机床技术发展的新动向（下）

 三个软件模块的功能为：

　　①“MacMan”——网络生产管理系统

　　大隈认为，当今是这样一个时代，一家公司能否接到下一订单，取决于其生产管理系统能否适应交货期短和任务多变的要求。为此，其MacMan系统通过企业内部网(intranet)随时监视生产现场情况和采集现场数据进行最优的计划和调度。当生产任务突然改变时，几乎不会造成任何损失。该系统还有远程诊断和维修功能；其ERP(企业资源规划)功能可以使销售信息、财务会计和生产得到统一的控制，通过从根本上缩短生产周期和维持理想的库存水平而达到大幅度降低成本的目的。

　　②“KCMAC”——操作工人技艺数据库

　　大隈认为，通过丰富经验和直觉形成的技艺是一个重要的资源。将这些技艺数字化，不断积累并和全公司共享可实现高效、高质量加工。“KCMAC”。可使这些技艺得到充分的运用，变成宝贵的知识财富，因此可创造新工艺、新知识和新诀窍。

　　③ADMAC——大隈新的CAD/CAM系统

　　ADMAC将CAD数据迅速转变为加工程序、工具清单、工艺卡和加工工艺图纸，实现并行工程来缩短生产周期，与KCMAC协同运行得到优化的加工程序。

　　④(暂不可见)——IT广场通向因特网的门户网站。通过它与外界联接，既可与客户联系，为每一个客户设立一个窗口，快速反应其要求，又可与加工设备、刀具、夹具供应商联系，得到最新的信息。

　　⑤OSO-P—－为大隈自制的CNC系统OSP-P100的缩写。大隈自行开发和生产自用的CNC系统已有40余年历史。OSP-P100为基于PC的系统。使用WindowsNT4.0和IMtime(一种实时操作系统的商业名称，为美国Radisys公司产品)，内置以太网通信卡通向内部，将人、机和网络有机地融合在一起而成为IT广场的核心。大隈还在OSP-P100样本的最后标明：根据日本政府有关法律，该系统为战略物资。

　　球的水平平面圆周将人、MacMan、KCMAC和(暂不可见)四个小球连在一起。目的在于为确立优化的生产过程而采集数据。

　　球的一个垂直平面圆周将机床、MacMan、ADMAC、Ospmerit四个小球连在一起，目的是使生产效率最大化。

　　球的另一个垂直平面圆周将人、机床、KCMAC和ADMAC四个小球连在一起，目的是在全公司内充分共享含有工人技艺和诀窍的数据库。

　　六个小球均有两个圆周交叉经过且都于球心处交互起作用，构成IT广场。

　　日立精机的SEIKIFLexLink的实质内容，大体与IT广场类似，这里不再赘述。

　　美国Hardinge机床公司展出的三台数控车床全部配备了GEFanuc公司的OpenFactoryCNC系统，用以太网与一台服务器连结，并且与GEFanuc的展台相连结。除在Hardinge展台上显示如何通过联网获得好处外，还在GEFanuc展台上显示对这三台机床实现远程数据访问等功能。

　　据称，嵌入了工业PC的OpoenFactoryCNC系统将PCD硬件的柔性和一系列基于Wimdows的应用软件和对机床的控制结合在一起，使CNC系统成为高性能的信息中心(H9ingh-PerformancelmformationCenter)，从而使生产率提高得到最大化，以满足交货期最短和成本最低的需求。

　　GEFanuc公司OpenFacroryCNC的概念，不仅包含了装在机床上的CNC功能，还包括通过以太网连接服务器后新增加的一些功能，如可获得有关机床、CNC、生产计划调度以及加工工件全部有关的文件和资料，使用“车间编程”(“ShopFloorProgramming”，为美国一家CAM专业公司—－Gibbs公司的软件产品)软件进行编程、可视化DNC、可视化MEM(MachineEventMonitoring)机床事件监视及局部硬盘、PCMCIA标准闪速存储卡等硬件。

　　整个网络通向主管生产的经理、总经理和维修经理，使这些人员随时掌握现在情况。

　　对现有旧机床也可以联网。不管这些机床装备的是GEFanuc以前出厂的系统，还是其他公司的数控系统，GEFanuc公司均可将其联网。据称其方法是用“两个螺钉”拧上一台工业PC。如果是该公司以前的产品，还需再加上一块HSSB(HighSpeedSerialBus，高速串行总线)板。此外，GE公司还和世界闻名的网络设备制造商CISCO公司联合组成GECISCO工业网络公司，承担工业部门任何一个级别的建网工作，小到一个车间，大到一个工厂以及公司全球业务的联网工作。我们还发现有专门从事将CNC联网的公司，如e-ManufcturingNetworkslnc.等。

　　从以上介绍的三家公司的产品，我们可以看到：

　　(1)以往机床公司只卖机床，数控系统公司只卖系统，现在一些机床和系统公司将其产品连同网络(包括配套的软件)一起卖了。原因就是Mazak讲的，在多品种、单件小批生产(机械工业中，这种生产模式占到总产值的约70%)条件下，机床切削时间只有25%，也即75%的时间未得到利用。若只注意单台机床、单个系统的效率，只是在25%上作文章。只有联网才有可能将25%提升到65%(Mazak观点)。可见联网不是目的，而是提升生产效率的手段。

　　这也是一种“成套”的概念，不过是加工信息化高层次的成套，而不同于以往的成套供应。

　　(2)只联网而没有相应配套的软件模块不能有所作为，软件功能低下也不可能将切削时间提升到65%，可见软件——浓缩的知识的重要性。前述有关的软件模块(特别是大隈公司的KCMAC模块包含有数字化的工人技艺，可不断累积进而创造新的技艺、新的诀窍等。)以及它与生产管理模块的结合等意味着以往的数据处理在向知识处理过渡，将网上大量信息的内容和意义作深入的处理，转变成可直接运用的知识，这属于计算机高层次的应用。从而说明整个制造业的信息化正在由低层次的数据处理向高层次的知识处理过渡。

　　(3)Mazak、大隈既生产机床又自制数控系统(Mazak采取硬件由专业厂——三菱电机公司提供，自己集中精力开发有特色的软件的做法)，而且主要精力放在机床的制造上。因此，联网配套的主要软件模块几乎全是为了自己应用而开发且在使用中不断完善的。对其成熟度他们自己充满信心。而GEFanuc配套的软件模块含有市场上较为成熟的第三方软件，如前面提到的Gibbs公司的CAM软件。但也含有他们自己开发的软件，如采集车间数据的CIMPLICITY软件。无论Mazak、大隈还是GEFanuc的系统均含有PC(分别称之为：融合PC、基于PC和嵌入PC)，为采用第三方软件、标准硬件、接口等提供了极好的条件。

　　(4)大隈把CNC系统作为“IT广场”的核心，GEFanuc将其CNC称为高性能信息中心。可见联网后CNC系统在其中起的重要作用。

　　(5)机械加工高层次信息化成套的实质是从最基层装备自下而上地构筑CIMS系统，以提高生产率为目的。它与自上而下地构筑CIMS系统孰优孰劣，似乎值得探讨。

车铣复合加工中心大显威力

　　在数控车床刀盘上增加动力刀架从而可进行钻、铣等工序就构成了车削中心。复合加工早已有之，但是其铣、钻等的功率太小、转速太低不能适应某些复杂回转零件的要求，因而出现了以大功率、高转速的电主轴取代刀盘。由于同时只能安装一种刀具，象加工中心一样，车削中心增加了刀库和机械手，无论是车刀(车削时，电主轴锁住不回转)，还是钻、铣类刀具均存放在刀库中。此外，还增加了垂直于X轴的Y轴和绕Y轴回转的B轴。虽然换刀时间远远超过了车削中心，但是可实现高速大功率的铣削和车削，实质上等于将车床和加工中心合二为一，称之为车铣中心。如在IMTS2000上，Mazak公司展出的INTEGREX系列车铣中心，其铣轴转速高达10000r/min，20多千瓦。通过车铣复合工艺，演示中在10多分钟内，仅一次装夹就将一根大直径整体圆棒料加工成一根汽车发动机的曲轴。依靠X、Y、C三轴的联动，加工出位于不同空间的连杆轴颈和曲拐的多个平面。当然，这种工艺加工曲轴材料耗费太大。Mazak现场人员解释说，这种方法只限于发动机的试制和某些单件生产的特殊空气压缩机，其表演的主要目的是显示车铣复合加工的威力。在制造业中，特别是宇航工业、印刷机、压缩机工业等，复杂的回转零件数量不少。机床工业也不例外，如数控车床的刀盘就为复杂回转件的典型代表。Mazak在我国银川的小巨人公司，就配备了五台车铣复合加工中心，约占机床总台数的17%。奥地利有一家WFL公司专门生产大型车铣复合加工中心。据称其订单(订户多来自飞机、宇航、船舶、印刷机等行业)连续多年爆满。

　　从低层次应用起步的并联加串联机床继续取得成功；并联机床首次进入车削领域。

　　在1994年的IMTS上首次展出并引起世界轰动的并联(6条腿)机床(又称虚拟机床)，在经过随后持续三年的全球跟进浪潮后，在世界范围内“温度”早已逐渐降下来。两家闻名的开路先锋只展出1次或2次后就未再展出。英国一家专业的(其他均为传统机床公司兼业为之)并联机床公司也只展出并联机床两次后就消声匿迹了。这是因为并联机床在理论和实践上有一系列难度相当大的难题，很难在短期内解决。但是，一家瑞典小公司——NeosRobotics公司的产品早已进入实用，至今已销售多达200余台。它的成功是由于：

　　(1)采用并联加串联的方案。

　　该公司采用三杆(故取名为Tricept)结构而不是六杆结构，解决3个自由度的问题，另外两个自由度采用成熟的传统串联机构［为可进行C、A(B)轴回转的复合主轴头］来解决。这样，难度相应地大为减少。

　　(2)从低层次应用做起，逐步积累经验和财力，向高层次应用发展。

　　从对定位精度和速度均要求不高的低层次应用做起来打开市场、走向应用(如从用砂轮或铣刀打毛刺、倒角、钻油孔、低精度焊接、自动装配的压配合以及加工对象为木材、塑料、铝材等易切削材料入手)。由于其造价很低，对这些低层次应用胜任有余，很快得到了汽车、飞机工业等源源而来的订单，其产品早已进入象Vlovo、SAAB、大众、雷诺、GM等著名的汽车厂和Boeing等有名的飞机厂，承担上述那些“粗”活。从这些应用中该公司取得了丰富的经验和可观的经济效益，支持公司进一步向高层次应用发展。

　　这次该公司展出了Tricept845加工中心。其体积定位精度达到±50μm，重复定位精度±10μm，这两个指标距离传统机床虽还有较大的差距，但对并联机床，已具有实用价值。而且其进给速度已达90m/min，加速度达2g，这方面已优于不采用直线电机的传统机床。主轴功率为30～40kW，最高转速24000～30000r/min，采用瑞士IBAG公司电主轴、Simens840D数控系统和Heidenhain的测量系统。

　　该加工中心采用模块化结构。三杆结构组件有0°、45°、90°三种布局可选(即分别组成卧式、倾斜45°、立式加工中心)。工件安装部件也是可选的模块。而且用户在3年内，如果由于加工对象变化而想改变三杆结构组件的布局，Neos公司可免费到现场来重构。机床支架采用人造花岗岩(用环氧树脂和花岗岩碎石搅拌均匀后，浇“铸”及固化而成)。Neos在结构上取得的成功，除了由于减少杆数而使结构简化外，在很大程度上还得益于三杆中央的中心管。直径粗大的中心管不仅大幅度增加了结构的刚度，还可内置测量系统，通过调节测量套筒长度和中心管的姿态，从而可直接测量刀具在空间的实际位置，再对照三杆长度的间接测量(作为变形、温度等的被偿)来试图解决并联机床位置测量的难题。

　　有趣的是Neos公司起步时只有3人，至今也只有30人，短短5～6年，发展成为并联机床界一颗明星。

　　德国Index的美国分公司展出的V100型三杆并联机构的“倒立车”(即主轴和工件在上作X、Z轴运动，而刀具在下不动，可回转换刀，但不作任何直线运动的立式车床，我国习称为“倒立车”)，它将并联机床用于车床，甚为聪明。这是因为：

　　①并联机构最大弱点之一是空间的有效利用率很低。所以，主轴平台移动范围宜小，而车床不象加工中心，工件相对刀具的移动范围本来就很小，所以，V100外形紧凑。

　　②车床一般只需两个自由度(X和Y轴)。现用三杆机构可以获得X、Y、Z三个自由度，还冗余一自由度，可用作自动上下料用。

　　为了增加刚度，index采用两根杆起一根杆作用的双杆结构，也可称为三(双)杆结构，与天津第一机床总厂结构类似。

　　V100安装5英寸夹盘。电主轴转速为8000r/min，功率为26.48kW。X、Y、Z行程分别为450mm、150mm、175mm，可自动上下料，售价为175000美元。据称已在欧洲出售了5台。V100可能为世界上首次出现的并联机构车床。

　　美国Hexel公司将6杆并联结构做成独立部件应用于转塔铣床。这可将低价的普通铣床升级为5轴联动铣床。工作台直径710mm。X、Y行程范围为直径305mm的圆，Z轴178mm，A轴±25μm，最大进给速度为5.1m/min，重91kg，售价7900美元(包括控制软件)。据称2001年将生产200台。

　　此外，前面提到的Z3复合主轴头，可能是并联机构用于机床小型部件的第一个例子。

声明：本网站所收集的部分公开资料来源于互联网，转载的目的在于传递更多信息及用于网络分享，并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责，也不构成任何其他建议。本站部分作品是由网友自主投稿和发布、编辑整理上传，对此类作品本站仅提供交流平台，不为其版权负责。如果您发现网站上所用视频、图片、文字如涉及作品版权问题，请第一时间告知，我们将根据您提供的证明材料确认版权并按国家标准支付稿酬或立即删除内容，以保证您的权益！联系电话：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn。