高速加工進一步向縱深發(fā)展

高速數(shù)控加工起源于90年代初，它以電主軸實現(xiàn)主軸高速和以直線電機實現(xiàn)高直線移動速度為主要特征，主要應(yīng)用于大批量生產(chǎn)的轎車工業(yè)等領(lǐng)域。目的是力圖用高主軸轉(zhuǎn)速和高速直線進給運動的單主軸加工中心來替代多主軸但難以實現(xiàn)高主軸轉(zhuǎn)速和高速進給的組合機床，從而在大批量生產(chǎn)中，既得到高度的柔性利于產(chǎn)品快速地更新?lián)Q代，而又不降低生產(chǎn)效率。在實際生產(chǎn)中，一些馳名的汽車廠如我國的上海通用汽車公司，已經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線部分替代組合機床。當前最新趨勢是：繼續(xù)擴大其應(yīng)用范圍。有的公司為了降低成本，不用直線電機，而采用中空通冷卻液、加大直徑和加大導程的滾珠絲杠；日本東芝機械則采用中空通冷卻液的雙滾珠絲杠來增強傳動剛度。但不管采用何種形式的滾珠絲杠，其最大移動速度一般不大于50m/min，加速度最高為0.5g～1g，但是，HüLLER HILLE公司的nbh110高速加工中心，由于采用了“框中框”結(jié)構(gòu)，使得移動部件質(zhì)量較小。因此盡管用了滾珠絲杠，其X、Y、Z軸直線速度仍可高達75m/min，加速度達1g。

高速加工應(yīng)用的另一個領(lǐng)域是用立方氮化硼刀具進行淬硬鋼的高速銑削或車削，這對模具工業(yè)非常有利。為了追求最終的高精度，一般希望在模具淬硬以后進行精加工。在以前，對付淬硬模具唯一可用的加工手段是電加工。電加工的放電燒蝕是微切屑加工，效率極低。而高速銑削淬硬鋼的效率卻可以高出幾十倍，從而成為電加工的理想替代工藝。雖然，對那些大型模具上的深而窄的槽、小曲率半徑圓弧曲面和清角等高速銑削無能為力，但可以用高速銑削進行粗、半精加工，而用電加工作最后加工，這樣可大大縮短模具加工周期。對那些為數(shù)眾多的異形且窄而深的槽類模具，仍只能采用電加工方法。為此，電加工永遠不會被完全取代。

高速銑削淬硬鋼對電加工的挑戰(zhàn)，促使電加工機床也走向“高速”化。日本Sodick公司于1999年(1996年著手研制)在世界上率先推出了直線電機取代滾珠絲杠的電火花成形機床。在IMTS2000上Sodick的電火花線切割機床和打孔機床也全部用上了直線電機。以直線運動速度為36m/min左右、分辨率為1μm的直線電機傳動取代直線速度只有1.3m/min左右，分辨率為1μm的滾珠絲杠，其傳動的優(yōu)越性不能直接體現(xiàn)在高速度上。這是由電火花機床為不斷維持放電間隙的前移而又不致于短路的伺服性質(zhì)所決定的。它表現(xiàn)為瞬時進、瞬時停、甚至瞬時后退。由于直線電機大幅度提高了傳動剛進，且有高達3000N的直線推力，因此有可能產(chǎn)生瞬時高加(減)速度，形成高頻率瞬時的斷續(xù)沖擊，沖走由電蝕產(chǎn)生的鐵屑。這樣既可免除一切“沖刷”(Flushing)裝置，又可一直保持最小且一致的火花間隙而達到快速的進給。從而不僅可大幅度提高效率(一般可提高40%)、精度，改善表面粗糙度，還可以解決以往由于無法解決“沖刷”問題(如很難在微小且密集的電極上鉆“沖刷”用小孔等)而不能進行電加工的問題。??

航空和宇航工業(yè)是高速加工的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域。其原因一是其主導材料為鋁和鋁合金；二是其零件常具有厚度極薄的壁和筋，剛度很差。只有高速切削時切削力很小才能對這些筋、壁進行加工。最新趨勢是：近來這些行業(yè)流行采用大型整體鋁合金坯料制造大型部件，如機翼、機身等，來替代多個零件，以避免眾多的鉚釘、螺釘和其它聯(lián)結(jié)方式。這樣不僅可省去昂貴的裝配工時和工裝，還可使構(gòu)件的強度、剛度和可靠性得到提高。因而，在這屆IMTS2000上，美國CINCINNATI和意大利Jobs公司均展出了專門用于飛機工業(yè)的大型高速銑床(其型號分別為HyperMach和JoMach159)。這類機床有以下特點：

(1)進一步提高主軸轉(zhuǎn)速和功率：由于飛機工業(yè)采用整體坯料“掏空”的方法加工零件，切削量極大。因而，主軸轉(zhuǎn)速和功率可增加的空間也很大。據(jù)CINCINNATI公司稱，以往在飛機工業(yè)中，主軸轉(zhuǎn)速達15000r/min和22kW就是高速了。隨著技術(shù)進步，先進機床已提高到40000r/min和40kW。而他們的HyperMach已提高到60000r/min和80kW，也即達到了新的高度。

(2)超長的X行程和龍門移動：由于“機翼”類為細長型零件，JoMach機床的X軸行程長達30m，而Y軸只有2m。據(jù)稱它將被用于加工歐洲下一代戰(zhàn)斗機“臺風”的機翼。HyperMach機床的X行程最長為46m，Y軸也只有2m。英國Marwin公司Alumax系列機床的雙面總長度達100m。如此長的X行程，只能是龍門(往往是多個龍門)移動而不可能是工作臺移動。

(3)采用直線電機作高速直線傳動：和以往航空工業(yè)大型機床用斜齒輪齒條或蝸桿條傳動不同，這類高速銑床也用上了直線電機。這是為了適應(yīng)主軸超高速、特大功率和超長X行程的需要。HyperMach機床采用直線電機以后，進給速度最大達60m/min，快速為100m/min，加速度達2g。據(jù)CICINNATI公司稱，他們在HyperMach上曾試切一件薄壁飛機零件，只花了30分鐘。同樣的零件在一般高速銑床上加工費時3小時，而在普通數(shù)控床需8小時。這充分顯示了超高速機床的威力。

Jobs公司2000年推出的另一臺用于航空和模具工業(yè)的高速大型銑床LinX，為橋式布局，也應(yīng)用了直線電機，最高進給速度達60m/min，加速度0.6g，主軸轉(zhuǎn)速24000r/min，功率為44kW。據(jù)稱，由于高速主軸和高速進給，加工時間可減少50%，機床結(jié)構(gòu)還得到簡化，減少了25%的零件，從而易于維護。

以上說明直線電機應(yīng)用已從最初的汽車工業(yè)，擴展到電加工機床，航空工業(yè)和大型模具的加工。

不僅如此，這次IMTS2000展品中，板材沖壓機和激光板材切割機床也應(yīng)用了直線電機，如Alabama公司的激光切割機，采用直線電機后，速度為150m/min，加速度為1.3g。另外，直線電機還被應(yīng)用于三坐標測量機，如Helmel公司的Mierostar HS產(chǎn)品，直線移動速度達30m/min，這樣，測頭每分鐘可作120次以上的接觸測量。
    高速化另一個關(guān)鍵功能部件——電主軸最近有以下新進展：??
    (1)瑞士Fischer公司推出在電主軸部件上裝有在線自動動平衡裝置的產(chǎn)品。應(yīng)用在加工中心上，每換一次刀進行一次包括刀具質(zhì)量在內(nèi)的自動動平衡。據(jù)稱可在一秒鐘內(nèi)消除80～90%由動不平衡所引起的振動。??
    (2)瑞士IBAG公司推出了靜壓軸承的電主軸，據(jù)稱使用壽命大于2萬小時。??
    (3)美國Ingersoll公司推出了動靜壓軸承的電主軸，作為一個獨立部件出售。??
    (4)瑞士IBAG公司推出了磁浮軸承的電主軸。

(5)瑞士IBAG公司在其電主軸部件上配備軸向尺寸監(jiān)測傳感器，可與機床數(shù)控系統(tǒng)聯(lián)結(jié)進行軸向尺寸的補償。??
    (6)永磁同步電機的電主軸也已出現(xiàn)。此前電主軸的電機均為異步感應(yīng)電機。其定子發(fā)熱可以冷卻，而轉(zhuǎn)子發(fā)熱無法冷卻。但永磁同步電機的轉(zhuǎn)子為永久磁鐵不發(fā)熱。此外，同功率的同步電機外形尺寸比異步電機小，有利于實現(xiàn)小尺寸、大功率，也即可提高功率密度(Power Density)。但目前僅有少數(shù)機床公司(如Mazak)在研制。專業(yè)的電主軸公司尚未見有產(chǎn)品供應(yīng)。??
    歐洲至少有三家著名的電主軸公司(瑞士Fischer、IBAG，德國GMN)正在搶灘美國市場，紛紛在美國建立分公司進行銷售、維修和翻新等業(yè)務(wù)。原因是電主軸的核心技術(shù)是精密加工和精密裝配，對工人的技藝水平要求很高，這些正是瑞士、德國的強項；在高速運轉(zhuǎn)情況下，滾動軸承的壽命均是較低的。主要失效形式為由于材料疲勞而喪失精度(電主軸精度一般為徑向2μm，軸向1μm)。因此不具備本地維修、翻新的能力是不可能打開市場的。一些電主軸公司建議用戶購置一個備品，因為一般的維修、翻新時間為兩周。這樣，可把停機時間減至最小。??
    此外，美國Kennametal公司推出了帶自動動平衡的刀柄來適應(yīng)高速化。
    五軸聯(lián)動加工得到時興；五軸聯(lián)動和五面加工合二為一
    在IMTS2000展覽會上，給人們一個突出的印象是五軸聯(lián)動機床比以往多，據(jù)不完全統(tǒng)計，約有50余臺。這個現(xiàn)象的出現(xiàn)，不是偶然的，有以下深刻的背景。??
    (1)從本質(zhì)上說，對三維曲面的加工，三軸聯(lián)動一般不是最佳的選擇，因為在三軸聯(lián)動時，一般難以用刀具的最佳幾何形狀進行切削，不僅效率低而且表面粗糙度極差，往往需要后續(xù)繁重的手工拋光。手工拋光可以改善表面粗糙度卻往往喪失了曲面的幾何精確度。為此，有的公司采用后續(xù)電火花加工，這不僅耗費較長的時間而且還要制造形狀復雜的電極。??
    采用五軸聯(lián)動，可以使用刀具最佳幾何形狀來進行切削，包括可使用球頭銑刀的圓弧部分(非頂端部分)進行切削。這樣，不僅表面粗糙度好而且效率也大幅度提高。美國CINCINNATI公司曾經(jīng)宣稱，一臺五軸聯(lián)動機床的效率等于兩臺三軸聯(lián)動機床。特別是在當前流行的立方氮化硼銑刀高速銑削淬硬鋼工藝中，五軸聯(lián)動比三軸聯(lián)動能發(fā)揮更大的威力。所以，一般說來，五軸聯(lián)動才是三維曲面加工的最佳選擇。??
    (2)由于以下一些原因阻礙了五軸聯(lián)動的廣泛應(yīng)用:
    ①過去五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的價格極高，比三軸聯(lián)動系統(tǒng)高出幾倍?，F(xiàn)在，這兩種聯(lián)動系統(tǒng)的價格相差很小。??
    ②過去，五軸聯(lián)動的編程軟件(包括編程后的檢驗軟件)由于技術(shù)難度較大，價格極高，一般為三軸聯(lián)動編程軟件的幾倍?，F(xiàn)在價格雖仍較高，但已大幅度下降。??
    ③五軸聯(lián)動除X、Y、Z以外的兩個回轉(zhuǎn)軸的運動有兩種實現(xiàn)方法，一是在工作臺上用復合A、C(B)軸回轉(zhuǎn)工作臺(以下簡稱復合轉(zhuǎn)臺)；二是采用復合A(B)、C軸的主軸頭(以下簡稱復合主軸頭)。??
    當前，由于電主軸的出現(xiàn)，使得復合主軸的結(jié)構(gòu)大為簡化，不再需要任何弧齒錐齒輪副、齒形皮帶或輪傳動鏈等，因而制造難度大幅降低。這次IMTS2000展出的五軸聯(lián)動機床大多為復合主軸頭類型。超低速、大扭矩而又平穩(wěn)地回轉(zhuǎn)，歷來是電機傳動技術(shù)的大難題。因此，多種結(jié)構(gòu)的機械減速器是必要的。但隨著功率電子和微電子，特別是DSPO(數(shù)字信號處理器)芯片以及永磁材料等技術(shù)的飛躍發(fā)展，這個大難題已有所突破。最近，瑞士ETEL公司和美國KOLLMORGEN公司均推出了“無刷環(huán)形扭矩電機”(Brushless Ring Torque Motor)。ETEL公司曾為一臺大型天文望遠鏡提供一臺直徑達2.5m，而厚度僅為40mm，扭矩達10000Nm的環(huán)形扭矩伺服電機。在回轉(zhuǎn)速度小于1轉(zhuǎn)/56天的條件下，仍能極為平穩(wěn)均勻地回轉(zhuǎn)，令人感到不可思議。該公司還在宇航工業(yè)用的多軸聯(lián)動銑床上應(yīng)用了直徑分別為0.5m和1m的環(huán)形扭矩伺服電機來替代蝸輪蝸桿副，加工精度和表面粗糙度均大有改善。當前，這兩家公司均可提供一系列尺寸和規(guī)格的環(huán)形扭矩伺服電機。以ETEL公司為例，可提供的電機外徑尺寸范圍由120mm至1260mm，扭矩從1Nm至18000Nm，定位精度可達0.5″，重復精度可達0.01″，最低轉(zhuǎn)速可達0.001r/min。可以預見，在不久的將來，在復合轉(zhuǎn)臺和復合主軸頭的A、C(B)軸伺服傳動中的蝸輪蝸桿副將被這些環(huán)形伺服扭矩電機所取代。蝸輪蝸桿副、弧齒錐齒輪副將繼正齒輪副之后從數(shù)控機床領(lǐng)域中逐漸退出。這將是又一個具有突破意義的變化。??
    為了適應(yīng)五軸聯(lián)動加工日益普及的要求，美國TRI-TECH公司現(xiàn)出售復合主軸頭(型號為5411)的功能部件。從而可將現(xiàn)有的任何三軸聯(lián)動機床變?yōu)槲遢S聯(lián)動機床(利用7∶24的錐柄和該公司提供的連接器，可將復合主軸頭與現(xiàn)有機床的主軸聯(lián)結(jié))，其C軸范圍為360°；A(B)軸為±90°，角度精度為0.01°和重復精度為0.005°。自然，現(xiàn)有機床必須具備五軸聯(lián)動功能的數(shù)控系統(tǒng)以及五軸聯(lián)動編程軟件。另外，該公司還可提供五軸后置處理軟件。

    在IMTS2000的CINCINNATI展臺上，展出了由德國DST公司設(shè)計制造的Z3型復合主軸頭。該頭采用了并聯(lián)加串聯(lián)的三桿機構(gòu)。由于受并聯(lián)機構(gòu)的限制，Z3主軸頭最大傾角只有±40°，故只能用于五軸聯(lián)動，而不能用于五面加工。??
    以往在對大件進行五面加工時，采用雙柱(龍門)式機床和可更換的垂直和水平主軸頭(附件頭)來實現(xiàn)。為此，這類機床除有刀庫外，還需有一個主軸頭庫。橫梁一般要向左側(cè)外延一段，作為主軸滑枕交換主軸頭用。日本新日本工機在上一屆IMTS展出的五面加工機床就是這樣的結(jié)構(gòu)。而這一屆展出的不再使用交換主軸頭的方式，而采用前述的復合主軸頭。當A(B)軸鎖在0°位置時，就可進行工件水平平面的加工；C軸鎖在4個90°位置和A(B)軸鎖在90°位置時，就可實現(xiàn)四個相互垂直平面的加工。也即用一個這樣的復合主軸頭，就可實現(xiàn)5面加工。由于C軸可鎖在任意的角度，實際上可實現(xiàn)不只4個而是多于或少于4個垂直平面的加工。此外，前面已提到復合主軸頭還可實現(xiàn)軸聯(lián)動加工，這使得五面和五軸加工可在同一臺機床上實現(xiàn)，因此是另一種形式的復合加工。這對大型模具的加工很有利。這類機床還可實現(xiàn)傾斜面和倒錐孔(即大頭在下)的加工。無獨有偶，這屆IMTS上，除新日本工機外，還有多家公司展出類似的機床，名稱都叫“五軸和多面加工”(5-axis and multi machining)機床，即不再叫“五面加工”機床了。

數(shù)控加工走向提高機床生產(chǎn)率的網(wǎng)絡(luò)化

將數(shù)控系統(tǒng)上網(wǎng)不是新鮮事。但是，以往理解上網(wǎng)是為了向數(shù)控系統(tǒng)傳輸加工程序，特別是大容量程序，實現(xiàn)遠程診斷和遠程維修服務(wù)等。而在IMTS2000上，日本大隈(Okuma)機床公司展出的“IT plaza”(信息技術(shù)廣場，以下稱“IT廣場”)，日本Mazak(山崎)公司展出的“Cyber Production Center”(智能生產(chǎn)控制中心，以下簡稱“CPC”)，日本日立精機公司展出的SEIKI Flex Link(精機柔性聯(lián)接)，美國Hardinge機床公司與GE Fanuc兩家展臺相配合展出的“Open Factory CNC”(開放工廠CNC)以及Simens公司倡導的“Open Manufacturing Environmert”(開放制造環(huán)境)等都強調(diào)聯(lián)網(wǎng)是為了進一步提高機床生產(chǎn)率。大隈說，僅有好的機床和好的數(shù)控系統(tǒng)，還不足以適應(yīng)當前激烈的市場競爭，只有“進入”他們的“IT廣場”才能在競爭中取勝。Mazak說，在多品種小批量的條件下，一臺數(shù)控機床實際上只有25%的時間在切削，在創(chuàng)造價值，而余下的75%時間不創(chuàng)造價值。他們認為只有將機床聯(lián)網(wǎng)，且與他們的CPC聯(lián)接，才有可能將切削時間由25%提升至65%。Simens公司說，要使機床得到最大的利用率，需要在其數(shù)控系統(tǒng)的HMI(人機接口)中裝上以太網(wǎng)通訊卡與工廠智能網(wǎng)絡(luò)連接。??

Mazak認為，由于以下五方面的因素，使得機床利用率只有25%。??
①編程、程序編輯和試切。??
②測量、輸入和管理刀具數(shù)據(jù)。??
③由于生產(chǎn)計劃改變，機床的重新調(diào)整。??
④對機床生產(chǎn)的數(shù)量和運轉(zhuǎn)情況向上級報告和監(jiān)控。??
⑤對工件安裝方法作出決策和尋找夾具。??
針對以上5個因素，其CPC中將以下4個軟件模塊無縫地集成在一起。??
①計劃調(diào)度模塊(Scheduler)??
通過仿真提出最佳的多品種零件加工計劃。急件插入時，進行更改計劃的再次仿真，找出最佳方案進行調(diào)度。既可作出快速反應(yīng)又不造成生產(chǎn)混亂，從而使資源得到優(yōu)化使用。此外，該模塊還可對車間數(shù)據(jù)進行采集和分析。??
②工夾具管理模塊(Tool Managerment)??
使得刀具、夾具得到最優(yōu)的應(yīng)用和成本最低。對每一種工件列出刀具、夾具清單。??
③機床監(jiān)控模塊(Machine Monitor)??
在線監(jiān)控每臺機床運轉(zhuǎn)情況，易于在辦公室或通過因特網(wǎng)實現(xiàn)遠程監(jiān)控。??
④編程及程序優(yōu)化模塊(Camware)

人機交互式編程和程序的優(yōu)化。??

Mazak將其CPC稱為“數(shù)字制造解決方案”(The Digital Manufacturing Solution)，作為獨立的產(chǎn)品在IMTS2000上展出。其樣本中列出了3家用戶對其功能作出的滿意評價，并且稱其在中國工廠(即銀川“小巨人”公司)的30臺機床均由其CPC直接控制。大隈將其“IT廣場”別稱為“大隈網(wǎng)絡(luò)工廠”(Okuma Net Factory)。意思是將信息技術(shù)(IT)與加工技術(shù)融合在一起。認為僅靠先進加工技術(shù)，還不能在激烈競爭中“存活”，必須應(yīng)用IT來“增速”和擴大“商機”。

“IT廣場”概念用圖形表達是一個立體球，球心是數(shù)控(CNC)系統(tǒng)。在球體上的三個圓周平面(一個水平平面和兩個互成90°的垂直平面)的圓周上，分布六個小球，分別代表人、機床、三個軟件模塊和一個因特網(wǎng)門戶網(wǎng)站，這六個小球指向球心(CNC系統(tǒng))并起交互作用。

三個軟件模塊的功能為：??
①“MacMan”——網(wǎng)絡(luò)生產(chǎn)管理系統(tǒng)??
大隈認為，當今是這樣一個時代，一家公司能否接到下一訂單，取決于其生產(chǎn)管理系統(tǒng)能否適應(yīng)交貨期短和任務(wù)多變的要求。為此，其MacMan系統(tǒng)通過企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)(intranet)隨時監(jiān)視生產(chǎn)現(xiàn)場情況和采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行最優(yōu)的計劃和調(diào)度。當生產(chǎn)任務(wù)突然改變時，幾乎不會造成任何損失。該系統(tǒng)還有遠程診斷和維修功能；其ERP(企業(yè)資源規(guī)劃)功能可以使銷售信息、財務(wù)會計和生產(chǎn)得到統(tǒng)一的控制，通過從根本上縮短生產(chǎn)周期和維持理想的庫存水平而達到大幅度降低成本的目的。??
②“KCMAC”——操作工人技藝數(shù)據(jù)庫??
大隈認為，通過豐富經(jīng)驗和直覺形成的技藝是一個重要的資源。將這些技藝數(shù)字化，不斷積累并和全公司共享可實現(xiàn)高效、高質(zhì)量加工?！癒CMAC”?？墒惯@些技藝得到充分的運用，變成寶貴的知識財富，因此可創(chuàng)造新工藝、新知識和新訣竅。??
③ADMAC——大隈新的CAD/CAM系統(tǒng)??
ADMAC將CAD數(shù)據(jù)迅速轉(zhuǎn)變?yōu)榧庸こ绦?、工具清單、工藝卡和加工工藝圖紙，實現(xiàn)并行工程來縮短生產(chǎn)周期，與KCMAC協(xié)同運行得到優(yōu)化的加工程序。??
④OSPmerit.com——IT廣場通向因特網(wǎng)的門戶網(wǎng)站。通過它與外界聯(lián)接，既可與客戶聯(lián)系，為每一個客戶設(shè)立一個窗口，快速反應(yīng)其要求，又可與加工設(shè)備、刀具、夾具供應(yīng)商聯(lián)系，得到最新的信息。??
⑤OSO-P—－為大隈自制的CNC系統(tǒng)OSP-P100的縮寫。大隈自行開發(fā)和生產(chǎn)自用的CNC系統(tǒng)已有40余年歷史。OSP-P100為基于PC的系統(tǒng)。使用WindowsNT4.0和IMtime(一種實時操作系統(tǒng)的商業(yè)名稱，為美國Radisys公司產(chǎn)品)，內(nèi)置以太網(wǎng)通信卡通向內(nèi)部，將人、機和網(wǎng)絡(luò)有機地融合在一起而成為IT廣場的核心。大隈還在OSP-P100樣本的最后標明：根據(jù)日本政府有關(guān)法律，該系統(tǒng)為戰(zhàn)略物資。??
     球的水平平面圓周將人、MacMan、KCMAC和Ospmerit.com四個小球連在一起。目的在于為確立優(yōu)化的生產(chǎn)過程而采集數(shù)據(jù)。??
     球的一個垂直平面圓周將機床、MacMan、ADMAC、Ospmerit四個小球連在一起，目的是使生產(chǎn)效率最大化。??
     球的另一個垂直平面圓周將人、機床、KCMAC和ADMAC四個小球連在一起，目的是在全公司內(nèi)充分共享含有工人技藝和訣竅的數(shù)據(jù)庫。??
     六個小球均有兩個圓周交叉經(jīng)過且都于球心處交互起作用，構(gòu)成IT廣場。??
     日立精機的SEIKI FLexLink的實質(zhì)內(nèi)容，大體與IT廣場類似，這里不再贅述。??
     美國Hardinge機床公司展出的三臺數(shù)控車床全部配備了GE Fanuc公司的Open Factory CNC系統(tǒng)，用以太網(wǎng)與一臺服務(wù)器連結(jié)，并且與GE Fanuc的展臺相連結(jié)。除在Hardinge展臺上顯示如何通過聯(lián)網(wǎng)獲得好處外，還在GE Fanuc展臺上顯示對這三臺機床實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)訪問等功能。據(jù)稱，嵌入了工業(yè)PC的Opoen Factory CNC系統(tǒng)將PCD硬件的柔性和一系列基于Wimdows的應(yīng)用軟件和對機床的控制結(jié)合在一起，使CNC系統(tǒng)成為高性能的信息中心(H9ingh-Performance lmformation Center)，從而使生產(chǎn)率提高得到最大化，以滿足交貨期最短和成本最低的需求。GE Fanuc公司Open Facrory CNC的概念，不僅包含了裝在機床上的CNC功能，還包括通過以太網(wǎng)連接服務(wù)器后新增加的一些功能，如可獲得有關(guān)機床、CNC、生產(chǎn)計劃調(diào)度以及加工工件全部有關(guān)的文件和資料，使用“車間編程”(“Shop Floor Programming”，為美國一家CAM專業(yè)公司—－Gibbs公司的軟件產(chǎn)品)軟件進行編程、可視化DNC、可視化MEM(Machine Event Monitoring)機床事件監(jiān)視及局部硬盤、PCMCIA標準閃速存儲卡等硬件。整個網(wǎng)絡(luò)通向主管生產(chǎn)的經(jīng)理、總經(jīng)理和維修經(jīng)理，使這些人員隨時掌握現(xiàn)在情況。對現(xiàn)有舊機床也可以聯(lián)網(wǎng)。不管這些機床裝備的是GE Fanuc以前出廠的系統(tǒng)，還是其他公司的數(shù)控系統(tǒng)，GE Fanuc公司均可將其聯(lián)網(wǎng)。據(jù)稱其方法是用“兩個螺釘”擰上一臺工業(yè)PC。如果是該公司以前的產(chǎn)品，還需再加上一塊HSSB(High Speed Serial Bus，高速串行總線)板。此外，GE公司還和世界聞名的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商CISCO公司聯(lián)合組成GE CISCO工業(yè)網(wǎng)絡(luò)公司，承擔工業(yè)部門任何一個級別的建網(wǎng)工作，小到一個車間，大到一個工廠以及公司全球業(yè)務(wù)的聯(lián)網(wǎng)工作。我們還發(fā)現(xiàn)有專門從事將CNC聯(lián)網(wǎng)的公司，如e-Manufcturing Networks lnc.等。??
     從以上介紹的三家公司的產(chǎn)品，我們可以看到：??
     (1)以往機床公司只賣機床，數(shù)控系統(tǒng)公司只賣系統(tǒng)，現(xiàn)在一些機床和系統(tǒng)公司將其產(chǎn)品連同網(wǎng)絡(luò)(包括配套的軟件)一起賣了。原因就是Mazak講的，在多品種、單件小批生產(chǎn)(機械工業(yè)中，這種生產(chǎn)模式占到總產(chǎn)值的約70%)條件下，機床切削時間只有25%，也即75%的時間未得到利用。若只注意單臺機床、單個系統(tǒng)的效率，只是在25%上作文章。只有聯(lián)網(wǎng)才有可能將25%提升到65%(Maxak觀點)。可見聯(lián)網(wǎng)不是目的，而是提升生產(chǎn)效率的手段。??
     這也是一種“成套”的概念，不過是加工信息化高層次的成套，而不同于以往的成套供應(yīng)。
    (2)只聯(lián)網(wǎng)而沒有相應(yīng)配套的軟件模塊不能有所作為，軟件功能低下也不可能將切削時間提升到65%，可見軟件——濃縮的知識的重要性。前述有關(guān)的軟件模塊(特別是大隈公司的KCMAC模塊包含有數(shù)字化的工人技藝，可不斷累積進而創(chuàng)造新的技藝、新的訣竅等。)以及它與生產(chǎn)管理模塊的結(jié)合等意味著以往的數(shù)據(jù)處理在向知識處理過渡，將網(wǎng)上大量信息的內(nèi)容和意義作深入的處理，轉(zhuǎn)變成可直接運用的知識，這屬于計算機高層次的應(yīng)用。從而說明整個制造業(yè)的信息化正在由低層次的數(shù)據(jù)處理向高層次的知識處理過渡。??
     (3)Mazak、大隈既生產(chǎn)機床又自制數(shù)控系統(tǒng)(Mazak采取硬件由專業(yè)廠——三菱電機公司提供，自己集中精力開發(fā)有特色的軟件的做法)，而且主要精力放在機床的制造上。因此，聯(lián)網(wǎng)配套的主要軟件模塊幾乎全是為了自己應(yīng)用而開發(fā)且在使用中不斷完善的。對其成熟度他們自己充滿信心。而GE Fanuc配套的軟件模塊含有市場上較為成熟的第三方軟件，如前面提到的Gibbs公司的CAM軟件。但也含有他們自己開發(fā)的軟件，如采集車間數(shù)據(jù)的CIMPLICITY軟件。無論Mazak、大隈還是GE Fanuc的系統(tǒng)均含有PC(分別稱之為：融合PC、基于PC和嵌入PC)，為采用第三方軟件、標準硬件、接口等提供了極好的條件。??

(4)大隈把CNC系統(tǒng)作為“IT廣場”的核心，GE Fanuc將其CNC稱為高性能信息中心?？梢娐?lián)網(wǎng)后CNC系統(tǒng)在其中起的重要作用。??
    (5)機械加工高層次信息化成套的實質(zhì)是從最基層裝備自下而上地構(gòu)筑CIMS系統(tǒng)，以提高生產(chǎn)率為目的。它與自上而下地構(gòu)筑CIMS系統(tǒng)孰優(yōu)孰劣，似乎值得探討。

車銑復合加工中心大顯威力

在數(shù)控車床刀盤上增加動力刀架從而可進行鉆、銑等工序就構(gòu)成了車削中心。復合加工早已有之，但是其銑、鉆等的功率太小、轉(zhuǎn)速太低不能適應(yīng)某些復雜回轉(zhuǎn)零件的要求，因而出現(xiàn)了以大功率、高轉(zhuǎn)速的電主軸取代刀盤。由于同時只能安裝一種刀具，象加工中心一樣，車削中心增加了刀庫和機械手，無論是車刀(車削時，電主軸鎖住不回轉(zhuǎn))，還是鉆、銑類刀具均存放在刀庫中。此外，還增加了垂直于X軸的Y軸和繞Y軸回轉(zhuǎn)的B軸。雖然換刀時間遠遠超過了車削中心，但是可實現(xiàn)高速大功率的銑削和車削，實質(zhì)上等于將車床和加工中心合二為一，稱之為車銑中心。如在IMTS2000上，Mazak公司展出的INTEGREX系列車銑中心，其銑軸轉(zhuǎn)速高達10000r/min，20多千瓦。通過車銑復合工藝，演示中在10多分鐘內(nèi)，僅一次裝夾就將一根大直徑整體圓棒料加工成一根汽車發(fā)動機的曲軸。依靠X、Y、C三軸的聯(lián)動，加工出位于不同空間的連桿軸頸和曲拐的多個平面。當然，這種工藝加工曲軸材料耗費太大。Mazak現(xiàn)場人員解釋說，這種方法只限于發(fā)動機的試制和某些單件生產(chǎn)的特殊空氣壓縮機，其表演的主要目的是顯示車銑復合加工的威力。在制造業(yè)中，特別是宇航工業(yè)、印刷機、壓縮機工業(yè)等，復雜的回轉(zhuǎn)零件數(shù)量不少。機床工業(yè)也不例外，如數(shù)控車床的刀盤就為復雜回轉(zhuǎn)件的典型代表。Mazak在我國銀川的小巨人公司，就配備了五臺車銑復合加工中心，約占機床總臺數(shù)的17%。奧地利有一家WFL公司專門生產(chǎn)大型車銑復合加工中心。據(jù)稱其訂單(訂戶多來自飛機、宇航、船舶、印刷機等行業(yè))連續(xù)多年爆滿。從低層次應(yīng)用起步的并聯(lián)加串聯(lián)機床繼續(xù)取得成功；并聯(lián)機床首次進入車削領(lǐng)域。

在1994年的IMTS上首次展出并引起世界轟動的并聯(lián)(6條腿)機床(又稱虛擬機床)，在經(jīng)過隨后持續(xù)三年的全球跟進浪潮后，在世界范圍內(nèi)“溫度”早已逐漸降下來。兩家聞名的開路先鋒只展出1次或2次后就未再展出。英國一家專業(yè)的(其他均為傳統(tǒng)機床公司兼業(yè)為之)并聯(lián)機床公司也只展出并聯(lián)機床兩次后就消聲匿跡了。這是因為并聯(lián)機床在理論和實踐上有一系列難度相當大的難題，很難在短期內(nèi)解決。但是，一家瑞典小公司——Neos Robotics公司的產(chǎn)品早已進入實用，至今已銷售多達200余臺。它的成功是由于：??

1)采用并聯(lián)加串聯(lián)的方案。??
該公司采用三桿(故取名為Tricept)結(jié)構(gòu)而不是六桿結(jié)構(gòu)，解決3個自由度的問題，另外兩個自由度采用成熟的傳統(tǒng)串聯(lián)機構(gòu)［為可進行C、A(B)軸回轉(zhuǎn)的復合主軸頭］來解決。這樣，難度相應(yīng)地大為減少。??
(2)從低層次應(yīng)用做起，逐步積累經(jīng)驗和財力，向高層次應(yīng)用發(fā)展。??
從對定位精度和速度均要求不高的低層次應(yīng)用做起來打開市場、走向應(yīng)用(如從用砂輪或銑刀打毛刺、倒角、鉆油孔、低精度焊接、自動裝配的壓配合以及加工對象為木材、塑料、鋁材等易切削材料入手)。由于其造價很低，對這些低層次應(yīng)用勝任有余，很快得到了汽車、飛機工業(yè)等源源而來的訂單，其產(chǎn)品早已進入象Vlovo、SAAB、大眾、雷諾、GM等著名的汽車廠和Boeing等有名的飛機廠，承擔上述那些“粗”活。從這些應(yīng)用中該公司取得了豐富的經(jīng)驗和可觀的經(jīng)濟效益，支持公司進一步向高層次應(yīng)用發(fā)展。??

這次該公司展出了Tricept845加工中心。其體積定位精度達到±50μm，重復定位精度±10μm，這兩個指標距離傳統(tǒng)機床雖還有較大的差距，但對并聯(lián)機床，已具有實用價值。而且其進給速度已達90m/min，加速度達2g，這方面已優(yōu)于不采用直線電機的傳統(tǒng)機床。主軸功率為30～40kW，最高轉(zhuǎn)速24000～30000r/min，采用瑞士IBAG公司電主軸、Simens 840D數(shù)控系統(tǒng)和Heidenhain的測量系統(tǒng)。該加工中心采用模塊化結(jié)構(gòu)。三桿結(jié)構(gòu)組件有0°、45°、90°三種布局可選(即分別組成臥式、傾斜45°、立式加工中心)。工件安裝部件也是可選的模塊。而且用戶在3年內(nèi)，如果由于加工對象變化而想改變?nèi)龡U結(jié)構(gòu)組件的布局，Neos公司可免費到現(xiàn)場來重構(gòu)。機床支架采用人造花崗巖(用環(huán)氧樹脂和花崗巖碎石攪拌均勻后，澆“鑄”及固化而成)。Neos在結(jié)構(gòu)上取得的成功，除了由于減少桿數(shù)而使結(jié)構(gòu)簡化外，在很大程度上還得益于三桿中央的中心管。直徑粗大的中心管不僅大幅度增加了結(jié)構(gòu)的剛度，還可內(nèi)置測量系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)測量套筒長度和中心管的姿態(tài)，從而可直接測量刀具在空間的實際位置，再對照三桿長度的間接測量(作為變形、溫度等的被償)來試圖解決并聯(lián)機床位置測量的難題。有趣的是Neos公司起步時只有3人，至今也只有30人，短短5～6年，發(fā)展成為并聯(lián)機床界一顆明星。

德國Index的美國分公司展出的V100型三桿并聯(lián)機構(gòu)的“倒立車”(即主軸和工件在上作X、Z軸運動，而刀具在下不動，可回轉(zhuǎn)換刀，但不作任何直線運動的立式車床，我國習稱為“倒立車”)，它將并聯(lián)機床用于車床，甚為聰明。這是因為：??

①并聯(lián)機構(gòu)最大弱點之一是空間的有效利用率很低。所以，主軸平臺移動范圍宜小，而車床不象加工中心，工件相對刀具的移動范圍本來就很小，所以，V100外形緊湊。??
②車床一般只需兩個自由度(X和Y軸)。現(xiàn)用三桿機構(gòu)可以獲得X、Y、Z三個自由度，還冗余一自由度，可用作自動上下料用。??
為了增加剛度，index采用兩根桿起一根桿作用的雙桿結(jié)構(gòu)，也可稱為三(雙)桿結(jié)構(gòu)，與天津第一機床總廠結(jié)構(gòu)類似。??

V100安裝5英寸夾盤。電主軸轉(zhuǎn)速為8000r/min，功率為26.48kW。X、Y、Z行程分別為450mm、150mm、175mm，可自動上下料，售價為175000美元。據(jù)稱已在歐洲出售了5臺。V100可能為世界上首次出現(xiàn)的并聯(lián)機構(gòu)車床。??

美國Hexel公司將6桿并聯(lián)結(jié)構(gòu)做成獨立部件應(yīng)用于轉(zhuǎn)塔銑床。這可將低價的普通銑床升級為5軸聯(lián)動銑床。工作臺直徑710mm。X、Y行程范圍為直徑305mm的圓，Z軸178mm，A軸±25μm，最大進給速度為5.1m/min，重91kg，售價7900美元(包括控制軟件)。據(jù)稱2001年將生產(chǎn)200臺。
此外，前面提到的Z3復合主軸頭，可能是并聯(lián)機構(gòu)用于機床小型部件的第一個例子。