研究我國(guó)制造技術(shù)與裝備的進(jìn)步，勢(shì)必要聯(lián)系世界范圍的發(fā)展與變化。因?yàn)榧夹g(shù)與科學(xué)是沒有國(guó)界且相互促進(jìn)的。從這個(gè)角度來觀察分析，世界制造技術(shù)與裝備的演變屬于“質(zhì)變”性質(zhì)，至少有4大方面，而其他屬于“量變”(或稱“漸變”)的還可以列述更多。所謂“質(zhì)變”是指：(1)創(chuàng)新思維與傳統(tǒng)的“量變”有根本的區(qū)別；(2)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；(3)在人類的生產(chǎn)活動(dòng)中所形成的效益與影響更為廣泛而深遠(yuǎn)。

　　近30年來世界制造技術(shù)與裝備領(lǐng)域4大質(zhì)變，我國(guó)都一直積極參與，起到了推動(dòng)作用并作出了重要貢獻(xiàn)，某些方面甚至已進(jìn)入了世界前列。4大質(zhì)變表現(xiàn)如下。

1 人類智能型生產(chǎn)工具出現(xiàn)

　　智能型生產(chǎn)工具的發(fā)展是近30年來一個(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的一次“戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)選擇”座談會(huì)上，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生產(chǎn)工具具有劃時(shí)代意義的發(fā)展，人類正在迎接一個(gè)智能型生產(chǎn)工具時(shí)代的到來”，得到了許多與會(huì)同志的贊同。馬克思在經(jīng)典著作中論述人類歷史發(fā)展階段劃分時(shí)指出：歷史發(fā)展階段以人類采用什么生產(chǎn)工具及相應(yīng)的生產(chǎn)方法來劃分，所以分成石器時(shí)代、鐵器時(shí)代等。生產(chǎn)工具的變革是推動(dòng)歷史發(fā)展的最積極、最首要的因素。人類的生產(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)工具馬克思稱之為“工具機(jī)”(即機(jī)床)，這一名稱在資本論巨著中出現(xiàn)過2次。由于時(shí)代的局限性，馬克思沒有可能親身經(jīng)歷和接觸到人類生產(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)控功能后，人類的智能型生產(chǎn)工具的雛型才有可能出現(xiàn)，這是人類生產(chǎn)工具又一具有劃時(shí)代意義的發(fā)展。

　　數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)標(biāo)志著機(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1臺(tái)數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)至今已有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，陸續(xù)出現(xiàn)的機(jī)床智能化功能的進(jìn)一步增添，標(biāo)志著機(jī)床技術(shù)在發(fā)展道路上的質(zhì)變�？梢哉f計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、軟件功能拓展為機(jī)床智能化提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。智能型機(jī)床尚無全面確切定義，簡(jiǎn)單地說，是能對(duì)影響加工過程的多種參數(shù)及功能作出自我判斷并修正和自我正確選擇并作出決定方案的機(jī)床，即智能型機(jī)床能夠監(jiān)控、診斷、評(píng)價(jià)、補(bǔ)償和修正在加工過程中出現(xiàn)的各類偏差(如刀具半徑自動(dòng)檢測(cè)、刀具破損檢測(cè)、多軸同步差異等)，并能提供最優(yōu)化的加工方案(如調(diào)整機(jī)床加工時(shí)間、工藝路線、選擇最佳加工參數(shù)、主軸運(yùn)行狀況、位置補(bǔ)償、精度修正、熱變形補(bǔ)償?shù)?。最早出現(xiàn)的具有智能控制功能特性的機(jī)床，可以追溯到自適應(yīng)控制電火花加工機(jī)床，該機(jī)床根據(jù)加工參數(shù)變化自我調(diào)整電極與工件間的放電間隙，從而取得最佳加工效果(我國(guó)己有這類產(chǎn)品)。

　　最近幾年，日本的山崎馬扎克公司陸續(xù)開發(fā)了具有智能主軸振動(dòng)控制、智能熱屏障、智能防撞屏障、語(yǔ)言提示功能的機(jī)床；日本大隈公司開發(fā)了thine智能數(shù)字控制系統(tǒng)等。說明隨著技術(shù)的發(fā)展，機(jī)床這種生產(chǎn)工具智能化的功能會(huì)越來越多且越來越高級(jí)。人類智能型生產(chǎn)工具的發(fā)展方興未艾，前景光明。

2 加工方法逆向思維的突破

　　快速成型(Rapid Prototyping)技術(shù)是近20年來出現(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、切割和磨削)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”或稱之為“材料累加”方法、“增材制造方法”來達(dá)到制造工件原型的一種方法(即將設(shè)計(jì)構(gòu)思通過計(jì)算機(jī)二維或j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)等方法來實(shí)現(xiàn)原型零件造型，用以加速考核零件設(shè)計(jì)的正確性與可行性，大大縮短了整機(jī)開發(fā)生產(chǎn)周期。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。

3 機(jī)床結(jié)構(gòu)出現(xiàn)革命性變革

　　近20年來世界機(jī)床設(shè)計(jì)發(fā)生了革命性的變革，出現(xiàn)了一種“并聯(lián)結(jié)構(gòu)”機(jī)床。“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3個(gè)坐標(biāo)線方向運(yùn)動(dòng)和繞這3個(gè)坐標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)依次串聯(lián)疊加起來．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，是通過多桿結(jié)構(gòu)在空間同時(shí)運(yùn)動(dòng)來移動(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，世界范圍內(nèi)大約有10幾個(gè)國(guó)家20多個(gè)團(tuán)隊(duì)從事這方面的研發(fā)，其中瑞典TRICEPT公司己供應(yīng)400余臺(tái)產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于空客、波音及通用汽車公司和卡特彼勒大型工程機(jī)械企業(yè)，另外還有若干團(tuán)隊(duì)都曾經(jīng)分別展出過試制品。雖然近幾年來進(jìn)一步報(bào)導(dǎo)有所減少，但都并未停步，據(jù)筆者與其中某些團(tuán)隊(duì)(例如：日本豐田工機(jī)、大隈、德國(guó)Index)接觸，他們?nèi)栽诩涌旃リP(guān)，努力提高性能。我國(guó)機(jī)床工具行業(yè)也有5—6個(gè)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合體在進(jìn)行這方面研發(fā)工作(都有試制樣機(jī)問世，目前也在繼續(xù)改進(jìn)提高)，其中哈爾濱饋具刃具集團(tuán)與哈爾濱工業(yè)大學(xué)合作研發(fā)的并聯(lián)結(jié)構(gòu)品種(六桿結(jié)構(gòu))已批量生產(chǎn)5臺(tái)，成功應(yīng)用于哈爾濱汽輪機(jī)廠葉片加工生產(chǎn)線中；齊齊哈爾第二機(jī)床集團(tuán)與清華大學(xué)合作開發(fā)的龍門式“混聯(lián)”結(jié)構(gòu)(即串聯(lián)與并聯(lián)混合)機(jī)床，是我同獨(dú)立構(gòu)思的品種，已成功用于哈爾濱電機(jī)廠的大型水電站設(shè)備制造中。

　　在北京舉辦的中國(guó)數(shù)控機(jī)床展覽會(huì)(CCMT2008)上，我國(guó)哈爾濱量具刃具集團(tuán)數(shù)控設(shè)備廠展出了一種具有新的突破意義的并聯(lián)結(jié)構(gòu)機(jī)床品種LINKS—EXE700，它是由瑞典原TRICEPT發(fā)明人新創(chuàng)辦的EXECHON公司新開發(fā)的，哈量集團(tuán)是在中國(guó)獨(dú)家引進(jìn)此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，并繼續(xù)合作開拓應(yīng)用領(lǐng)域的企業(yè)，新開發(fā)的LINKS—EXE700并聯(lián)結(jié)構(gòu)機(jī)床的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)進(jìn)一步簡(jiǎn)化(一般并聯(lián)機(jī)床為六桿結(jié)構(gòu)，TRICEPT的并聯(lián)機(jī)床原結(jié)構(gòu)為四桿結(jié)構(gòu)，EXCHON在TRICEPT基礎(chǔ)上新開發(fā)的這種并聯(lián)機(jī)床，進(jìn)一步改為三桿結(jié)構(gòu)，球形關(guān)節(jié)改為旋轉(zhuǎn)鉸鏈，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，精度更易保證)，加工范圍增大，EXCHON并聯(lián)結(jié)構(gòu)機(jī)床有多種規(guī)格尺寸，以EXET00這種中型規(guī)格機(jī)床為例，其加工覆蓋窄間茗軸方向?yàn)? m，Y軸方向?yàn)?m，：軸方向?yàn)?.5m。動(dòng)作快速：x，y軸的快速進(jìn)速給速度均達(dá)到125 m／min(這是目前世界范圍最高紀(jì)錄)，加速度39(也是世界最高紀(jì)錄)，：軸方向45 m／min，加速度1g，剛性和精度顯著提高，五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控編程進(jìn)一步改進(jìn)，便于掌握，可以加工空間曲面和五面體，在工件特別裝夾的情況下，還可作六面加工，這是目前任何機(jī)床結(jié)構(gòu)都做不到的。進(jìn)行不同功能配置后�？蓮V泛應(yīng)用于航天、航空、機(jī)車、汽車、工程機(jī)械、模具工業(yè)作銑鏜、鉆削、磨削、焊接、鉚接、打毛刺和裝配之用，可以單機(jī)使用，也可以多臺(tái)配置成生產(chǎn)線。對(duì)于超長(zhǎng)機(jī)翼或巨大的機(jī)車、坦克的車架加工．還可以將“并聯(lián)機(jī)構(gòu)”架在軌道或龍門框架上的移動(dòng)底座上使用(加工時(shí)長(zhǎng)距離可以分段移位，然后分段自動(dòng)精確再定位，相當(dāng)于俗稱的螞蟻啃骨頭式，以小干大、工件落地加工方法)，來實(shí)現(xiàn)大尺寸工件加工。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(與某些加工中心品種競(jìng)爭(zhēng))外，還應(yīng)當(dāng)把“并聯(lián)結(jié)構(gòu)的制造廠”(如哈爾濱餐具刃具集團(tuán))提供的“并聯(lián)結(jié)構(gòu)部分”與用戶行業(yè)裝備制造廠(如汽車、機(jī)車、工程機(jī)械、航空行業(yè)專業(yè)工藝裝備廠)提供不同類型基座或移動(dòng)框架，以及和有意愿開發(fā)々用裝備的機(jī)床廠結(jié)合起來，有針對(duì)性地?cái)U(kuò)大這類機(jī)床產(chǎn)品的使用范圍，擴(kuò)大銷售領(lǐng)域。由此可見，這種新型結(jié)構(gòu)機(jī)床發(fā)展前途十分寬廣。

4 工具概念的變異

　　傳統(tǒng)的機(jī)械加工工藝體系一般是南機(jī)床一工具(夾具)一工件組成，而工具環(huán)節(jié)按傳統(tǒng)的分類無非是車刀、銑刀、鏜刀、鉆頭、拉刀、砂輪、沖模、壓模之類。而所有這些工具(又可稱之為執(zhí)行加工功能的載體)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、單晶及聚晶金剛石、陶瓷等材料制成的工具(用來達(dá)到所渭以“硬”克“硬”)。后來出現(xiàn)了氧炔高溫切割方法，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、激光加工方法、電子束加工法、離子注入法、光刻法等也陸續(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“水刀”)加工方法以嶄新姿態(tài)臀場(chǎng)(用于金屬板材、蝮料、橡膠切割加工)，配合多坐標(biāo)數(shù)控技術(shù)應(yīng)用在汽車工業(yè)新產(chǎn)品試制(如復(fù)蓋件、內(nèi)飾件切邊)中，可以大大縮短生產(chǎn)周期。小型件切割用途更是十分廣泛。我困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。高旭水射流(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”加工工具的出現(xiàn)令人眼花繚亂、應(yīng)接不暇。

　　機(jī)械加工領(lǐng)域的進(jìn)步屬于“量變”或稱之為“漸變”的還有很多，例如：加工精度的提升，幾乎每10年就提升1個(gè)數(shù)量級(jí)，亞μm，nm級(jí)加工不斷升級(jí)等，不勝枚舉。

　　在此文結(jié)束之際，不妨再預(yù)報(bào)一類“漸變”(或稱為量變)跨度比較大的、頗有興味的新機(jī)床品種：即筆者從瑞典引進(jìn)的“Transflex”型機(jī)床(在中困市場(chǎng)上即將以首先投產(chǎn)的新產(chǎn)品亮相，也是世界范圍第1次亮相)。Transflex顧名思義包含Trans．fedine(剛性傳送牛產(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』：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)械于執(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3坐標(biāo)移動(dòng)和2個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)，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2個(gè)旋轉(zhuǎn)學(xué)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，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，排屑方便、又可適應(yīng)加工部位更為復(fù)雜的工件，是一類值得關(guān)注的機(jī)床“另類”。 

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本文標(biāo)題：制造技術(shù)與裝備領(lǐng)域30年來的4大質(zhì)變

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