智能制造 智造中國——記2011國際智能制造裝備高峰論壇

本刊記者/Reporter 余捷/YU Jie

智能制造 智造中國
——記2011國際智能制造裝備高峰論壇

本刊記者/Reporter 余捷/YU Jie

Intelligent manufacturing, innovating in China——Annal on International Summit of Intelligent Manufacturing Equipment 2011

前言

智能制造裝備是高端裝備制造業(yè)的重點(diǎn)方向之一。重點(diǎn)推進(jìn)高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備，自動(dòng)化成套生產(chǎn)線，智能控制系統(tǒng)，精密、智能的儀器儀表與試驗(yàn)設(shè)備，關(guān)鍵基礎(chǔ)零部件、元器件及通用部件，智能專用裝備的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化、智能化、精密化、綠色化，帶動(dòng)工業(yè)整體技術(shù)水平的提升：這就是智能制造裝備未來的發(fā)展趨勢。

2011年11月1日，在上海舉行的2011中國國際工業(yè)博覽會(huì)首日，由機(jī)床雜志社《制造技術(shù)與機(jī)床》月刊主辦的“2011國際智能制造裝備高峰論壇” 在上海新國際博覽中心舉行，為企業(yè)、高校搭建了一個(gè)良好的交流平臺(tái)，旨在讓更多的機(jī)床工具業(yè)內(nèi)人士了解國內(nèi)外先進(jìn)的制造技術(shù)，以期在今后的生產(chǎn)中能有所應(yīng)用，更好地做到產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合。

洋為中用謀發(fā)展 立足自主再創(chuàng)新——上海機(jī)床工具集團(tuán)有限公司市場部部長高級(jí)工程師徐正平

作為主講嘉賓，徐正平部長為此次論壇精心準(zhǔn)備了圖文資料，為與會(huì)聽眾帶來了一次有關(guān)于國內(nèi)外機(jī)床設(shè)計(jì)與創(chuàng)新的饕餮大餐。演講從機(jī)床設(shè)計(jì)的理念創(chuàng)新，機(jī)床的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，機(jī)床工藝創(chuàng)新以及機(jī)床加工方式的創(chuàng)新等4方面一一展開，深入淺出地表達(dá)了徐正平部長“洋為中用”的理念以及“自主創(chuàng)新”的信心。

上海機(jī)床工具集團(tuán)有限公司市場部部長高級(jí)工程師徐正平

美國G&L公司發(fā)明的并聯(lián)機(jī)床，從此機(jī)床由傳統(tǒng)的C型傳動(dòng)鏈結(jié)構(gòu)向并聯(lián)運(yùn)動(dòng)發(fā)展。然而眾所周知，并聯(lián)機(jī)床的最大缺點(diǎn)是剛性較弱，因此如何改善剛性，擴(kuò)大自由度限制范圍是一個(gè)值得研究的課題。微型化也是并聯(lián)機(jī)床的一個(gè)發(fā)展思路，我們可以放置在大型零件內(nèi)部進(jìn)行加工，其結(jié)構(gòu)可以正置、倒置或水平放置。德國EMAG公司發(fā)明的倒置立車，適用于對(duì)輕型回轉(zhuǎn)體零件的大批量加工，隨即倒立加工中心馬上應(yīng)運(yùn)而生。北京一機(jī)床、沈陽機(jī)床等也陸續(xù)開發(fā)出成功案例。倒置機(jī)床變型容易，非常適合復(fù)合加工發(fā)展，除車、銑、磨、鏜以外，還可加上滾齒、磨齒、激光和焊接加工等。

21世紀(jì)開始，國際機(jī)床制造強(qiáng)國普遍重視極端制造。我國在大型、超大型機(jī)床制造領(lǐng)域也成績顯著，北京一機(jī)床的XKA28105×300重型橋式移動(dòng)銑車復(fù)合中心、上海機(jī)床廠的MKA84250/15000-H超重型精密數(shù)控軋輥磨床等，均是具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的巨無霸機(jī)床。在精細(xì)制造方面，上海機(jī)床廠有限公司研制成功的納米磨床，是處于世界領(lǐng)先水平的創(chuàng)新產(chǎn)品。

加工中心的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新主要有T型結(jié)構(gòu)、反T型結(jié)構(gòu)、箱中箱結(jié)構(gòu)和頂梁運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)等。我國加工中心的軟肋還是在換刀機(jī)抅，圓弧凸輪的磨削沒有我們自主研發(fā)的制造技術(shù)，同時(shí)加工中心的床身及立柱材料選擇也是同行們廣泛關(guān)注的一個(gè)課題。

在機(jī)床的工藝創(chuàng)新方面，奧地利WFL發(fā)明車銑復(fù)合加工中心，開創(chuàng)了車銑復(fù)合加工之先河；日本MAZAK認(rèn)為done in one是數(shù)控機(jī)床發(fā)展的方向；沈陽機(jī)床、大連機(jī)床、北京一機(jī)床等目前均成功開發(fā)出車銑復(fù)合加工中心。我國現(xiàn)在車銑復(fù)合加工已開發(fā)出不少新產(chǎn)品，但車磨、銑磨、車銑磨為一體的復(fù)合金切機(jī)床還研制不多，應(yīng)加大投入力度。為能適應(yīng)變徑孔的精密加工，建議研發(fā)機(jī)床的U軸功能，即徑向進(jìn)給功能。

在加工方式的創(chuàng)新方面，多軸聯(lián)動(dòng)加工中心是目前使用最為廣泛的數(shù)控機(jī)床，由大連光洋，清華大學(xué)，沈陽、大連、長征機(jī)床集團(tuán)和北京機(jī)床研究所等單位聯(lián)合研制的數(shù)控直驅(qū)雙擺角銑頭已取得圓滿成功，為國產(chǎn)替代進(jìn)口邁出了重要的一步。為了適用于葉片加工，機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成立柱傾斜或主軸傾斜，能夠有效避免與夾具碰撞，利于排屑，更能增加銑刀與葉片的接觸面。瑞士Starrag公司用銑頭傾斜方式進(jìn)行葉片加工，其實(shí)用工作臺(tái)傾斜方式也可以解決問題；上海第四機(jī)床廠和西安交通大學(xué)也曾合作，用四軸聯(lián)動(dòng)的XH7610臥式加工中心，在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)下面加墊斜板，實(shí)現(xiàn)葉輪的切削加工。

隨著我國市場經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，勞動(dòng)力成本必將不斷提高，因此FMS的需求也會(huì)與日俱增。對(duì)FMS的剖析，應(yīng)該偏重于總控系統(tǒng)、運(yùn)輸小車、交換托盤庫以及清洗機(jī)等，主要功能不僅要考驗(yàn)加工單元的自適應(yīng)能力，更要照顧到工作站周圍移動(dòng)物體能力及響應(yīng)遙感數(shù)據(jù)的能力等。當(dāng)前FMS的機(jī)床構(gòu)成，大多以臥加為主，能否立、臥、龍門聯(lián)合配置，銑、車聯(lián)合配罝，甚至車、銑、磨聯(lián)合配制等也是當(dāng)前一大研究方向。

對(duì)于未來機(jī)床的發(fā)展方向與趨勢，各大機(jī)床生產(chǎn)商都有著自己的設(shè)想。日本OKUMA大隈提出未來機(jī)床發(fā)展方向就是SPACE CENTER：S（speed）代表高速；P（power）代表高效；A（accuracy）代表高精度；C（communication）代表遠(yuǎn)程通訊；E（ecology）代表生態(tài)與環(huán)保。日本山崎MAZAK建立未來機(jī)床新模式：主軸轉(zhuǎn)速100 000 r/min，加速度8g，切削速度為2馬赫，同步換刀，干切削，集車、銑、激光加工、磨、測量于一體。

發(fā)展未來機(jī)床，當(dāng)今首先要考慮研究制訂“綠色機(jī)床”設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。機(jī)床結(jié)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計(jì)，如除塵、潤滑、密封、液壓和冷卻系統(tǒng)的改進(jìn)、廢棄物的處理等。采用高新技術(shù)和先進(jìn)適用技術(shù)、少無切屑技術(shù)、干式切削技術(shù)、油氣液凈化技術(shù)及其他潔凈技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、節(jié)材、無污染，以發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)。我們還可不斷改進(jìn)和創(chuàng)新機(jī)床的宜人化工業(yè)設(shè)計(jì)，使操作人員在最安全、最舒適、最簡便的環(huán)境下工作。

GibbsCAM先進(jìn)制造技術(shù) 為企業(yè)創(chuàng)造更大價(jià)值——思美創(chuàng)（北京）科技有限公司應(yīng)用工程師陳藝邦

世界上知名的、面向工模具和機(jī)械制造行業(yè)提供 CAD/CAM 解決方案的Cimatron公司自1982年成立以來，一直專注于為工具、模具、壓鑄模具制造者提供全面的、性價(jià)比最優(yōu)的軟件解決方案，使制造循環(huán)流程化，加強(qiáng)制造商與外部銷售商的協(xié)作，從而極大地縮短產(chǎn)品交付時(shí)間。

多年來，在世界范圍內(nèi)，從小的模具制造工廠到大公司的制造部門，Cimatron的CAD/CAM解決方案已經(jīng)成為企業(yè)裝備中不可或缺的工具。今天，Cimatron軟件的用戶已經(jīng)覆蓋汽車、航空航天、計(jì)算機(jī)、電子、消費(fèi)品、醫(yī)藥、軍事、光學(xué)、通訊和玩具等。

思美創(chuàng)（北京）科技有限公司應(yīng)用工程師陳藝邦

思美創(chuàng)（北京）科技有限公司應(yīng)用工程師陳藝邦表示，選擇GibbsCAM軟件，能夠給用戶帶來眾多效益：使制造流程充分?jǐn)?shù)字化，易于規(guī)劃、監(jiān)督、評(píng)價(jià)制造生產(chǎn)率；GibbsCAM完整覆蓋所有制造工藝，使企業(yè)任何制造工藝均可在GibbsCAM里創(chuàng)建、校驗(yàn)以及備案以供后續(xù)評(píng)價(jià)及完善；GibbsCAM仿真校驗(yàn)，在機(jī)床切削之前預(yù)覽加工結(jié)果，保護(hù)設(shè)備安全；GibbsCAM可以計(jì)算加工運(yùn)行時(shí)間，用于工時(shí)控制和評(píng)價(jià)；GibbsCAM具有各類機(jī)床的專業(yè)后置處理庫，統(tǒng)一企業(yè)技術(shù)人員加工編程界面，編程時(shí)間的可控性得到保障；提高編程人員的編程水平和編程效率；統(tǒng)一企業(yè)的NC代碼編制工藝；改進(jìn)工藝，減少工位數(shù)及零件加工輔助時(shí)間；減少機(jī)床和刀具的磨損，盡可能避免代碼出錯(cuò)；提高產(chǎn)品的加工效率和加工質(zhì)量，縮短產(chǎn)品的制造周期；有效地保護(hù)機(jī)床，提高機(jī)床的使用效率。

軟件功能體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：專注于零件生產(chǎn)和車銑復(fù)合；智能化的數(shù)控編程及優(yōu)秀的生產(chǎn)管理；自定義的刀具庫管理；完整的仿真模擬系統(tǒng)；客制化的加工工藝報(bào)告；品質(zhì)保障的后置處理庫；完善的數(shù)據(jù)接口；達(dá)到方便、快捷、高效生產(chǎn)的保障。

第三代動(dòng)力刀座技術(shù)助力自動(dòng)化——德國瑞品有限公司中國代表處王建明

論壇尾聲，德國瑞品有限公司中國代表處王建明先生與上海承易機(jī)電科技有限公司技術(shù)總監(jiān)曾家齊同時(shí)登臺(tái)，為大家聯(lián)袂上演了一出有關(guān)動(dòng)力刀座和智能機(jī)械手系統(tǒng)的“重頭戲”。

左：德國瑞品有限公司中國代表處王建明右：上海承易機(jī)電科技有限公司技術(shù)總監(jiān)曾家齊

德國瑞品有限公司是技術(shù)領(lǐng)先、規(guī)模最大的數(shù)控車床及車削中心刀座的專業(yè)生產(chǎn)商之一。成立于1925年，致力于固定刀座和動(dòng)力刀座的生產(chǎn)開發(fā)，擁有車削中心刀座研發(fā)的核心技術(shù)，是最先開發(fā)制造動(dòng)力刀座系統(tǒng)的公司之一，為世界知名的機(jī)床廠商的車削中心提供原廠配套。

王建明先生介紹了動(dòng)力刀座的發(fā)展歷程。第一代動(dòng)力刀座的結(jié)構(gòu)是分體式的，其將刀座的不同部分分成不同模塊安裝后再拼合在一起，剛性不好、精度受限、轉(zhuǎn)速低（2 000～3 000 r/min）而且扭矩小。第二代動(dòng)力刀座克服了第一代動(dòng)力刀座的缺點(diǎn)，將刀座制成一體式，剛性好、精度提高、轉(zhuǎn)速提高（4 000～6 000 r/min）且扭矩為40～70 N?m。

在保持第二代動(dòng)力刀座剛性和精度的基礎(chǔ)上，開發(fā)出了新的第三代快換接柄的動(dòng)力刀座PRECI-FLEX系列。第三代動(dòng)力刀座重復(fù)定位精度高（＜0.005 mm），竄動(dòng)小（＜0.01 mm），精度比標(biāo)準(zhǔn)彈簧夾頭提高3～4倍，更換速度與傳統(tǒng)徑向刀座相比由20 min減少到1 min，改進(jìn)后的夾緊剛度提升了4倍，切削參數(shù)至少提升2個(gè)等級(jí)，工具使用壽命也延長了3～5倍。這一新的里程碑，實(shí)現(xiàn)了在一個(gè)刀座上快換不同鉆頭、銑刀、絲錐的多種可能性。

王建明先生還分別介紹了VDI與BMT兩種動(dòng)力刀座接口。VDI的特征為：標(biāo)準(zhǔn)化連接方式，在鋸齒面上用斜楔固定，鋸齒面定位，附加定位銷定位，冷卻液過定位銷孔供給。其優(yōu)點(diǎn)為快速換刀，標(biāo)準(zhǔn)化連接，多供應(yīng)商，選擇范圍廣。但是刀座剛性和在刀塔上固定剛性差，重復(fù)定位精度更差，調(diào)整難度大，夾緊力小。

BMT的特征為：連接非標(biāo)準(zhǔn)，4個(gè)螺釘固定，扳手安裝，附加孔提供冷卻。與VDI刀座相比，其優(yōu)勢在于刀座剛性好，在刀塔上刀座固定剛性好，有更高的重復(fù)定位精度。但其提供商數(shù)量少，非標(biāo)準(zhǔn)化；4個(gè)螺釘鎖緊；4個(gè)固定螺釘固定在某些特殊設(shè)計(jì)的刀座上會(huì)產(chǎn)生問題。這些問題有待在新一代動(dòng)力刀座中得以解決。

桁架式機(jī)器人與機(jī)械加工自動(dòng)化——上海承易機(jī)電科技有限公司技術(shù)總監(jiān)曾家齊

曾家齊先生詼諧幽默地述說了使用智能機(jī)器人進(jìn)行生產(chǎn)的優(yōu)勢：工作態(tài)度穩(wěn)定；作業(yè)速度穩(wěn)定；出勤時(shí)間24 h/日，365 日/年；工資待遇為電費(fèi)；作業(yè)精度穩(wěn)定；作業(yè)品質(zhì)穩(wěn)定；可搬重量最大為2 500 kg；安全事故減少；產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；制造速度穩(wěn)定；生產(chǎn)線無人化。

浙江金石機(jī)器人制造有限公司（簡稱“金石機(jī)器人”）是一家專業(yè)從事研發(fā)、生產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人的高新技術(shù)企業(yè)。在2011年1月15日舉辦的“金石機(jī)器人第一屆產(chǎn)品展示會(huì)暨DRM 1T 重型機(jī)械手下線”上，金石機(jī)器人展出了自主研發(fā)的SMT、MAG、DRM系列產(chǎn)品，為眾多的制造廠家?guī)砹巳碌慕鉀Q方案，獲得了業(yè)界的廣泛關(guān)注。

SMT系列屬于輕型的機(jī)械手系統(tǒng)，采用門式兩軸結(jié)構(gòu)。自主開發(fā)橫梁與滑道一體化的結(jié)構(gòu)，不僅減小了安裝空間，而且還降低了生產(chǎn)成本；強(qiáng)化了滾輪結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)最高速180 m/min的平穩(wěn)運(yùn)行；機(jī)械手可以獨(dú)立安裝到地面，簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)和電控，運(yùn)行穩(wěn)定，維護(hù)方便。該系列機(jī)械手系統(tǒng)主要應(yīng)用于進(jìn)行規(guī)則的圓盤類或棒料類的小型零件的自動(dòng)化加工，特別適合于加工節(jié)拍短，生產(chǎn)批量大的場合。

MAG系列屬于中型的機(jī)械手系統(tǒng)，采用模塊化設(shè)計(jì)，各模塊在機(jī)械上彼此相對(duì)獨(dú)立，控制上也是獨(dú)立的，可以在一定范圍內(nèi)進(jìn)行組合而不需要重新設(shè)計(jì)和制造。這套系統(tǒng)可以為車床、加工中心進(jìn)行上下料，也可以為插齒機(jī)、磨床、清洗機(jī)等其他加工類別的設(shè)備進(jìn)行上下料，使用MAG系列的機(jī)器手模塊可以組建高性價(jià)比的自動(dòng)化生產(chǎn)線系統(tǒng)。

DRM系列屬于重型機(jī)械手系列，最大規(guī)格的抓取能力有2.5 t，主體橫梁采用鋼梁結(jié)構(gòu)，導(dǎo)軌采用矩形的重載導(dǎo)軌，傳動(dòng)采用齒輪齒條方式，模塊化的設(shè)計(jì)，獨(dú)立的控制方式，配備用緊急情況下的安全急停裝置，適合于大型設(shè)備和重載的場合使用。

寫在最后

作為近兩年國家新確立的高端裝備制造業(yè)的重點(diǎn)發(fā)展方向之一，智能制造裝備這一名詞頻繁出現(xiàn)于我們眼前，但是大部分人對(duì)其了解都比較抽象，但它卻始終與我們的生產(chǎn)制造息息相關(guān)，幾乎可以在每一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中加以運(yùn)用和體現(xiàn)，提高生產(chǎn)效率，降低成本。此次論壇的舉辦意在拋磚引玉，讓更多的國內(nèi)機(jī)床工具制造商了解到智能制造裝備的重要性，使得生產(chǎn)過程更加智能化，促進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，提高企業(yè)自身的競爭力。

作為行業(yè)內(nèi)的一本老雜志，機(jī)床雜志社《制造技術(shù)與機(jī)床》月刊60年如一日深耕于機(jī)床工具行業(yè)，對(duì)于智能制造裝備的相關(guān)政策內(nèi)容以及最新發(fā)展動(dòng)態(tài)也高度重視，在此次論壇之后將會(huì)陸續(xù)策劃相關(guān)的后續(xù)活動(dòng)，敬請(qǐng)讀者朋友們關(guān)注。

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