極端智能成當下數控機床兩大發展趨勢

　　極端制造，說得通俗一點呢，就是可以極端“大”也可以極端小，比如我國研發成功的一種挖掘機，斗容量有55立方米，是全世界最大的挖斗，可以容納一個樂隊在里面演奏。那小的有多小呢?現在做集成電路制版用的裝備，都是納米級的，只有90納米。極端大與極端小，是對科技實力的綜合考量，那么，這些讓人驚嘆的極端制造，到底是如何制造出來的?

　　新界限

　　北京機床研究所所長劉炳業說，加工精度始終是衡量現代數控機床技術發展水平的重要指標，但體現加工精度的效果如今已經不局限于尺寸精度、形狀精度以及表面粗糙度等方面，更體現在微結構的加工技術方面。

　　而加工技術的發展趨勢，現在可以明顯感知到的是，一方面局部加工的形狀尺度特征向精微方向發展，另一方面加工的整體形狀向大尺寸方向發展。

　　實際上，在科技創新的驅動下，微結構零件的應用非常廣泛，比如太陽能發電元件、手機導光板、液晶顯示器增亮膜、高速公路顯示板、復眼透鏡、衍射光柵、傳感器元件、二元光學元件、微型透鏡等。

　　“很多源于身邊事物的啟發。”劉炳業舉例說，比如有人發現水滴在荷葉上，總是會自覺呈現特定的形狀，這與荷葉的微型構造有關，那么就有發明家嘗試研制類似的平臺，來進行相應的運用，這就需要加工技術的跟進。

　　因此，大量帶有微結構的零件加工成為當前精密機床發展面臨的重要任務，而微結構的出現也使得機床的加工進入新的領域。

　　微結構的出現對機床加工提出了新挑戰，因為微結構尺寸的變化從幾百微米到幾微米不同，帶有微結構的整體零件的尺寸從毫米級到數米不同。但微結構的加工表面的質量都在納米級。這對機床的運動精度、運動的平滑性、阻尼特性都有新的要求，此外加工工藝、機床刀具、機床附件也都要發生新的變化。

　　而新的光學加工技術，如快刀伺服(FTS)、刨削加工、鑿削加工、確定性磨削等也在微加工技術發展中產生。現今用于加工大型圓柱面、圓端面、平面的微結構機床成為市場競爭的產品，此外納米壓印復制工藝技術相應也得到發展應用。

　　據劉炳業介紹，在微結構的制造設備領域，日本、德國、美國發展迅速，出現了很多新機床產品。典型的公司包括：東芝機械、發那科、不二越、庫格勒等。

　　他提到，近期微孔精密切削加工在此期間也得到了快速的發展，德國科恩公司的金字塔超精密機床，可以用同一把刀具在半導體陶瓷材料上加工上萬個直徑不超過0.1mm的微孔。

　　智能化要求高可靠性

　　與極限制造一樣，智能制造已經成為國際制造領域一種新的趨勢。自2011年德國在漢諾威博覽會提出“第四次工業革命”(工業4.0)以來，如今已經進入實施階段。

　　劉炳業說，“第四次工業革命”的目標是工廠智能化。2013年美國以制造業回流為主題，開啟智能時代的再工業化。日本在柔性制造的基礎上，形成了當今比較成熟的智能化制造技術。中國目前制造業勞動力成本的不斷上升，一些地區出現的“用工荒”也迫使制造企業向智能化方面轉型。

　　智能化制造技術的大趨勢，要求機床必須適應其使用要求，最典型的應用特征是要求各種配置的高可靠性，作為智能制造最基本的組成部分，機床設備的可靠性成為最主要的考核指標。

　　他表示，現今的智能制造技術可以看作是在前兩代柔性制造技術基礎上發展起來的技術。第一代柔性制造系統產生于上世紀80年代，它的可靠性衡量特征是可連續24小時運行，第二代產生于上世紀90年代，可連續72小時運行。當今的智能制造系統，它要求可以連續720小時運行。因此，能夠長時間不間斷高可靠性運行的機床設備成為另外一個發展趨勢。

　　智能制造三代發展中，人力成本不斷下降，智能化制造中人的參與很少，但機器人的復雜程度明顯提升。比如第二代發展中，機器人只能從事固定路徑的搬運，但第三代機器人不僅可以通過視覺傳感器感知無序擺放的工件，通過判斷做出不同路徑的抓取動作，還可以感知裝配過程的零件對中狀態，并配合智能夾具代替過去只能由人才能完成的工作。

　　此外，智能制造同樣對機床適應性的其他方面提出了要求，比如：能夠配合帶傳感器及感知對位裝配的機器人協同工作、能夠遠程通訊等。

　　劉炳業說，雖然機床的發展趨勢還有很多，比如多功能復合化趨勢、可重構趨勢、低能耗環保趨勢等。但極限制造和智能化制造這兩大趨勢呈現了不同技術特色，第一大趨勢主要的突出特色是技術的前沿性和創新性，重點體現技術的高精尖;第二大趨勢主要特色是技術的成熟性、體現一個國家制造業的基礎。

　　“這兩大特色都能比較充分反映國家制造業的強大程度。如果缺乏第一大趨勢所涉及的技術，一個國家就會面臨壟斷的威脅;第二大趨勢考驗和衡量的是一個國家制造基礎強弱和好壞的問題，涉及的技術層面范圍更廣。”

　　劉炳業認為，面對第一大趨勢的挑戰，行業同仁必須發展以精度與尺度為特征的技術，研究開發尖端設備與工藝。

　　歐盟委員會宣布的“地平線2020”科研和創新計劃中，其中三個主要目標之一“做產業界領袖”,其中重點發展領域是“納米技術”，也正體現了這一發展的要求。在精密制造機床設備領域中，持之以恒地重視工作母機、超精密機床的發展，才能在國家的高技術領域占有一席之地。

　　而面對第二大趨勢，要求中國機床工具行業必須配套地解決制造領域的高可靠性等涉及產品質量性能的問題。

　　因為智能化制造最大的特色是講求集成，如果智能化制造的生產線元器件、部件的質量有問題，集成度越高，問題就越大。