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关键词:数控机床 产业竞争力 战略分析 战略实施
中图分类号:TH11 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2014)07(c)-0227-01
数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术,它是传统机械制造技术、计算机技术、现代控制技术、传感检测技术等于一体的现代制造业基础技术,具有高精度、高效率、柔性自动化等特点,对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。数控技术水平高低和装备拥有量的多少是衡量一个国家工业现代化的重要标志。现对国内外数控机床产业现状进行介绍,并对产业竞争力和战略发展进行研究。
1 国外数控机床产业现状及发展趋势
从世界范围来看,数控机床发展的强国首推德国和日本。德国的数控机床精度高,稳定性好,自动化程度高,出口遍及世界。而日本十分重视发展批量生产自动化,并大力发展中小批柔性生产自动化的数控机床。
数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化,而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大,对国计民生的一些重要行业的发展起着越来越重要的作用。目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看,主要体现几个方面。
1.1 智能、高速、高精度化
随科学技术的发展,计算机系统及其应用软件的复杂化,使得机床系统及其硬件结构简化,数控机床的智能化程度日趋提高。如果重复定位精度能达到0.005 mm,为高精度机床,在0.005 mm以下,是超高精度机床。高精度的机床,要有最好的轴承、丝杠。随着电脑辅助制造(CAM)系统的发展,精密度已达到微米级。
1.2 设计、制造绿色化
绿色设计是一种综合考虑了产品设计、制造、使用和回收等整个生命周期的环境特性和资源效率的先进设计理论和方法。它在不牺牲产品功能、质量和成本的前提下,系统考虑产品开发、制造及其活动对环境的影响,从而使得产品在整个生命周期中对环境的负面影响最小,资源利用率最高。数控机床作为装备制造业的核心,能否顺应环保趋势,加大绿色设计与制造的研制,将是影响经济发展的重要要素之一。
1.3 复合化与系统化
根据数控机床具有数字化控制机床运动的这一特点,可实现工件一次装夹,完成多种工序复合加工,从而大大提高生产效率和加工精度。产品开发周期的缩短,制造速度也得到相应提高。而且随着产品对外观曲线要求的提高,机床五轴加工、六轴加工已日益普及,机床加工的复合化已是不可避免的发展趋势。
2 国内数控机床产业现状及发展趋势
1958年我国研制出第一台数控机床,随后经历五个发展阶段,直至21世纪,数控机床发展速度远高于机床工具工业平均发展速度,我国数控机床实现了超高速、飞速发展。
当今世界机床制造业的水平集中表现在数控机床的开发、生产能力上,数控机床已成为制造业的主流设备,一个国家所拥有的数控机床多少、水平高低已成为衡量一个国家综合实力的重要标志。要实现我国从一个机床大国转变为机床生产强国的目标,必须加快调整步伐,加大新产品开发力度,必须关注机床产业相关的新技术及发展趋势。
随着信息技术的日新月异,高新技术日趋成熟并广泛应用到机床上,高速、高效、高精度、复合加工、环保是今后机床产品发展的主流。数控机床替代普通机床,机床技术的复合化、智能化生产的日趋成熟,极大提高生产效率和机床生产的自动化水平,缩短交货周期,降低生产成本,并且能够快速反应市场。例如:在产品复合技术方面,具有代表性的德国WFL公司研制的MILLTURNS系列车铣复合加工中心,该机床可完成车、铣、钻、镗、攻丝、滚齿、磨削等多道工序加工。德国TBT公司的MULTI.CRANK,最多有十个控制轴,可完成复杂曲轴类零件的复合加工。
3 我国数控机床产业的战略选择与实施
虽然目前市场对高档和大型机床需求量很大,但是中小型和普通机床已出现库存迹象。因此对于这两种供需矛盾的突出问题,必须通过加快调整产品结构来解决。企业要针对市场需求和本企业特色、产品特色进行产品结构调整。逐步增加大型重型以及多轴控制,高柔性、高自动化程度机床制造能力和市场占有比重,同时不断完善内部管理机制,培养人才,提高劳动生产率,重视产品质量和服务,在提高产品的稳定性和可靠性上下功夫;同时,完善管理机制,提高管理水平也是企业增强竞争力的必备条件。
目前国内排名在前列的主要机床制造企业均为国有企业,如沈阳机床集团,大连机床集团,北京第一机床等等。这些国有大型企业机床产量占据国内机床总产值的70%以上,处于绝对主导地位。并且这些企业占有国家更多的资源,容易得到国家扶植。在这些企业的国有企业股权结构中,国有股比重过高。股权过于集中,不利于股权分散和公司产权独立化,不利于投资主体多元化和形成多元产权主体制衡机制。因此,合理配置股权,优化股权结构是完善国有企业治理结构的关键环节。
从2009年至今,中国机床产值已稳居世界第一,但其中经济型数控机床占比相当大,高档数控机床与国外仍有很大差距。因此,必须提高开发能力,发展高档数控机床。而且我国重型机床行业虽然取得了可喜的成就,但是与工业发达国家相比,还存在不小差距。目前,国产重型机床与世界一流水平的差距主要是可靠性和制造工艺等方面,要加速缩小与国外的差距,不断提高国产重型机床的水平,就要不断提高自主创新能力,开发自己的核心技术。
目前,我国龙头机床制造商已经形成了并正在扩大自己产业集群。如大连机床在大连高新区构建其产业集群等等,并积极引入国际高端机床零部件制造企业及机床配套供应企业,提高产品供应效率,与供应商共同合作增强企业研发能力,最终达到增强产业链条,提高综合竞争实力的目的。
4 结论
数控机床作为实现机械制造自动化的关键,直接影响到一个国家的经济发展和综合国力,关系到一个国家的战略地位。机床行业要进一步深化改革,适应市场需求,积极调整产业和产品结构,转变经济增长方式,加速数控机床产业化步伐,增强自主创新能力,加快高档数控机床和大型重型机床及其功能部件的研发和市场开拓,从而提高市场竞争力,在国家的政策和措施的支持下,机床产业竞争力将会得到迅速的提升。
参考文献
[1] 中国社会经济调查研究中心.2008年数控机床行业分析报告[R].5-22.
[2] 曹伟.我国数控机床的发展现状与对策[J].现代经济信息,2008(4).
[3] 王堂祥.重庆黔江区民族职业教育中心[J].2012(25).
【关键词】维修实验台;数控机床;基本组成;存在问题;发展方向
1、引言
随着我国制造业的迅速发展,数控装备被大量的使用,涉及数控机床、柔性制造系统(FMS)、计算机集成制造系统(CIMS)等一大批高科技的产品。数控装备给企业提供了强大的加工手段和技术支持,提高了生产效率和加工精度。在使用数控设备的过程中,由于使用不恰当、维护不好而造成故障频频发生,且维修又不及时很容易造成设备停机,损失巨大。另一方面,大量企业对数控设备的维护和维修能力偏低,缺乏专业数控维修人员。因此,加强数控设备的维修和管理直接关系到发挥数控设备优势,关系到企业的经济效益。因此数控维修人员培养问题迫在眉睫,完备的数控维修人才培养模式应该具备有数控维修经验的教师团队,有配套的教材、教学方法、教学手段、考核方法和政策支持,有配套的数控维修实训设备和校内外实训基地。但是,目前用于数控维修人员学习、培训的专业实训设备不多。即使有,也价格也是非常昂贵的,而且也并不一定适合现阶段各个企业和职业院校的需要。
2、数控维修实验台的基本组成
数控维修实验台是以数控机床为基础,并能充分揭示数控机床各部分功能的实验设备。
3、国内外现状
现代企业随着社会的发展,数控设备以及数控设备的工作状态都直接关系到企业的进步和发展。由此数控设备的维护和修理工作就显得尤为重要了。所以说在现代企业中不公需要会操作数控设备的高科技人员,同时维修数控设备的操作工作也是同样需要。而传统企业维修人员的培养模式都是师傅带徒弟的模式,这样都是远远不能满足现代企业发展的需求的。为了适应企业需要,现在有很多职业院校,都开设〈数控机床维修〉这门课程,注入大量的师资力量,来培养专业人才。尽管目前各个学校级别上还存在一定的差距,但是要想培养出合格的数控设备操作和维修人员,必须理论结合实际。
通过对于市场的调查显示,用于数据维修的国外系统的实验台比较少,这种国外系统价格较贵,并且这些系统也不符合我国现阶段的发展要求;而国内有华中数控模拟实验台、广数数控原理机、成都天川教学仪器、南京巨森自动化设备等实验台。据调查研究分析,证实这些实验数控台在用于培养维修人才时有以下缺点:
1)现有数控设备维修实验台, 价格却比数控机床还要贵, 且故障模式相对固定,只适合简单的出厂检测,与真正意义的综合维修测试水平还有比较大的差距。
2)没有设备故障的讲解和展示,一些常见的机械和电器故障发生的原因、位置、处理都没有让培训人员了解透彻。
3)无总线配置故障诊断功能。
4)在计算机技术使用上存在不足,只起到简单的辅助功能,未发挥计算机技术的优势。
4、发展趋势
随着数控机床的高速发展,网络化、智能化、综合性等功能的不断增强,这些都影响了数控维修技术的发展,受这些因素影响,数控机床故障诊断维修实验台走向网络化、集成化就成为一种趋势,且在不久的将来,数控机床故障维修实验台将会出现出以下特点:
1)智能化,具有很高的自诊断功能。只要给出机床故障的特点,机器马上就可以分析出机床故障的位置以及怎样调整等信息;
关键词:数控技术及装备 自动控制技术 可编程控制器
1 数控机床的概要
1.1 数控机床的产生
随着社会生产和科学技术的不断进步,各类工业新产品层出不穷,机械制造业作为国民工业的基础,其产品更是日趋精密复杂,特别是在航天、航海、军事等领域,所需的机械零件精度要求更高、形状也更为复杂、多品种,并且往往批量较小,加工这类产品需要经常改装或调整设备,普通机床或专业化精度高的自动化机床显然无法适应这些要求。同时随着市场竞争的日益加剧,企业生产也迫切需要进一步提高其生产效率、提高产品质量及降低生产成本。一种新的生产设备――数控机床就诞生了。
1.2 数控机床的发展
1952年美国麻省理工学院成功地研制出一套三坐标联动,利用脉冲乘法器原理的试验性数控系统,并把它装在一台立式铣床上,当时用的电子元件是电子管,这就是第一代世界上的第一台数控机床。
我国是从1958年开始研究数控技术,一直到60年代中期处于研制、开发时期,一些高等院校、科研院所研制出试验样机,开发也是从电子管开始的,1965年国内开始研制晶体管数控系统。从70年代开始,数控技术在车、铣、钻、镗、磨、齿轮加工等领域全面展开。数控加工中心在北京研制成功。在这一时期,数控线切割机床由于结构简单、使用方便、价格低廉,在模具加工中得到了推广。
到20世纪80年代,总体发展趋势是:
数控系统的可靠性不断提高;增强通信功能;采用新型的自动编程系统;驱动装置向交流、数字化方向发展;为便于裁剪、扩展和功能升级,满足不同类型数控机床的需求,提高系统的集成度、缩小体积,采用模块化结构;广泛采用32位CPU组成多微处理器系统;数控装置由NC向CNC发展。总之,数控机床技术不断发展,性能价格比也越来越高,可靠性越来越高,功能越来越完善,使用越来越方便。
1.3 数控机床的组成及工作原理
数控机床一般由机床本体、辅助装置、伺服驱动系统、计算机数控装置、控制介质等部分组成。
1.3.1 控制介质
要对数控机床进行控制,就必须在人与数控机床之间建立某种联系,这种联系的中间媒介物就是控制介质,又称为信息载体。在使用数控机床之前,先要根据零件图上规定的尺寸、形状和技术条件,编出工件的加工程序,将加工工件时刀具相对于工件的位置和机床的全部动作顺序,按照规定的格式和代码记录在信息载体上。需要在数控机床上加工该工件时,把信息即工件加工程序输入计算机控制装置。常用的控制介质有穿孔带、穿孔卡、磁盘和磁带等。
1.3.2 伺服驱动系统
为使工作台按规定轨迹移动或精确定位,加工出符合图样要求的工件,把来自数控装置的运动指令转变成机床移动部件的运动,需要进行伺服驱动。
伺服系统由伺服控制电路、功率放大电路和伺服电机组成,常用的伺服电机有步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机。伺服系统的性能是决定数控机床加工精度和生产效率的因素之一。
1.3.3 计算机数控装置
数控装置是数控机床的中枢。其作用是:从内部存储器中取出或接受输入装置送来的一段或几段数控加工程序,输出几种控制信息和指令,控制机床各部分的工作,经过数控装置的逻辑电路或软件进行编译运算处理后,使其进行规定的有序运动。
1.3.4 辅助控制装置
辅助控制装置的作用是把计算机送来的辅助控制指令经机床接口电路转换成强电信号,用来控制主轴电机的起动、停止,主轴转速调整,冷却及泵起停,转位换刀,工件和机床部件的松开和夹紧,分度工作台的转位分度等开关辅助动作。当今数控机床已广泛采用可编程控制器作为辅助控制装置。
1.3.5 机床本体
数控机床是高精度和高生产率的自动化加工机床,它与传统的普通机床似,但数控机床在整体布局、外观造型、传动机构及操作机构等方面都发生了很大的变化。数控机床应具有更好的抗振性和刚度,要求相对运动面的摩擦系数要小,进给传动部分之间的间隙要小。所以其设计要求比通用机床更严格,加工制造要求精密,并采用加强刚性、减小热变形、提高精度的设计措施。
1.4 数控机床的特点
数控机床有以下的特点:
1.4.1 适应性强,适合加工单件或小批量复杂工件
在数控机床上改变加工工件时,只需要重新编制新工件的加工程序,就能实现新工件加工。数控机床加工工件时,只需要简单的夹具,所以改变加工工件后,也不需要制作特别的工装夹具,更不需要重新调整机床。因此数控机床特别适合单件、小批量及试制新产品的工件加工。
1.4.2 加工精度高
数控机床的脉冲当量普遍可达0.001mm/脉冲,传动系统和机床结构都具有很高的刚度和热稳性,工件加工精度高,进给系统采用消除间隙措施,并对反向间隙与丝杠螺距误差等由计算机实现自动补偿,所以加工精度高。由于数控机床是自动进行加工的,所以同一批工件的尺寸一致性好,加工质量十分稳定。
1.4.3 生产率高
工件加工所需时间包括机动时间和辅助时间。数控机床能有效地减少这两部分时间。
数控机床刚性好,快速移动和停止采用了加速、减速措施,因此既能提高空行程运动速度,又能保证定位精度,有效地降低了加工时间。
数控机床更换工件时,不需要调整机床,同一批工件加工质量稳定,无需停机检验,故辅助时间大大缩短,生产效率有了更明显的提高。
1.4.4 减轻劳动强度、改善劳动条件
数控机床加工是自动进行的,工件加工过程不需要人的干预,加工完毕后自动停车,这就使工人的劳动条件大为改善。
1.4.5 良好的经济效益
虽然数控机床很贵,分摊到每个工件上的设备费用较大,但是使用数控机床可节省许多其它费用。特别是不要设计专用工装夹具,加工精度稳定,减少了调度环节等,所以总体成本下降,可获得良好的经济效益。
2 国产数控机床的发展现状及发展趋势
2.1 国产数控机床与国际先进水平差距逐渐减小
数控机床是当代机械制造业的主流装备,国产数控机床的发展经历了由成长期进入了成熟期,可提供市场各种数控机床,覆盖超重型机床、高精度机床、特种加工机床、锻压设备、前沿高技术机床等领域,产品可与日、美、德、意等国齐驾齐驱。
2.2 国内数控机床的发展趋势
2.2.1 智能、高速、高精度化
新一代数控机床为提高生产率,向超高速方向发展,精密度已达微米级。
2.2.2 设计、制造绿色化
在不牺牲产品功能、质量和成本的前提下,系统考虑产品开发、制造及其活动对环境的影响,对环境的负面影响最小,资源利用率最高。
2.2.3 复合化与系统化
由于产品开发周期越来越短,对制造速度的要求也相应提高,机床也朝高效能发展。
3 CNC装置的工作原理
CNC装置在其硬件环境支持下,按照系统监控软件的控制逻辑,对输入、译码、刀具补偿、速度规划、插补运算、位置控制、I/O接口处理、显示和诊断等方面进行控制。
CNC装置的主要工作包括以下内容:
3.1 输入
输入CNC装置的有零件程序、控制参数和补偿量等数据。
3.2 译码
在译码的过程中还完成对程序段的语法检查。
3.3 插补
插补的任务是在一条给定起点和终点的曲线上进行“数据点的密化”。
3.4 进给速度处理
编程所给的刀具移动速度,是在各坐标的合成方向上的速度。
3.5 刀具补偿
刀具补偿包括刀具长度补偿和刀具半径补偿。
3.6 位置控制
位置控制处在伺服回路的位置环上。
3.7 显示
CNC装置的显示主要是为操作者提供方便。
3.8 I,O处理
主要处理CNC装置面板开关信号、机床电气信号的输入、输出和控制。
3.9 诊断
现代CNC装置都具有联机和脱机诊断的能力,对CNC装置进行诊断、故障定位和修复。
4 结束语
为提高在市场的适应能力和竞争能力,现在各国制造业大都采用数控技术来提高制造能力和水平。另外世界各发达国家还将数控技术和装备列为国家的战略物资,所以用尽措施来发展自己的数控技术及产业。目前,当前研究的核心是数控系统功能软件开发、开放式数控系统结构及配置。大力发展以数控技术为核心的先进制造技术,为我国数控技术和产业走向世界的前列,使我国经济保持强劲的发展势头而共同努力奋斗!
参考文献:
[1]张振国.数控机床的结构与应用.机械工业出版社,1990.
【关键词】 机床工业;现状;发展规律;驱动因素
中国作为全球的制造业大国,装备制造业在国民经济中占有很大的比重。伴随中国的工业化、城镇化进程,装备工业有了迅猛发展,作为装备制造业的核心和基础,机床行业备受重视,机床工业无论地位、产值、技术、市场等各个方面均有了飞速发展,但和国际机床行业强国德国、日本比较还有一定差距,伴随我国科学、技术进步和工业化、城镇化的发展,机床行业具有光辉的发展前景。本文主要从中国机床工业的发展规律及驱动因素上分析机床工业的发展前景。
一、国际机床行业的发展规律和现状
1、机床工业的生产状况
全球28个主要机床生产国家和地区2012年产值为932亿美元,中国约占30%,位居第一位。机床生产前8位国家和地区依次是中国、日本、德国、意大利、瑞士、美国、韩国和中国台湾。进入世界机床产值最大20家企业中,日本和德国最多,分别达6家,中国、美国和韩国排在其后,分别有2家,瑞士1家排在第6位。美、德 、日仍然是美、欧、亚三洲机床生产强国。
2、全球机床行业的消费情况
中、德、日、美、意是世界机床重点消费大国,占全球消费总量的73%。2013年中国机床消费381亿美元,涨幅近12%,占全球消费量的30%,仍然居世界第一,其中中国金属加工机床消费则占据全球市场的45%。美国、德国、日本机床消费增长已成定势,而且以中高档数控机床为消费主流。以欧元计算,各地区占比基本未变,亚洲占全球机床产值的57.7%,欧洲占比为34.7%,美洲占比为7.6%。其中2012年前十位机床消费国占全球市场80%。
3、全球机床行业的特点和分布格局
欧美机床企业集团化趋势加强,控制着机床行业高端技术。美国企业重点发展高精尖机床技术,生产飞机、宇航、汽车工业所需高精度、高效、高自动化、高性能机床。德国企业对加工工艺研究投资不遗余力,尤以重型机床、大型精密机床著称,精度及使用寿命最好。瑞士机床企业以中小精密机床技术著称于世,擅长将现代电子技术应用于机床系统。意大利机床企业擅长生产单台定制,个性化显著的机床,机床的柔性化程度高。韩国、日本、台湾擅长生产经济实用性较强的中高档机床,其中日本企业对机床寿命设计有特别的独到技术。
4、机床行业在全球进行技术转移
产业转移的重要理论依据是比较优势,由于各个国家的劳动力成本、产业配套、法律法规、教育体系等各个方面的不同,同样的产品在各个国家中成本有明显差异,而发展中国家在制造业和一些低端产品具有明显优势,成为产业转移的理想目的地。发达国家将传统成熟产业有计划、有步骤地向发展中国家转移。造船行业、港口机械、工程机械等劳动密集型产业由于技术含量较低、运输成本高、环保压力大等因素成为发达国家的主要转移领域。中国机床行业由于中国的第一消费大国地位和生产成本、人员工资、工业配套等因素成为机床产业转移的第一大国。高端制造主要集中在发达国家,高端装备制造不但体现在技术档次高、系统复杂成套、大型重型化、高速精密等科技水平和技术参数,更体现在售后服务复杂和更新换代快。总体表现为:投入巨大、成套复杂,规模庞大、研发周期长等方面。所以国内在重型设备等方面进步明显,比如港口机械、船舶、发电设备等,而精密机械等方面突破较慢。
二、我国机床行业的现状和发展趋势
在国家经济增长的拉动和国内市场国际化促动下,中国机床行业从2002年(入关后)起,机床消费总量呈加速增长趋势,“十五”以来,我国市场机床消费总额、进口额已连续居世界第一,数控机床更是以两位数以上的增长速度快速发展,成为排名第一的机床消费大国。2012年机床全行业总产值为8000亿元。预计2015年年消费额将近8500亿元左右。国内机床消费市场竞争国际化,世界机床制造基地移地中国化成为大趋势,国家建立装备制造业基地如上海、沈阳、大连、浙江等。目前我国机床行业产品覆盖国民经济的各个领域,满足各个行业的基本需求,在我国经济发展中需要的装备制造业机床,我国均能自行生产,基本没有空白。
1、我国机床工业的历史发展规律
中国机床消费总量呈加速增长趋势,消费的增长导致了进口的快速增长,消费增长主要是受到固定资产投资增长、产业升级和跨国公司加大对中国投资建厂和合资生产的影响。这也是我国装备制造业的产业升级的路线图和升级进化过程,作为制造业核心的机床也经历了同样的发展历程,随着经济和科技的发展,机床行业形成了低端到高端的历史发展进程。
2、我国机床产业的技术现状及存在问题
国内机床行业面临的产品结构不合理问题突出。首先是粗加工机床占总产量的40%以上,机床产值数控化率低(32.7%),其次,数控机床低档产品所占比例高(75%),数控化水平与国际差距较大。国产数控机床高、中、低档比例为3:22:75。国产经济型数控机床基本满足了国内需求,中档数控机床具备了一定的生产能力,小批量的国产高端数控机床已投入使用。
国内机床行业存在的问题是:机床精度普遍较低,缺少刚度实验,很少采用软件补偿、温度变形补偿、高速主轴系统动平衡技术等保证定位精度,仅有少数几种产品可达欧洲标准定位精度;基础材料性能弱,很少普及高强度密烘铸铁(树脂砂技术),无重大新材料开发;机床结构开发性能差,高速机床需要强化结构刚性,减轻移动件重量,机床整体结构突破传统结构的能力差;技术差距大,国外普及的远程服务技术、交钥匙工程、高速机床硬切削、干切削及其机理研究空白,基本无切削软件包供应;关键配套件性能不足,电主轴、高速滚珠丝杠副、直线电机、高速高精度数控系统,高精度位置检测系统等普遍处于低水平状态。
3、机床行业的市场分析
(1) 普通制造业。普通机械加工业中五金、电力设备、模具加工、矿山机械、冶金设备、建材设备、石油化工设备是带动机床消费增长的主要因素。
(2)汽车行业。汽车工业对机床装备的需求具有多层次、宽领域、快节奏、高质量、数量大的特点,柔性加工生产线、各种数控专用机床将是日后国内机床工业向汽车工业领域渗透的重点。中国汽车零部件配套行业的实力与主机厂的需求差距还相当大,汽车配套企业必须扩充、提高装备能力,才能谋求其未来的生存发展。
(3)航空、航天、船舶、军工行业。航空、航天、船舶、军工产业是高端机床市场需求的大户。随着国家综合国力的增强和国防现代化的升级,国家将会加大对国防装备的投入(预计由目前占国内生产总值的2.5%提高到2025年的5%)。
(4)电子信息产业。电子信息产业是精密机床的主要市场。电子信息技术水平是国家现代化程度的重要标志。我国电子信息行业近几年固定资产投资规模以年均16%速度增长。
4、数控机床是机床发展的主流
国内数控机床可供品种超过1500余种,特别是五轴(及以上)联动数控机床已经成功开发,包括最关键的万能自动镗铣头在内,只是精度、性能与国际水平还有差距。技术差距主要体现在整体加工精度、高速运行稳定性、持续无故障运行时间、后勤远程维护等与国外产品有较大差距。核心部件数控化率不高,自动化程度低。数控机床的性能主要由关键功能件所决定,数控机床价值的60%由关键功能件所决定,国内数控机床功能件产业规模小,集中度小,产品性能水平与国外差距较大。国内数控机床产品刚开始产业化、水平质量一般。高档次的系统全都是进口,中高档机床用的数控系统、滚珠丝杠、高速电主轴、刀库机械手、全功能数控刀架、数控回转工作台和高速防护装置等,很多是以进口为主。
三、机床行业发展的驱动因素
1、国家的产业政策支持
机床工业是装备制造业的基础和核心,2010年10月,国务院出台的《加快培育和发展战略性新兴产业的决定》也明确指出,要积极发展以数字化、柔性化及系统集成技术为核心的智能制造装备,其中高档数控机床成为了发展的重中之重。在“十二五”规划中,明确提出要重点发展四大主机(金属切削机床、金属成型机床、铸造机械、木工机床)。高端装备制造业升级换代,和工业化、重工化的历史发展机遇将在很大程度上推动机床行业快速增长。到2020年,航空航天、船舶、汽车、发电设备制造等相关行业所需要的高档数控机床的大部分供应将立足国内,未来我国机床行业发展空间十分广阔。
2、随着装备制造业和工业化、信息化的兴起,机床行业发展后劲十足,前景广阔
经过多年的积累和技术进步,我国工业特备是装备制造业获得快速发展,中国目前已经成为世界主要的机械装备生产国和消费国家,技术含量和工艺水平大大提高,产品质量仅次于美国、日本和德国,领先于意大利和英国。我国装备制造业的快速发展和国家崛起,必然导致基础工业机床行业的快速发展。
3、机床行业高速发展具有一定稳定性
随着高速、高效、高精度机床的技术成熟和大批量生产,欧美、日本、韩国等发达国家和地区机床更新换代加速,中国经济的持续高速发展和世界制造业向中国的转移,未来国内产品方向重点是高度数控化、高效、精密、大型化、功能复合化。预计十二五期间,国内数控机床增长率保持在30%以上,国内市场占有率达到70%以上。中高档数控机床将成为市场消费的主流。机床行业的重点用户分布在电力工业、航空、航天工业、造船工业、铁路机车工业、国防工业、机械工业和汽车工业七大行业领域,随着中高档数控产量提高,该行业收益水平将进一步提高。同时随着机床行业体制改革和国家政策支持力度加大,行业赢利水平必将大幅度提高。同相关行业比较,机床行业的毛利率较高,尤其高于普通机械加工行业水平。随着机床产品数控化率的提高,该行业收益水平将进一步提高,机床用户分布广泛,各个国家工业发展的差异化、各个行业发展的差异性、机床产品的差异性和技术更新的快速性,使得机床行业的发展保持较高的稳定性。中国机床不会出现明显的行业跟随周期。目前约有30%机床提供给汽车、工程机械等相关行业,20%供给军工、轮船、IT等行业,50%供给通用机械加工行业。机床用户分布广泛,各个行业发展的差异性和不均衡性将使得中国机床行业发展保持较高的稳定性。
4、大规模的基本建设是机床工业高速发展的保证
中国大规模的港口建设,特别是集装箱港口建设推动中国的集装箱、集装箱起重机行业快速崛起,并一举奠定了全球行业的主导地位。目前国内集装箱港口吞吐量跃居全球首位。在十二五期间,中国国内投资仍然非常旺盛,主要包括:高速公路、高速铁路、城市轨道交通、机场、港口、场馆、住宅建设仍将是全球最活跃的区域,工程项目难度大,相应的消耗施工机械强度将保持稳定。超高压输变电项目、铁路提速、国油国运、航空航天领域国家采购等使得国内需求仍构成了全球需求中举足轻重的部分。固定资产投资和汽车、航空航天、模具等工业的发展是刺激机床行业起飞的主要因素。我国固定资产每投入100亿元,将会带动0.8―1.1亿元的机床市场消费额,轿车产量每增减1%,数控机床消费量就变动0.54%。发电设备、船舶、冶金等大型和重型工业也是机床的主要消费者。
【参考文献】
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[2] 中国统计年鉴网[OB/OL].2010-2013.
[3] 工业统计年报.2010-2013.
1.1轴类零件的功用、结构特点
轴类零件是比较常见的机械零件,在整个机械行业制品中所占的比例很大,应用很广泛。按机构形式不同,轴可以分为阶梯轴、锥度心轴、光轴、空心轴、曲轴、凸轮轴、偏心轴等。轴类零件在机械中承担着于支承齿轮、带轮、凸轮以及连杆等传动件,以传递扭矩的作用。
1.2轴类零件的一般加工要求及方法
轴类零件中工艺规程的制订,直接关系到工件质量、劳动率和经济效益。尽管任一零件都有着多种的加工方法,但无论如何选择都需要遵循一定的规律:首先要对零件图进行分析,研究零件结构的特点、精度、材质等要求;其次,根据实际的条件确定合理的工艺规程。1.3轴类零件加工的工艺路线一般的零件加工工艺路线为:下料锻造正火粗加工半精加工渗碳去碳加工(对不需提高硬度部分)淬火车螺纹、钻孔或铣槽粗磨低温时效半精磨低温时效精磨。
2数控车床的概述
2.1数控机床的产生及发展
近年来,数控技术进入了快速发展时期,世界上第一台数控机床出现于1952年,是由美国麻省理工大学研发成功的,自此之后,世界各国纷纷投入资金对数控机床进行研发、生产和使用。我国数控技术的发展经历了四个阶段:第一阶段是1958年至60年代中期,这是我国数控技术的研发开始阶段;自60年代中期到70年代,数控技术逐步成熟并开始应用于车、钻、齿轮加工等领域;自70年代至80年代我国积极引进日本、美国等先进的数控技术并加以吸收、消化,使我国的数控技术有了进一步的发展;自1985年我国数控机床品种有了新的发展,但数控机床主要走中低端路线,80%的高端数控机床要进口,因此研发高档机床是我国目前发展的重要领域。数控机床由程序介质、输入输出装置、数控装置、伺服驱动装置与检测反馈装置及机床本体这五部分组成。同普通机床相比,数控机床在机械结构上减少了齿轮、轴类零件和轴承的数量;在操作上减少了手动操作机构的设置,使常用的操作按钮数量更少,操作更方便、更简单。
2.2数控机床的使用范围
数控机床的应用范围很广,能够以编程的方式进行各种零部件的加工,实用性很强,然而,由于价格昂贵,数控机床的使用范围受到了制约,并不适合所有类型的加工设计。目前,该设备主要的使用范围是:①加工精度高、结构形状复杂的零件;②严格按照既定标准、尺寸加工设计的零部;③本身价值比较高的零件。相对于其他类型的加工设备,数控机床具有加工精度高、加工稳定可靠、高柔性、生产效率高、劳动条件好等优势。据有关资料统计,当生产批量在100件以下,用数控机床加工具有一定复杂程度零件时,加工费用最低,获得的经济效益最高。
2.3数控机床的发展方向
(1)高速化近年来,随着我国机械制造业的飞速发展,需求也在不断增强,而作为工业制造的必备的设备,我国机床行业每年以两位数的速度增长,迎来快速发展时期,数控机床已成为我国机床消费的主流。不同行业对于数控机床有着不同的需求,航空领域需要的是高速、精密以及多轴联动的产品;电力行业需要的是高刚性、大扭矩的数控产品;而汽车工业需要的是大量生产线的专用机床。(2)高精度化随着国内制造业转型升级步伐的加快,数控化加工是机械加工行业朝高质量,高精度,高成品率,高效率发展的趋势。我国对高端精密加工设备的需求与日俱增,用户对于高端机床产品的需求也越来越大。数控机床的高精度化发展,现在更专注于运动精度、热变形以及对振动的监测和补偿研究,以求能够达到数控机床最佳精度状态。总的来看,市场对机床工具产品的需求已经过渡到中高端领域,普通机床产品的市场空间将越来越小。(3)控制智能化当今的市场充分证明,现在数控机床的智能化已经成为市场的热门需求和话题,智能化是机床行业发展趋势,个性化定制、系统解决方案,以技术为依托为客户提供智能输送整体解决方案,正在逐步变成现实。数控技术的智能化主要包括加工过程自适应控制技术、加工参数的智能优化与选择、智能故障自诊断与自修复技术、智能故障回放和故障仿真技术、智能化交流伺服驱动装置、智能4M数控系统等。(4)极端化(大型化和微型化)随着我国高精密产业的发展,数控机床越来越凸显出其自身优势,其能够适应我国大型机械化发展趋势,不仅可以满足大型装备的功能性要求,还满足了其精度要求。目前,航空航天、半导体、光学部件、超精密轴承等零件加工,引入了超精密加工技术、纳米级技术,该技术要求发展能适应微小型尺寸和微纳米加工精度的新型制造工艺和装备,而数控机床与传统机床球体磨床相比,增加了数控系统和相应的监控装置等,应用了大量的电气、液压和机电装置,使失效的概率大幅度降低。(5)网络化数控机床主要着眼于以数字化和网络化为支持的智能化生产,网络化是其必然的发展趋势。数控机床的网络化发展,能够实现数据参数的有效流通、共享,便于对数控机床的远程监控。(6)加工过程绿色化环境问题是全球性问题,特别是对于我国来说,环境问题目前已经成为中国社会经济发展面临的严重挑战之一,这一问题的日益突出和扩大,已经影响到区域的生态安全和可持续发展。数控机床的生产过程中需要大量资源,随着人们环保意识的增强,资源和环境问题得到了广泛的重视,近年来环保车床不断涌现,环保节能已成为工程机械产品升级的基本特征,绿色制造代表了未来全球发展的方向,环保节能机床的加速发展会使企业在市场上保持竞争优势和领先地位。
3本零件的设计分析
3.1零件图纸的工艺分析
3.2加工难点及处理方案
分析图纸可知,此零件表面由圆柱、顺圆弧、逆圆弧、圆锥、槽、螺纹等组成,对平面度的要求很高,为提高零件的质量,需要根据零件的形状、尺寸大小和形位公差要求选择合理的加工方案:(1)结合加工零件的形状和材料等条件,选用CJK6032数控机床。(2)对图样上给定的几个精度要求较高的尺寸,编程时采用中间值。(3)加工工序为:预备加工—车端面—粗车右端轮廓—精车右端轮廓—切槽—工件调头—车端面—粗车左端轮廓—精车左端轮廓—切退刀槽—粗车螺纹—精车螺纹。
3.3零件设备的选择
根据轴类零件的特点,既有切槽尺寸精度又有圆弧数值精度,该零件的加工对于技术要求更为严格,而普通车床加工设备很明显不具备该优势。而数控车床加工精度高,能做直线和圆弧插补,且刚性良好,能方便和精确地进行人工补偿和自动补偿,可以保障其加工的尺寸精度和表面质量。根据零件的工艺要求,可以选择经济型数控车床,本文选用CJK6032数控机床加工该零件。该机床采用的是步进电动机形式半闭环伺服系统,设置三爪自定心卡盘、普通尾座或数控液压尾座,适合车削较长的轴类零件,且机构简单,价格相对较低。
3.4刀具与切削用量的选择
影响数控车床切削效率的因素有很多,主要有人为因素、环境因素及刀具和切削用量的选择,这些都制约着数控车床的工作状态,尤其是对于刀具的合理选择,能够加快数控车床的工作效率,保证零件加工质量。刀具的选择标准是刀具复杂程度、制造和磨刀成本。相对于普通机床而言,数控加工对刀具在刚性、精度、耐用度上有着更为严格的要求,同时,还要求所选择的道具尺寸稳定、便于安装调试。工件材料的切削加工性能是很复杂的,强度、硬度、塑性、提供冷切削加工、机械性能都跟工件的材料有关。经过研究图纸发现,该轴零件加工中,刀具与工件之间的切削力较大,所以选择45钢为该轴类零件的材料。
3.5设置刀点和换刀位