我國數(shù)控機(jī)床發(fā)展中的問題與對策

胡盼旺

摘 要：數(shù)控機(jī)床是裝備制造業(yè)的重要組成部分，是裝備制造業(yè)的母機(jī)，可大大降低工人的勞動強(qiáng)度，提高制造業(yè)的勞動生產(chǎn)率。主要對我國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展和存在的問題作了詳細(xì)的介紹，還就我國數(shù)控機(jī)床未來的發(fā)展提出了建議。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；金屬切削；毛刺；機(jī)理；問題分析

1 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展

數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制機(jī)床的簡稱（Computer numerical control machine tools），是一種具有程序控制系統(tǒng)的自動化機(jī)床。數(shù)控機(jī)床就是在數(shù)字控制下，能在尺寸精度和形狀精度兩方面完成毛坯零件加工所需要形狀的工作母機(jī)的總。數(shù)控機(jī)床較好地解決了復(fù)雜、精密、小批量、多品種的零件加工問題，是一種柔性的、高效能的自動化機(jī)床，代表了現(xiàn)代機(jī)床控制技術(shù)的發(fā)展方向，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。自21世紀(jì)初期，我國已連續(xù)十多年成為世界機(jī)床消費(fèi)和進(jìn)口第一大國?？偟膩碚f，我國數(shù)控機(jī)床的研制工作起步比較晚，大致開始于20世紀(jì)六十年代末期，改革開放后，通過引進(jìn)國外的先進(jìn)數(shù)控技術(shù)，利用國外的先進(jìn)產(chǎn)品配置和技術(shù)，我國的數(shù)控機(jī)床取得了很大的發(fā)展，但總體來說，改革開放初期是以仿制品為主，直到1996年以后，我國的數(shù)控機(jī)床才開始進(jìn)入研發(fā)的階段，質(zhì)量上也有了較大的提高，但與像德國，日本這樣的工業(yè)化強(qiáng)國相比，仍然有很長的路要走。

2 數(shù)控機(jī)床發(fā)展中存在的問題

2.1 可靠性低，關(guān)鍵部件柔弱

可靠性低是國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床，特別是中高檔數(shù)控機(jī)床市場占有率低的主要原因，已成為國內(nèi)機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)瓶頸，理應(yīng)引起行業(yè)和學(xué)術(shù)界的高度關(guān)。數(shù)控機(jī)床的可靠性數(shù)據(jù)積累薄弱，一方面國內(nèi)機(jī)床可靠性研究起步較晚，技術(shù)積累薄弱。而另一方面，工業(yè)發(fā)達(dá)的國家如德國和日本已經(jīng)達(dá)成了一致，對其掌握的先進(jìn)和相對成熟的可靠性設(shè)計和試驗技術(shù)作為其企業(yè)的核心競爭力，嚴(yán)格管控，密不外傳，從而在一定程度上對我國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展帶來了一定的阻力。盡管我國數(shù)控機(jī)床經(jīng)過幾十年的不斷發(fā)展，但是我們也應(yīng)該清楚地看到，在中、高檔數(shù)控機(jī)床的可靠性和數(shù)控機(jī)床的配套設(shè)施方面與發(fā)達(dá)工業(yè)國家相比仍有很大的差距。特別是在某些核心部件和核心技術(shù)層面上依然受制于人。數(shù)控功能部件作為數(shù)控機(jī)床的一個子系統(tǒng)同樣具有機(jī)電一體化的特征，這也是它有別于一般配件或輔件之處。對精密機(jī)床來說，對配件輔件的可靠度要求也應(yīng)該很高，像一些液壓傳動系統(tǒng)、滑動軸承、靜壓滑動軸承、滾珠絲杠和伺服系統(tǒng)等，它們無一不影響機(jī)床的運(yùn)動穩(wěn)定性、平穩(wěn)性和產(chǎn)品精度等級。雖然經(jīng)過我國這幾十年來的發(fā)展，機(jī)械制造工藝突飛猛進(jìn)，但對行業(yè)人士來說，咱們國家的制造工藝始終還是欠點(diǎn)火候兒。

2.2 毛刺問題亟待解決

毛刺形成的根本原因是由于工件材料在刀具加工的最末段發(fā)生嚴(yán)重的塑性變形。毛刺產(chǎn)生宏觀上是由于產(chǎn)生了切削過程的第四變形區(qū)；微觀上是由于在加工的最末端工件背靠支撐強(qiáng)度不夠，材料顆粒不斷發(fā)生滑移、位錯，切屑圍繞工件端部某一點(diǎn)發(fā)生旋轉(zhuǎn)而沒有折斷殘留在工件上形成了毛。

長時間以來，毛刺現(xiàn)象總是被人們忽略，沒有引起人們足夠的重視。盡管有時在生產(chǎn)過程中，人們采用了去毛刺的工藝，但并未嚴(yán)格要求解決毛刺問題，以至于毛刺依然影響著產(chǎn)品表面質(zhì)量的提高。隨著現(xiàn)階段機(jī)械制造業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，人們對產(chǎn)品質(zhì)量的要求也越來越高，特別是一些精密和超精密零件，毛刺對他們的影響是不可忽略的，往往機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的各種各樣的故障都或多或少與毛刺有關(guān)。因此，毛刺問題至今仍然制約著我們機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，阻礙其邁向更高的臺階。毛刺存在工件加工邊、角、棱或已加工表面，直接影響被加工工件的尺寸精度、形位精度和表面粗糙度，使得工件裝配困難，難以滿足加工精度，使得工件裝配困難，難以滿足加工要。

工廠實(shí)踐過程中，往往每一臺數(shù)控機(jī)床旁邊都安排有手工去毛刺的機(jī)械工人，這樣不僅浪費(fèi)了大量的人力物力，降低了數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)效率，而且還使數(shù)控機(jī)床徒有其名，大大降低了自動化機(jī)床的自動化程度。因此，毛刺問題的存在是百害而無一利，在現(xiàn)代加工技術(shù)中不允許毛刺的出現(xiàn)。毛刺是金屬切削加工中普遍產(chǎn)生的現(xiàn)象，也是現(xiàn)如今金屬切削過程中亟需解決的難題。

2.3 自動化水平極低，與其他國家差距明顯

自動化可以理解為工作過程智能化，利用計算機(jī)、信息、網(wǎng)絡(luò)等智能化技術(shù)，對數(shù)控機(jī)床加工過程實(shí)行智能監(jiān)控和人工智能自動編程等。智能監(jiān)控是指在加工過程中，數(shù)控機(jī)床可以實(shí)現(xiàn)對工件的自動找正、自動換刀、自動補(bǔ)償以及對加工過程出現(xiàn)的故障問題等自動解決，而人工智能編程是指數(shù)控機(jī)床可以根據(jù)設(shè)定的程序自動加工出所需要的零。然而，盡管經(jīng)過這么多年的發(fā)展，我國生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床的自動化程度依然很低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及國外的一些產(chǎn)品，比如像日本的森精機(jī)，美國的格里森，德國的德瑪吉等品牌，現(xiàn)如今它們已經(jīng)占據(jù)了世界機(jī)床生產(chǎn)的半壁江山，再加上森精機(jī)和德瑪吉的強(qiáng)強(qiáng)合作，幾乎沒有任何一家數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)商可以撼動它們在世界各國所拓展的工業(yè)市場。作為齒輪聯(lián)動技術(shù)的全球性領(lǐng)袖，齒輪總體解決方案專家，格里森機(jī)床能夠加工復(fù)雜齒及難加工齒，在自動化齒輪加工機(jī)床方面有著它特有的優(yōu)勢，在世界機(jī)床發(fā)展史上占有重要地位。相比而言，國產(chǎn)的質(zhì)量、精度、可靠性有保證的卻少得可憐。可以這么說，國內(nèi)幾乎所有高要求的工廠都引進(jìn)了國外的高精度機(jī)床。這難道還不能說明點(diǎn)什么嗎？

3 如何解決發(fā)展中的瓶頸

3.1 增加數(shù)控機(jī)床的可靠性數(shù)據(jù)積累

數(shù)控機(jī)床的可靠性數(shù)據(jù)能給數(shù)控機(jī)床的研制和維修帶來豐富的數(shù)據(jù)支持?？煽啃詳?shù)據(jù)不僅應(yīng)當(dāng)包括故障數(shù)據(jù)，更應(yīng)該包括載荷和維修數(shù)據(jù)。目前數(shù)控機(jī)床的故障和維修數(shù)據(jù)有了一定程度的積累，但載荷數(shù)據(jù)卻嚴(yán)重不足。有些數(shù)據(jù)僅僅使用某一型號機(jī)床或某一用戶，對于大型加工中心和生產(chǎn)車間往往不具備普遍性。載荷數(shù)據(jù)積累不足，難以編制數(shù)控機(jī)床整機(jī)、功能部件和關(guān)鍵零件的載荷譜，可靠性設(shè)計依據(jù)不夠充分，特別是不能進(jìn)行可靠性概率設(shè)計，造成產(chǎn)品的固有可靠性水平先天不。

3.2 加大對數(shù)控機(jī)床故障機(jī)理的研究

當(dāng)今由于對故障機(jī)理的研究不足，對產(chǎn)生故障的物理本質(zhì)，以及故障之間的相互關(guān)系認(rèn)識不清，往往造成過渡改進(jìn)而增加成本，甚至出現(xiàn)改進(jìn)無效的情況。因此，若想避免這類問題的發(fā)生，應(yīng)當(dāng)增加對故障機(jī)理的研究力度，培養(yǎng)一批對故障機(jī)理有著清晰理解和豐富經(jīng)驗的科學(xué)技術(shù)人才，爭取早日解決這一限制性發(fā)展問題。

3.3 重視對配套輔件和功能部件的研發(fā)

數(shù)控機(jī)床主要是由各種各樣的數(shù)控系統(tǒng)和功能部件相互組合而成，機(jī)床的安全可靠程度很大程度上決定于各個功能部件的穩(wěn)定性，功能部件研發(fā)的持續(xù)難產(chǎn)，使得機(jī)床的各項功能大打折扣，無論質(zhì)量，精度，還是平均壽命均不太理想，使得國內(nèi)的中高檔數(shù)控機(jī)床長期大量采用進(jìn)口關(guān)鍵功能部件。其實(shí)，并不是國內(nèi)不能滿足這一需求，而是國內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品企業(yè)幾乎不敢用，這很大程度上也凸顯了國內(nèi)機(jī)床功能部件企業(yè)的技術(shù)能力薄弱，且大多處于產(chǎn)品中低端的低成本階段的事實(shí)現(xiàn)狀。

總之，這些問題離不開相關(guān)部門的政策引導(dǎo)。例如實(shí)施校企合作，把理論與實(shí)踐相結(jié)合。企業(yè)為科學(xué)技術(shù)人才提供實(shí)踐環(huán)境，學(xué)校為企業(yè)提供技術(shù)理論支持，兩者相互融合，不斷提高機(jī)床企業(yè)的自主研發(fā)能力，使企業(yè)逐漸成為研發(fā)主體，為工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展注入新的活力。

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