从美国机床展看机床技术的发展

去年9月6日～13日在美国芝加哥市举办了两年一度的美国国际制造技术展览会（IMTS2000），展出面积达13万多平方米，聚集了主要的世界机床及配套件生产厂商，对当今制造技术的软、硬件作了最高水平的完整的展示。

　　就制造技术的发展情况看，在本次展会上表现出了以下几个明显的趋势。

　　1.高速、高效和复合加工机床发展迅速

　　为机床用户提供具有更高加工效率的机床一直是机床制造厂家追求的目标。在本次展会上表现出提高机床生产效率的核心是更快的速度和更可靠的性能，一句话，就是有效缩短工件的加工周期。缩短加工周期从两条途径入手。一是提高切削速度，因而机床主轴转速普遍提高了，车床和车削中心的主轴转速都在8000r/min以上，加工中心的主轴转速一般都在15000～20000r/min，还有40000r/min和60000r/min的。同样，进给速度也有大幅提高，可达20m/min，甚至60m/min。随着速度的提高，机床的结构刚性和动态特性都有相应的改进，高速主轴和刀具系统的动平衡就很重要。高速切削工艺应用普遍。特别是宇航和航空工业的零件，一般都为铝合金件，加工时要切除大量材料，制成品的重量往往只有毛坯件的15%～20%。也就是说，有80%～85%的铝材变成了切屑，在这里，高速切削就是有效提高加工效率的方法。另一条途径就是减少非加工时间。因为在零件加工过程中有大量的无用时间消耗在工件搬运、上下料、安装调整、换刀和主轴的升、降速上，因此，复合功能的机床是近年来发展很快的机种，其核心是在一台机床上要完成车、铣、钻、镗、攻丝、铰孔和扩孔等多种操作工序。车床技术发展的主要趋势是多功能机床，而目前的多功能复合机床实际上是一台具有车削功能的加工中心。此外，还可发展成自动化生产系统，如加装自动上下料装置、配ATC和APC、为改善控制系统而增加自动监测、报警装置，实现一个人能管理多台机床。在磨削方面，现在磨削中控制技术的重点是开发基于PC的磨削控制系统，使其具有用户友好的特点，并更加通用，一台磨床能进行内圆、外圆和台阶轴磨削，或给机床以不同的循环来加快生产进程，既磨得快又能确保尺寸精度和表面粗糙度，这一发展趋势还会继续保持下去。

　　2.机床更强调安全要环保要求

　　由于机床运行得更快了，因而操作者的安全和健康也成为要优先考虑的问题。本次展出的中、高档机床中，凡是可能伤害人身的地方都加有安全警示装置。干切削和微量润滑剂切削方法因其可大大减少润滑剂的挥发而得到越来越广泛的应用，并且几乎所有的机床都是封闭起来的，有些锯床甚至看不到切屑，这样，即使有过量的油雾和烟雾也容易收集。同时，机床的人机工效学明显增强了，在加工过程中，操作者工作得更舒适。此外，无污染的清洁加工技术也受到普遍重视。例如磨料水射流切割技术就是应用较广的廉价加工方法，符合绿色制造的要求。

　　3.功能部件发展迅速，已形成完整配套件产业

　　在IMTS2000上增加了机床配套件展区，参展的厂商数和主机厂不相上下，可能还更多。展出的各种机床配套件琳琅满目，应有尽有。主要展品有滚珠丝杠副、精密轴承、各种转台、换刀装置、各种气动、液压件、直线导轨及主轴部件等，特别是电主轴和直线电动机发展很快，品种很多。著名的有瑞士Fishcher公司的高精密自动平衡电主轴，转速为30000r/min，特别适合高速加工。近年来，直线电动机已经在加工中心上获得成功应用，Cincinnati(辛辛那提)公司的最新加工中心样机也是用直线电动机驱动的，解决了发热和防磁等难题，这项技术是机床高速驱动的发展趋势。机床配套件产业的发展有力地推动了机床主机的发展，不但有助于提高机床的速度和性能，而且可以大大缩短主机的生产周期，降低生产成本，这正是我国机床行业所缺乏的。大而全、小而全的的企业是没有竞争力的。建立起我国发达的社会配套体之时才是我国机床工业真正振兴之日。

　　4.控制系统功能更加完善、强大，开放式结构趋势明显

　　更高速的处理器和更精确的控制设备使机床的功能和性能完善而强大。技术密集已进入超速发展阶段，而集成的关键是开放式结构。PC技术的应用，开始改变了机床的工作方式，把CNC推向了控制中心而不局限于机床控制器的范围。控制软件发展更快，一年甚至改进几次。在CAM领域，今年最热门的项目不是CAM本身的发展，而是开放式结构的变革，几乎横扫整个制造业。最主要的CNC制造商都能提供一些开放式结构的CNC系统。现在机械制造厂里开放式结构的CNC控制器占到了10%～20%。这样零件程序可以离线开发，然后传送到生产车间的编程系统，在CNC控制器上运行，操作者可以观察、检测刀具运行情况和加工过程，还可以对加工过程进行必要的修正。美国GE FANUC公司销售的控制器中，有30%是开放式的。实现了真正的CAM/CNC集成，并趋向于智能化控制，还可上网。一家开在美国的印度软件公司演示了高水平的虚拟制造软件，该软件已用于美国汽车生产厂和波音飞机公司的生产中。虚拟制造和无纸化生产的技术基础已基本具备，借助信息技术的不断发展，今后此类软件的发展和应用一定会更快。