论文部分内容阅读
[摘 要] 工业化生产已经发展了200多年的历程，传动的机械加工一直伴随着制造业的成长，在数控机床出现之前并没有突破性进程，机床只是一台普通意义上的生产工具，时刻离不开人的操纵不具有智能性，它只能替代人们的体力劳动，而替代不了人们的脑力劳动。当计算机出现以后时间进入五、六十年代数控技术的出现机床有了突破性发展，从单纯的机械运动发展到了具有智能的运动机器，它不仅替代人们的体力劳动而且还能替代人们的脑力劳动。
[关键词] 机床 计算机 加工中心 智能环保 高速 高精 复合加工
传统的机械加工方法是手工操作普通机床加上针对具体产品的专用工艺装备（工装）、专用刀具、量具、夹具、钻模、镗模等。对效率或精度的要求越高专用工装的数量就越多，设计制造这些专用工装的投入就越大，产品的生产准备周期越长。尽管普通机床可以适应产品品种的变更，但专用工装设计制造的投入、机床的种类和数量的负担限制了这种解决方案的“柔性”。
1946年计算机的问世，给机床工业的发展进行了一次新的革命，1952年将计算机技术与伺服驱动技术应用于普通机床诞生了现代的数控机床。在这之后，经历了近30年的发展，克服了电子设备不可靠编程异常困难和价格极为昂贵等缺点。直到上世纪70年代末、80年代初数控技术才成熟到可以大规模地应用于生产。
数控技术的特点：1、它是由计算机进行智能控制。2、换一个程序就可以加工另一个零件，从而具备适应品种频繁更换的柔性。3、机床自动按事先编制好的程序运转，免除了人工的介入而实现自动化。4、可实现在线测量自动修正提高了产品的加工精度。数控机床不仅提高了效率，而且提高了精度和精度保持性，从而可大幅减少为提高效率和精度的专用工装，节省设计制造专用工装的投入和缩短了生产准备周期，从而进一步提高了它适应品种更换的柔性。
机械零件的加工一般要经过在多台不同类型机床上进行不同工种、工序的加工，据统计零件在不同类型机床上实际加工时间仅仅只占到整个时间的5％左右，而其余时间耗在工序间的运输、存放和等待加工上，而数控机床就是在如何缩短耗时时间上做文章，那就是实现“工序集中”即将多种类型机床的功能集中到一台机床上。
一、加工中心的出现
1959年出现了在数控立式铣床上，增加了刀库和自动换刀的机械手发明了加工中心。更换不同类型的刀具即可实现不同类型工序的加工。加工中心将铣、钻、镗、锪、铰、攻螺纹等工序集中在一台机床上，从而实现了复合化，它不仅省去了工序间的运输、存放、和等待时间而且还省去了多次定位和装夹时间，还免去了由于多次定位装夹而带来的误差，大大提高了零件的加工精度。加工中心的出现对金属切削工业的影响极为重大和深远。
二、复合化加工是未来机床发展的方向
1、以车削为基础的加工机床
这类机床是以数控车床为基础集成了铣削、钻削、镗削、攻丝等其他加工方式构成复合加工机床。普通车床用四方刀架手工转位来实现换刀，数控车床采用可转8、10、12、16等不同刀位数的转塔刀架来实现换刀，随后又出现了可在转塔刀架上的一个或几个刀位上，安装能驱动刀具作回转运动的刀架称之为动力刀架，可夹持铣刀，钻头、铰刀、丝锥等刀具称之为车铣中心。
到上个世纪80年代中期，欧洲市场上出现了具有双主轴（两主轴对置）的车削加工中心，工件在第一主轴加工完毕后，第二主轴向左移动夹住工件后退回到原位时对工件第一主轴的夹持端进行加工（由于两主轴严格同步回转工件移交时无须停车），从而实现了工件的全部加工。
车削加工中心转塔刀架的动力刀架受空间的限制不可能具有较大大的功率和较高的转速，因而不能满足铣削负荷较大的加工要求。于是在上个世纪90年代出现了取消转塔刀架，代以具有大功率高转速的铣轴以及配套的刀库和换刀的机械手，实质上等于将一台立式加工中心与一台卧式数控车床的结合称之为车铣中心。
2、以铣削为基础的复合加工机床
这类机床是以卧式加工中心或立式加工中心为基础集成了车削、镗削、磨削等其他加工方式构成复合加工机床。
可以看出复合加工机床的发展方兴未艾，未来的复合加工机床将结合数控技术、软件技术、信息技术、可靠性技术的发展，向结构简约化、配套模块化和部件商品化方向发展。复合加工机床的性能也会根据用户的加工要求向多样化发展。
三、五轴联动加工中心
多轴联动是加工航空、航天发动机叶片、蜗轮盘和模具等复杂形面的高效方法，它能使刀具切削刃始终保持与切削面垂直，改善切削条件和提高加工质量，还可以防止刀具与已加工面发生干涉。工件不需要多次安装、调整就能完成全部加工。
五轴加工作为机床发展的一个方向已经是行业的共识，随着电子技术的快速发展，五轴数控系统性价比的大为提高，五轴机床的设计使制造变得愈加容易，价格也有较大下降。所有这些都使得五轴机床正快速走向市场化。
四、长时间无人看管加工是未来机床发展的目标
数控机床本来就是自动操作的，人的任务只是看和管。“管”是准备好程序、原材料、刀具、夹具进行上下料、处理产生的切屑和管理好完工产品。“看”是监控，就是及时发现问题和处理问题。只要准备足够长时间的程序、待加工零件和刀具，以及数控系统有完善的自动监控、自动诊断、刀具检测及刀具寿命管理系统和报警系统，探测或自动诊断出的故障的自动修复或修复不了的自动停车报警，确保不损坏工件和机床，再加上上下料切屑和完工工件管理的自动化等条件下，就可实现无人化生产。
1、单机带交换工作台加工中心
一些加工中心采用与机床连成一体的旋转180°机构来交换托盘，以此将完工后的托盘“交换”至加工区域以外，把安装好新工件的托盘“交换”至加工区域里面。众所周知加工中心的上下活耗时较多，如此“交换”效果显著。还有一种方法是设立两个工作台，一个在工作一个在装夹活。
2、单机带多托盘站的加工中心
这类加工中心的加工对象大多数是加工耗时较长的箱、壳、板类工件，它配备N个托盘的，工作时在托盘输送装置的驱动下完成托盘交换。这种单机带交换工作台的加工中心可以实现长时间（一周时间甚至更长）无人看管加工。
3、多台机床组成的柔性加工
柔性制造单元（FMS）和柔性制造系统（FMS）它们的共同特点是托盘的数目较多，托盘的运转均采用有轨小车或有轨滑板，也有采用龙门或机器人进行工件传送和上下料。
因此只要毛坯储料区有充足的零件，该生产线就可以长时间无人看管。它代表了当今发动机缸盖生产线的最高水平。
五、柔性加工系统是企业的追求目标
20世纪60年代英国创建了最初的柔性制造系统以来，随着微电子技术、数控技术、机器人技术、自动检测技术以及计算机软件与网络技术的发展，柔性制造系统目前已进入了实用和推广阶段，作为国际公认的现代工厂自动化先进模式，柔性加工系统是决定制造企业未来发展前途的具有战略意义的举措。柔性制造系统是以数控机床或加工中心为基础，配以托盘仓、刀具仓，物流系统组成的生产系统，它兼有加工过程的高度自动化、加工对象的多元化、生产节拍的高速化、信息传递的网络化、数据采集处理的实时化和过程控制的计算机化等基本特征。其中物流系统是指由多种运输装置构成的（如：传送带、轨道、转盘、机械手、机器人等）完成工件、刀具的供给与传递的系统，它是柔性制造系统主要组成部分。
六、数控机床用网络化管理和优化计算机软件
数控机床的主要时间损失是来自生产准备不周，程序的编制、优化、验证和准备及管理工具，其次是来自生产计划不优化和急件插入时产生的混乱，再有生产管理不能够及时衔接等，为此“智能生产控制中心”的生产网络控制软件被应用于数控机床生产管理当中，智能软件可以程序编制、优化、仿真验证及管理、通过网络全面管理所有刀具的数据、当有急件插入时立即迅速排出最优的计划、在线监控机床的运转及时沟通情况。
智能软件的应用可使机床有效工作时间提高40％，可见对数控机床联网管理，即强化车间编程和刀具计算机管理以及采用计算机的计划调度是何等的重要。
当今国际机床也正努力向着高速、高精、复合化、智能化、低碳环保等方向发展。在不远的将来制造业无人管理工厂、绿色工厂必将会实现。■
[关键词] 机床 计算机 加工中心 智能环保 高速 高精 复合加工
传统的机械加工方法是手工操作普通机床加上针对具体产品的专用工艺装备（工装）、专用刀具、量具、夹具、钻模、镗模等。对效率或精度的要求越高专用工装的数量就越多，设计制造这些专用工装的投入就越大，产品的生产准备周期越长。尽管普通机床可以适应产品品种的变更，但专用工装设计制造的投入、机床的种类和数量的负担限制了这种解决方案的“柔性”。
1946年计算机的问世，给机床工业的发展进行了一次新的革命，1952年将计算机技术与伺服驱动技术应用于普通机床诞生了现代的数控机床。在这之后，经历了近30年的发展，克服了电子设备不可靠编程异常困难和价格极为昂贵等缺点。直到上世纪70年代末、80年代初数控技术才成熟到可以大规模地应用于生产。
数控技术的特点：1、它是由计算机进行智能控制。2、换一个程序就可以加工另一个零件，从而具备适应品种频繁更换的柔性。3、机床自动按事先编制好的程序运转，免除了人工的介入而实现自动化。4、可实现在线测量自动修正提高了产品的加工精度。数控机床不仅提高了效率，而且提高了精度和精度保持性，从而可大幅减少为提高效率和精度的专用工装，节省设计制造专用工装的投入和缩短了生产准备周期，从而进一步提高了它适应品种更换的柔性。
机械零件的加工一般要经过在多台不同类型机床上进行不同工种、工序的加工，据统计零件在不同类型机床上实际加工时间仅仅只占到整个时间的5％左右，而其余时间耗在工序间的运输、存放和等待加工上，而数控机床就是在如何缩短耗时时间上做文章，那就是实现“工序集中”即将多种类型机床的功能集中到一台机床上。
一、加工中心的出现
1959年出现了在数控立式铣床上，增加了刀库和自动换刀的机械手发明了加工中心。更换不同类型的刀具即可实现不同类型工序的加工。加工中心将铣、钻、镗、锪、铰、攻螺纹等工序集中在一台机床上，从而实现了复合化，它不仅省去了工序间的运输、存放、和等待时间而且还省去了多次定位和装夹时间，还免去了由于多次定位装夹而带来的误差，大大提高了零件的加工精度。加工中心的出现对金属切削工业的影响极为重大和深远。
二、复合化加工是未来机床发展的方向
1、以车削为基础的加工机床
这类机床是以数控车床为基础集成了铣削、钻削、镗削、攻丝等其他加工方式构成复合加工机床。普通车床用四方刀架手工转位来实现换刀，数控车床采用可转8、10、12、16等不同刀位数的转塔刀架来实现换刀，随后又出现了可在转塔刀架上的一个或几个刀位上，安装能驱动刀具作回转运动的刀架称之为动力刀架，可夹持铣刀，钻头、铰刀、丝锥等刀具称之为车铣中心。
到上个世纪80年代中期，欧洲市场上出现了具有双主轴（两主轴对置）的车削加工中心，工件在第一主轴加工完毕后，第二主轴向左移动夹住工件后退回到原位时对工件第一主轴的夹持端进行加工（由于两主轴严格同步回转工件移交时无须停车），从而实现了工件的全部加工。
车削加工中心转塔刀架的动力刀架受空间的限制不可能具有较大大的功率和较高的转速，因而不能满足铣削负荷较大的加工要求。于是在上个世纪90年代出现了取消转塔刀架，代以具有大功率高转速的铣轴以及配套的刀库和换刀的机械手，实质上等于将一台立式加工中心与一台卧式数控车床的结合称之为车铣中心。
2、以铣削为基础的复合加工机床
这类机床是以卧式加工中心或立式加工中心为基础集成了车削、镗削、磨削等其他加工方式构成复合加工机床。
可以看出复合加工机床的发展方兴未艾，未来的复合加工机床将结合数控技术、软件技术、信息技术、可靠性技术的发展，向结构简约化、配套模块化和部件商品化方向发展。复合加工机床的性能也会根据用户的加工要求向多样化发展。
三、五轴联动加工中心
多轴联动是加工航空、航天发动机叶片、蜗轮盘和模具等复杂形面的高效方法，它能使刀具切削刃始终保持与切削面垂直，改善切削条件和提高加工质量，还可以防止刀具与已加工面发生干涉。工件不需要多次安装、调整就能完成全部加工。
五轴加工作为机床发展的一个方向已经是行业的共识，随着电子技术的快速发展，五轴数控系统性价比的大为提高，五轴机床的设计使制造变得愈加容易，价格也有较大下降。所有这些都使得五轴机床正快速走向市场化。
四、长时间无人看管加工是未来机床发展的目标
数控机床本来就是自动操作的，人的任务只是看和管。“管”是准备好程序、原材料、刀具、夹具进行上下料、处理产生的切屑和管理好完工产品。“看”是监控，就是及时发现问题和处理问题。只要准备足够长时间的程序、待加工零件和刀具，以及数控系统有完善的自动监控、自动诊断、刀具检测及刀具寿命管理系统和报警系统，探测或自动诊断出的故障的自动修复或修复不了的自动停车报警，确保不损坏工件和机床，再加上上下料切屑和完工工件管理的自动化等条件下，就可实现无人化生产。
1、单机带交换工作台加工中心
一些加工中心采用与机床连成一体的旋转180°机构来交换托盘，以此将完工后的托盘“交换”至加工区域以外，把安装好新工件的托盘“交换”至加工区域里面。众所周知加工中心的上下活耗时较多，如此“交换”效果显著。还有一种方法是设立两个工作台，一个在工作一个在装夹活。
2、单机带多托盘站的加工中心
这类加工中心的加工对象大多数是加工耗时较长的箱、壳、板类工件，它配备N个托盘的，工作时在托盘输送装置的驱动下完成托盘交换。这种单机带交换工作台的加工中心可以实现长时间（一周时间甚至更长）无人看管加工。
3、多台机床组成的柔性加工
柔性制造单元（FMS）和柔性制造系统（FMS）它们的共同特点是托盘的数目较多，托盘的运转均采用有轨小车或有轨滑板，也有采用龙门或机器人进行工件传送和上下料。
因此只要毛坯储料区有充足的零件，该生产线就可以长时间无人看管。它代表了当今发动机缸盖生产线的最高水平。
五、柔性加工系统是企业的追求目标
20世纪60年代英国创建了最初的柔性制造系统以来，随着微电子技术、数控技术、机器人技术、自动检测技术以及计算机软件与网络技术的发展，柔性制造系统目前已进入了实用和推广阶段，作为国际公认的现代工厂自动化先进模式，柔性加工系统是决定制造企业未来发展前途的具有战略意义的举措。柔性制造系统是以数控机床或加工中心为基础，配以托盘仓、刀具仓，物流系统组成的生产系统，它兼有加工过程的高度自动化、加工对象的多元化、生产节拍的高速化、信息传递的网络化、数据采集处理的实时化和过程控制的计算机化等基本特征。其中物流系统是指由多种运输装置构成的（如：传送带、轨道、转盘、机械手、机器人等）完成工件、刀具的供给与传递的系统，它是柔性制造系统主要组成部分。
六、数控机床用网络化管理和优化计算机软件
数控机床的主要时间损失是来自生产准备不周，程序的编制、优化、验证和准备及管理工具，其次是来自生产计划不优化和急件插入时产生的混乱，再有生产管理不能够及时衔接等，为此“智能生产控制中心”的生产网络控制软件被应用于数控机床生产管理当中，智能软件可以程序编制、优化、仿真验证及管理、通过网络全面管理所有刀具的数据、当有急件插入时立即迅速排出最优的计划、在线监控机床的运转及时沟通情况。
智能软件的应用可使机床有效工作时间提高40％，可见对数控机床联网管理，即强化车间编程和刀具计算机管理以及采用计算机的计划调度是何等的重要。
当今国际机床也正努力向着高速、高精、复合化、智能化、低碳环保等方向发展。在不远的将来制造业无人管理工厂、绿色工厂必将会实现。■