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我国数控机床发展中的问题与对策

作者:胡盼旺 字数:3198  点击:

摘 要:数控机床是装备制造业的重要组成部分,是装备制造业的母机,可大大降低工人的劳动强度,提高制造业的劳动生产率。主要对我国数控机床的发展和存在的问题作了详细的介绍,还就我国数控机床未来的发展提出了建议。

关键词:数控机床;金属切削;毛刺;机理;问题分析

1 数控机床的发展

数控机床是数字控制机床的简称(Computer numerical control machine tools),是一种具有程序控制系统的自动化机床。数控机床就是在数字控制下,能在尺寸精度和形状精度两方面完成毛坯零件加工所需要形状的工作母机的总。数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题,是一种柔性的、高效能的自动化机床,代表了现代机床控制技术的发展方向,是一种典型的机电一体化产品。自21世纪初期,我国已连续十多年成为世界机床消费和进口第一大国。总的来说,我国数控机床的研制工作起步比较晚,大致开始于20世纪六十年代末期,改革开放后,通过引进国外的先进数控技术,利用国外的先进产品配置和技术,我国的数控机床取得了很大的发展,但总体来说,改革开放初期是以仿制品为主,直到1996年以后,我国的数控机床才开始进入研发的阶段,质量上也有了较大的提高,但与像德国,,日本这样的工业化强国相比,仍然有很长的路要走。

2 数控机床发展中存在的问题

2.1 可靠性低,关键部件柔弱

可靠性低是国产数控机床,特别是中高档数控机床市场占有率低的主要原因,已成为国内机床产业发展的技术瓶颈,理应引起行业和学术界的高度关。数控机床的可靠性数据积累薄弱,一方面国内机床可靠性研究起步较晚,技术积累薄弱。而另一方面,工业发达的国家如德国和日本已经达成了一致,对其掌握的先进和相对成熟的可靠性设计和试验技术作为其企业的核心竞争力,严格管控,密不外传,从而在一定程度上对我国数控机床的发展带来了一定的阻力。尽管我国数控机床经过几十年的不断发展,但是我们也应该清楚地看到,在中、高档数控机床的可靠性和数控机床的配套设施方面与发达工业国家相比仍有很大的差距。特别是在某些核心部件和核心技术层面上依然受制于人。数控功能部件作为数控机床的一个子系统同样具有机电一体化的特征,这也是它有别于一般配件或辅件之处。对精密机床来说,对配件辅件的可靠度要求也应该很高,像一些液压传动系统、滑动轴承、静压滑动轴承、滚珠丝杠和伺服系统等,它们无一不影响机床的运动稳定性、平稳性和产品精度等级。虽然经过我国这几十年来的发展,机械制造工艺突飞猛进,但对行业人士来说,咱们国家的制造工艺始终还是欠点火候儿。

2.2 毛刺问题亟待解决

毛刺形成的根本原因是由于工件材料在刀具加工的最末段发生严重的塑性变形。毛刺产生宏观上是由于产生了切削过程的第四变形区;微观上是由于在加工的最末端工件背靠支撑强度不够,材料颗粒不断发生滑移、位错,切屑围绕工件端部某一点发生旋转而没有折断残留在工件上形成了毛。

长时间以来,毛刺现象总是被人们忽略,没有引起人们足够的重视。尽管有时在生产过程中,人们采用了去毛刺的工艺,但并未严格要求解决毛刺问题,以至于毛刺依然影响着产品表面质量的提高。随着现阶段机械制造业的进一步发展,人们对产品质量的要求也越来越高,特别是一些精密和超精密零件,毛刺对他们的影响是不可忽略的,往往机械运转过程中产生的各种各样的故障都或多或少与毛刺有关。因此,毛刺问题至今仍然制约着我们机械制造业的发展,阻碍其迈向更高的台阶。毛刺存在工件加工边、角、棱或已加工表面,直接影响被加工工件的尺寸精度、形位精度和表面粗糙度,使得工件装配困难,难以满足加工精度,使得工件装配困难,难以满足加工要。

工厂实践过程中,往往每一台数控机床旁边都安排有手工去毛刺的机械工人,这样不仅浪费了大量的人力物力,降低了数控机床的生产效率,而且还使数控机床徒有其名,大大降低了自动化机床的自动化程度。因此,毛刺问题的存在是百害而无一利,在现代加工技术中不允许毛刺的出现。毛刺是金属切削加工中普遍产生的现象,也是现如今金属切削过程中亟需解决的难题。

2.3 自动化水平极低,与其他国家差距明显

自动化可以理解为工作过程智能化,利用计算机、信息、网络等智能化技术,对数控机床加工过程实行智能监控和人工智能自动编程等。智能监控是指在加工过程中,数控机床可以实现对工件的自动找正、自动换刀、自动补偿以及对加工过程出现的故障问题等自动解决,而人工智能编程是指数控机床可以根据设定的程序自动加工出所需要的零。然而,尽管经过这么多年的发展,我国生产的数控机床的自动化程度依然很低,远远不及国外的一些产品,比如像日本的森精机,美国的格里森,德国的德玛吉等品牌,现如今它们已经占据了世界机床生产的半壁江山,再加上森精机和德玛吉的强强合作,几乎没有任何一家数控机床生产商可以撼动它们在世界各国所拓展的工业市场。作为齿轮联动技术的全球性领袖,齿轮总体解决方案专家,格里森机床能够加工复杂齿及难加工齿,在自动化齿轮加工机床方面有着它特有的优势,在世界机床发展史上占有重要地位。相比而言,国产的质量、精度、可靠性有保证的却少得可怜。可以这么说,国内几乎所有高要求的工厂都引进了国外的高精度机床。这难道还不能说明点什么吗?

3 如何解决发展中的瓶颈

3.1 增加数控机床的可靠性数据积累

数控机床的可靠性数据能给数控机床的研制和维修带来丰富的数据支持。可靠性数据不仅应当包括故障数据,更应该包括载荷和维修数据。目前数控机床的故障和维修数据有了一定程度的积累,但载荷数据却严重不足。有些数据仅仅使用某一型号机床或某一用户,对于大型加工中心和生产车间往往不具备普遍性。载荷数据积累不足,难以编制数控机床整机、功能部件和关键零件的载荷谱,可靠性设计依据不够充分,特别是不能进行可靠性概率设计,造成产品的固有可靠性水平先天不。

3.2 加大对数控机床故障机理的研究

当今由于对故障机理的研究不足,对产生故障的物理本质,以及故障之间的相互关系认识不清,往往造成过渡改进而增加成本,甚至出现改进无效的情况。因此,若想避免这类问题的发生,应当增加对故障机理的研究力度,培养一批对故障机理有着清晰理解和丰富经验的科学技术人才,争取早日解决这一限制性发展问题。

3.3 重视对配套辅件和功能部件的研发

数控机床主要是由各种各样的数控系统和功能部件相互组合而成,机床的安全可靠程度很大程度上决定于各个功能部件的稳定性,功能部件研发的持续难产,使得机床的各项功能大打折扣,无论质量,精度,还是平均寿命均不太理想,使得国内的中高档数控机床长期大量采用进口关键功能部件。其实,并不是国内不能满足这一需求,而是国内生产的产品企业几乎不敢用,这很大程度上也凸显了国内机床功能部件企业的技术能力薄弱,且大多处于产品中低端的低成本阶段的事实现状。

总之,这些问题离不开相关部门的政策引导。例如实施校企合作,把理论与实践相结合。企业为科学技术人才提供实践环境,学校为企业提供技术理论支持,两者相互融合,不断提高机床企业的自主研发能力,使企业逐渐成为研发主体,为工业现代化的发展注入新的活力。

参考文献

[1]熊永超,陶勇。国产数控机床现状及发展趋势[J].煤矿机械,2006 (3):361-363。

[2]杨兆军,陈传海,陈菲,李国发。数控机床可靠性技术的研究进展[J].机械工程学报,2013(10):130-131。

[3]罗蒙。金属切削过程中毛刺形成机理及控制方法的研究.上海交通大学硕士论文,2007 1月。

[4]陈振宇,王贵成,朱云明。车削加工毛刺的形成及其形态转换.科学技术与工程,2004年第4卷第九期。

[5]吴连连,黄爱华。浅谈我国数控机床的现状与发展趋势.机械管理开发,2013年6月第三期。


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