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【行业信息】我国机械加工技术的现状与发展

2020-11-28 14:44:48

近年来,尽管精密铸造、精密锻造和无屑加工技术有了一定发展,并且在加工技术领域中还开发了不少新的加工方法,如特种加工、机电复合加工等,但传统的机械加工仍占据着极其重要地位。可以预见的短时间内,切削和磨削将仍然是获得精密机械零件的最主要加工方式。

当前我国的机械加工,普遍仍采用落后的通用机床加专用工艺装备的生产模式,即采用分散的、通过很多道工序来组织零件加工的生产模式,新技术、新工艺的研究、开发、推广和应用十分缓慢。例如,成组技术、数控加工技术、复合加工、高速磨削、强力磨削和砂带磨削等先进工艺在我国都未得到广泛应用。而国外机械加工工艺已发展到以零件为对象,按零件组织专业化生产,工艺装备也发生了相应变化。

我国生产上使用的加工设备构成比不合理,普通车床所占的比例大,先进的与专用的设备比例少。总的情况是:通用设备多,专用设备少;金切设备多,磨削设备少;单机多,生产线少;高精度、数控等设备更少。据报导,1933年美国机械制造工业的磨床拥有量占金属切削机床总数的23.5%,目前,先进工业国家的磨削加工量占到切削、磨削加工总量的25%左右,而砂带磨削的加工量要占磨削加工量的40 %-50%。此外,国外的机械加工将坐标锉床、三坐标测量机等精密设备都广泛用于生产第一线,并且特重视加工设备的数控化和柔性,数控化率已达40%以上,而我国虽然早在50年代末就开始发展数控,但至今机床数控化率仍很低,平均还不到3%,在加工精度方面,近几年来随着我国技术改造的深入和引进先进技术,在有些工厂中,一些精密机床的加工精度已接近国外先进水平。但从总体上看,我国制造生产水平仍然比较落后。

目前我国机械加工的精度普遍约比国外低1-2级。例如汽缸体孔的加工精度,我国为H7级,而国外为H6级;HRC50^-60重载齿轮的加工精度日本可达6级,而我国为7 - 8级。国外的普通机械加工、精密加工与超精密加工的精度可分别达到lμm, 0.01μm及0.001μm( lnm),并且在一些高新技术产品上超精密加工正在向原子级加工精度逼近,而我国目前的加工精度还刚进入0.1μm级阶段。

众所周知,机械加工技术发展的基础是刀具的发展。无论是普通机床,还是先进的NC机床和加工中心机床(MC ),以至柔性制造系统< FMS),都必须依靠刀具才能完成切削工作。刀具的革新和发展对提高生产率和加工质量有直接影响。目前我国生产上仍广泛应用整体式钨系高速钢和焊接式硬质合金刀具,机夹可转位刀具、涂层刀具、陶瓷刀具、复合材料刀具和金刚石及立方氮化硼等超硬材料刀具在加工中使用的比例还很小,一些高效先进刀具,如可转位钻头、钻扩四刃钻、硬质合金无横刃麻花钻、硬质合金单刃铰刀、金刚石及立方氮化硼铰刀、波形刃立铣刀、可转位螺旋立铣刀、模具铣刀和热管式刀具等因制造、刃磨或检测等各种原因尚未得到广泛应用,并且刀具几何参数和切削用量也未实现优化,致使我国的切削用量水平普遍较低。而先进工业国家目前都已建立了相应的切削数据库;其软件已有商品出售,能为刀具几何参数和一切削用量的自动选取以及工艺规程的自动设计提供经过优化的数量依据,所以加工效率要比我国高1~3倍。我国机械加工水平低,还与检侧方法落后与工艺科研力量薄弱有关。

国外目前用工业工程的观点来研究机械加工技术,他们既围绕材料加工技术研究工艺和设备(即通常说的制造的硬件部分),同时又围绕制造系统对人、材料和设备等组成的集成系统的控制和管理进行研究(软件部分),也就是将技术与管理两者有机地结合起来,通过不断改造、优化,以达到保证质量,降低成本,提高生产率等目标。

为了振兴我国机械工业,提高我国机械加工技术水平,在新技术革命面前,我们应把握时机,极积研究对策,制定切实措施,迎头赶上世界先进水平。为此,特提出如下几点认识和建议:

1.更新设备,改变设备构成比,在更新设备时,应减少普通机床的比重,增加精密、高效机床的比重,并应大力发展高质量、高效率和高柔性的NC机床和加工中心.在更新设备时,应尽量选用国家推荐的技术进步产品。

2.用数控和数显改造旧机床,我国现有机床320多万台,旧机床在机械工厂一中占有相当大的比重,近几年内还难于大幅度增加设备的投资,不可能将旧机床都淘汰与更新。因此,须对旧机床进行有计划地改造,使其发挥应有的作用。根据我国国情,旧机床改造的方向是:实现数控或数显化,柔性化,专用化以及精密化。根据机床的具体情况,采用静压轴承、数控及数显装置等,把机床从人手的延一长,扩大为人脑部分功能的延长。数显装置具有投资少、见效快的特点。它是由检测元件(感应同步器、光栅及磁栅等)和数显表两部分组成的电子数码显示装置,安装在机床上,工人可方便准确地控制加工尺寸,被誉为机床的眼睛,应用数显装置加工零件,其加工精度一般可提高1一2级,工效可提高20%以上。

 3.用工业工程(1E)原理和方法开展技术改造,实践证明,提高机械加工技术水平可以通过技术改造来实现,即除应采用新设备外,还应推广和应用各种新工艺、新技术和新材料,以“三新”强化工艺手段。在进行技术改造时,必须从经营战略和生产系统整体出发来考虑,要用IE的原理和方法对生产系统进行经常不断的改善,这样才有助于加工技术整体水平的提高。

4.大力推广并研制各种先进刀具,随着产品的更新换代,今后各种高强度钢、不锈钢、高温合金和钦合金等具有硬、脆、韧、粘等难加工材料将日益增多。因此,应把新一代高性能、高效率、长寿命的刀具材料和各种先进刀具设法用于生产上。今后,未涂层的硬质合金和高速钢刀具的应用会减少,而涂层刀具、陶瓷刀具与超硬材料刀具及超硬磨料磨具所占的比重将较快地增加。新一代刀具材料的广泛应用,必然会促进机床和加工工艺的变革;而高效机床的发展,又将进一步推动新一代刀具材料的使用。同时,还应开发各种模块式刀具和模块化刀具系统BTS(Block Tool System)o BTS能和各种系列化的刀具(如铿刀、钻头和丝锥等)和夹头相配,可实行刀具的自动更换。

 5.开发柔性制造系统(FMS),实现机械制造自动化,当今机械制造自动化已由过去刚性的自动线或自动化单机,发展到现在的CNC和FMS阶段,并正在向计算机集成制造系统< CIMS)方向发展。FMS通常由CNC加工巾心系统、运输存储系统和计算机控制系三大部分组成。它的最主要特是“柔性”,也就是具有完成不同加工任务的应变能力,能适应多品种中小批量生产的自动化要求。目前FMS正向着规模大型化、功能复杂化及小型化、简单化两个方向发展。

6.提高计量与检铡水平,提高零件的机械加土精度,计量与检测也是个关键。鉴于我国现有检测水平不高,生产上应先推广使用各种气动和电动测量仪、投影仪和各种电子数显量具,有条件的工厂还可采用电接触测量或光电测量、自动测量机、多参数的综合检验装置、以及三坐标测量机等。量具和量仪的精度一般都要求比被测量零件高一个数量级,所以加工和测量通常是独立进行的。但随着机械加工技术水平的提高,机床本身的精度也大大提高,此时如配有适当仪器或采取一定措施后,机床可以作为计量装置,从而可使机床既是加工机,又是测量机,实现加工计量一体化。

 7.加强科研工作,促进机械加工技术水平全面提高,当今机械制造技术正借助微电子、计算机、自动化等技术向着高度自动化、精密化、智能化、高效化、集成化的方向发展,计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)今后将成为机械工业普遍使用的技术,所以在科研工作上,我们既应对加工过程(即系统加工技术)进行研究,如成组技术、数控加工技术、自动线、甚至自动化工厂(FA)等,也妥对加工方法(即固有加工技术)进行探讨,如各种特种切削加工、少无切屑加工、精密加工和超精密加工等。

当前机械加工研究工作重点应放在切削机理、切削优化(如切削工序优化、切削用量优化、以及、采用新型刀具材料和新型工件材料情况下刀具几何参数优化等)、建立切削数据库,难加工材料切削技术,新型刀具的研制和模块化刀具系统的开发,自动化生产过程中工况监测、自动补偿、故障诊断与预测,以及提高加工精度与表面质量等方面上来;同时还应开展在切削加工中导入声、光、热、电、磁等外加能量的新型特种切削加工方法的研究,如超声振动切削、导电加热切削、低温切削、激光辅助切削、磁化切削以及电解磨削等,此外,,还应继续开展以“三新”强化工艺手段,提高机械制造工艺水平,把高效与精度结合起来,在提高加工效率的同时提高加工精度水平。目前在国际市场上,机械产品的竞争实质上是工艺技术的竞争,因此要牢固树立工艺技术是提高产品质量的突破口这个指导思想,要把机械工业的重心转移到提高制造技术水平上来。

8.加强技术培训,提高人才素质,为适应当代机械制造业的迅速发展,全面提高我国机械加工技术水平,必须从提高劳动者素质着手,应大力加强技术工人的技能训练和职业技术教育,目前各企业中尤其缺乏“机电一体化”人才,应争取在近几年内有所改变,使我国机械加工技术的水平得到稳步发展与提高。

(来源:制配汇)

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