1、我國機械加工技術的現狀與發展的建議摘要近十幾年來，機械加工技術有了迅速發展。一方面是傳統的切 削與磨削加工技術仍在不斷發展，加工精度水平也日益提高，精密加工與超 精密加工技術已進入實用階段；另一方面加工技術向自動化方向發展，正在沿著數 控（NC）,柔性制造系統（FW）及計算機集成制造系統（CIIMS ）的臺階向上攀登。當今國際上機械產品的競爭歸根結底是工藝技術競爭，為了盡快提高我國機械加工技術水平，增強競爭力，本文綜述了我國機械加工技術的現狀并甘今后發展提 出了相應對策與建議，以使我國機械加工技術盡快趕上工業發達國家的先進水平。關鍵詞：數控柔性制造系統工業工程近年來，盡管精密鑄造、精密鍛造和無

2、屑加工技術有了一定發發，并且在加工技術領域中還開發了不少新的加工方法，如特種加工、機電復合加工等，但傳統的機械加工仍占據著極其重要地位。可以預見，到 21世紀，切削和磨削將仍然是獲得精密機械零件的最主要加工方式。當前我國的機械加工，普遍仍采用落后 的通用機床加大m專用工藝裝備的生產模 式，即采用分散的、通過很多道工序來組織 零件加工的生產模式，新技術、新工藝的研 究、開發、推廣和應用十分緩慢。例如，成 組技術、數控加工技術、復合加工、高速磨 削、強力磨削和砂帶磨削等先進工藝在我國 都未得到廣泛應用。而國外機械加工工藝已 發展到以零件為對象，按零件組織專業化生 產，工藝裝備也發生了相應變化。我國

3、生產上使用的加工設備構成比不合 理，普通車床所占的比例大，先進的與專用 的設備比例少。總的情況是：通用設備多， 專用設備少；金切設備多，磨削設備少；單 機多，生產線少；高精度、數控等設備更 少。據報導，1933年美國機械制造工業的磨 床擁有量占金屬切削機床總數的'oo目 前，先進工業國家的磨削加工量占到切削、 磨削加工總量的25溢右，而砂帶磨削的加 工量要占磨削加工量的40 %八-50。止匕外， 國外的機械加工將坐標鋰床、三坐標測量機 等精密設備都廣泛用于生產第一線，并且特J重視加工設備的數控化和柔性化，tJ LW數 控化率已達to%以上，而我國雖然早在50年 代末就開始發展數控，但至

4、今機床數控化率 仍很低，平均還不到%0在加工精度方面，近幾年來隨著我國技術改造的深入和引進先進技術，在有些工廠 中，一些精密機床的加工精度已接近國外先 進水平。但從總體上看，我國制造生產水平 仍然比較落后。目前我國機械加工的精度普 遍約比國外低12級。例如汽缸體孔的加 工精度，我國為H7級，而國外為H6級；HRC50八-60重載齒輪的加工精度日本可達 6級，而我國為7 -r 8級。預計到2000年，國 外的普通機械加工、精密加工與超精密加工的精度可分別達到lEm, m及C lnm),并且在一些高新技術產品上超精密加工正在向原子級加工精度逼近，而我國目前的加工精度還剛進入m級階段。眾所周知，機械

5、加工技術發展的基礎是 刀具的發展。無論是普通機床，還是先進的 NC機床和加工中心機床(MC ),以至柔性 制造系統 FMS),都必須依靠刀具才能完成切削工作。刀具的革新和發展對提高生產率和加工質量有直接影響。目前我國生產上 仍廣泛應用整體式鴇系高速鋼和焊接式硬質 合金刀具，機夾可轉位刀具、涂層刀具、陶 瓷刀具、復合材料刀具和金剛石及立方氮化 硼等超硬材料刀具在加工中使用的比例還很 小，一些高效先進刀具，如可轉位鉆頭、鉆 擴四刃鉆、硬質合金無橫刃麻花鉆、硬質合 金單刃錢刀、金剛石及立方氮化硼錢刀、波 形刃立銃刀、可轉位螺旋立銃刀、模具銃刀 和熱管式刀具等因制造、刃磨或檢測等各種 原因尚未得到廣泛

6、應用，并且刀具幾何參數 和切削用量也未實現優化，致使我國的切削 用量水平普遍較低。而先進工業國家目前都 已建立了相應的切削數據庫；其軟件已有商 品出售，能為刀具幾何參數和一切削用量的自 動選取以及工藝規程的自動設計提供經過優 化的數量依據，所以加工效率要比我國高 1 3倍。我國機械加工水平低，還與檢側方法落 后與工藝科研力量薄弱有關。國外目前用工 業工程(I)的觀點來研究機械加工技術， 他們既圍繞材料加工技術研究工藝和設備（即通常說的制造的硬件部分），同時又圍 繞制造系統對人、材料和設備等組成的集成 系統的控制和管理進行研究（軟件部分）， 也就是將技術與管理兩者有機地結合起來， 通過不斷改造、

7、優化，以達到保證質量，降 低成本，提高生產率等目標。為了振興我國機械工業，提高我國機械 加工技術水平，在新技術革命面前，我們應 把握時機，并且應著眼于1世紀，極積研究 對策，制定切實措施，迎頭趕上世界先進水 平。為此，特提出如下幾點認識和建議：1.更新設備，改變設備構成比在更新設備時，應減少普通機床的比 重，增加精密、高效機床的比重，并應大力 發展高質量、高效率和高柔性的 NC機床和 加工中心.在更新設備時，應盡量選用國家 推薦的技術進步產品。2,用數控和數顯改造舊機床我國現有機床320多萬臺，舊機床在機 械工廠一中占有相當大的比重，近幾年內還難 于大幅度增加設備的投資，不可能將舊機床 都淘汰

8、與更新。因此，須對舊機床進行有計劃地改造，使其發揮應有的作用。根據我國 國情，舊機床改造的方向是：實現數控或數 顯化，柔性化，專用化以及精密化。根據機 床的具體情況，采用靜壓軸承、數控及數顯 裝置等，把機床從人手的延一長，擴大為人腦 部分功能的延長。數顯裝置具有投資少、見 效快的特點。它是由檢測元件（感應同步器、 光柵及磁柵等）和數顯表兩部分組成的電子 數碼顯示裝置，安裝在機床上，工人可方便 準確地控制加工尺寸，被譽為機床的眼睛， 應用數顯裝置加工零件，具加工精度一般可 提高1 2級，工效可提高？0姒上。舊機床改造在一些工業發達的國家同樣 受到十分重視。1990年9月5日至13日在美 國芝加哥

9、舉行的美國國際制造技術展覽會 上，有相多家廠商展出了大量改造后的機 床，就連美國著名的 Cincinnati Milacron 和Devlics工廠也展出為數不少改造過的舊 機床。這主要由于當前國際市場競爭激烈， 而改造后的機床要比新機床價格便宜 30%, 甚至更多。所以，我們要充分認識到“舊機 床加電腦控制”是一條適合我國國情的工業發展道路。3 .用工業工程（1E）原理和方法開展技術改造實踐證明，提高機械加工技術水平可以通過技術改造來實現，即除應采用新設備 外，還應推廣和應用各種新工藝、新技術和 新材料，以“三新”強化工藝手段。在進行 技術改造時，必須從經營戰略和生產系統整 體出發來考慮，要

10、用IE的原理和方法對生產 系統進行經常不斷的改善，這樣才有助于加 工技術整體水平的提高。4 。大力推廣并研制各種先進刀具隨著產品的更新換代，今后各種高強度 鋼、不銹鋼、高溫合金和欽合金等具有硬、 脆、韌、粘等難加工材料將日益增多。因 此，應把新一代高性能、高效率、長壽命的 刀具材料和各種先進刀具設法用于生產上。 今后，未涂層的硬質合金和高速鋼刀具的應 用會減少，而涂層刀具、陶瓷刀具與超硬材 料刀具及超硬磨料磨具所占的比重將較快地 增加。新一代刀具材料的廣泛應用，必然會 促進機床和加工工藝的變革；而高效機床的 發展，又將進一步推動新一代刀具材料的使 用。同時，還應開發各種模塊式刀具和模塊化 刀具

11、系統 BTS（Block Tool System）。BTS 能和各種系列化的刀具（如鏗刀、鉆頭和絲 錐等）和夾頭相配，可實行刀具的自動更 換。據報導，在自動化生產中，機床利用率 的提高1/3歸功于計算機數控技術（CNC）, 1/3歸功于物料處理和管理的自動化，還有 1/3則歸功于BTS的應用。因此，國外十分 重視刀具費用的投入。例如，德國奔馳汽車 廠每輛汽車的刀具費用要占其銷售價的 2% 而我國長春第一汽車制造廠僅占0,5%。刀 具費用低，限制了先進刀具的推廣與使用， 這樣雖節約了刀具費用，但卻降低了生產效 率及總的經濟效益。5 。開發柔性制造系統（FMS）,實現 機械制造自動化當今機械制造自

12、動化已由過去剛性的自 動線或自動化單機，發展到現在的 CNG口 FMSt段，并正在向計算機集成制造系統 < CIMS）方向發展。FMSS常由CNO工 巾心系統、運輸存儲系統和計算機控制系，4f;i三大部分組成。它的最主要特 y是“柔性”，也就是具有完成不同加工任務的應變能力，能適應多品種中小批量生產的自動化要求。 目前FMSE向著規模大型化、功能復雜化 （即柔性'9造車間）及小型化、簡單化（即 柔性制造單元FMC兩個方向發展。FMS 進一步的發展是向 CIMS方向去發 展，CIMS包括生產、管理與經營三個方面，并 由五級計算機控制組成，即單機級一 FMC （單元）級一、FMS系統

13、）級車聞級一 工廠級。CIMS是一種全薪生產結構與組織 的自動化工廠（FA ）。實現CIMS可使整個 工廠的生產、管理、經營進行優化，從而提 高生產率，提高柔性，提高產品質量，降低在 制品與一J費用。日.本是開發研究CI 丫 S較 有成效的國家，例如安川電機制作所的“ CIM 化”工廠是一家典型一的鞠機器人組裝機器人 的無人化工廠。目前,i美、歐三極還以國際 合作方式，集 W soot元，正在研制舉世 注目的IMC智能制遭系統），即所謂下一 代高度自動化生產系統.o有人認為我國人員 多，勞動力便宜，無必要向FA方向發展。筆者認為，FA優點是縮短產品生產周期，提 高產品質量、可靠性和生產率。我們

14、如不去 研究開發，不作好充分技術儲備，將會使今后 我國機械產品在國際市場上喪失競爭能力。6 .提高計量與檢側水平提高零件的機械加土精度，計量與檢測 也是個關鍵。鑒于我國現有檢測水平不高， 生產上應先推廣使用各種氣動和電動測量 儀、投影儀和各種電子數顯量具，有條件的 工廠還可采用電接觸測量或光電測量、自動 測量機、多參數的綜合檢驗裝置、以及三坐 標測量機等。量具和量儀的精度一般都要求 比被測量零件高一個數量級，所以加工和測 量通常是獨立進行的。但隨著機械加工技術 水平的提高，機床本身的精度也大大提高， 此時如配有適當儀器或采取一定措施后，機 床可以作為計量裝置，從而可使機床既是加 工機，又是測量

15、機，實現加工計量一體化。7 .加強科研工作，促進機械加工技術 水平全面提高當今機械制造技術正借助微電子、計算機、自動化等技術向著高度自動化、精密 化、智能化、高效化、集成化的方向發展， 計算機輔助設計與制造（CAD/CAM»B 將成為機械工業普遍使用的技術，所以在科 研工作上，我們既應對加工過程（即系統加 工技術）進行研究，如成組技術、數控加工 技術、自動線、i14I;、甚至自動化工廠（FA） 等，也妥對加工方法（即固有加工技術）進 行探討，如各種特種切削加工、少無切屑加 工、精密加工和超精密加工等。當前機械加 工研究工作重點應放在切削機理、切削優化 （如切削工序優化、切削用量優化、以及、采 用新型刀具材料和新型工件材料情況下刀具 幾何參數優化等）、建立切削數據庫，難加 工材料切削技術，新型刀具的研制和模塊化 刀具系統的開發，自動化生產過程中工況監 測、自動補償、故障診斷與預測，以及提高 加工精度與表面質量等方面上來；同時還應 開展在切削加工中導入聲、光、熱、電、磁 等外加能量的新型特種切削加工方法的研 究，如超聲振動切削、導電加熱切削、低溫 切削、激光輔助切削、磁化切削以及電解磨 削等，止匕外，還應繼續開展以“三新”強化工藝手段，提高機械制造工藝水平，把高 效與精度結合起來，在提高加工效率