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从第20届JIMTOF看日本机床制造业

2008年01月05日 09:41中国机床商务网点击:3743

摘要:介绍展览会展出机床的技术特点,将IT用于机床的开发、制造、使用和维护,发展环保优先型机床,多功能集成机床增多,超高速高精度加工较为普遍以及锻压机床方面的新进展和其他新技术。
笔者在日本访问研究期间,适逢第20届JIMTOF于2000年10月18日至11月4日在东京举行。下面就笔者参观展览后的感受,对本届展览会上日本机床制造业的技术发展趋势作一简介。

1 充分运用IT技术,大力发展开放式机床

随着手机电话、网络通信技术的日益普及,为了做好售后服务,日本企业将这些先进的通信工具用于机床行业。象MAZAK、OKUMA、FANUK、三菱电机等许多公司展出的机床都装有远程维护系统。可以通过网络对用户的机床运行进行监控、故障诊断,并实时向用户提出解决方法。用户在生产中的技术疑难,也可通过网络随时向公司咨询,技术人员当即作答,必要时奔赴现场解决。在展会展出的样机很多都与异地制造厂保持通信。CAD/CAM等软件也可通过网络调用。
另一方面,制造机床的生产现场都连通成LAN(局域网),从市场调查、产品设计、加工装配到检验包装、售后服务等每一运行状况都通过网络进行交流,真正实施并行工程。

2 环保意识日益增强

90年代以来,人类对环境保护的意识日益增强,生产方式也由高效大量生产型向低环境负荷的方式发展(如图1所示)。这将是21世纪人类生产的必然趋势。这次展出的机床具有以下三大环保特征。

    图1 生产方式指导思想的变迁
  1. 节省耗用能量 采用高速加工,提高主轴转速和工作台进给速度,可以减少加工循环时间,并使固定部分能耗时间大大减少,于是也减少了机床的电能消耗。如图2所示,在固定部分的耗能中,又开发一些省能的运送装置,采用不用切削液的干式加工等措施直接减少这部分能耗。

    图2 1个加工循环中的电力消耗比较
  2. 采用干式和半干式切削 在通常的加工中,一般使用切削液来提高加工效果。有时还在切削液中使用添加剂,这些添加剂一般不易降解,直接污染环境。而采用干式切削,用专用空压机供给-30℃冷风直接冷却加工部位,或是采用半干式切削或称MQL(Minimal Quantity Lubrication,最少量润滑液),仅用极微量雾化切削液润滑刀具,用高压空气冷却和排除切屑,免去了使用大量润滑液的诸多麻烦。
  3. 附有切屑处理装置的机床大量涌现 这次展出的机床很多都用透明罩将加工区域与外界隔离,使用空气或氮气将切屑吸送到专门的处理装置,随后紧接着将其破碎并压制成小方块搬走。整个加工现场显得干净整洁,十分宜人。

3 大型多功能集成复合机床增多

展出的加工中心中,出现多台集车、钻、镗、铣乃至磨于一体的复合机床以及具有2个主轴、2个刀具转塔的多功能车床。如中村留工业公司展出的超复合多转塔WTW-150CNC车削中心具有左右2个主轴和4个精密转塔,每个转塔可装12把刀具,共48把刀具可供选用。该机采用高刚性内置电动机驱动,控制轴数达13轴,可同时对两个工件进行车、钻、铣等多工序操作,能加工任何复杂工件。OKUMA丰和展出的VTM120YB大型加工中心,刀库容量为36把,一次安装不但可进行立式、卧式铣削加工,而且可进行斜面加工,B轴转角可达90°,可加工工件直径达1200mm,重量达2500kg,大型工件可十分自如地在工作台上按要求运动。SODICK公司展出的EDM机床中,不但可以自动更换电极,而且可以自动更换安装工件的工作台,能实现任何复杂模具的电火花连续自动加工。
山崎MAZAK公司展出了在车削中心上附加激光热处理功能的复合机床,使工件完成切削后,紧接着可施行激光热处理。

4 向超高速高精度加工进军

展出的机床中,主轴转速在12000r/min以上的已较为普遍。松浦机械制作所展出的XL-1型立式加工中心4轴联动,主轴最高转速达100000r/min,进给机构采用直线电动机,快移速度达90m/min,最大加速度达1.5g。由于具有减振装置,机床在加减速度及高速作业时仍能使刀具保持很稳定的切削。由于采用快速换刀机构,换刀时间不足1s(目前换刀时间最快已达0.46s),装有60把刀具,可实现复杂模具的连续自动化加工。
比加工速度更为重要的是加工精度。这届机床展览会出现许多超精密加工机床。NAGASE INTEGLECS公司新研制出的NC-53US4N4型超精密曲面磨床为4轴联动,X,Y,Z三坐标定位精度可达0.01?m,能同时进行两轴插补控制,故可磨削任何自由曲面,并装有高精度分度盘(R=200mm±0.5?m),能将任何自由曲面透镜加工成超镜面或绝对平面。能达到金钢石刀具所能达到的高精度。由于装有ELID(在线电解修整装置),故能对砂轮实行在线修整。能磨削的工件尺寸可达W×D×H=4250mm×3750mm×2250mm。不但磨削类机床,切削类机床也达到超高精度。如牧野精机、安田工业和MIYANO等公司都展出了许多加工精度在0.1?m以下、主轴转速达15000~20000r/min的高速高精度加工中心。为了保证这些机床的加工精度,床身立柱都采用有限元分析后的高刚性设计,采用低膨胀系数的铸铁制造,主轴在全行程中没有悬臂状态。导轨采用矩形结构,精密刮研。

5 锻压机床技术的新进展

日本的汽车工业如此发达得益于他们锻压技术的领先地位。其锻压机床同样具有高速度、高精度、自动化、省能量等特点。他们最近又开发出冲压力达2000t、行程速度为15次/min的大型油压机,并要开发智能化压力机。为了减少对环境的影响,尽量不用或少用润滑剂,或以水代油作润滑剂。新日本工机展出了STP-1300FRH型高精度转塔冲床,转塔扇形从120°增加到360°,可用模具站数从27个扩大到60个,模具库中有200副模具,配有高速ATC机构,有独立的上料装置,并配有联入网络的NC系统,能实现稳定的无人化作业。最大工件尺寸达1000mm×2000mm,工作行程速度为500次/min。
森铁工展出了一种新型的省力的摇动压力机,据介绍只要通常压力的1/5~1/10却能达到同样的冲压效果。使压力机、模具、安装基础等方面的投入大大减少,同时工作振动、噪声相应减少,环境得到改善,摇动频率320次/min,摇动角2°,摇动轨迹为圆型或菊花型。这次展出的OMEGA-F1型压力机(三田TOBIN生产)的最高行程速度已达3000次/min,并安装了他们公司开发的专用离合器和制动器,能实现高速运转中及时停车。此外,冲压制品在机床之间的运送机构也采用直线电动机驱动,由于不需减速机等传动机构,整机结构大为简化,省空间、省能量、运动灵活、维修方便。

6 其他方面的新技术

  1. 直线电动机应用广泛 在这届JIMTOF中采用直线电动机的机床十分普遍。直线电动机具有机械刚性高、控制性能好、直接驱动进给机构、速度和行程都无限制等优点。丰田工机、OKUMA等公司研制出了采用直线电动机的进给机构,最高加速度达2g,快移速度达100~120m/min。冈本制作所展出的新产品也就是使用直线电动机驱动工作台的磨床。
  2. 智能机器人引人注目 FANUC公司展出了数台服务于机械加工、焊接切割、冲压成型等生产现场的工业机器人。这些机器人都有多个视觉系统(CCD),能将随意摆放、形状复杂的毛坯恰当拾起,并按要求的定位面准确地安放在工作台上。工件加工完成后,又能将成品从工作台上取出,整齐地摆放在出货小车上,完全象熟练工人一样操作。整个加工单元完全实现无人化作业,引起参观者极大的兴趣。
  3. 刀具材料制造技术取得新进展 要将CBN工具制成象金刚石那样大尺寸的单体是很困难的。此前的CBN工具是用多种烧结剂和烧结助剂结合而成,刀具在使用中由于被加工材料的不同而可能产生热龟裂。这次展会中有公司宣布,他们使用超高温超高压烧结hBN(六方硼)原料,使CBN完全变化,形成以0.5?m以下的CBN微粒强固结合成的hBN单层高强度结合体。晶界间完全不含烧结剂和烧结助剂,强度硬度等机械性能特别好,hBN单层体的导热性、耐热性、抗热冲击性都非常优良。据介绍这种刀具加工铸铁的切削速度可达3000m/min。

7 开辟了专门的大学科研成果展区

这次展览会除举行有关机床技术发展方面的学术报告会以外,还专门开辟了大学科研展区,让各大学和国立科研部门以宣传栏的形式向观众介绍科研成果,配有专人讲解,并发放相关资料。这样,一方面让大学有宣传自己成果的舞台,加强社会对大学的了解,提高大学的竞争力和知名度。另一方面,也为这些成果的转化和应用提供寻找合作伙伴的机会,更好促进产学研的结合。这一作法从第18届JIMTOF开始,已经持续了三届,得到各界人士的好评。

8 几点感想

这是笔者第二次参观JIMTOF,觉得本次展览会有几点值得借鉴之处:
  1. 机床行业的发展要有一定的发展策略指导 日本机床工业协会要求会员单位按照国家产业技术战略中机床方面的有关策略开发新技术、新产品,因此展览会能形成明显的技术特点。这一策略是各大学、各大型机床制造公司投入大量人力物力制定出来的。1999年为了制定这一发展策略,在不到4个月的时间内,他们先后召集了150人次开了7次会议,才出台了发展策略。
  2. 设法让观众更深入地了解自己的产品 很多公司除了展出产品,还在展台中设立了专门的宣讲室,用多媒体技术以对话形式介绍本公司的产品及技术,并让观众传看产品实物。
  3. 开辟科研院所及大学的展厅 加强产学研的紧密结合,促进科技成果的转化,将大学推上紧密结合生产实际的科技成果开发的舞台,会对整个社会经济的发展起到更大的推动作用。
本文在撰写中得到日本千叶大学森田升副教授和陈利益硕士的热心帮助,在此深表感谢。
(来源:)

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