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数控机床工具的成长回顾

版权:今日尺度颁发时间:2019-1-4浏览量:1837



1952年8月7日,中心人民政府决定成立第一机械工业部,下设专业局,其中二局主管机床工具行业(后一直将二局称之谓机床工具局),划给二局18个厂管辖,其业务范围涵盖金切机床、锻压设备、锻造机械、木工机床、机床附件、工具(含量仪、刃具)、磨料磨具、机床电器8大类。1956年,按行业划分,成立北京机床研究所等7个直属研究所(称之谓一类所)以及郑州第六设计院,后来又在主导厂设立面向分行业的十余个专业研究所(称之谓二类所)。据不完全统计,当时一类所及二类所共计37个,组成了完整的科研开发体系。以后,六十年代最先三线建设,老厂一分为二,或一分为三,在西部地区成立一批国营机床工具企业。改革开放后,在市场经济机制的优胜劣汰中,一大批国企或转制或裁减破产,但也迅速崛起一大批民营企业及外资企业。



世界上最早呈现数控机床于上世纪五十年代初,我国于上世纪五十年代末在北京机床研究所成立数控机床研究室,同时在清华大学等高校也最先研究数控系统及数控机床。由此看出,我国数控系统及数控机床的研发,起步并不晚,但为什么到现在与世界先进程度的差距,特殊是高端数控机床工具还这么大呢?原因很复杂,笔者也说不清楚,但看来至少有两点:一是机床工具行业在探索研发数控系统的成长路线上走了一些弯路,如用于运动控制的芯片(CPU),是采用专用芯片,还是通用芯片,几次反复,因此在引进巴萨直播360直播-官方版APP下载、合作出产、消化吸收、再创新等方面多花了一些时间;二是中国的半导体工业起步太晚、太弱,特殊是集成电路LSI、VLSI包含专用及通用芯片在内,差距太大,不得不受制于人,不仅是硬件,包罗操作系统等软件也大大落后于世界先进程度,就是一般PCB板常用的片装式电阻、电容元器件也基本需要进口。因为国产的元器件性能、质量不不变,因此在上世纪九十年代前后,很多研究院所及企业单位选择通用芯片作为CPU进行运动控制与逻辑控制,因为芯片巴萨直播360直播-官方版APP下载成长速度太快,性价比按摩尔定律成长。


如笔者在上世纪七十年代,在企业就组织研发车床的数控系统及数控车床,当时用的是半导体分立元件,有的还采用过中心继电器或通讯用的极化继电器,搞了两年,因元器件不外关,又买不到进口元器件,因此决定住手研发,转向采用FANUC数控系统,工厂专心把主机做好,鉴于当时的政治形势,就搞不下去了。同一段时期笔者受部委的委托与美国Unimation巴萨直播360直播-官方版APP下载进行机器人的巴萨直播360直播-官方版APP下载交流与谈判,当时采用直角坐标式,还不是关节式的工业机器人,控制系统相对比力简单。至于作为机床上下料的机械手,因笔者从事主动化单机及主动出产线的研发出产,如308轴承车加工主动出产线就用机械手上下料,不外不是柔性控制,有的采用凸轮及中心继电器硬件控制,这就是上世纪七十年代巴萨直播360直播-官方版APP下载程度的真实情况。


改革开放至今已有四十年了,数控系统与数控机床走了一条十分艰难曲折的成长道路,从数控系统来说,本来想从日本FANUC走引进、消化、吸收、国产化的路子,问题就卡在专用芯片及其他硬件的国产化上。至今北京发那科实际上是FANUC系统在中国用SKD模式的合资装配厂,但效益较好,最高时年产四五万台套。我们虽然学不到核心巴萨直播360直播-官方版APP下载,但熟悉了装配调试工艺、检测、维保方面的巴萨直播360直播-官方版APP下载常识,并且FANUC系统质量与可靠性及维保办事在用户中口碑很好。上世纪九十年代,最先学习PC机的巴萨直播360直播-官方版APP下载路线,采用通用芯片作为CPU,因为可以购到最新一代Intel(x86)、ARM的芯片,并且换代很快,操作系统采用Windows、Linux或其组合。而我国数控系统的研发可基于硬件的架构与运动控制的算法上下功夫,因此呈现了广州数控(成立于1991年)、华中数控(成立于1994年)、高精数控(产物出产始于上世纪90年代初)、凯恩帝(成立于1993年)、维宏(成立于2007年)等一批专业数控出产企业,以及光洋(2000年最先数控系统研发)、沈机i5数控系统(2007年最先研发)、北京精雕(成立于1994年)等一批专业出产数控系统、自配自给的数控机床企业。正像中国机床工具工业协会陈吉红副理事长撰写的文章中写到:数控系统经历了“六五”期间的巴萨直播360直播-官方版APP下载引进,“七五”期间巴萨直播360直播-官方版APP下载消化吸收,“八五”期间巴萨直播360直播-官方版APP下载自主开发,“九五”到“十二五”用了20年的时间才使低、中、高档数控财富化。其中,高档数控系统缩小了与世界先进程度的差距,初步财富化了,市场占有率也提高到7%,以后的道路更加任重道远。

 

至于数控机床的机床本体,由于数控系统+伺服驱动系统+驱动伺服电机+机床的运动部件+位置测量装置(光删、磁栅、同步感应尺等),再加上各种机床部件的物理量的变化(温度、振动、位置等)的传感器信息采集,组成一个全闭环或半闭环系统,因而机床本体的布局设计有质的变化。如工作台设计,在满足强度及刚度和尺寸的要求情况下,运动部件的质量要降低到最小程度,以增加频率响应,满足高精、高速机床的需求;又如尽量采用对称布局及增加散热条件,工作时可尽快达到热平衡条件等。特殊是多轴多联动功能及复合加工中心的呈现,大大促进了机床本体的变化,有的是颠覆性的改变,因而要求机床动静刚度好、热变形小,并且精度保持性好,可靠性高,一次装夹工件后,可完成多工序的复合加工,如车、铣、镗、磨、齿形加工、珩、研、抛光等;甚至有一些特种工艺,如激光加工、旋压、滚压、电加工等工艺也进入多轴多联动的复合加工中心。因此机床企业必需对目标的细分市场的现实工艺及潜在成长的工艺要吃透,积累用户的使用工艺数据,并成立数据库,才能开发出好用、可靠、经济、易维护保养的高档数控机床。


虽然改革开放初期,机床工具工业走了一些合作出产返销的道路,成就显著,大大提高了机床企业的工艺程度,有的进行贴牌出产光机,国外经销商在境内加上数控系统后再在国外销售,一来可赚取外汇,二来熬炼了企业的内功,如济一与马扎克的合作,南京机床厂与Traub合作等。但由于后来国营企业改制或因种种原因没有转化为自主开发及创新,以后不了了之,太可惜了,造成今天中低档劳动巴萨直播360直播-官方版APP下载密集型机床工具出口,高档数控机床大量进口的场所排场,从中也可以吸取一些经验教训。


“高档数控机床与基础制造装备” 国家科技重大专项(简称04专项)帮助的很多机床企业研发的高档数控机床难以财富化,根本问题在于机床厂对用户的使用工艺,含工艺参数及刀具、量具、夹具加工对象的使用要求极不熟悉,没有话语权,至于所谓多轴、多联动、复合加工中心大部门是抄来的。虽然04专项成长了一批功能部件,其中不少部件财富化程度较低,性价比不高,加上机床厂及终端用户对国产功能部件认知度低,不太信得过,因此市场占有率较低,甚至敌不外我国台湾省产的部门功能部件。高档的功能部件大都从日本、德国、瑞士、意大利、西班牙等发达国家进口。


笔者看来,数控机床主机存在的问题,包罗精度、可靠性、精度保持性都不很高。因此目前来看,主机的问题多于数控系统,这要引起主管部门及主机厂的留意。


最后,还要说一个案例,即上世纪八十年代,呈现一股盲目追求“数控化率”的现象,因此进口一批质量没有过关的数控系统及伺服电机系统,造成了一度走“红”的,受到市、省、部表彰的沈阳第三机床厂,因数控机床在用户处不能开机、维保又不及时,纷纷要求退货及索赔而破产。这是“十八罗汉厂”第一个破产的机床企业,正所谓“成也数控、败也数控”。这个教训极为深刻,这也是中国数控机床成长史上不能抹杀的一个严重事件。


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