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極端智能成當下數(shù)控機床兩大發(fā)展趨勢

關鍵詞 智能 , 機床 , 發(fā)展趨勢|2014-04-29 08:59:54|來源 中國工業(yè)新聞網(wǎng)
摘要 極端制造,說得通俗一點呢,就是可以極端“大”也可以極端小,比如我國研發(fā)成功的一種挖掘機,斗容量有55立方米,是全世界最大的挖斗,可以容納一個樂隊在里面演奏。...
       極端制造,說得通俗一點呢,就是可以極端“大”也可以極端小,比如我國研發(fā)成功的一種挖掘機,斗容量有55立方米,是全世界最大的挖斗,可以容納一個樂隊在里面演奏。那小的有多小呢?現(xiàn)在做集成電路制版用的裝備,都是納米級的,只有90納米。極端大與極端小,是對科技實力的綜合考量,那么,這些讓人驚嘆的極端制造,到底是如何制造出來的?
       新界限
       北京機床研究所所長劉炳業(yè)說,加工精度始終是衡量現(xiàn)代數(shù)控機床技術發(fā)展水平的重要指標,但體現(xiàn)加工精度的效果如今已經(jīng)不局限于尺寸精度、形狀精度以及表面粗糙度等方面,更體現(xiàn)在微結構的加工技術方面。
       而加工技術的發(fā)展趨勢,現(xiàn)在可以明顯感知到的是,一方面局部加工的形狀尺度特征向精微方向發(fā)展,另一方面加工的整體形狀向大尺寸方向發(fā)展。
       實際上,在科技創(chuàng)新的驅動下,微結構零件的應用非常廣泛,比如太陽能發(fā)電元件、手機導光板、液晶顯示器增亮膜、高速公路顯示板、復眼透鏡、衍射光柵、傳感器元件、二元光學元件、微型透鏡等。
       “很多源于身邊事物的啟發(fā)。”劉炳業(yè)舉例說,比如有人發(fā)現(xiàn)水滴在荷葉上,總是會自覺呈現(xiàn)特定的形狀,這與荷葉的微型構造有關,那么就有發(fā)明家嘗試研制類似的平臺,來進行相應的運用,這就需要加工技術的跟進。
       因此,大量帶有微結構的零件加工成為當前精密機床發(fā)展面臨的重要任務,而微結構的出現(xiàn)也使得機床的加工進入新的領域。
       微結構的出現(xiàn)對機床加工提出了新挑戰(zhàn),因為微結構尺寸的變化從幾百微米到幾微米不同,帶有微結構的整體零件的尺寸從毫米級到數(shù)米不同。但微結構的加工表面的質(zhì)量都在納米級。這對機床的運動精度、運動的平滑性、阻尼特性都有新的要求,此外加工工藝、機床刀具、機床附件也都要發(fā)生新的變化。
       而新的光學加工技術,如快刀伺服(FTS)、刨削加工、鑿削加工、確定性磨削等也在微加工技術發(fā)展中產(chǎn)生。現(xiàn)今用于加工大型圓柱面、圓端面、平面的微結構機床成為市場競爭的產(chǎn)品,此外納米壓印復制工藝技術相應也得到發(fā)展應用。
       據(jù)劉炳業(yè)介紹,在微結構的制造設備領域,日本、德國、美國發(fā)展迅速,出現(xiàn)了很多新機床產(chǎn)品。典型的公司包括:東芝機械、發(fā)那科、不二越、庫格勒等。
       他提到,近期微孔精密切削加工在此期間也得到了快速的發(fā)展,德國科恩公司的金字塔超精密機床,可以用同一把刀具在半導體陶瓷材料上加工上萬個直徑不超過0.1mm的微孔。
       智能化要求高可靠性
       與極限制造一樣,智能制造已經(jīng)成為國際制造領域一種新的趨勢。自2011年德國在漢諾威博覽會提出“第四次工業(yè)革命”(工業(yè)4.0)以來,如今已經(jīng)進入實施階段。
       劉炳業(yè)說,“第四次工業(yè)革命”的目標是工廠智能化。2013年美國以制造業(yè)回流為主題,開啟智能時代的再工業(yè)化。日本在柔性制造的基礎上,形成了當今比較成熟的智能化制造技術。中國目前制造業(yè)勞動力成本的不斷上升,一些地區(qū)出現(xiàn)的“用工荒”也迫使制造企業(yè)向智能化方面轉型。
       智能化制造技術的大趨勢,要求機床必須適應其使用要求,最典型的應用特征是要求各種配置的高可靠性,作為智能制造最基本的組成部分,機床設備的可靠性成為最主要的考核指標。
       他表示,現(xiàn)今的智能制造技術可以看作是在前兩代柔性制造技術基礎上發(fā)展起來的技術。第一代柔性制造系統(tǒng)產(chǎn)生于上世紀80年代,它的可靠性衡量特征是可連續(xù)24小時運行,第二代產(chǎn)生于上世紀90年代,可連續(xù)72小時運行。當今的智能制造系統(tǒng),它要求可以連續(xù)720小時運行。因此,能夠長時間不間斷高可靠性運行的機床設備成為另外一個發(fā)展趨勢。
       智能制造三代發(fā)展中,人力成本不斷下降,智能化制造中人的參與很少,但機器人的復雜程度明顯提升。比如第二代發(fā)展中,機器人只能從事固定路徑的搬運,但第三代機器人不僅可以通過視覺傳感器感知無序擺放的工件,通過判斷做出不同路徑的抓取動作,還可以感知裝配過程的零件對中狀態(tài),并配合智能夾具代替過去只能由人才能完成的工作。
       此外,智能制造同樣對機床適應性的其他方面提出了要求,比如:能夠配合帶傳感器及感知對位裝配的機器人協(xié)同工作、能夠遠程通訊等。
       劉炳業(yè)說,雖然機床的發(fā)展趨勢還有很多,比如多功能復合化趨勢、可重構趨勢、低能耗環(huán)保趨勢等。但極限制造和智能化制造這兩大趨勢呈現(xiàn)了不同技術特色,第一大趨勢主要的突出特色是技術的前沿性和創(chuàng)新性,重點體現(xiàn)技術的高精尖;第二大趨勢主要特色是技術的成熟性、體現(xiàn)一個國家制造業(yè)的基礎。
       “這兩大特色都能比較充分反映國家制造業(yè)的強大程度。如果缺乏第一大趨勢所涉及的技術,一個國家就會面臨壟斷的威脅;第二大趨勢考驗和衡量的是一個國家制造基礎強弱和好壞的問題,涉及的技術層面范圍更廣。”
       劉炳業(yè)認為,面對第一大趨勢的挑戰(zhàn),行業(yè)同仁必須發(fā)展以精度與尺度為特征的技術,研究開發(fā)尖端設備與工藝。
       歐盟委員會宣布的“地平線2020”科研和創(chuàng)新計劃中,其中三個主要目標之一“做產(chǎn)業(yè)界領袖”,其中重點發(fā)展領域是“納米技術”,也正體現(xiàn)了這一發(fā)展的要求。在精密制造機床設備領域中,持之以恒地重視工作母機、超精密機床的發(fā)展,才能在國家的高技術領域占有一席之地。
       而面對第二大趨勢,要求中國機床工具行業(yè)必須配套地解決制造領域的高可靠性等涉及產(chǎn)品質(zhì)量性能的問題。
       因為智能化制造最大的特色是講求集成,如果智能化制造的生產(chǎn)線元器件、部件的質(zhì)量有問題,集成度越高,問題就越大。
 
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