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2017年第4期(发布时间: Nov 21, 2017 发布者:icad)  下载: 2017年第4期.doc       全选  导出
1   2017-11-21 16:39:13.21 工业4.0下我国精密数控机床市场空间巨大 (点击量:33)

 我国精密数控机床行业起步于20世纪60年代,经历了几十年的快速发展后,行业规模和技术水平都有了较大的提升,但与外资企业相比,整体竞争力仍有差距。行业整体集中度较低,尚未有某一企业占据绝对优势,市场竞争较为激烈。改革开放以来,我国国民经济高速发展,各行各业需求大量的制造装备,推动了我国机床行业的发展。

  近年来,国务院印发了《中国制造2025》制造强国行动纲领,瞄准高档数控机床、集成电路及专用装备、信息通信设备、航空航天装备、节能与新能源汽车等战略重点,引导社会各类资源集聚,推动优势和战略产业快速发展。在此背景下,精密数控机床行业自身及其下游配套行业均得到了快速的发展,其中,行业中从事精密数控机床设备制造的企业,因其技术含量高、产品质量稳定、性价比高等优势市场需求比较旺盛。

  我国目前正处于工业化进程的中期阶段,是从解决短缺为主的脱贫到发展经济强国致富之路的关键阶段,下游强劲的发展势头带动了对数控机床的巨大需求,中国已经超过德国,成为世界第一大机床市场,数控机床已成为机床消费的主流。我国未来数控机床市场巨大,中高档数控机床的比例将显著增加,经济型数控机床比例将基本持平,而非数控普通机床的需求将大幅降低。新思界发布的《2017-2021年中国精密数控机床行业市场深度调研与发展趋势预测研究报告》显示,2016年,中国数控机床市场规模已达到1862亿元,到2020年我国数控机床行业的资产规模将超过2700亿元,行业未来发展空间巨大。同时,我国自主研发生产的机床设备仍以中低端产品为主,数控机床高端产品仍主要依赖进口。随着我国数控机床设备技术的不断升级,未来高端数控机床设备领域进口替代空间广阔。

  工业4.0下我国精密数控机床市场空间巨大

  精密数控机床行业内厂商众多,整个行业的市场化程度较高,市场竞争比较激烈。随着数控机床行业技术水平的不断升级,其下游应用领域也不断扩大,目前精密数控机床设备行业下游应用领域涉及传统机械工业、汽车工业、电力设备、铁路机车、船舶、国防工业、航空航天工业、石油化工、工程机械、电子信息技术工业以及其他加工工业等。行业市场供求状况主要受下游消费电子产品、LED产品、太阳能光伏设备、航空航天设备以及集成电路工业等行业的综合影响。

  目前行业整体竞争格局分为三个层次:第一层次为梅耶伯格、小松NTC株式会社、安永株式会社、莱玛特国际、日本创技、日本滨井、高鸟株式会社等,这些国际企业的产品技术含量高,价格较高,占据了我国精密加工数控机床设备行业的高端市场;第二层次为国内具备一定核心竞争力的企业,主要包括晶盛机电、宇环数控、苏州赫瑞特、江西新航科技及中国电子科技集团公司第四十五研究所等;第三层次为数量众多的低端企业,产品技术含量较低,同质化严重,缺乏核心竞争力,竞争非常激烈。

  新思界行业分析人员表示, 随着产业结构调整的不断推进,新材料、新技术、新工业的不断突破,我国制造业对高精度零部件、配件需求不断增长,下游细分行业对多线切割机及研磨抛光机等精密数控机床设备产品的品质、功能等多方面要求也会越来越高,这直接增加了多线切割机及研磨抛光机高端产品的需求,且这类中高端精密加工数控机床设备在整个行业中所占比重将继续增大,利润水平也将继续得到提升。

2   2017-11-21 16:39:43.023 浅析智能机床发展 (点击量:23)

现代制造业竞争力强弱,突出表现在是否充分利用新兴信息化技术提升工业的智能化应用水平。因此,制造业将信息技术不断深入应用到产品设计、生产、装配和服务的各个环节。智能机床正是在信息技术不断深入应用下的产物。它利用传感技术和基于大数据的知识储备,实现智能操控和决策,成为智能工厂乃至智能制造的重要组成部分。

智能机床发展

如何定义智能机床,它能解决那些问题?通过对国内外智能机床的了解,我们认为它需要明确四个问题,即目标、感知、决策和执行。在目标明确下,智能机床能对自己进行监控,可自行分析众多与加工状态环境的相关因素,最后自行采取应对措施来保证最优化的加工效果。简单地说,机床可自适应柔性和高效生产系统的要求,如实现生产线自动控制、工件自动调度、自动监控,部分关键工序实现工件质量自动检测,刀具实现在线磨损监控,自动补偿和自动报警等。

国外智能机床的发展趋势

在国外众多智能机床中,我们撷取特点突出的三家公司的产品进行简要介绍。

MAZAK 公司的“Smooth Technology”(流畅技术)体现了智能机床的最新发展。其数控系统MAZATROL Smooth配备Windows8 PC的数控系统以及先进软件,极大地提高了加工效率。通过控制直线轴和转动轴的最佳加速度,使5轴联动加工的效率提高30%;利用简单调谐功能,可根据加工工件自由调整加速度、转角精度、平滑度等参数,使之最优化。客户自身可简单方便地进行加工时间优先、加工面精度优先、或加工形状优先等个性化选择。此外,还具有“全面工厂经营支持”功能:通过开放的系统结构设计,借助智能手机、平板电脑等外部终端对设备的运转状况进行监控。

机床在运行过程中,振动和温升往往是影响加工质量和加工效率的因素。大隈公司的OSP系统针对这两个问题开发的智能模块,通过抑制温升保证了加工稳定性;通过选择振动区间,保证了零件精度和表面光洁度;通过模拟加工条件,避免撞击,保障加工安全的同时大幅缩短停机准备时间。

以下就主要智能技术模块做一简单介绍。

振动智能模块

机床的各坐标轴加、减速时产生的振动,直接影响加工精度、表面粗糙度、刀尖磨损和加工时间,主动振动控制模块可使机床振动减至最小。例如,日本MAZAK公司智能机床,在采用主动振动控制技术后,进给量为3000mm/min,加速度为0.43g时,振幅由4μm减至1μm,见图1、图2。

再如大隈公司开发的Machining Navi工具。利用轴转速与振动之间振动区域(不稳定区域)和不振动区域(稳定区域)交互出现这种周期性变化,搜索出最佳加工条件,最大限度地发挥机床与刀具的能力。这个模块具有2项铣削和1项车削智能加工条件搜索。

其中铣削功能Machining Navi M-i是针对铣削主轴转速的自动控制。工作流程为:自动进行传感器振动测定—最佳主轴转速计算—主轴转速指令的变更。

另外一个铣削功能Machining Navi M-g是铣削主轴转速优化选择。根据传感器收集的振动音频信号,将多个最佳主轴转速候补值显示在画面上,然后通过触摸变更到所显示的最佳主轴转速,便可快捷地确认其效果。

此外,应用在车床的技术Machining Navi L-g通过调节主轴转速和变化频率,按照最佳的幅度和周期变化,从而抑制车削时的加工振动。车削主轴转速的自动控制则通过自动调节主轴,达到最佳车削效果。下图显示使用Machining Navi L-g前后对比情况。

智能热补偿系统ITC

高速加工中不可避免会产生大量热量,即便在机械结构和冷却方式上作相关处理,但仍然不能百分之百解决问题。所以在高度精确的加工中,机床操作人员通常需要在开机后等上一段时间,待机床达到热稳定状态后再开始加工,或者在加工过程中人为地输入补偿值来调整热漂移。

瑞士米克朗公司通过长期对切削热对加工造成影响的研究,积累了大量的经验数据。内置了这些经验值的智能热控制模块能自动处理温度变化造成的误差,图6。

大隈公司考虑到工件的加工精度会因“机床周围的温度变化”、“机床产生的热量”、“加工产生的热量”出现较大变化,提出了Thermo-Friendly Concept热亲和概念,并借助机床结构的高精度热位移补偿技术,热位移结构对称技术、温度分布均匀分布设计,使用户不必采取特殊措施,便能在普通的工厂环境中实现高精度加工。

在机床结构的设计上,大隈采用了对称结构、箱式组合结构和热均衡结构,如下图。

大隈公司的高精度热变形补偿技术包括主轴热位移控制Thermo Active Stabilizer-Spindle,简称TAS-S和环境热位移控制Thermo Active Stabilizer-Condition,简称TAS-C两项技术。

主轴热位移控制技术针对主轴在旋转时和停止时会产生很大热位移的问题,它不仅令主轴产生变化,而且直接影响加工精度。TAS-S功能考虑到主轴温度、主轴旋转、主轴转速变化、主轴停止等各种状态,即使转速频繁发生变化,也能准确地控制主轴的热位移。

在环境温度变化的情况下进行加工,加上机床构造的热位移、工件在工作台上的装卡位置以及工件大小都会影响加工尺寸。环境热位移控制功能TAS-C根据机床的热位移特性,利用布置恰当的传感器所感知的温度信息,和进给轴的位置信息,推测出机床构件的热位移,并进行准确补偿。

3   2017-11-21 16:40:04.863 我国精密数控机床行业市场竞争较为激烈 (点击量:8)

我国精密数控机床行业起步于20世纪60年代,经历了几十年的快速发展后,行业规模和技术水平都有了较大的提升,但与外资企业相比,整体竞争力仍有差距。行业整体集中度较低,尚未有某一企业占据绝对优势,市场竞争较为激烈。改革开放以来,我国国民经济高速发展,各行各业需求大量的制造装备,推动了我国机床行业的发展。

  

  近年来,国务院印发了《中国制造2025》制造强国行动纲领,瞄准高档数控机床、集成电路及专用装备、信息通信设备、航空航天装备、节能与新能源汽车等战略重点,引导社会各类资源集聚,推动优势和战略产业快速发展。在此背景下,精密数控机床行业自身及其下游配套行业均得到了快速的发展,其中,行业中从事精密数控机床设备制造的企业,因其技术含量高、产品质量稳定、性价比高等优势市场需求比较旺盛。

  我国目前正处于工业化进程的中期阶段,是从解决短缺为主的脱贫到发展经济强国致富之路的关键阶段,下游强劲的发展势头带动了对数控机床的巨大需求,中国已经超过德国,成为世界第一大机床市场,数控机床已成为机床消费的主流。我国未来数控机床市场巨大,中高档数控机床的比例将显著增加,经济型数控机床比例将基本持平,而非数控普通机床的需求将大幅降低。新思界发布的《2017-2021年中国精密数控机床行业市场深度调研与发展趋势预测研究报告》显示,2016年,中国数控机床市场规模已达到1862亿元,到2020年我国数控机床行业的资产规模将超过2700亿元,行业未来发展空间巨大。同时,我国自主研发生产的机床设备仍以中低端产品为主,数控机床高端产品仍主要依赖进口。随着我国数控机床设备技术的不断升级,未来高端数控机床设备领域进口替代空间广阔。

  精密数控机床行业内厂商众多,整个行业的市场化程度较高,市场竞争比较激烈。随着数控机床行业技术水平的不断升级,其下游应用领域也不断扩大,目前精密数控机床设备行业下游应用领域涉及传统机械工业、汽车工业、电力设备、铁路机车、船舶、国防工业、航空航天工业、石油化工、工程机械、电子信息技术工业以及其他加工工业等。行业市场供求状况主要受下游消费电子产品、LED产品、太阳能光伏设备、航空航天设备以及集成电路工业等行业的综合影响。

  目前行业整体竞争格局分为三个层次:第一层次为梅耶伯格、小松NTC株式会社、安永株式会社、莱玛特国际、日本创技、日本滨井、高鸟株式会社等,这些国际企业的产品技术含量高,价格较高,占据了我国精密加工数控机床设备行业的高端市场;第二层次为国内具备一定核心竞争力的企业,主要包括晶盛机电、宇环数控、苏州赫瑞特、江西新航科技及中国电子科技集团公司第四十五研究所等;第三层次为数量众多的低端企业,产品技术含量较低,同质化严重,缺乏核心竞争力,竞争非常激烈。

  新思界行业分析人员表示, 随着产业结构调整的不断推进,新材料、新技术、新工业的不断突破,我国制造业对高精度零部件、配件需求不断增长,下游细分行业对多线切割机及研磨抛光机等精密数控机床设备产品的品质、功能等多方面要求也会越来越高,这直接增加了多线切割机及研磨抛光机高端产品的需求,且这类中高端精密加工数控机床设备在整个行业中所占比重将继续增大,利润水平也将继续得到提升。

4   2017-11-21 16:40:56.873 智能制造发展催生市场热潮 机床行业迎突破关键期 (点击量:12)

随着“机器换人”渐成主流,特别是前沿科技的全面爆发,推动了我国制造业自动化、智能化发展持续提速,也拉动了我国机床市场的回暖升温。在当前的机遇与挑战下,国内机床企业还需扣准智能制造发展形势,以“匠心”姿态寻求突破。

  制造业发展带动机床市场升温

  2017年以来,我国制造业发展持续稳步提升。据国家统计局网站最新统计数据显示,2017年9月份,我国制造业采购经理指数(PMI)为52.4%,比上月上升0.7个百分点,制造业继续保持稳中向好的发展态势,扩张步伐有所加快。

  智能制造发展催生市场热潮 机床行业迎突破关键期

  机床是制造业中的“工作母机”,在智能制造加速发展的积极态势下,机床行业的市场需求也呈现提升之势。其实,从2016年下半年开始,我国机床行业就开始趋稳向好,自动化成套、定制化及换挡升级等方面出现明显的上升势头。

  进入2017年后,中国机床市场发展更为迅猛。相关资料显示,目前中国数控机床消费总额占全球比例已高达42%,机床保有量不断提高。但是由于国内机床目前仍然存在的一些缺陷,例如低端产品产能过剩、产品同质化程度高、产能利用低,国内市场的大蛋糕被日本和德国等国外机床制造商切走了很大一块。

  日本、德国机床制造商填补国内市场缺口

  日本和德国的制造实力长期以来都享誉全球。虽然近期曝出了日本制造业的巨大丑闻,但是不可否认,在很多关键技术上,其固有优势是实实在在的。因而,在国内机床市场需求量大增,而国内企业又无法完全满足的情况下,日本和德国的机床行业就迎来了“阵阵春风”。

  据日本机床工业协会公布的数据显示,仅今年8月份,来自中国的订单价值高达302亿日元(约17.8亿元人民币),是去年的2.8倍。其中获得最多订单的企业之一牧野机床在6个月内获得了有史以来数额最高的订单。

  众多德国机床制造商如通快、巨浪、利勃海尔、埃马克、奥美特等则纷纷选择进军中国市场,从生产零配件开始,将越来越多的成套设备、高端装备生产带到中国,根据中国企业需求,推出本地化的机床产品。如今,已有数千台德制机床进入中国各类企业。

  挑战与机遇并存智能化或成突破口

  在行业发展提速、市场需求不断扩张的大好形势下,国内机床企业迎来了机遇,同时也面临着挑战。

  从当前的机床行业市场需求结构角度来看,随着制造业的转型升级,市场对于低端产品的需求正不断下降,而中高端产品的需求则日益上涨,产品单价持续走高。但是由于国外企业在中高端领域一直以来的优势,国内企业的竞争力还有待提高。

  不过,日本、德国等国外企业进军中国市场的同时,虽然带来了竞争压力,也带来了高标准、高品质与高效的服务。在技术转让与市场倒逼的交错助力下,国内的机床企业也正加速转型升级,技术实力与服务水平不断提升,产品创新成果显著。

  未来,鉴于工业自动化与工厂智能化需求还将进一步增长,智能制造发展依然是国内制造业的主流趋势,国内机床企业的发展机遇期还将长时间存在。因此,虽然国外同行的“围剿”依旧,但是国内企业可以关注正在发展、进步阶段的智能机床领域,以智能化、数字化为主要方向,在继续提升核心技术、产品品质和服务能力的基础上,利用大数据、物联网、人工智能等前沿科技,加速实现市场突破,夺取中高端市场份额,赢得行业竞争优势。

5   2017-11-21 16:41:31.753 机床行业产能过剩 行业整合不断提速 (点击量:0)

部门通常在供应商的选择中表现得不积极,因为协助采购部门并不是这些部门的主要工作。如何让这些部门参与进来,公司高层的态度和参与度无疑将起到最为关键的作用。同时为保证技术、质量等其他部门在供应商选择上配合的持续性,需要公司高层制定出相关的流程制度,确保这项工作成为这些部门的一项绩效考核指标。
  公司高层在供应商选择上的参与度,还应该包括他们在供应商选择的前期,对意向性供应商的亲自接触。因为供应商选择是供需双方的一个互动过程,也就是说供需双方必须对彼此树立起信心,建立一个相互信任的渠道,企业高层的参与,会让供应商觉得D公司对他们非常的重视,从而会更加积极主动。
  ◆ 完善供应商的认证和评估
  首先,供应商的考察评估最惧怕的就是主观因素主导,或者领导决定因素主导,这样就无法客观评价供应商的实际状况,因此需要进一步将评估人员的职责明确化。D公司应明确规定,在供应商选择阶段中各相关部门必须积极支持并参与,让这些相关部门潜意识里明确“配合采购部门的供应商选择,也是我们工作的一部分”。
  其次,D公司需要增加并细化供应商评审的内容,将相关参与部门评估部分单独列出,设以权重,以便这些部门单独评分,必须杜绝各部门相互沟通后再打分,进一步提升供应商评估的客观性。
  最后,供应商在认证阶段中出现的问题,相当一部分的责任都可归结为供需双方的沟通问题,比如产能没有预估好、质量标准没有达成共识等,种种这些情况直接导致了新供应商认证的效率低下、甚至认证失败,所以必须加强供需双方之间的有效沟通,两方企业应定期互访,加强对彼此业务的了解。供应商选择人员必须做好中间的联络与沟通工作,促使供应商技术、工艺、质量人员同公司的相关人员有效沟通。
  对于双方在商务上的沟通,必须抱着以诚相待、供需共赢的原则进行,避免双方出现夸大事实、甚至欺骗行为的发生。当出现任何问题时,应建立相应的投诉、举报渠道,规避任何工作人员因私而导致双方合作利益的损害。
  ◆ 供应商选择人员的改进
  目前,D公司的采购工程师大部分存在供应商选择方面经验不足,业务水平欠缺的问题,这可能需要一定的时间让他们去实践和总结。如果D公司重新招聘新的有经验的供应商选择工程师,短期内也不一定有效,因为刚招聘的新员工究竟能否达到你想要的实力,以及是否能对企业充分了解,需要一段考察时间,因此存在很大的不确定性。所以想改变目前的现状,最有效的方法就是直接提拔个别采购工程师。
  D公司的采购部门有5位采购工程师,他们当中有个别人是具备供应商选择工程师条件的,但是目前的工作安排方式则没有将有经验的采购人员发掘并利用起来。建议将采购人员的权力分散,规避出现腐败现象。同时根据每位采购工程师的专长,再将产品分别分配给他们,利用公司现有的ERP系统,进行订单处理工作,供应商的管理工作。

6   2017-11-21 16:42:37.667 混合数控机床助力金属增材制造 (点击量:0)

自从20世纪八十年代全面启动关于激光器和激光传导的研究进展,对3D 打印技术一直起着关键的推动作用。3D打印技术的标志性应用是直接根据计算机模型来制造原型,这就是为什么多年来它被称为“快速成型”(rapid prototyping)。
  
    人们一直持续研究着几个领域,其中值得注意的是,高功率固体激光器的问世使得3D打印机生产零件所使用的材料范围更为广泛,现在已经将金属囊括进来了。这种相对较新的技术推动了3D打印技术在商业化方面的进展——可以小批量或中批量制造终端零件,其中许多都由金属制成。的确,能够使用金属材料进行3D打印的平均成本(目前大约是50万美金)使其难以只用于生产原型,但是可以用来制造高价值、高复杂性的零件。3D打印技术的适用范围在扩大,因而被重新命名为增材制造(AM),从而不再局限于任何特定的应用,而是强调其工作原理。
  
    从分离到整合
  
    工业制造行业对增材制造的青睐,尤其是金属,加强了对零件后续处理工艺的需求。尤其是,金属零件几乎总是需要进行一些修整的步骤,通常是加工、抛光或磨削(图1)。
  
 
  图1:重新磨平的叶片部分是用AMBIT激光头修复以及用millGRIND来磨削
  
    增材制造发展初期的动力主要以原型件的制造为焦点,独立的机床结构主宰着这个市场。这种结构很适合设计部门的原型件生产,但对于还需要后续处理加工的制造来说并不是最理想的。特别是独立结构使得零件清洗和转移到下一工序这些工作都需要由人工来完成。
  
    尽管激光增材制造系统在商业上获得了成功,并且具有独特的技术能力,但是还不能生产具有数控加工精度和表面光洁度的零件。当认识到对于增材制造在复杂几何形状和材料选择自由度方面的优势以后,再考虑到需要达到数控加工精度的要求,整个行业对于将这两种技术结合起来的混合加工非常感兴趣。这对于增材制造的研发道路来说是一个关键性的里程碑,它从分离的独立式结构转向与互补性加工设备的一体化整合。
  
    从研究到主流的数控机床
  
    关于增材制造和减材制造技术的组合的研究有着二十年的历史,虽然其带来的效益很有前景,但是直到最近才获得一定的商业化应用。最初的商业化混合产品始于20世纪九十年代后期的一项日本的大学和工业界的联合研究项目, 这个专业的机床将激光粉末熔覆(PBF)与数控机床结合起来,这就是现在Matsuura公司的LUMEX Avance-25。
  
    此外, 大约八年前,学术界和产业界的研究合作开始着手进行金属增材和减材之间的转换,努力想让其如同更换工具一样容易。最终的成果是研发出第一个适合主流数控机床的混合式产品,它给机床增加了激光熔覆(ASTM F42委员会将其定义为一种定向的能量沉积过程)部分(图2)。该系统在2012年被首次展示出来,现在就是我们所知道的由Hybrid Manufacturing Technologies公司研发的AMBIT可转换工具头的激光熔覆系统,它可以将新的和使用过的数控机床升级成能进行金属3D打印的工业3D打印机。
  
 
  图2:AMBIT系统(见插图)对Hamuel HSTM1000机床中的叶片进行激光熔覆
 
    该系统可以改装到现有的数控机床中,或者被充分整合到新的数控机床中,从而给新的数控机床带来附加功能,例如Hamuel HSTM 1000、Mazak INTEGREX i-400 AM和Elb-Schliff millGRIND。通过将主流数控机床作为平台,这一创新带来了一种新的利用增材制造的方式,被称为“增材制造工艺和应用进步的首个范例”,并荣获2015年国际增材制造大奖(IAMA)。
  
    这种混合技术的核心优势就是它能缩短3D打印金属零件的时间,主要是通过先打印出大体的轮廓来实现近净成形,然后通过打印后加工来获得所需的表面光洁度和精度。一开始,它主要用于形状构建、对原有零件进行表面硬化以及叶片和叶轮的一次性整体修理,只需一个步骤就能在待修复的金属表面上进行在线检测和精加工。这种混合修理方法起初是用于Cummins涡轮增压器叶轮的修复,然后又在发电领域用于叶片修理(图3)。
  
 
  图3:用混合式数控机床来修复Cummins涡轮增压器的叶轮  
    从加工到熔覆的切换
  
    正在申请专利的AMBIT激光金属沉积头可以存储在工具库中,并使用标准的工具切换装置来加载到铣削主轴上。加载到主轴后,它将与主轴配套的一个供给装置对接,并由后者来提供激光能量和供给原料,从而在零件上进行非反应性金属粉末熔覆。用同一个数控机床控制器以及定制化的M-codes来控制用于减材的刀具路径。沉积一旦完成,沉积头便会被更换并放回工具库中,然后继续进行加工。将沉积头存储在加工环境以外的地方,可以让其远离机床冷却系统以及其他污染风险(图4)。  
  
  图4:AMBIT激光熔覆头在使用过程中被安装在主轴上,此外便存储在工具库中
  
    在数控机床中加入AMBIT系统,需要安装激光器、送粉器、退出装置和激光安全罩。这些装置的安装不会影响数控机床的铣削能力。
  
    从熔覆到柔性激光加工
  
    将AMBIT激光熔覆系统整合到数控机床中,带来了一种新的光束传导方法,能最大化这种混合技术的作用。这给激光加工带来了新的关注点和机遇。
  
    在每一次使用后,将激光加工头从机床工作间移出是为了保护加工头,以及尽可能避免影响机床的加工性能(通过侵入工作区或避免冷却剂的使用等)。为了在标准的机床工具库中存储激光加工头,必须切断光束路径。要保持光学元件的清洁,操作中需要小心密封光束路径以避免污染。过去五年中,研发的重点之一是如何可靠地将这一步骤实现自动化。通过使用屏蔽罩和密封件的组合,我们也能保护好存储在工具库中的激光加工头。
   
    虽然切断光束路径需要额外的步骤来避免污染,但是也给激光加工带来了新的机会。使用工具切换装置来交换加工头,意味着可以在不同的光学元件之间自动切换。这让激光加工的灵活性提升到一个新的水平,只需一次安装便可改变焦斑尺寸、形状,甚至空间能量分布。这使得在同一装置中进行各种激光加工成为可能,例如在激光熔覆和激光抛光或钻孔之间切换。准连续波(QCW)激光器或多种激光源的使用有希望进一步扩大混合数控机床的加工范围。

7   2017-11-21 16:43:02.203 数控机床遇瓶颈 追赶国外技术仍任重道远 (点击量:1)

作为装备制造业的“工作母机”,“中国制造2025 ”将数控机床的战略地位提升到一个新高度。然而,数据显示,高档数控机床中国产数控系统市场占有率只有5%。分析人士认为,高端数控机床国产化的市场推广是当前行业发展瓶颈所在,一旦突破,替代进口在望。

  差距

  机床数控系统发端于上世纪五十年代的美国。20世纪70年代后期,日本企业使其得到广泛推广。历史上,机床数控系统的控制元件大致经历了三次变化:电子管——晶体管——集成电路。由于中国在计算机和集成电路领域远远落后于发达国家,中国机床数控系统技术也彻底落后了。

  改革开放以后,机床数控产业经历了“六五”期间技术引进、“七五”期间技术消化吸收、“八五”期间技术自主开发、“九五”到“十二五”期间中低档数控技术产业化和高档数控系统缩小差距的艰难发展过程。

  作为衡量一个国家装备制造业发展水平的重要标志,数控技术成为战略性核心技术,五轴联动以上高档数控系统和机床装备被视作国际战略物资,受到西方国家严格的出口限制。我国曾经引进国外数控系统技术,但对方都采取“高附加值产品销售—落后技术转让—合资办厂”等手段。至今,我国高档数控机床依然以国外数控系统为主。

  先消化外国先进技术,再走“自主开发”路子的设想并没有实现。从中国机床产量峰值时的2010年数据来看,中国低档经济型机床占比60%,其中95%是国产数控系统;中档标准型机床占比38%,其中国产数控系统占20%;高档机床占比2%,其中国产高档数控系统仅占2%。

  突破

  2009年以来,国家通过实施重大科技专项“高档数控机床与基础制造装备”(04专项),大力推动高档机床国产化技术攻关。两年多后,华中数控、广州数控、大连光洋、沈阳高精、航天数控等5家受支持数控系统企业,攻克了数控系统软硬件平台、高速高精、多轴联动、总线技术、纳米插补等一批高档数控系统关键技术,研制出全数字总线式高档数控系统产品样机,实现从模拟接口、脉冲接口到全数字总线控制、高速高精的技术跨越。

  2012年,04专项数控系统任务部署转向两个标靶:一是具有五轴联动、多通道、高速高精、车铣复合等功效的高档数控系统(对标西门子840D),华中数控、大连光洋接棒高档型数控系统开发和应用验证;二是市场上量大面广的中档普及性、标准型技术(对标发那科0i系统),广州数控、华中数控承担标准型数控系统开发及产业化课题。同时,04专项还立项支持了一批航空航天、汽车、发电装备和船舶制造企业应用国产数控机床和数控系统。

  令人欣喜的是,在一些关键领域,中国厂商已突破关键核心技术,形成了一批标志性产品。

  航空领域,自主研制了800MN大型模锻压机、120MN铝合金板张力拉伸机等重型锻压设备,填补了国内航空领域大型关重件整体成形技术空白,为军机跨代发展和大飞机研制提供了强有力的保障。

  汽车制造领域,大型快速高效数控全自动冲压生产线在与世界一流企业的国际竞标中,赢得美国汽车本土工厂生产线的批量订单,得到了国际同行的认可和尊重。目前,汽车覆盖件冲压线国内市场占有率超过70%,全球市场占有率已超过30%,有力地推动了国产汽车装备自主化。

  发电设备领域,3.6万吨黑色垂直金属挤压机实现了1000MW超超临界火电机 组所用的国产高端耐热钢大口径厚壁无缝钢管自主化生产;大型开合式热处理设备生产出亚洲最大的核电整锻转子锻件,形成了大型转子的批量化生产能力;为三代核电核岛和常规岛设备研制的超重型数控立式车铣复合加工机床、数控重型桥式龙门五轴联动车铣复合机床、超重型数控落地铣镗床、超重型数控卧式镗车床、专用数控轴向轮槽铣床等,解决了核电压力容器和吊篮、热交换器、汽轮机缸体、发电机转子等加工难题,已在多台核电装备上装机应用。

  困境

  国产数控系统最近两年取得的成绩有目共睹。然而,国外数控系统在中国市场耕耘了四十多年,凭借产品在技术上、性能上的优势,早已培育出很好的市场品牌、客户美誉度及用户使用习惯,形成了一个“市场生态圈”。

  因此,也有业内人士指出,虽然国产机床数控系统技术上与国外的差距在缩小,但技术突破不等于市场突破。目前,国产数控系统较大问题是高端客户认同度低,包括国防军工企业,还不信任国产高档数控系统在可靠性、功能方面能满足它们的要求。

  推动商业应用,开拓市场,成为当下发展数控系统产业最现实的问题。04专项对此有明确要求:到2020年,高档数控系统、关键功能部件与主机实现批量配套,并得到应用示范;国产标准型数控系统市场占有率从30%提高到60%以上;国产高档数控系统的市场占有率将从现在的2%提高到20%左右。

  中国工程院院士联合向高层建言,大力推动高档数控机床的国产化,希望国家从多个层面,全力支持产业化关键期的中国中高档数控机床。比如,改变当前数控机床采购中的“不平等”状态,即政府采购指定国外品牌,而不是理直气壮地支持国产货。

  当然,国产数控系统要想真正铺开市场,还需结合行业应用,做出自身特色。一旦市场认可,进口替代不是梦。

8   2017-11-21 16:49:17.837 如何解决数控机床爬行问题? (点击量:0)

在驱动移动部件低速运行过程中,数控机床进给系统会出现移动部件开始时不能启动,启动后又突然作加速运动,而后又停顿,继而又作加速运动,移动部件如此周而复始忽停忽跳、忽慢忽快的运动现象称为爬行。而当其以高速运行时,移动部件又会出现明显的振动。
 
    对于数控机床进给系统产生爬行的原因,一般认为是由于机床运动部件之间润滑不好,导致机床工作台移动时静摩擦阻力增大;当电机驱动时,工作台不能向前运动,使滚珠丝杠产生弹性变形,把电机的能量贮存在变形上;电动机继续驱动,贮存的能量所产的弹性力大于静摩擦力时,机床工作台向前蠕动,周而复始地这样运动,产生了爬行的现象。
 
 
 
    事实上这只是其中的一个原因,产生这类故障的原因还可能是机械进给传动链出现了故障,也可能是进给系统电气部分出现了问题,或者是系统参数设置不当的缘故,还可能是机械部分与电气部分的综合故障所造成。
 
    爬行与振动故障的诊断与排除
 
    对于数控机床出现的爬行与振动故障,不能急于下结论,而应根据产生故障的可能性,罗列出可能造成数控机床爬行与振动的有关因素,然后逐项排队,逐个因素检查、分析、定位和排除故障。查到哪一处有问题,就将该处的问题加以分析,看看是否是造成故障的主要矛盾,直至将每一个可能产生故障的因素都查到。最后再统筹考虑,提出一个综合性的解决问题方案,将故障排除。排除数控机床进给系统爬行与振动故障的具体方法如下:
 
    对故障发生的部位进行分析
 
    爬行与振动故障通常需要在机械部件和进给伺服系统查找问题。因为数控机床进给系统低速时的爬行现象往往取决于机械传动部件的特性,高速时的振动现象又通常与进给传动链中运动副的预紧力有关。
 
    另外,爬行和振动问题是与进给速度密切相关的,因此也要分析进给伺服系统的速度环和系统参数。
 
    机械部件故障的检查和排除
 
    造成爬行与振动的原因如果在机械部件,首先要检查导轨副。因为移动部件所受的摩擦阻力主要是来自导轨副,如果导轨副的动、静摩擦系数大,且其差值也大,将容易造成爬行。
 
    尽管数控机床的导轨副广泛采用了滚动导轨、静压导轨或塑料导轨,如果调整不好,仍会造成爬行或振动。静压导轨应着重检查静压是否建立;塑料导轨应检查有否杂质或异物阻碍导轨副运动,滚动导轨则应检查预紧是否良好。
 
    导轨副的润滑不好也可能引起爬行问题,有时出现爬行现象仅仅就是导轨副润滑状态不好造成的。这时采用具有防爬作用的导轨润滑油是一种非常有效的措施,这种导轨润滑油中有极性添加剂,能在导轨表面形成一层不易破裂的油膜,从而改善导轨的摩擦特性。
 
    其次,要检查进给传动链。在进给系统中,伺服驱动装置到移动部件之间必定要经过由齿轮、丝杠螺母副或其他传动副所组成的传动链。有效提高这一传动链的扭转和拉压刚度,对于提高运动精度,消除爬行非常有益。
 
    引起移动部件爬行的原因之一常常是因为对轴承、丝杠螺母副和丝杠本身的预紧或预拉不理想造成的。传动链太长、传动轴直径偏小、支承和支承座的刚度不够也是引起爬行的不可忽略的因素,因此在检查时也要考虑这些方面是否有缺陷。
 
    另外机械系统连接不良,如联轴器损坏等也可能引起机床的振动和爬行。
 
    进给伺服系统故障的检查和排除
 
    如果爬行与振动的故障原因在进给伺服系统,则需要分别检查伺服系统中各有关环节。应检查速度调节器、伺服电机或测速发电机、系统插补精度、系统增益、与位置控制有关的系统参数设定有无错误、速度控制单元上短路棒设定是否正确、增益电位器调整有无偏差以及速度控制单元的线路是否良好等环节,逐项检查分类排除。
 
    速度调节器的检测
 
    对速度调节器的故障,主要检测给定信号、反馈信号和速度调节器本身是否存在问题。给定信号可以通过由位置偏差计数器出来经D/A转换给速度调节器送出的模拟信号VCMD的检测实现,这个信号是否有振动分量可以通过对伺服板上的插脚用示波器来观察。如果就有一个周期的振动信号,那毫无疑问机床振动是正确的,速度调节器这一部分没有问题,而是前级有问题;然后向D/A转换器或偏差计数器去查找问题,如果我们测量结果没有任何振动的周期性的波形,那么问题肯定出在反馈信号和速度调节器。
 
    测速电机反馈信号的检测
 
    反馈信号与给定信号对于调节器来说是完全相同的。因此出现了反馈信号的波动,必然引起速度调节器的反方向调节,这样就引起机床的振动。由于机床在振动,说明机床的速度在激烈的振荡中,当然测速发电机反馈回来的波形也一定是动荡的。这时如果机床的振动频率与电机旋转的速度存在一个准确的比率关系,譬如振动的频率是电机转速的四倍频率。这时我们就要考虑电机或测速发电机有故障的问题。
 
    电机检查
 
    当机床振动频率与电机转速成一定比率,首先就要检查一下电动机是否有故障,检查它的碳刷、整流子表面状况,以及检查滚珠轴承的润滑情况。
 
    另外电动机电枢线圈不良也会引起系统振动。这种情况可以通过测量电动机的空载电流进行确认,若空载电流随转速成正比增加,则说明电动机内部有短路现象。出现本故障一般应首先清理换向器、检查电刷等环节,再进行测量确认。如果故障现象依然存在,则可能是线圈匝间有短路现象,应对电动机进行维修处理。如果没有什么问题,就要检查测速发电机。
 
    脉冲编码器或测速发电机的检测
 
    对于脉冲编码器或测速发电机不良的情况,可按下述方法进行测量检查。首先将位置环、速度环断开,手动电动机旋转,观察速度控制单元印制电路板上F/V变换器的电压,如果出现电压突然下跌的波形,则说明反馈部件不良。
 
    测速发电机中常常出现的一个问题是炭刷磨下来的炭粉积存在换向片之间的槽内,造成测速发电机换向片片间短路,一旦出现这样的问题就会引起振动。
 
    系统参数的调节
 
    一个闭环系统也可能是由于参数设定不合理而引起系统振荡,消除振荡的最佳方法就是减少放大倍数。在FUNAC的系统中调节RV1,逆时针方向转动,这时可以看出立即会明显变好,但由于RV1调节电位器的范围比较小,有时调不过来,只能改变短路棒,也就是切除反馈电阻值,降低整个调节器的放大倍数。
 
    外部干扰的处理
 
    对于固定不变的干扰,可检查F/V变换器、电流检测端子以及同步端的波形,检查是否存在干扰,并采取相应的措施。对于偶然性干扰,只有通过有效的屏蔽、可靠的接地等措施,尽可能予以避免。
 
  采用这些方法后,还做不到完全消除振动,甚至是无效的,就要考虑对速度调节器板更换或换下后彻底检查各处波形。

9   2017-11-21 16:45:54.007 快速成型技术在新产品快速设计与制造中的应用研究 (点击量:0)

1 引言
    近二十年来,制造业市场环境发生了巨大变化:一方面表现为消费者兴趣的短时效性和消费者需求日益主体化、个性化及多元化;另一方面则是区域性、国际性市场壁垒的淡化或打破.使制造厂商不得不着眼于全球市场的激烈竞争。快速将多样化的产品推向市场是制造商把握市场先机而求生存的重要保障。由此导致了制造价值观从面向产品到面向顾客的重定向、制造战略重点从成本与质量到时间与响应的转移等 此可视为各国致力于CIMS、并行工程、敏捷制造等现代制造模式研究与实践的重要背景。传统制造业的战略是规模效益第一.80年代又提出价格第一和质量第一,90年代以来.已发展为市场响应第一。快速响应制造已成为国际研究的热点。自动化制造系统是以响应市场定单为重点的。如今市场的机遇要靠企业去把握、去创造。因此,产品的快速开发是快速响应制造的龙头,将成为赢得21世纪国际市场竞争的关键。
    80年代以来,由于光、机、电、材料科学的发展,一个基于材料累加原理的快速原型制造技术(RP)诞生了。短短几年之内,这一技术就为制造业广泛接受。利用这一技术可以在计算机控制下,迅速将CAD数字模型变为零件的物理模型。因而CAD——RP原型——评价——CAD修改已逐渐成为保证一次设计成功的新设计模式。在家电、汽车制造业中,模具成形零件占了制造工时的50% ~70%。近几年来发展起来的基于RP的RT技术,可以快速将RP原型复制出各种工程材料的样件或小批量功能零件,实现产品的试产试销,以争取定单或占领市场。 RT技术还可 以迅速获得电极制造钢制模具。这一方法可制造注塑模、压铸模、冲压模等各类精密复杂模具。目前快速成型技术已经广范应用于汽车、航空航天、船舶、家电、工业设计、医疗、建筑、工艺品制作以及儿童玩具等领域,并且随着这一技术本身的不断发展和完善,其应用范围将不断拓广。
    2 快速成型技术在产品的快速开发中的应用与案例
    2.1 产品的设计评估与审核
    在现代产品设计中,设计手段日趋先进.CAD计算机辅助设计使得产品设计快捷、直观,但由于软件和硬件的局限,设计人员仍无法直观地评价所设计产品的效果、结构合理性及生产工艺的可行性。为提高设计质量,缩短生产试制周期。快速成型系统可在几个小时或几天内将设计人员的图纸或CAD模型转化成现实的模型和样件。这样就可进行设计评定,迅速地取得用户对设计的反馈意见。同时也有利于产品制造者加深对产品的理解,合理地确定生产方式、工艺流程。与传统模型制造相比,快速成型方法速度快,能够随时通过CAD 进行修改与再验证,使设计走向尽善尽美。传统的手工模型制作与快速成型在产品的设计与评估中的比较见表1。
    由表1的比较可以看出,虽然快速成型制作的成本高一些,但在新产品的快速开发成为企业生存与发展的瓶颈的市场环境下,快速成型制作已成为企业新产品开发的必要环节。
    2.2 产品功能试验
    由快速成型制作的原型具有一定的强度,可用于传热、流体力学试验,可用于产品受载应力应变的实验分析。例如,美国GM 在为其1997年将推出的某车型开发中,直接使用快速成型制作的模型进行车内空调系统、冷却循环系统及冬用加热取暖系统的传热学试验,较之以往的同类试验节省花费达40% 以上。某国防厂引信叶轮的开发的传统流程为:设计一制作钢模具一尼龙66成型一功能实验一设计修改,开发周期为3~5M,费用为2~4万元,后来采用快速成型工艺制作叶轮的树脂模型,直接用于弹道试验,引信叶轮的临界转速高达50 000 r/min,制作时间为1.5h,费用仅为400元,极大地加快了我国导弹引信的开发速度。
    2.3 与客户或订购商的交流手段
    在国内外,制作RP原型成为某些制造商家争夺订单的手段。例如西安某公司,利用西安交通大学LPS600型快速成型机及以此为基础的快速模具制造技术,仅在接到某进口轿车公司油箱制造标书后的6个工作日内便设计生产出了第一个功能样件,从而在众多的竞争商中夺到年总产值达1000万美元的油箱件的供应合同。另一方面,客户总是更乐意对实物原型“指手划脚”,提出对产品的修改意见,因此快速成型制作的模型成为设计制造商与客户交流沟通的基本条件。
    2.4 快速模具制造
    以快速成型制作的实体模型,结合精铸、金属喷涂、电镀及电极研磨等技术可以快速制造出模具,其制造周期一般为传统的数控切削方法的1/5~1/10,而成本却仅为其1/3~1/5。根据模具材料、生产成本、RP原型的材料、生产批量、模具的精度要求已开发出多种多样的工艺方法。本文仅对实际产品快速开发的常见工艺方法与案例加以介绍。
    2.4.1 用快速成型件作母模,制作硅橡胶模
    当制造的零件件数较少(批量在20~50件)时,一般采用以RP原型作母模,采用室温硫化的有机硅橡胶浇注制作硅橡胶模。由于硅橡胶良好的柔性和弹性.对于结构复杂、花纹精细、无拔模斜度(甚至有一定倒拔模斜度)以及具有深凹槽的零件来说,制件浇注完成后均可直接取出。该工艺方法可以快速、容易而廉价地小批量生产各种塑料零件和石蜡模型,在航空航天、体育用品、玩具和装饰设备等领域应用广泛。制作生产周期为1周左右。成本为钢模的1/15~1/20。
    2.4.2 金属喷涂(Metal Spraying)制模法
    当模具要求的寿命在3 000件以下时,一般采用以RP原型作母模,将低熔点的熔化金属(如锌铝台金)充分雾化后以一定的速度喷射到母模的表面,形成模具型腔表面,充填背衬复合材料,制作锌铝台金软模具。该工艺方法简单,周期短,型腔表面及其精细花纹一次同时形成。其制作周期为1~2周,成本为数控法加工钢模的1/3~1/5。
    2.4.3 用快速成型件作母模,制作钢模
    当模具要求的寿命在3 000件以上时,可以采用以RP原型作母模,翻制由环氧树脂与碳化硅混合物构成的整体研磨轮(3D砂轮),在石墨电极成型机上研磨出整体石墨电极,或利用电化学原理通过电铸的方法使铜沉积在RP原型表面约2 n1121~3 mm 厚,移去RP原型,得到电极壳体,充填背衬材料,制成整体铜电极。利用以上整体石墨电极或整体铜电极通过电火花加工制造钢模具。该模具制造工艺方法避免了CNC加工,节约了CNC缩程及加工时间,复形精度也较高。其模具制作周期为3~4周,成本为数控法加工钢模的1/2~ 1/3。
    3 结论
    从以上论述可以看出,快速成型技术及以其为基础的快速模具技术在企业新产品的快速开发中有着重要的作用,它可以极大地缩短新产品的开发周期,降低开发阶段的成本,避免开发风险。在二十一世纪,新产品的快速开发成为企业生存与发展命脉,该项技术必将得到广阔的应用与发展。

10   2017-11-21 16:46:19.7 发展先进制造业 推动互联网与实体经济深度融合 (点击量:7)

制造强国、先进制造业、深度融合、世界级先进制造业集群……十九大报告中关于制造业的系列提法,为中国制造业进一步发展指明了方向。对此,相关人士指出,近年来,中国大力振兴制造业,并取得积极进展。接下来,中国还将加快建设制造强国,加快发展先进制造业。在此过程中,促进新一代信息技术与制造业深度融合将成为关键,这也将进一步推动中国制造业从数量扩张向质量提高的转变。

调结构成效显现

中国社科院工业经济研究所中小企业与创新创业研究室主任贺俊对本报记者分析,相对不平衡仍是目前中国制造业发展面临的突出问题,包括先进制造业与传统制造业之间的发展不平衡及行业内部发展水平的差异。这种不平衡要求加快推进产业转型升级、提质增效。近年来,中国在这方面做了一系列工作且有不少积极变化。

工业和信息化部运行监测协调局局长郑立新日前表示,大力振兴制造业取得重要进展。制造业结构调整优化加快。前三季度,电子制造业和装备制造业增加值增长分别快于整体工业7.2和4.4个百分点,这两个行业成为今年拉动工业增长的主要力量。消费品工业增加值快于整体工业1.1个百分点。高技术制造业增加值增速快于整体工业增速6.7个百分点。

国家统计局服务业调查中心高级统计师赵庆河指出,从最新公布的10月份制造业采购经理指数来看,在供给侧结构性改革不断发力的带动下,汽车制造业、专用设备制造业、电气机械器材制造业、医药制造业、食品及酒饮料精制茶制造业、纺织服装服饰业等行业PMI均位于53.0%以上的景气区间,明显高于制造业总体水平。

影响力不断提升

随着中国制造业加快从数量扩张向质量提高的转变,“中国制造”的品牌美誉度和国际影响力显著提升。工信部数据显示,2016年我国工业品出口达到1.99万亿美元,占全球的1/7,是最大的工业品出口国。技术密集型的机电产品超越劳动密集型的轻纺工业品成为出口主力。2016年机电产品和高技术产品出口占货物出口的比重分别达到57.7%和28.8%。

在美国,现在很多人头上戴的、身上穿的、脚下踩的,都是“中国制造”。日前,中车长春轨道客车股份有限公司研制的首批美国波士顿橙线地铁车下线引发了波士顿民众、媒体的高度关注。据悉,这批地铁车辆预计在今年12月份运抵美国,届时,当地民众的出行将不再受限于既有线路运营几十年的“老爷车”,出行体验将得到极大改善。

德新社报道称,令人震惊的是,德国年轻一代对“中国制造”的认同感更高。在18至29岁的群体中,82%已是“中国制造”的消费者。德国权威质量管理机构德国质量协会(DGQ)和德国市场研究机构“Innofact”10月份公布的一项调查研究结果显示,八成德国人认为“中国制造”是“德国制造”的对手。约3/4的受访者认为,“中国制造”的质量20年后会更好。

促升级深度融合

关于制造业的发展,十九大报告提出“加快建设制造强国,加快发展先进制造业,推动互联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合。”“促进我国产业迈向全球价值链中高端,培育若干世界级先进制造业集群。”

中国电子信息产业发展研究院副院长王鹏认为,十九大报告中反复强调“质量”二字,为我们提供了一个认识和理解先进制造业的全新角度:先进制造业要质量高、效益好。因此,先进制造业并不单指技术上前沿和领先的产业,也不仅仅是指新兴产业,传统产业改造提升后如果具有了质量高、效益好的特征,也是先进制造业。

加快发展先进制造业,深度融合成为关键。贺俊指出,互联网、大数据、人工智能等将成为影响全球发展格局的重要部分,将这些与实体经济深度融合,将有助于提升企业生产质量和效率,推动智能制造发展,促进传统产业改造升级,进而助推中国制造业加速提质,向全球价值链中高端攀升。

推动深度融合,相关政策措施已开始推进。日前召开的国务院常务会议通过《深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》,提出结合实施“中国制造2025 ”和“互联网+”,加快建设和发展工业互联网,促进新一代信息技术与制造业深度融合。.