成为刚柔兼备的自动化装备。2.国外组合机床现状 80 年代以来,国外组合机床技术在满足精度和效率要求的基础上,正朝着综合成套和具备 柔性的方向发展。组合机床的加工精度、多品种加工的柔性以及机床配置的灵活多样方面 均有新的突破性进展,实现了机床工作程序软件化、工序高度集中、高效短节拍和多功能监 控。组合机床技术的发展趋势是: (1) 广泛应用数控技术 国外主要的组合机床生产厂家都有自己的系列化完整的数控组合机床通用部件, 在组合机床上不仅一般动力部件应用数控技术,而且夹具的转位或转角、

5、换箱装置的自动分 度与定位也都应用数控技术,从而进一步提高了组合机床的工作可靠性和加工精度。 (2) 发展柔性技术 80 年代以来,国外对中大批量生产,多品种加工装备采取了一系列的可调、可变、可 换措施,使加工装备具有了一定的柔性。如先后发展了转塔动力头、可换主轴箱等组成的组 合机床,同时根据加工中心的发展,开发了二坐标、三坐标模块化的加工单元,并以此为基础 组成了柔性加工自动线(FTL)。这种结构的变化,既可以实现多品种加工要求的调整变化快速 灵敏,又可以使机床配置更加灵活多样。 (3) 发展综合自动化技术 汽车工业的大发展,对自动化制造技术提出了许多新的需求,大批量生产的高效率,要求制造系

6、统不仅能完成一般的机械加工工序,而且能完成零件从毛坯进线到成品下线的全部 工序,以及下线后的自动码垛、装箱等。德国大众汽车公司 KASSEL 变速箱厂 1987 年投入使 用的造价 9000 万马克的齿轮箱和离合器壳生产线,就是这种综合自动化制造系统的典范。 该系统由两条相似对称布置的自动线组成,三班制工作,每条线日产 2000 件,节拍时间为 40 秒。全线由 12 台双面组合机床、18 台三坐标加工单元、空架机器人、线两端的毛坯库和 三坐标测量机组成,可实现 3 种零件的加工。空架机器人完成工件下线的码垛装箱工作。随 着综合自动化技术的发展,出现了一批专门从事装配、试验、检测、清洗等装备的

7、专业生产 厂家,进一步提高了制造系统的配套水平。 (4) 进一步提高工序集中程度 国外为了减少机床数量,节省占地面积,对组合机床这种工序集中程度高的产品，继 续采取各种措施，进一步提高工序集中程度。如采用十字滑台、多坐标通用部件、移动主 轴箱、双头铿孔车端面头等组成机床或在夹具部位设置刀库,通过换刀加工实现工序集中,从 而可最大限度地发挥设备的效能,获取更好的经济效益。 在这些方面我国组合机床装备还有相当大的差距,因此我国组合机床技术装备高速 度、高精度、柔性化、模块化、可调可变、任意加工性以及通信技术的应用将是今后的发 展方向。组合机床的发展趋势 组合机床的通用化!系列化!标准化程度较高，其

8、通用零部件达 70%90%，它具有高效、 高质、经济实用的特征，因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等 行业。 目前，随着 .*2 技术的成熟及各种 .*2 软件的涌出，在支撑软件和硬件的基础上， 针对不同行业!不同专业进行软件二次开发，开发出适合本行业!本专业的专用商品化软件， 不仅可以取得良好的经济效益，而且会取得重大的社会效益“组合机床是属于一次性设计! 一次性制造的单件生产的产品，其结构变化多样，设计量大，设计工作复杂，尤其是在当 前竞争激烈的市场经济中，产品寿命周期不断缩短，品种日益增多“加工产品不同，组合机 床也就不同，这要求工程技术人员要不断地提高机床的开发能力

9、，以满足市场要求“因此， 如何高效!高质量地设计出组合机床已经成为组合机床厂家追求的目标。上述分别从不同方面对组合机床的计算机辅助设计进行了分析，为组合机床 .*2 的 研究提供了更多的借鉴和参考，但是至今仍没有成熟的 .*2 商品化系统“下面分析组合机 床 .*2 系统研究存在的主要问题，提出相应的解决措施和发展趋势： ( 1) 从组合机床 CAD 系统的研究平台看，主要有以 AutoCAD 为代表的二维软件平台 和 UG,Pro/E,Solidedge 各种三维软件平台下进行的研究。二维平台上开发的设计系统相对 比较成熟，已经在企业中得到了实际应用; 而三维软件平台下的组合机床 CAD 系

10、统的研究， 大多数只研究了组合机床 CAD 系统设计中的某一部分内容，存在着不同程度的缺陷。随着 各种三维软件日益成熟的应用，越来越多的企业正由二维的计算机辅助设计过渡到三维计 算机辅助设计。国际标准化组织于 2006 年底制定出 ISO16792 标准，该三维标注国际标准 的制定将推动三维计算机辅助设计技术发展的步伐。 ( 2) 从开发 CAD 系统的研究者看，主要来自于高校和企业“高校研究的软件平台一般 都是以比较先进的三维软件为开发环境，但由于一般的高校研究者缺乏组合机床一线设计 的经验，系统设计需求获取的不全面，导致设计的系统不完善，企业觉得“不好用” ，不能 真正地提高设计效率。而由

11、企业设计的系统相对“好用” ，因为企业的工程师有着多年的设计经验，开发的系统符合企业的设计需求。但随着三维 CAD 软件的迅速发展，企业从资金， 精力上往往难以及时更新，目前几乎没有看到企业基于三维软件进行组合机床 CAD 系统的 开发研究。高校一般具备先进的三维软件平台和雄厚的开发技术，能为组合机床 CAD 系统 的开发提供技术力量，而企业的设计工程师有多年的实战设计经验，具备将组合机床的专 家领域知识进行知识挖掘的能力，只有高校和企业联合起来的设计团队才可能会设计出实 用的组合机床 CAD 系统。另外，开发的系统只有在企业中由设计工程师经过无数实际案例 的不断检验，对系统不断地测试调试，才

12、能使系统趋于完善，达到“好用”的效果。 ( A) 从系统设计的方法看组合机床 CAD 系统目前主要是利用参数化建模技术和模块 化设计方法来开发实现，这些系统为设计人员提供了方便、快捷、高效的设计工具，但涉 及专家系统方面的设计软件还未见到，没有形成一种智能型 CAD 设计系统。然而，在人工 智能(Artificial Intelligence,AI)技术飞速发展的今天，随着知识工程(Knowledge Based Engineering，KBE) 技术的发展和深入研究，智能化 CAD 系统将应运而生。KBE 技术在工 业产品生命开发周期的每个阶段都能够充分重复利用各种实践经验!专家知识及其他有关信 息，为组合机床 CAD 系统设计向智能化方向发展提供理论基础。