第一章機(jī)床的基礎(chǔ)知識

沙市大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院蘇朱勇金屬切削機(jī)床概論金屬切削機(jī)床

金屬切削機(jī)床：是一種以切削的方法加工金屬零件的機(jī)器，是制造機(jī)器的機(jī)器，故又稱“工作母機(jī)”或“工具機(jī)”。金屬切削機(jī)床課由兩部分組成：一、金屬切削機(jī)床概論部分：機(jī)床基礎(chǔ)知識；車床；磨床；齒輪加工機(jī)床；鉆、鏜、銑、刨、拉及螺紋加工機(jī)床。二、金屬切削機(jī)床設(shè)計部分：機(jī)床的總體設(shè)計；傳動設(shè)計；主軸部件；支承件及導(dǎo)軌等。第一章機(jī)床的基礎(chǔ)知識

機(jī)床在國民經(jīng)濟(jì)中的地位及其發(fā)展簡史機(jī)床的分類和型號對機(jī)床的一般要求機(jī)床上工件表面成形方法和所需運(yùn)動機(jī)床的傳動原理機(jī)床的傳動系統(tǒng)與運(yùn)動計算機(jī)床的精度第一節(jié)機(jī)床在國民經(jīng)濟(jì)中的地位及其發(fā)展簡史

一、金屬切削機(jī)床定義金屬切削機(jī)床（Metal-cuttingmachinetool）是用切削的方法將金屬毛坯加工成機(jī)器零件的機(jī)器，它是制造機(jī)器的機(jī)器，所以又稱為“工作母機(jī)”或“工具機(jī)”（m-achinetool），習(xí)慣上簡稱為機(jī)床。二、機(jī)床的地位1.機(jī)床是現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中最重要的加工設(shè)備機(jī)床的技術(shù)性能直接影響機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量及其制造的經(jīng)濟(jì)性,決定著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平。

2.一個國家要繁榮富強(qiáng),必須實現(xiàn)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)代化,這就需要一個強(qiáng)大的機(jī)械制造業(yè)為國民經(jīng)濟(jì)各部門提供現(xiàn)代化的先進(jìn)技術(shù)設(shè)備與裝備,即各種機(jī)器、儀器和工具等。然而,一個現(xiàn)代化的機(jī)械制造業(yè)必須要有一個現(xiàn)代化的機(jī)床制造業(yè)作后盾。3.機(jī)床工業(yè)是機(jī)械制造業(yè)的“裝備部”、“總工藝師”，對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著重大作用。三、機(jī)床的發(fā)展簡史1.國外機(jī)床的發(fā)展史

公元前二千多年出現(xiàn)的樹木車床是機(jī)床最早的雛形。工作時，腳踏繩索下端的套圈，利用樹枝的彈性使工件由繩索帶動旋轉(zhuǎn)，手拿貝殼或石片等作為刀具，沿板條移動工具切削工件。中世紀(jì)的彈性桿棒車床運(yùn)用的仍是這一原理。十五世紀(jì)由于制造鐘表和武器的需要，出現(xiàn)了鐘表匠用的螺紋車床和齒輪加工機(jī)床，以及水力驅(qū)動的炮筒鏜床。1500年左右，意大利人列奧納多?達(dá)芬奇曾繪制過車床、鏜床、螺紋加工機(jī)床和內(nèi)圓磨床的構(gòu)想草圖，其中已有曲柄、飛輪、項尖和軸承等新機(jī)構(gòu)。中國明朝出版的《天工開物》中也載有磨床的結(jié)構(gòu)，用腳踏的方法使鐵盤旋轉(zhuǎn)，加上沙子和水剖切玉石。

十八世紀(jì)的工業(yè)革命推動了機(jī)床的發(fā)展。1774年，英國人威爾金森發(fā)明了較精密的炮筒鏜床。次年，他用這臺炮筒鏜床鏜出的汽缸，滿足了瓦特蒸汽機(jī)的要求。為了鏜制更大的汽缸，他又于1776年制造了一臺水輪驅(qū)動的汽缸鏜床，促進(jìn)了蒸汽機(jī)的發(fā)展。從此，機(jī)床開始用蒸汽機(jī)通過天軸驅(qū)動。

1797年，英國人莫茲利創(chuàng)制成的車床由絲杠傳動刀架，能實現(xiàn)機(jī)動進(jìn)給和車削螺紋，這是機(jī)床結(jié)構(gòu)的一次重大變革。莫茲利也因此被稱為“英國機(jī)床工業(yè)之父”。

19世紀(jì)，由于紡織、動力、交通運(yùn)輸機(jī)械和軍火生產(chǎn)的推動，各種類型的機(jī)床相繼出現(xiàn)。1817年，英國人羅伯茨創(chuàng)制龍門刨床；1818年美國人惠特尼制成臥式銑床；1876年，美國制成萬能外圓磨床；1835和1897年又先后發(fā)明滾齒機(jī)和插齒機(jī)。

隨著電動機(jī)的發(fā)明，機(jī)床開始先采用電動機(jī)集中驅(qū)動，后又廣泛使用單獨(dú)電動機(jī)驅(qū)動。二十世紀(jì)初，為了加工精度更高的工件、夾具和螺紋加工工具，相繼創(chuàng)制出坐標(biāo)鏜床和螺紋磨床。同時為了適應(yīng)汽車和軸承等工業(yè)大量生產(chǎn)的需要，又研制出各種自動機(jī)床、仿形機(jī)床、組合機(jī)床和自動生產(chǎn)線。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，美國于1952年研制成第一臺數(shù)字控制機(jī)床；1958年研制成能自動更換刀具，以進(jìn)行多工序加工的加工中心。從此，隨著電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，使機(jī)床在驅(qū)動方式、控制系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)功能等方面都發(fā)生顯著的變革。2.我國機(jī)床的發(fā)展史公元前我國有原始的鉆床、木工車床。17世紀(jì)中葉，利用畜力代替人力作機(jī)床的動力。解放前夕，規(guī)模小、制造少、簡單的皮帶車床、牛頭刨床和砂輪機(jī)等。1949年，擁有機(jī)床6萬臺左右，機(jī)床僅1000多臺，品種不到10個。1953～1957年，新建、擴(kuò)建機(jī)床廠，并開始自行設(shè)計和開展試驗研究工作。1956年成立了綜合性的機(jī)床研究所和組合研究所。至1988年機(jī)床的產(chǎn)量達(dá)20萬臺，品種日趨齊全，機(jī)床的性能已經(jīng)接近和達(dá)到了世界先進(jìn)水平。四、機(jī)床的發(fā)展趨勢機(jī)床的發(fā)展趨勢朝著提高生產(chǎn)效率、加工精度、自動化程度和擴(kuò)大品種。模塊化設(shè)計將是貫穿產(chǎn)品設(shè)計全過程的一條主線，無論是機(jī)床技術(shù)發(fā)展的潮流還是市場競爭的要求；無論是降低成本的需要，還是提高產(chǎn)品質(zhì)量的需要，都要求我們在今后產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計中，切實做好模塊化設(shè)計、創(chuàng)新設(shè)計工作。加工中心、車削中心、磨削中心、數(shù)控車、數(shù)控銑、數(shù)控鏜等金切機(jī)床，構(gòu)成了龐大的展品群，這些由傳統(tǒng)的切削原理結(jié)合現(xiàn)代設(shè)計理念和先進(jìn)的控制技術(shù)相融合而成的金切機(jī)床，代表了世界機(jī)床的發(fā)展方向和趨勢。

高速、復(fù)合、高精度、高剛性仍是金切機(jī)床的發(fā)展主調(diào)，但又有新的變化。復(fù)合，已從原來的為復(fù)合而復(fù)合轉(zhuǎn)為從實用高效考慮為主，如車、銑復(fù)合，車、銑、鉆的復(fù)合，銑床和電火花的復(fù)合；從功能上看，復(fù)合型機(jī)床的針對性很強(qiáng)，針對某類零件考慮；從精度上看，定位精度＜2μm，重復(fù)定位精度≤±1μm的機(jī)床已比比皆是；從主軸轉(zhuǎn)速來看，8.2kW主軸達(dá)60000r/min，13kW達(dá)42000r/min，高速已不是小功率主軸的專有特征；從剛性上看，已出現(xiàn)可加工60HRC硬度材料的加工中心。模塊化的設(shè)計在機(jī)床制造中已應(yīng)用得爐火純青。橫向系列、縱向系列、全系列、跨系列的模塊化設(shè)計，在展品中體現(xiàn)得淋漓盡致，無論是大隈、牧野等為代表的日本機(jī)床，還是Haas、Cincinnati等為代表的美國機(jī)床，同樣兩臺展品，外形上看，好象完全一樣，但功能則完全不同，所構(gòu)成的模塊很多則是通用的。

全自動的概念已發(fā)生變化。傳統(tǒng)的全自動機(jī)床是用一只氣動或液動的機(jī)械手實現(xiàn)工件的自動上、下料，但展覽上有超過10臺以上的加工中心和車削中心，采用真正意義的多關(guān)節(jié)串聯(lián)式機(jī)器人，來實現(xiàn)工件的上、下料，包括完工零件的堆放。控制的范圍加大，組線的靈活性加強(qiáng)，同時輔助配套的機(jī)械大大減少。

環(huán)保要求越來越高。在展出的展品中，絕大部分的機(jī)床產(chǎn)品都采用全封閉的罩殼，絕對沒有切屑或切削液外濺的現(xiàn)象。另一方面，大量的工業(yè)清洗機(jī)和切削液處理機(jī)系統(tǒng)的展出，亦同時反映現(xiàn)代制造業(yè)對環(huán)保越來越高的要求。

（一）機(jī)床的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新

1．串并聯(lián)結(jié)合

并聯(lián)機(jī)床不僅用于切削加工，還可當(dāng)作試驗平臺、工業(yè)機(jī)器人、機(jī)械裝配等來使用。然而當(dāng)今并聯(lián)機(jī)床的另一個發(fā)展趨向，所謂串并聯(lián)相結(jié)合，就是在并聯(lián)機(jī)床上串聯(lián)傳統(tǒng)機(jī)床的若干部件，以擴(kuò)大并聯(lián)機(jī)床的工作范圍，增加靈活性以及提高加工精度。機(jī)床能耗低，刀具在空間自由運(yùn)動使復(fù)雜工件的加工變得簡單。

2．銑頭傾斜的加工中心

當(dāng)今，加工中心的一種創(chuàng)新設(shè)計就是立柱傾斜，其目的是為了更好地排屑及排放冷卻液。這種結(jié)構(gòu)是將立柱設(shè)計成和鉛垂直線成一定角度，往往是主軸軸線向操作者傾斜。剛性及抗振性強(qiáng)，進(jìn)給采用直線電機(jī)，機(jī)床精度高。

3．超聲振動加工技術(shù)

當(dāng)今，在醫(yī)療器械、光學(xué)工業(yè)以及汽車工業(yè)等領(lǐng)域內(nèi)，對高硬度的零件需求日益增加，因為諸如陶瓷、玻璃、硬質(zhì)合金等材料具有良好的抗磨損、耐高溫、抗腐蝕性能。但此類材料的高硬度及脆性，使傳統(tǒng)的工藝方法難以加工，然而成功研制的超聲振動加工技術(shù)，使硬脆材料的加工技術(shù)獲得了新的突破。振動切削理論是在切削過程中加入了超聲振動。由工業(yè)金剛石顆粒制成的銑刀、鉆頭或砂輪，在加工過程中對零件表面進(jìn)行20，000次/秒的連續(xù)敲擊，即使是高硬材料，在如此高頻的振動敲擊下，一個很小的切削力也可將其瓦解。機(jī)床的進(jìn)給力還是很大的，因此在振幅的最高點，附在刀具上的金剛石顆粒以撞擊方式將零件表面材料以微小顆粒形式分離出來。這種加工方式的效率要比傳統(tǒng)方式提高5倍；零件表面光潔度Ra<0.2μm；可加工φ0.3mm的精密小孔；切削溫升低，故可保護(hù)刀具及延長壽命。采用超聲技術(shù)的機(jī)床。ADR為控制沖擊力，將刀具的進(jìn)給量設(shè)定到最佳范圍，而ACC是通過聲音進(jìn)行控制的，即以加工過程中發(fā)出的聲音信號來進(jìn)行控制，若需要取得較好的表面質(zhì)量，ACC方式為更好。超聲加工機(jī)床（二）高速加工機(jī)床

隨著電主軸及直線電機(jī)技術(shù)的日益成熟，當(dāng)今數(shù)控機(jī)床的高速化發(fā)展越來越快，金切機(jī)床高速化不僅對機(jī)床的抗振性、抗熱變形能力要求很高，而且對裝配時的清潔度要求也非常嚴(yán)格，還注重防塵處理。如對光柵、導(dǎo)軌、主軸箱等重要部位嚴(yán)加密封。采用直線電機(jī)提高機(jī)床的進(jìn)給速度以外，也省略了傳統(tǒng)的易磨損機(jī)械零件，而且還能達(dá)到無反向間隙的高動態(tài)性能的良好效果。

（三）多軸聯(lián)動加工

多軸聯(lián)動加工中心是一種很好的機(jī)床產(chǎn)品。如銑頭立臥轉(zhuǎn)換式、銑頭擺轉(zhuǎn)式、工作臺雙軸擺轉(zhuǎn)式等，均是我們航天航空、造船、兵器及模具行業(yè)等的招標(biāo)清單中最常見的。多軸聯(lián)動加工中心，銑頭能繞軸回轉(zhuǎn)，因此對某些復(fù)雜零件的背面也能加工。銑頭能立臥轉(zhuǎn)換，如配上回轉(zhuǎn)工作臺，就能對箱體類零件進(jìn)行五面加工，由于銑頭立臥回轉(zhuǎn)是連續(xù)控制的，因此對復(fù)雜型面的零件也能加工。

（四）激光加工

激光加工近年致力發(fā)展的新技術(shù)，一般有兩種形式。第一是用激光直接對工件進(jìn)行加工的，以取代傳統(tǒng)的電腐蝕加工工藝，尤其適合對陶瓷、石墨及其他超硬材料的加工。它的優(yōu)越性不僅是能節(jié)省工時，更體現(xiàn)在能去除工件的某些因刀具干涉而不能切削部分，甚至對盲孔也能加工。當(dāng)然，對環(huán)保也起到積極作用。操作很方便，將三維CAD圖紙直接輸入就能加工。激光光束直徑在φ0.04mm-φ0.1mm范圍之內(nèi)，切除率可達(dá)到25mm3/min。另一種激光加工機(jī)的型式是高速銑削與激光加工相結(jié)合。能自動換刀進(jìn)行高速銑削以外，還帶有激光雕刻功能，以去除銑刀難以加工區(qū)域，為加工復(fù)雜模具的型腔及雕刻細(xì)紋圖案等拓展了新的空間。激光加工系統(tǒng)激光雕刻機(jī)激光加工視屏1激光加工視屏2我國機(jī)床工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與方向改革開放以來，國民經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，給機(jī)床制造業(yè)帶來了新的發(fā)展機(jī)遇，同時也提出了更高的要求。然而由于長期在計劃經(jīng)濟(jì)的條件下組織生產(chǎn)，不能很快適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)的要求，使國內(nèi)很多機(jī)床廠家陷入困境。借鑒國外的經(jīng)驗，明確我們的發(fā)展方向，迅速適應(yīng)市場需求，是我國機(jī)床制造業(yè)面臨的重要課題。

1.產(chǎn)品開發(fā)與技術(shù)引進(jìn)

應(yīng)用數(shù)字控制等先進(jìn)技術(shù)，不斷開發(fā)新產(chǎn)品，滿足高質(zhì)量、高效率和高靈活性的要求是現(xiàn)代機(jī)床的發(fā)展特征，并成為世界各機(jī)床廠家正在為之努力的目標(biāo)。因此，國內(nèi)很多廠家也在引進(jìn)數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)品，生產(chǎn)了各種類型的數(shù)控機(jī)床，從歷屆機(jī)床展覽會可見一斑，可以說中國的機(jī)床制造業(yè)的技術(shù)水平有了很大提高。但是，不能不看到，大多數(shù)廠家在日趨激烈的市場競爭中，特別是在國際市場的競爭中仍顯得能力不足。

應(yīng)當(dāng)指出，新產(chǎn)品開發(fā)不是引進(jìn)或仿制其他廠家的機(jī)型。引進(jìn)或仿制的產(chǎn)品對制造廠家是新產(chǎn)品，對市場卻不是新產(chǎn)品。引進(jìn)或仿制在一定時期是必要的，正如在建國初期我們通過仿制前蘇聯(lián)的產(chǎn)品建立了中國的機(jī)床制造業(yè)體系一樣，在改革開放初期引進(jìn)技術(shù)可以使我們的機(jī)床制造業(yè)快速跟上世界先進(jìn)水平。但是，這不應(yīng)是我們的唯一發(fā)展方向和最終目標(biāo)新產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)該是指全新機(jī)型或現(xiàn)有產(chǎn)品的改進(jìn)型。目前，在新產(chǎn)品開發(fā)方面，美國的機(jī)床公司處在世界前列。為了適市場需求，G&L公司不惜重金開發(fā)出RAM系列高速加工中心。采用整體床身，提高機(jī)床的剛性；選用滾動導(dǎo)軌，適應(yīng)高速要求。換刀速度(切屑到切屑)為4.5～5s，運(yùn)行速度達(dá)38m/min，贏得了大量用戶。INGERSOLL公司開發(fā)的HVM800型加工中心用直線電動機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的伺服電動機(jī)驅(qū)動滾珠絲杠的傳動系統(tǒng)，簡化機(jī)床的結(jié)構(gòu)，運(yùn)行速度76m/min，現(xiàn)已投放市場。新產(chǎn)品的開發(fā)往往對控制系統(tǒng)提出更高的要求，通用控制系統(tǒng)不能滿足要求時，還要進(jìn)行控制系統(tǒng)的開發(fā)。美國的G&L公司、CINCINNATI公司和德國的HELLER公司等均針對自己的系列產(chǎn)品，開發(fā)專用控制系統(tǒng)，并相繼建立起相當(dāng)規(guī)模的控制系統(tǒng)研制中心，生產(chǎn)專用控制系統(tǒng)，為各自的系列產(chǎn)品配套。而不直接采用專業(yè)電氣公司的通用控制系統(tǒng)，避免功能浪費(fèi)，彌補(bǔ)功能不足。這些才是新產(chǎn)品開發(fā)。我們應(yīng)當(dāng)在引進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)自己的新產(chǎn)品，或開發(fā)某些領(lǐng)先技術(shù)改進(jìn)我們的產(chǎn)品。當(dāng)然，開發(fā)新產(chǎn)品需要大量資金投入，只有將現(xiàn)有產(chǎn)品以高質(zhì)量的品位占領(lǐng)市場才可能積累資金，用于產(chǎn)品開發(fā)工作，即人們常說的“以老養(yǎng)新”。

2.通用機(jī)床與專用機(jī)床

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，特別是改革開放以來，專用組合機(jī)床的需求量增加，通用機(jī)床的需求量相對減少。于是，各通用機(jī)床廠紛紛建立專機(jī)車間或?qū)C(jī)分廠，生產(chǎn)組合機(jī)床。由于設(shè)計、制造、組裝和調(diào)試經(jīng)驗不足，使之在市場特別是國際市場中缺乏競爭力。組合機(jī)床作為一種現(xiàn)代機(jī)床，它不是通用部件、各種元件、刀夾輔具和控制系統(tǒng)的簡單組合，從設(shè)計制造到組裝調(diào)試都有其專業(yè)特征。通用機(jī)床是成熟產(chǎn)品，即使是改進(jìn)型也是經(jīng)過一輪或幾輪試制后，方能投產(chǎn)。通用機(jī)床的整機(jī)和零部件可以有少量庫存，生產(chǎn)時間充裕。而組合機(jī)床一般是單機(jī)一次性生產(chǎn)，不可能進(jìn)行試制，而且要求在一定的時間內(nèi)完成制造。這就要求機(jī)床廠家有一支經(jīng)驗豐富的設(shè)計隊伍，特別是資深的方案工程師。在訂購組合機(jī)床時，用戶往往將技術(shù)方案作為前提之一，因為一個好的方案可以為用戶帶來很大的經(jīng)濟(jì)效益。同時，也使機(jī)床制造廠家便于組織生產(chǎn)。好的技術(shù)方案是用最簡捷的形式，滿足工藝要求，并且易于操作、調(diào)整和維修。這就要求通用部件的選擇，刀具的設(shè)計和選擇，夾具的設(shè)計，控制系統(tǒng)的設(shè)計及液壓和氣動系統(tǒng)的設(shè)計等都要相對合理。專用組合機(jī)床一般用于大量生產(chǎn)，需要加工精度長期穩(wěn)定，因此，對其質(zhì)量的要求與通用機(jī)床有很大不同，通常要求工序能力系數(shù)CPK≥1.33。國內(nèi)一知名機(jī)床廠為用戶設(shè)計制造一條殼體生產(chǎn)線，用戶要求在技術(shù)協(xié)議中將工序能力系數(shù)CPK≥1.33作為一項驗收標(biāo)準(zhǔn)，廠家明確表示達(dá)不到這一要求。他們只能同意按被加工零件圖紙給定公差的75%作為驗收標(biāo)準(zhǔn)，這一驗收標(biāo)準(zhǔn)與工序能力系數(shù)CPK≥1.33的要求相差甚遠(yuǎn)。有的廠家甚至不了解工序能力系數(shù)這一概念。應(yīng)當(dāng)指出，CPK=1.33是最低要求，有的國外用戶將CPK≥4.0作為驗收標(biāo)準(zhǔn)。提高機(jī)床的質(zhì)量是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它要求制造廠家建立一套完整的質(zhì)量控制體系。從方案論證到產(chǎn)品設(shè)計，從原料進(jìn)貨到元件采購，從工藝編制到加工制造，從安裝調(diào)試到售后服務(wù)，都必須嚴(yán)格控制。才能有效保證整機(jī)的產(chǎn)品質(zhì)量，得到市場的認(rèn)可。為了占領(lǐng)市場，世界各廠家爭相提高產(chǎn)品質(zhì)量和服務(wù)質(zhì)量。美國的一家機(jī)床公司向用戶承諾，訂購該公司設(shè)備時，他們“不是在拿到訂單之后就一走了之，再見面時設(shè)備已經(jīng)制造完畢并請你付款，這時你所看到的只是設(shè)備的外表，而看不到內(nèi)在質(zhì)量。例如，你知道主軸的精度和硬度嗎？”他們的做法是：向你報告從方案設(shè)計、元件采購、加工制造到裝配調(diào)試的全過程并接受你的檢查。他們之所以能夠做到這一點是因為像大多數(shù)機(jī)床制造廠家一樣，機(jī)床在投入制造后，每個零件都備有一張卡片，將每道工序檢驗結(jié)果填寫在卡片上并輸入計算機(jī)，使制造的全過程處于受控狀態(tài)，從而保證了機(jī)床的出廠質(zhì)量。這些都是值得我們借鑒的質(zhì)量管理方法。

通用機(jī)床一般不需要制造廠家到用戶安裝調(diào)試，即使需要也很簡單。而組合機(jī)床則需要制造廠家到用戶安裝調(diào)試，且過程復(fù)雜，周期較長。要求廠家培養(yǎng)和建立一支有經(jīng)驗的安裝調(diào)試隊伍。此外，因為組合機(jī)床均用于大量生產(chǎn)，如果機(jī)床故障不能及時排除，其他設(shè)備很難替代，勢必造成停產(chǎn)，將給用戶帶來重大損失。因此，售后服務(wù)也是組合機(jī)床生產(chǎn)的一項重要內(nèi)容。鑒于這種情況，通用機(jī)床廠家應(yīng)當(dāng)揚(yáng)長避短，利用自己的專業(yè)特點開發(fā)和生產(chǎn)專用機(jī)床。例如，車床廠家可以生產(chǎn)制造曲軸專用車床，磨床廠家可以生產(chǎn)制造曲軸和凸輪軸專用磨床等。3.自動生產(chǎn)線與加工中心

大家知道，由組合機(jī)床組成的自動生產(chǎn)線因為具有高效的特點廣泛用于大批量生產(chǎn)。但是，隨著機(jī)床技術(shù)的發(fā)展，目前自動生產(chǎn)線有被加工中心取代的趨勢，這是由自動生產(chǎn)線和加工中心兩方面原因所致。自動線所加工的零件品種單一，若改變加工品種需要對自動線進(jìn)行改造；自動線中有一臺機(jī)床發(fā)生故障時，將造成全線停產(chǎn)，這對企業(yè)的發(fā)展和組織生產(chǎn)都是不利的。近年來，加工中心發(fā)展很快，新型的加工中心已具備了用于大量生產(chǎn)的能力，而且克服了自動線的缺點。在加工中心上只需更換夾具和程序，即可改變加工品種；在加工中心上一般采用工序集中的方式加工零件，由多臺加工中心完成同一工作，某一臺機(jī)床出現(xiàn)故障時，對生產(chǎn)影響不大?，F(xiàn)在，由加工中心組成的柔性生產(chǎn)線集中了自動生產(chǎn)線和加工中心的優(yōu)點，倍受一些大型用戶青睞。在美國CINCINNATI公司為一家用戶設(shè)計制造的柔性生產(chǎn)線上，同時生產(chǎn)21種不同的箱體。這條生產(chǎn)線主要由數(shù)臺加工中心(加工中心的數(shù)量可以根據(jù)需要增減)和一條用于輸送各品種夾具的主輸送道組成。工人只需將某一工件裝夾到該工件的夾具上，輸送道即可自動將夾具送入第一臺加工中心，加工中心根據(jù)夾具的型號，調(diào)出相應(yīng)的程序進(jìn)行加工，加工完成后，夾具自動退回輸送道，輸送道將其送至下一臺加工中心，隨后，下一夾具進(jìn)入第一臺加工中心，以此類推，加工完成后，由工人卸下工件。全線由中央計算機(jī)控制，中央計算機(jī)除與各加工中心和輸送道的控制系統(tǒng)相聯(lián)外，還與刀具測量間相聯(lián)，將測量數(shù)據(jù)輸入各加工中心，加工中心則根據(jù)刀具參數(shù)調(diào)整切削參數(shù)，以保證加工精度。只要輸送道上有足夠裝有工件的夾具，生產(chǎn)線可在無人看管的情況下工作，直至輸送道上所有工件全部加工完畢，生產(chǎn)線自動停止工作，工時利用率在90%以上。可以說加工中心和柔性生產(chǎn)線將主導(dǎo)下一世紀(jì)的機(jī)械制造業(yè)，我國機(jī)床廠家應(yīng)根據(jù)這一情況制訂和調(diào)整自己的技術(shù)發(fā)展規(guī)劃。

4.主機(jī)與元件

現(xiàn)代機(jī)床均裝備大量的元件(包括電器元件、液壓元件和氣動元件等)，元件的質(zhì)量是決定主機(jī)能否正常工作的重要因素。由于大多數(shù)元件為外購件，主機(jī)廠家不能直接控制其質(zhì)量。經(jīng)常出現(xiàn)了機(jī)床制造廠家和用戶同時抱怨元件質(zhì)量情況。為了降低機(jī)床故障率，有些用戶在向國內(nèi)廠家訂購設(shè)備時，明確提出裝備進(jìn)口元件，而制造廠家也贊同這一作法。造成大量國外元件涌進(jìn)中國市場。在改革開放的今天，我們并不反對進(jìn)口必要的元件，特別是一些我們尚未開發(fā)的品種或型號。但是，諸如限位開關(guān)和換向閥之類元件也需大量進(jìn)口，不能說是一種正?，F(xiàn)象。

元件作為標(biāo)準(zhǔn)或通用產(chǎn)品，其生產(chǎn)方式與主機(jī)不同，元件屬于大批量生產(chǎn)。只要嚴(yán)格控制原料質(zhì)量，并按成熟的加工工藝和裝配工藝進(jìn)行生產(chǎn)，其質(zhì)量不難得到控制?，F(xiàn)在，國內(nèi)元件制造廠家也在引進(jìn)國外技術(shù)或合資生產(chǎn)各種元件，關(guān)鍵是引進(jìn)質(zhì)量管理方法，全面提高元件質(zhì)量，創(chuàng)立中國的名牌元件，使元件與主機(jī)的技術(shù)水平同步發(fā)展，才能增強(qiáng)市場競爭能力。5.夾具與附件

現(xiàn)代機(jī)床特別是組合機(jī)床通常配備專用夾具，有些組合機(jī)床是圍繞專用夾具設(shè)計的，專用夾具作為組合機(jī)床的重要組成部分，往往是能否滿足使用要求的關(guān)鍵。目前，國內(nèi)組合機(jī)床的專用夾具基本上由機(jī)床制造廠家一并設(shè)計制造，有的廠家特別是通用機(jī)床廠家將主要精力放在主機(jī)上，而忽視夾具的設(shè)計制造。在安裝調(diào)試過程中修改夾具設(shè)計的現(xiàn)象屢見不鮮。實際上，有些夾具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度并不亞于主機(jī)。在某種程度上，夾具的設(shè)計制造與機(jī)床是兩種不同的專業(yè)。組合機(jī)床是以通用部件為基礎(chǔ)，夾具則無此條件，需要有經(jīng)驗豐富的專業(yè)工程師完成全部設(shè)計，在設(shè)計中要充分考慮定位夾緊合理，裝卸工件方便和易于排屑等方面的問題，并由經(jīng)驗豐富的工人完成制造。因此，歐美的機(jī)床制造廠家自己一般不承擔(dān)夾具的設(shè)計與制造，而是由主機(jī)制造廠商提出技術(shù)要求向?qū)I(yè)夾具公司訂貨，效果很好。國內(nèi)的機(jī)床附件廠原來主要生產(chǎn)與通用機(jī)床配套的各類卡盤和分度頭等機(jī)床附件，這就是說即使在通用機(jī)床占主導(dǎo)的年代，夾具與主機(jī)也是專業(yè)分工的。隨著通用機(jī)床和專用機(jī)床需求比例的變化，專用夾具的需求量不斷增加，通用機(jī)床附件相對減少，機(jī)床附件的生產(chǎn)廠家應(yīng)該適應(yīng)市場需要擴(kuò)大經(jīng)營范圍，組建夾具公司，承攬專用夾具的設(shè)計與制造業(yè)務(wù)。這不僅有利于附件廠家自身的發(fā)展，也有利于機(jī)床制造業(yè)的發(fā)展。6.大型企業(yè)與小型企業(yè)

在諸多的機(jī)床廠家中，大型廠家無疑是機(jī)床制造業(yè)的主力。應(yīng)有自己的系列產(chǎn)品和通用部件，向市場提供大量的設(shè)備和整條生產(chǎn)線。同時，具有強(qiáng)大的新技術(shù)開發(fā)能力，不斷將新的系列產(chǎn)品推向市場。就市場而言，小型機(jī)床廠家與大型廠家一般不應(yīng)是競爭關(guān)系，而應(yīng)該是互補(bǔ)關(guān)系。某些小型機(jī)床廠家將自身置于與大型廠家競爭地位是不可取的。小型機(jī)床廠家應(yīng)利用具有靈活性的優(yōu)勢，開辟自己市場，就是將用戶需要作為自己的產(chǎn)品。承制大的機(jī)床公司不宜生產(chǎn)的設(shè)備。目前，國內(nèi)外均不乏這樣的小型機(jī)床公司作為借鑒。另一方面，小型機(jī)床廠家應(yīng)具有自己的技術(shù)特點，開發(fā)特色產(chǎn)品。例如，奧地利的ANGER公司是一家只有80余名雇員的小型機(jī)床廠商，該公司生產(chǎn)的小型CNC高速切削機(jī)床很有特色。機(jī)床采用多主軸方式，主軸并排固定在主軸架上，每根主軸由各自的電動機(jī)直接驅(qū)動，簡化了傳動系統(tǒng)和主軸結(jié)構(gòu)，主軸轉(zhuǎn)速高達(dá)30000～100000r/min。每根主軸安裝一種刀具，由夾具快速位移完成換刀，省去了復(fù)雜的換刀機(jī)構(gòu)，換刀時間(切屑到切屑)僅為0.4s。由主軸旋轉(zhuǎn)和夾具運(yùn)動完成切削。機(jī)床采用運(yùn)行速度較快的FANUC控制系統(tǒng)。這種機(jī)床除歐洲市場外，還遠(yuǎn)銷美國和日本。再如，美國的KASPER公司設(shè)計制造的加工淬火工件的車床(Hardturning)和鏜床(Hardboring)也是特色產(chǎn)品，其加工精度和表面粗糙度均優(yōu)于普通磨床，是以車削和鏜削代替磨削的理想設(shè)備。我們的小型廠家也應(yīng)具有自己的技術(shù)特點和特色產(chǎn)品，才能在國內(nèi)外市場中立于不敗之地。

不斷提高技術(shù)水平，形成中國的世界知名廠家，生產(chǎn)名牌產(chǎn)品，應(yīng)當(dāng)成為新世紀(jì)之初我們機(jī)床制造廠家的目標(biāo)。

綜觀機(jī)床的發(fā)展歷史,它總是隨著機(jī)械工業(yè)的擴(kuò)大和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展,并始終圍繞著不斷提高生產(chǎn)效率、加工精度、自動化程度和擴(kuò)大產(chǎn)品品種而進(jìn)行的,現(xiàn)代機(jī)床總的趨勢仍然是繼續(xù)沿著這一方向發(fā)展。

我國機(jī)床工具業(yè)發(fā)展中的主要矛盾

一、我國機(jī)床工業(yè)發(fā)展中存在的主要矛盾

我國在發(fā)展機(jī)床工業(yè)中存在的矛盾很多。例如：對機(jī)床工業(yè)在工業(yè)發(fā)展中的戰(zhàn)略性重要地位認(rèn)識不足，政府對發(fā)展機(jī)床工業(yè)長期缺乏鮮明、持久的方針、政策；機(jī)床工業(yè)從上至下對機(jī)床的特點與發(fā)展規(guī)律認(rèn)識不清，不仔細(xì)研究國情和實際需求，盲目趕超世界先進(jìn)水平，而不去認(rèn)真打好技術(shù)基礎(chǔ)，因此常沾沾自喜于個別產(chǎn)品的開發(fā)，而整個主機(jī)及配套件的科研、設(shè)計、制造和供應(yīng)卻沒有從根本上解決；整個機(jī)床工業(yè)人員素質(zhì)差，嚴(yán)重缺少各方面專家、人才，許多關(guān)鍵性技術(shù)（如剛性、熱變形、振動、噪音、精度補(bǔ)償?shù)龋]有從根本上解決；發(fā)展機(jī)床所需的基礎(chǔ)技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)科研工作薄弱，在整個機(jī)床工業(yè)中，原有的7個綜合研究所、25個專業(yè)研究所己形同虛設(shè)，發(fā)揮不了“參謀、攻堅、組織、服務(wù)”四大作用。整個機(jī)床工業(yè)沒有堅強(qiáng)的科研單位和系統(tǒng)組織，科研時斷時續(xù)，忽冷忽熱，重大科研工作更不深入系統(tǒng)。

因此目前中國的各類機(jī)床、特別是NC機(jī)床的設(shè)計、制造，缺乏深厚的技術(shù)基礎(chǔ)，基本上是仿制國外，關(guān)鍵功能部件依賴于國外配套；在機(jī)床工業(yè)的產(chǎn)品生產(chǎn)上，基本上處于小工業(yè)生產(chǎn)，各企業(yè)都在孤軍作戰(zhàn)，缺乏合作，企業(yè)都追求“大而全”、“小而全”，與專業(yè)化生產(chǎn)、現(xiàn)代化大工業(yè)生產(chǎn)有較大距離。而且至今對此仍缺乏深刻認(rèn)識，沒有正確方針、政策、有效措施，因此生產(chǎn)效率低，經(jīng)濟(jì)效益差，難以參與世界市場的激烈競爭。整體組織松散，呈“虛胖子”現(xiàn)象。

但是，我國機(jī)床工業(yè)、NC機(jī)床發(fā)展不上去的根本原因，是人員的知識缺乏，更缺大批專家、人才，對機(jī)床工業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略性、重要性、復(fù)雜性認(rèn)識不清。對NC機(jī)床的機(jī)電一體化特性、設(shè)計、制造、使用特點缺乏深刻的認(rèn)識。至今仍徘徊于感性認(rèn)識階段，沒有上升到理性認(rèn)識，沒有按照其特點和客觀發(fā)展規(guī)律去辦事。各種主機(jī)設(shè)計、配套環(huán)節(jié)不過關(guān)，對國情缺乏深入分析，就想當(dāng)然地要盲目趕超世界先進(jìn)水平，這是守株待兔、緣木求魚。雖然我們利用和引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)，合作生產(chǎn)許多一、二流先進(jìn)NC機(jī)床產(chǎn)品，但沒有解決好內(nèi)因這個根本問題，機(jī)床工業(yè)的人才、組織、技術(shù)三大問題沒有從根本上解決，因此，缺乏堅實的基礎(chǔ)和基本功，雖可能興旺于一時，但不能持久。如果一旦失去國外的支撐，則將無法獨(dú)立行走。我國機(jī)床工業(yè)加速發(fā)展中的主要矛盾，是機(jī)床先進(jìn)技術(shù)要求高與人員知識差、素質(zhì)低、缺乏專家人才之間的矛盾。因此機(jī)床工業(yè)落后，發(fā)展緩慢，低效運(yùn)行。要從根本上解決問題，就是要提高全體人員的科技素質(zhì)，培養(yǎng)大批各方面專家人才，切切實實去解決各個重大問題，才能加快機(jī)床工業(yè)的發(fā)展，以適應(yīng)社會發(fā)展和國內(nèi)外市場的需求。

我國的NC機(jī)床在1980年前憑著感性認(rèn)識，一哄而上，又一哄而下，曾三起三落，因技術(shù)不過關(guān)，工作不可靠，不能堅持生產(chǎn)。改革開放后，依靠國外先進(jìn)技術(shù)、先進(jìn)元部件、功能部件、NC系統(tǒng)、自動化刀具等的支撐，開始進(jìn)入生產(chǎn)使用，并逐步開發(fā)一些新品種，確有較大進(jìn)步提高。

但許多關(guān)鍵技術(shù)并未真正掌握，更不能大批量生產(chǎn)，滿足社會需求。加速發(fā)展中的主要矛盾是：機(jī)電一體化現(xiàn)代高精尖的NC機(jī)床技術(shù)要求嚴(yán)格與主機(jī)結(jié)構(gòu)及各種關(guān)鍵元部件技術(shù)不過關(guān)、不配套的對立。許多關(guān)鍵技術(shù)不過關(guān)，重要元部件不配套，NC機(jī)床質(zhì)量低，技術(shù)水平差，發(fā)展緩慢。只有使NC機(jī)床所需各種關(guān)鍵技術(shù)過關(guān)，元部件各環(huán)節(jié)互相配套（如美、德、日那樣技術(shù)基礎(chǔ)扎實），NC機(jī)床才能加速發(fā)展。

二、解決好機(jī)床工業(yè)發(fā)展中的主要問題的幾個方面先進(jìn)工業(yè)國家發(fā)展機(jī)床工業(yè)的經(jīng)驗值得重視學(xué)習(xí)。美、德、日是當(dāng)今世界上機(jī)床先進(jìn)、機(jī)床工業(yè)強(qiáng)大的國家。其發(fā)展機(jī)床工業(yè)的重要成功經(jīng)驗主要有三：一是一貫重視人才，提高人的知識和經(jīng)驗，代代相傳、世世積累，技術(shù)基礎(chǔ)深厚，基本功扎實；二是講究實效，按需發(fā)展，實事求是，科學(xué)精神。美、德、日都是先發(fā)展高效自動化機(jī)床、大批量生產(chǎn)自動化，然后結(jié)合社會多品種需求，微電子、計算機(jī)技術(shù)進(jìn)步，進(jìn)而發(fā)展NC機(jī)床、柔性生產(chǎn)自動化，步子扎實，經(jīng)濟(jì)效果顯著；

三是進(jìn)行專業(yè)分工、互相協(xié)作，實行專業(yè)化生產(chǎn)，在市場經(jīng)濟(jì)中，既有競爭，又有合作，走現(xiàn)代化工業(yè)大生產(chǎn)的路子，同時不斷加強(qiáng)科研、進(jìn)行創(chuàng)新，提高質(zhì)量、貨真價實，誠信為用戶服務(wù)、建立信譽(yù)。所有這些做法，是符合機(jī)床特點和客觀發(fā)展規(guī)律的，并抓住了“人”是創(chuàng)造工具，利用資源的主體這個主要矛盾。人的知識科技水平提高了，在開發(fā)產(chǎn)品、改進(jìn)組織、提高技術(shù)、滿足市場需求等各方面的水平，就會不斷提高，存在的許多問題也就能逐步迎刃而解。首先，必須學(xué)習(xí)美、德、日的發(fā)展經(jīng)驗和了解世界市場的需求變化，應(yīng)堅持做好“以人為本”，大力培養(yǎng)各方面人才，扎扎實實做到正確“育人、選人、用人”。在五年、十年、二十年內(nèi)切實改變目前機(jī)床工業(yè)人多知少、素質(zhì)低下、低效運(yùn)行、盲目自滿的落后浮躁狀態(tài)。能夠切實認(rèn)識機(jī)床的特點和發(fā)展規(guī)律，踏踏實實地前進(jìn)。在切實提高人員素質(zhì)、培養(yǎng)大批專家人才的前提下，去正確解決好“人才、科