傳統(tǒng)機(jī)床向機(jī)械電子方向靠攏的必然趨勢及其改造策略

譚翰聲 邢思遠(yuǎn)

【摘要】隨著電子技術(shù)和信息技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)由傳統(tǒng)機(jī)械化操作轉(zhuǎn)變?yōu)榱藱C(jī)電一體化控制，工業(yè)生產(chǎn)效益得到了本質(zhì)上的轉(zhuǎn)變。在機(jī)床改造的過程中，人員應(yīng)用機(jī)械電子及其自動化技術(shù)基礎(chǔ)，對大規(guī)模集成電路及超大規(guī)模集成電路進(jìn)行合理應(yīng)用，將電子技術(shù)、信息技術(shù)、機(jī)械技術(shù)等融合、交叉，為傳統(tǒng)機(jī)床向機(jī)械電子方向靠攏鋪平了道路。文章從機(jī)械電子內(nèi)容著手，對傳統(tǒng)機(jī)床改造的原因進(jìn)行探究。與此同時，文章還研究了傳統(tǒng)機(jī)床的改造策略，從其特征及優(yōu)勢出發(fā)，對其今后發(fā)展方向進(jìn)行淺析，現(xiàn)結(jié)果如下。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械電子;傳統(tǒng)機(jī)床;趨勢;改造策略;發(fā)展方向

1.機(jī)械電子概述

機(jī)械電子又稱機(jī)電一體化，在應(yīng)用的過程中需要根據(jù)系統(tǒng)功能及系統(tǒng)需求實(shí)施對應(yīng)構(gòu)建，達(dá)到組織、結(jié)構(gòu)、效益等內(nèi)容的優(yōu)化。機(jī)械電子能夠?qū)C(jī)構(gòu)得主功能、信息處理功能、動力功能、控制功能集成在一個系統(tǒng)中，達(dá)到運(yùn)行-控制-反饋-調(diào)節(jié)一體化，大大降低了系統(tǒng)處理的工作量及難度。

機(jī)械電子構(gòu)建的過程中要依照機(jī)械系統(tǒng)理念，從各個層次、各個單元著手，將機(jī)械裝置與電子化軟件結(jié)合，實(shí)現(xiàn)微電子技術(shù)、信息變換技術(shù)、傳感可控技術(shù)、信息技術(shù)、電子電力技術(shù)、軟件編程技術(shù)等的集成應(yīng)用。機(jī)械電子將技術(shù)與產(chǎn)品融合，在產(chǎn)品的基礎(chǔ)上對技術(shù)進(jìn)行融入，將技術(shù)發(fā)展核心立于產(chǎn)品上，對產(chǎn)品的創(chuàng)新及發(fā)展具有至關(guān)重要的作用。機(jī)床向機(jī)械電子方向的發(fā)展主要指通過機(jī)械電子內(nèi)容對傳統(tǒng)機(jī)床進(jìn)行優(yōu)化和提升的過程。在該過程中，機(jī)床能夠在保證組織及系統(tǒng)功能前提下實(shí)現(xiàn)科學(xué)布局，實(shí)現(xiàn)最佳配置，提升系統(tǒng)操作的可行性、安全性、準(zhǔn)確性。與此同時，機(jī)床還能夠最大限度降低能耗，減少工藝成本，能夠從本質(zhì)上提升機(jī)床價值，實(shí)現(xiàn)機(jī)床加工效益最大化。

2.傳統(tǒng)機(jī)床向機(jī)械電子方向靠攏的必然趨勢

20世紀(jì)中期西方國家開始對機(jī)床機(jī)電一體化方面內(nèi)容進(jìn)行研究，開始將機(jī)械電子機(jī)床的構(gòu)建提上日程。隨著時間的推移，機(jī)床機(jī)械電子研究不斷深入，其發(fā)展效果得到了本質(zhì)上的轉(zhuǎn)變，主要可以劃分為3個階段（具體見表1）。

表1 傳統(tǒng)機(jī)床向機(jī)械電子方向發(fā)展的階段及特點(diǎn)

階段 時期 特征

初級階段 20世紀(jì)60

年代以前 處于自發(fā)狀態(tài)，機(jī)電一體化水平較低，研究內(nèi)容片面，電子技術(shù)及機(jī)械技術(shù)組合效益欠佳，產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)效益低下。

蓬勃發(fā)展階段 20世紀(jì)60年

代～80年代 世界各國逐漸認(rèn)識并接受機(jī)械電子技術(shù)及產(chǎn)品，機(jī)床數(shù)控技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)得到延伸，大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路發(fā)展起來。

深入發(fā)展階段 20世紀(jì)90年

代以后 機(jī)床機(jī)械電子技術(shù)開始向智能化、模塊化邁進(jìn)，建模、分析、集成等內(nèi)容較為完善，出現(xiàn)光電及細(xì)微機(jī)床機(jī)械電子方向兩方面分支，發(fā)展更為深入。

我國對機(jī)床機(jī)械電子方向發(fā)展的研究起于20世紀(jì)80年代，改革開放后，其機(jī)床部分技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了國際水平，提升了精細(xì)、復(fù)雜、大量的零件加工效益，零件加工水平已經(jīng)得到了根本上的轉(zhuǎn)變。但是在上述發(fā)展的過程中，受到費(fèi)用、技術(shù)等影響，數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)也受到非常大的制約：

（1）數(shù)控機(jī)床價格高昂，在進(jìn)行使用的過程中需要投入大量的資金，成本巨大。這種狀況導(dǎo)致小型或中小型企業(yè)難以承受，造成機(jī)床購置難度加大。

（2）在當(dāng)前發(fā)展的過程中我國企業(yè)主要以普通機(jī)床為主，數(shù)量較為龐大。在使用數(shù)控機(jī)床代替的過程中操作難度較大，實(shí)現(xiàn)成本高昂。除此之外，當(dāng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)控機(jī)床替代后，普通機(jī)床資源閑置量大大上升，資源浪費(fèi)現(xiàn)象較為嚴(yán)重，直接導(dǎo)致企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益受損。

（3）國內(nèi)數(shù)控機(jī)床在購置的過程中時間周期較長，重新購置周期直接制約了企業(yè)的生產(chǎn)效益，很容易造成企業(yè)無法滿足自身生產(chǎn)要求，導(dǎo)致企業(yè)發(fā)展受到制約。

（4）當(dāng)前國內(nèi)零件加工的過程中零件較為單一，數(shù)控機(jī)床許多功能閑置，很容易導(dǎo)致機(jī)床資源浪費(fèi)，造成投入生產(chǎn)使用后的使用效益大打折扣。

因此，在機(jī)床發(fā)展的過程中相關(guān)人員應(yīng)做好數(shù)控機(jī)床技術(shù)研究，在傳統(tǒng)機(jī)床技術(shù)上實(shí)施部分機(jī)械電子改造，從數(shù)控系統(tǒng)著手，將機(jī)械電子與傳統(tǒng)機(jī)床融合在一起，實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工的快速、精確、安全、高效，最大限度提升傳統(tǒng)機(jī)床向機(jī)械電子方向靠攏的經(jīng)濟(jì)效益。

3.傳統(tǒng)機(jī)床的改造策略分析

在傳統(tǒng)機(jī)床發(fā)展中融入數(shù)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械電子方向改造，以改造代替購置，這種方法不僅能夠改善傳統(tǒng)機(jī)床的使用效益，還可以提升機(jī)械電子技術(shù)應(yīng)用質(zhì)量，已經(jīng)成為機(jī)床改造的策略核心。

在實(shí)施傳統(tǒng)機(jī)械加工機(jī)床改造的過程中，人員要從機(jī)械加工機(jī)床機(jī)械電子方向發(fā)展趨勢的優(yōu)勢著手，將改造特征與改造優(yōu)勢有機(jī)結(jié)合在一起，合理配置機(jī)械電子技術(shù)，完成系統(tǒng)的自動化及數(shù)控化。

3.1 傳統(tǒng)機(jī)械加工機(jī)床的改造策略分析

傳統(tǒng)機(jī)械加工機(jī)床在改造的過程中要注意控制好對特定部位的改造。該過程中應(yīng)加強(qiáng)對微機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及研究，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)機(jī)床加工過程中的“加工”、“分析”、“處理”，提升系統(tǒng)控制的智能化水平。當(dāng)前傳統(tǒng)機(jī)械加工機(jī)床向機(jī)械電子方向靠攏的特征及優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下幾方面。

（1）傳統(tǒng)機(jī)械加工機(jī)床改造后交貨周期較短，可以最大限度縮短機(jī)床改造到投入應(yīng)用的時間，降低了由于數(shù)控機(jī)床購置周期長導(dǎo)致的企業(yè)經(jīng)濟(jì)損失。相關(guān)資料顯示：傳統(tǒng)機(jī)械加工機(jī)床向機(jī)械電子方向改造的成本僅為數(shù)控機(jī)床購置成本的20%～40%，企業(yè)成本大幅降低。

（2）傳統(tǒng)機(jī)械加工機(jī)床在改造的過程中選取鑄造件一般較為精密且質(zhì)量較高。該鑄造件使用過程中常通常不是焊接構(gòu)件，在改造使用后能夠大大提升傳統(tǒng)機(jī)械加工機(jī)床的機(jī)械穩(wěn)定性。上述改造后的機(jī)床質(zhì)量較高，性能得到大幅改善，部分設(shè)備甚至可以當(dāng)做新機(jī)床使用，提升了原有傳統(tǒng)機(jī)械加工機(jī)床的使用空間及使用價值。

（3）傳統(tǒng)機(jī)械加工機(jī)床數(shù)控改造的過程中人員對機(jī)床了解較為深入，改造維修操作難度較低。相對于購置數(shù)控機(jī)床而言，機(jī)床改造更加符合零部件加工要求，可以最大限度降低改造人員、加工人員、維修人員的工作量。傳統(tǒng)機(jī)械加工機(jī)床使用時間較長，相關(guān)人員對機(jī)床各部分結(jié)構(gòu)、零件、特性較為熟知，改造、使用、維修過程中培訓(xùn)時間、培訓(xùn)投入可以大大減少且質(zhì)量較高，改造完成后即可投入使用，縮短了由人員數(shù)控機(jī)床培訓(xùn)導(dǎo)致的加長周期。

3.2 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床改造策略分析

經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床主要是依照當(dāng)前生產(chǎn)現(xiàn)狀要求，在原有生產(chǎn)功能基礎(chǔ)上最大限度降低生產(chǎn)成本的一項(xiàng)設(shè)備。該機(jī)床在我國應(yīng)該用較為普遍，整體操作性、實(shí)用性較強(qiáng)。隨著機(jī)械電子技術(shù)的不斷發(fā)展和提升，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床已經(jīng)得到了本質(zhì)上的轉(zhuǎn)變，成本控制效益大幅提升，其具體特征及優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下幾方面。

（1）經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床性能能較高且價格適中，可以大幅降低企業(yè)經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，縮小企業(yè)開支。相對于進(jìn)口數(shù)控機(jī)床動輒幾十萬元甚至幾百萬元的成本投入，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床只需要幾萬元即可。該機(jī)床使用性能與數(shù)控機(jī)床相差不大，單其成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于數(shù)控機(jī)床。

（2）經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床能夠滿足產(chǎn)品自動化需求，可以適應(yīng)各種環(huán)境。在工作的過程中可以僅僅通過轉(zhuǎn)變加工程序?qū)崿F(xiàn)新功能的加入，縮短了投入使用的時間，對工作適應(yīng)質(zhì)量具有非常重要的意義。與此同時，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床還可以有效降低加工成本，無需工裝就可以完成處理操作。該機(jī)床應(yīng)用時能智能化處理，簡化操作，具有非常高的加工精度，減少了產(chǎn)品的廢品率。

（3）經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床對工作人員工作素質(zhì)要求較高，需要人員能夠不斷調(diào)整自身對科學(xué)技術(shù)的認(rèn)識，這對企業(yè)人力資源具有非常好的提升。在上述過程中，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床拓展了工作人員的視野，為工作人員智能化學(xué)習(xí)創(chuàng)造了良好的環(huán)境空間，提升了人員技能水平。除此之外，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床還降低了人員的工作量和工作強(qiáng)度，激發(fā)了人員的工作興趣及工作積極性，對企業(yè)核心凝聚力的形成具有非常好的促進(jìn)作用。

4.機(jī)械電子背景下機(jī)床的發(fā)展方向

隨著我國機(jī)械電子工程及自動化內(nèi)容的不斷豐富及完善，機(jī)床改造已經(jīng)出現(xiàn)了翻天覆地的變化，各項(xiàng)內(nèi)容已經(jīng)出現(xiàn)了本質(zhì)上的轉(zhuǎn)變。在機(jī)械電子背景下，機(jī)床必將快速化、智能化、環(huán)?；€性化，必將越來越符合工業(yè)生產(chǎn)需求。

（1）快速化：該趨勢在當(dāng)前的機(jī)床發(fā)展過程中非常明顯。截止目前為止，數(shù)控機(jī)床中車床主軸轉(zhuǎn)速已經(jīng)在10000r/min以上，轉(zhuǎn)動速度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)機(jī)床。與此同時，數(shù)控機(jī)床的快速移動速度也達(dá)到了120m/min以上，其加速度增幅達(dá)到原有加速度的3～4倍，速度持續(xù)增長且增長幅度不斷加大。機(jī)床的快速化已經(jīng)成為機(jī)械電子背景下發(fā)展的主要方向之一，尤其是在近年來納米技術(shù)研究拓展的過程中。相關(guān)資料顯示：納米機(jī)床精度可以在0.05～0.01nm之間，運(yùn)轉(zhuǎn)速度及加速度將得到質(zhì)的飛躍。雖然該機(jī)床還沒有區(qū)域性投入使用，但在不久的將來一定會大幅提升零件加工效益，在零件處理中“大放異彩”。

（2）智能化：數(shù)控機(jī)床主要通過智能化手段達(dá)到對技術(shù)的分析、應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)零件處理。在上述過程中，機(jī)床需要具有與人相似的功能，在數(shù)據(jù)采集、集中的基礎(chǔ)上實(shí)施分析，實(shí)現(xiàn)自主決策。這對智能化需求較高且智能化水平越高決策越有效。與此同時，信息時代環(huán)境下，機(jī)床的產(chǎn)品觀念及模式將會出現(xiàn)一定轉(zhuǎn)變，對工作效益提升需求更高。因此，在機(jī)械電子背景下，機(jī)床必將越來越智能化、集成化，越來越虛擬生產(chǎn)、智能生產(chǎn)、精益生產(chǎn)。

（3）環(huán)?；弘S著可持續(xù)發(fā)展的不斷深入，我國對企業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)化需求不斷上升，實(shí)現(xiàn)企業(yè)環(huán)保化已成為發(fā)展的必然。在上述環(huán)境下，綠色化產(chǎn)品觀念隨之而生。機(jī)床環(huán)?；脑斓倪^程中將產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用、銷毀過程緊密串聯(lián)成一個整體，對各項(xiàng)危害環(huán)境的操作進(jìn)行剔除，消除了可能出現(xiàn)的噪音污染、廢料污染等，最大限度提升了資源的利用率。這種發(fā)展方向與企業(yè)環(huán)保需求一致，是今后機(jī)床改造過程的必然之路。

5.總結(jié)

在實(shí)施傳統(tǒng)機(jī)械加工機(jī)床改造的過程中，人員要從機(jī)械加工機(jī)床機(jī)械電子方向發(fā)展趨勢的優(yōu)勢著手，將改造特征與改造優(yōu)勢有機(jī)結(jié)合在一起，合理配置機(jī)械電子技術(shù)，完成系統(tǒng)的自動化及數(shù)控化;要從改造策略中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，在改造策略上設(shè)計(jì)具體改造操作，分層落實(shí)，逐層遞進(jìn)，最大限度提升傳統(tǒng)機(jī)床向機(jī)械電子方向靠攏的質(zhì)量及效果。在今后的機(jī)床改造研究中，人們需要加強(qiáng)對機(jī)械電子的分析，從更深層次研究，探討更高效、更完善的改造策略。

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作者簡介：

譚翰聲（1993—），男，遼寧遼陽人，大學(xué)本科，現(xiàn)就讀于東北林業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，研究方向：機(jī)械電子工程。

邢思遠(yuǎn)（1994—），男，河北保定人，大學(xué)本科，現(xiàn)就讀于東北林業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，研究方向：機(jī)械電子工程。