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美国机床制造业的技术发展 |
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| http://cn.newmaker.com
2/15/2006 12:42:00 PM
全球科技经济瞭望
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美国生产机床比英国要晚50年，但在制造技术方面很快就超过了英国，跃居世界首位。1896年福特制造出第一辆汽车，为配合汽车大量生产，格里森公司研制了一整套用于齿轮加工、测量的设备和刀具，其他公司也研制出许多新型高效的自动化机床。1934年研制出世界上第一条组合机床自动线。1948年建立了世界上第一条年产3000万套轴承的自动线，使汽车产量迅速提高，1950年汽车产量达到800万辆（2000年中国生产汽车统计数字为207万辆）。从此，美国机床工业迅猛发展，在机床技术先进性、产量、生产规模上，长期居世界首位。虽然在20世纪80年代中期，美国经济衰退，机床工业一度下降，被日本、德国赶超，但很快由政府采取措施扭转了局面。目前，美国机床制造业在高效自动化机床、自动生产线、NC机床、FMS等机床技术及工业生产上仍处于世界领先地位。
美国机床企业目前主要分布在中西部和东北部各州，机床厂家最多的州是俄亥俄州、密执安州和伊利诺伊州。机床工业的主要消费用户是汽车制造业、航空工业、建筑业和医疗设备制造业等。
美国的机床技术之所以能够在世界上保持长期领先，政府在引导加强研发和不断创新方面起到了至关重要的作用。
在加强研发方面主要表现为：
对方向性重大科研课题定出计划、措施并提供充足经费。例如为NC机床的研究开发提供大量经费。为新一代NC系统的研发提供1亿美元经费。
组织引导有关科研单位和企业间的科研合作。例如：新一代NC系统的研发，由全美制造科学中心与美国空军协作开发；CIM的研制，组织通用汽车公司、波音飞机公司以及有关机床工业公司研发。
新产品开发出来后，组织订货推广使用，加速科研进一步深化。例如：1952年麻省理工学院研制出第一台NC铣床后，马上组织军工部门订货100台用于生产，并不断改进，从而加速NC机床技术不断提高。又如：1994年美国G＆L公司研制出世界上第一台VARLA4并联机构机床后，及时组织有关大学研究分析并在企业中使用，以便在技术上进一步提高。
在不断创新方面主要表现为：
在20世纪30年代至70年代在大量使用自动化生产中，结合汽车、轴承、电视、电子工业等开发出多种高效自动化机床、各种形式的组合机床、通用机床等。
在20世纪50年代迄今发展的中小批量多品种柔性生产自动化中，创新开发出加工中心（1958年）、FMS9（70年代）、NC伞齿轮磨床（1997年）、并联机构机床（G＆L公司，1994年；Ingersoll公司，1997年），在2000年9月芝加哥国际机床展上，又展出了世界上最廉价的4万美元立式加工中心（Haas公司）、高效新型加工中心，用于加工宇航复杂零件（Cincinnlti公司）、2000m/s的高速齿轮磨床等。
研制开发出一些具有发展方向性的机床和基础元部件，例如：加磨削加工的加工中心（2000年，Bridgefort公司）、开放式NC系统、直线电机等。
由于美国缺乏熟练工人以及工人工资相对较高，机床用户要求机床制造厂家的机床使用性能更具有灵活性并可反复编程，以减少对熟练工人的需求。由于汽车行业的竞争越来越激烈，汽车型号更新周期也越来越短，汽车行业要求机床的性能灵活、使用范围广、调试周期短，以适应汽车生产批量少、更新换代快的要求。美国航空业、汽车业和模具制造业对高速机床的需求在不断增加。由于环保的原因，许多客户要求机床减少冷却液的使用量。以上种种情况表明，科技进步是影响美国机床工业发展的主要因素。
电子化、高速化、精密化已成为美国机床业发展的主流。从以下实例可看出发展趋势：
美国企业通过网络企业对企业的服务，有效整合供应商与客户的采购和存货系统；大型汽车公司（通用、福特、戴姆勒／克莱斯勒）和航天航空公司（波音、洛克希德）都通过这种网络服务在全球范围内与相关体系同步设计开发。机床业的制造过程管理、远端监控、故障排除和售后服务日渐普及。
铣床主轴采用液压轴承模具，运用非接触式取代滚珠轴承；线性马达摆脱应用限制，进入商品化。
精密测量技术的应用，如扫描技术附加于加工设备，可短时间收集大量信息，加以分析、解读，可使使用者快速调整步伐。
各类刀具加工及应用软件有较大的发展：一是电脑辅助设计软件可进行立体曲面加工，满足客户特殊需求；二是模具行业可通过网络连接；三是美国机床厂家正研发新型尼龙塑料材料，已取代传统的金属材料制造机床部件，一些新材料具有一般传统机床所不具备的性能。一些切削机床还采用了激光、放电和高压水技术。
在制造技术方面，美国机床近期有以下明显的发展趋势：
1. 追求具有更高加工效率的机床
提高机床的效率就是缩短加工零件的加工周期。缩短加工周期有两条路径，一条途径是提高切削速度，即提高主轴转速。目前车床和车削中心的主轴转速都在8000r/min以上，加工中心的主轴转速一般都在15000～20000r/min，还有40000r/min和60000r/min的。同样，送给速度也有大幅度提高，可达20m/min，甚至60m/min。随着切削速度的增加，机床的结构刚性和动态特性都有明显提高，高速主轴和刀具系统的动平衡设计也获得相应提高。另一条途径是减少非加工时间。因为在零件加工过程中有大量的无用时间消耗在工件搬运、上下料、安装调整、换刀和主轴的升、降速上，因此，复合机床的研发近期发展很快，其核心是在一台机床上要完成车、铣、钻、镗、攻丝、铰孔和扩孔等多种操作工序。车床技术发展的主要趋势是多功能机床，目前的多功能复合机床实际上就是一台具有车削功能的加工中心。在磨削方面，目前的技术重点是开发基于PC的磨削控制系统，一台磨床能进行内圆、外圆和台阶轴磨削，或给机床以不同的循环来加快生产进程，既磨得快又能保证尺寸精度和表面粗糙度。
2. 追求更加安全可靠和符合环保要求的机床
由于机床的运行速度的提高，操作者的安全和健康也被提到优先考虑的位置。目前美国研制的高档机床在可能伤害人的地方几乎都加有安全警示装置。干切削和微量润滑剂切削方法因其可大大减少润滑剂的挥发而得到越来越广泛的应用，并且，几乎整个机床都是被封闭起来的，有些机床甚至看不到切屑，这样，即使有过量的油雾和烟雾也容易收集。同时，机床操作者在工作时的环境、位置会被考虑得非常舒适。此外，无污染的清洁加工技术也受到极大重视。
3. 机床配套部件产业迅速发展
机床配套件发展很快，品种齐全。主要产品有滚珠丝杠副、精密轴承、各种转台、换刀装置、各种气动、液压装置、直线导轨及主轴部件等等。这些配套件产业的发展有力地推动了机床主机的发展，不但有助于提高机床的速度和性能，而且可以大大缩短主机的生产周期，降低生产成本。
4. 追求更加完善的控制系统
更高速的处理器和更精确的控制设备使机床的功能和性能完善而强大。技术密集已进入超速发展阶段，而集成的关键是开放式结构。PCC技术的应用，开始改变了机床的工作方式，把CNC推向了控制中心而不局限于机床控制器的范围。控制软件发展更快，一年甚至改进几次。CNC制造商已提供一些开放式结构的CNC系统。目前机械制造厂里开放式结构的CNC控制器占到10%～20%。零件程序可以离线开发，然后传送到生产车间的编程系统，在CNC控制器上运行，操作者可以观察、检测刀具运行情况和加工过程，还可以对加工过程进行必要的修正。美国GE FANUC公司销售的控制器中，有30%是开放式的，实现了真正的CAM/CNC集成，并趋于智能化控制，还可上网。虚拟制造和无纸化生产的技术基础已经具备，借助信息技术，此类软件的应用将以更快速度发展。
5. 追求更高的机床外观质量
目前，机床制造商更加注重机床造型的美观和色调的协调柔和，机床精品更向工艺品方向发展。
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