稳中求进谋发展 创新求变促转型——“机床产品创新与设计高峰论坛”助力创新制造

本刊记者/Reporter 余捷/YU Jie

创新是以新思维、新发明和新描述为特征的一种概念化过程，这个词汇起源于拉丁语，它原意有三层含义，一是更新，二是创造新的东西，三是改变。一个民族想要走在时代的前列，创新是其发展的不竭动力；同样一个行业想要不断进步、不断超越，创新也是必不可少的催化剂。

2012年6月13 日，机床杂志社《制造技术与机床》月刊借CIMES2012之东风，在北京新国际展览中心W-202会议室举办“机床产品创新与设计高峰论坛”。中国机床总公司副总经理董刚、同济大学张曙教授的到场为论坛增色不少；威腾斯坦、湖南海捷、Delcam等多家客户的演讲精彩纷呈，吸引了众多参展人员以及参观者前来听会，在当天下午的会场上空掀起了一股以机床产品创新设计为主基调的旋风。

致辞——中国机床总公司副总经理董刚

中国机床总公司副总经理董刚代表展会的主办方致辞，他首先总体介绍了一下本届展会的情况：CIMES2012规模空前，无论是展商数量、观众数量还是展出面积上，都超过上届，展品范围囊括金属切削与成形机床、金属板材与管材加工技术及设备、特种加工机械设备、专用与特种机床、切削工具、机床附件与配件、功能部件及组件、磨料磨具、精密测量技术及设备、热加工与热处理技术与设备、铸造与锻造技术及设备、焊接与切割技术及设备等众多领域。CIMES2012必将成为本年度继德国及美国机械展览之后，2012年度您不容错过的世界第三大机床工具类展览会。

提及了此次展会最大的亮点，无疑就是首次开设专家门诊，每天安排2位专家现场答疑，有北京机床研究所副总工程师、研究员级高工盛伯浩，全国金属切削机床标准化技术委员会副主任、国家机床质量监督检测中心主任赵钦志，南京理工大学教授、重大专项办公室总体专家组专家冯虎田博士，成都工具研究所原副所长、研究员级高工赵炳桢。生产企业可以现场咨询在生产、制造设计过程中的问题，CIMES与专家共同为用户单位提供在加工使用中的实际操作技巧。

中国机床总公司副总经理董刚

本刊记者/Reporter 余捷/YU Jie

董总对此次论坛活动给予了肯定，他觉得在这一关键时期举办此类活动显得尤为重要，希望通过行业媒体的大力推广，整个行业内部都能对创新的重要性引起足够的重视，希望“转型升级”与“创新求变”能成为近几年我国机床行业发展的主旋律。

高性能数控机床的现状与趋势——中国机械工程学会荣誉理事、同济大学教授张曙

张曙教授开篇先总体叙述了一下我国机床工具行业“十二五”规划的纲要性内容：（1）结构调整工程调整产业结构优化进出口贸易，加快产业发展方式的转变；（2）技术创新工程 建立和完善技术创新体系，落实科技重大专项，突破数控系统和功能部件瓶颈；（3）两化融合工程 提升高端机床设计和制造水平；（4）品牌建设工程 扩大市场影响力和竞争力；（5）绿色制造工程 发展低碳循环经济，节能环保；（6）人才培育工程 增强产业可持续发展的能力。

中国机械工程学会荣誉理事、同济大学教授张曙

目前行业的发展已获得了众多成就，但也存在不少问题，成就主要有6方面：主要经济指标高速增长；形成一批骨干高新企业；企业自主创新成果显著；结构调整取得较大进展；企业固定资产高速增长；国际化经营有了新进展。仍待解决的问题也主要有6个方面：机床主机大而不强；数控系统和功能部件滞后；高端数控机床有较大差距；产品质量稳定性有待提高；制造服务业尚未形成；行业整体经济效益偏低。

当今高端机床的发展趋势为：（1）复合加工，车铣、铣车、磨车、齿轮车磨等，一次装夹、一台机床、完整加工；（2）高效加工，加工时间最短、占地面积最小、刀具数量最少、生产效率最高；（3）精密加工，实现亚微米、纳米尺度的精密加工；（4）智能化，自动确定加工参数、主动抑制振动、防止部件相互碰撞、机床热变形自动补偿和控制；（5）解决方案，软硬结合发挥机床潜力，包括制造专家系统、高能效、低排放以及可持续生产。

张曙教授以大隈铣车复合加工中心VTM1200YB、全能磨床斯图特S41、DMG镗铣加工中心MILLTAP 700、亚微米加工中心西田YMC430-II、斯塔玛33系列、Gleason系列齿轮加工机、MIKRON 600 LP等机床为具体案例，深入浅出地分析了世界各知名机床制造商的创新点和优势所在，供国内广大机床制造企业借鉴。

最后，张曙教授指出：机床市场的竞争焦点将转为如何为用户提供全面解决方案，创造更大的价值；机床制造商将成为制造企业运营服务的提供者；复合加工、完整加工、高性能、节能减排以及轻量化、网络化、智能化将成为下一代机床的主要特征；机床机械结构趋向于简化，以电代机的直接驱动技术（零机械传动）获得日益广泛的应用；机床热变形受到重视，结构对称避免热变形的影响，热的隔离、基础部件的冷却和热切屑快速移出成为新一代机床结构的重要特征。他呼吁机床行业广大同仁要创新求变，勇于赶超机床制造强国。

阿尔法技术在机床行业的应用——威腾斯坦（杭州）实业有限公司销售工程师白金

德国威腾斯坦集团（WITTENSTEIN AG）是欧洲机电一体化驱动尖端技术的开发制造商。alpha精密齿轮箱、特种伺服电动机和运动控制技术，使机电一体驱动概念得到精湛的表现。智能化、微技术的互相结合，形成了公司的核心技术和解决方案，充分体现了公司的技术底蕴。

因其技术比较特殊，在欧洲市场尤其是在德国市场赢得极好声誉和市场，许多国际驰名公司都是威腾斯坦的固定用户和合作伙伴。在德国中等企业中名列前茅，备受联邦德国政界及所在州的关注。下属的子公司各执一类专有技术，对技术市场起到了引领作用。

公司追求领先的精密技术，始终把产品定位在高、精、尖的档次上。阿尔法齿轮箱品种多、规格细、用途广，在齿轮箱制造领域中处于世界领先地位。精度高、扭转刚度高、可靠性高、噪声低、长寿命、免维护等是阿尔法齿轮箱的特色；精密数控机床、加工中心、包装机械、注塑机、机器人机械手、自动化生产线、自动化装配线、高档电梯、豪华舞台等都是阿尔法齿轮箱的用武之地。阿尔法行星齿轮箱是欧洲航空航天和军工技术的专用产品，是成套设备性能和品质的保障。阿尔法公司在全球有约2 000多高端用户，许多国际驰名公司都是阿尔法公司的固定用户和合作伙伴。

白金工程师介绍了减速机在机床中丝杠驱动、动柱动梁、工作台移动、转台上的运用。他所列举的阿尔法精密齿轮箱在机床行业的众多用户中，也不乏像DMG、MORI SEIKI、Mazak、MAG、MITSUBISHI、沈阳机床、EMAG等众多世界知名机床制造厂家。

威腾斯坦拥有许多特殊的解决方案，对于多种不同的方案，他给出了不同的评价：（1）标准型 齿轮箱、齿轮、齿条；允许的进给力；线性系统刚性；（2）带前端支撑 占据空间大；自由度低；前端轴承润滑问题；需要设计壳体；（3）新产品 线性系统刚性；采用更大的输出端轴承使之提供更多的进给力。

白金工程师还介绍了理想的齿轮齿条系统——阿尔法齿轮齿条系统：经过优化的更大的前端输出轴承；最高的进给力；高刚性；齿轮齿条优化系统；自由的安装设计；更少的安装螺栓；终生免维护；优化的焊接齿轮。

演讲最后，白金工程师举了S W公司BURKHARDT+WEBER、大隈MCR-BIII、ZIMMERMANNFZ42、Waldrich Siegen公司龙门铣床ProfiMill等实例来说明alpha减速机的应用，并真诚希望能够为更多的中国用户提供高性能减速机的解决方案。

威腾斯坦（杭州）实业有限公司销售工程师白金

超高速磨削电机内置式液体悬浮电主轴——湖南海捷主轴科技有限公司总经理林厚波

湖南海捷主轴科技有限公司是位于长沙麓谷高新技术产业开发区湖南大学科技园内的一家高新技术企业。公司的研发基地设在湖南大学国家高效磨削工程中心，中心拥有轴承性能测试实验平台以及主轴测试实验台。在流体动力润滑基本理论、三维流场仿真算法（速度场、压力场、温度场等）、轴系动态特性分析、回转精度信号测试与误差分离技术等方面都有深入的研究。公司承接各类进口电主轴及国产电主轴的维修，设备改造，各类主轴系统的参数检测、性能评价和故障诊断以及提供主轴系统整体方案设计及主轴使用和维护技术咨询等各类技术服务。

林总介绍公司的特色产品为液体悬浮电主轴，它具有回转精度高、刚度高、精度寿命长、吸振性好等特点，主要用于高效率、高转速、高精度数控加工装备。公司的产品系列主要有：磨床电主轴系列，包括外圆磨电主轴系列、内圆磨电主轴系列、平面磨电主轴系列以及立磨电主轴系列；滚动轴承电主轴系列，包括车床电主轴系列、特种电主轴系列；其他液体悬浮主轴产品，包括头架系列产品、转台系列产品以及液体悬浮机械主轴系列。

超高速磨削电动机内置式液体悬浮电主轴的设计难点主要有以下几点：（1）电动机系统设计的难点，包括设计方法上的难点、兼顾高速和大功率的难点；（2）拖动系统设计的难点，包括机电耦合动力学分析方面的难点以及机理研究方面的难点；（3）轴承三维分析的难点，包括理论模型方面的难点和数值计算方法方面的难点；（4）高技术指标的内在矛盾，包括高转速制约油膜高刚性、高转速制约高精度、高速下电动机和轴承发热降低油膜刚度、高转速制约电动机和轴承的几何尺寸、高速度制约高稳定性。

解决的思路有很多，可以运用电动机系统优化设计方法：考虑逆变器特性的影响，建立高频电动机电磁特性分析模型，研究电磁设计参数以及逆变器调制特性、供电频率和输出电流谐波对电动机稳态运行性能的影响规律；利用机电分析动力学方法建立逆变器—电动机—砂轮主轴—磨削载荷系统的机电耦合动力学模型；揭示逆变器特性、电动机特性、砂轮主轴机械特性和磨削载荷特性之间的物理作用机制，实现系统机电特性匹配优化设计。

湖南海捷主轴科技有限公司总经理林厚波

也可运用轴承设计方法，运用三维流畅分析解决思路：从N-S方程出发，推导油膜轴承热动力润滑理论模型，研究高速油膜轴承的数值计算方法；研究揭示轴承结构参数和工作参数对油膜速度场、压力场和温度场的影响规律及轴承热动力润滑机理；提出轴承速度特性、精度特性和承载特性实现综合优化的设计方法和设计准则，实现液体动静压轴承温升、流量、刚度和承载能力的精确设计。

此外，电主轴系统静动力特性方面，可以建立轴承—主轴系统动力学模型，研究轴承承载特性和主轴回转特性对系统动力学特性的影响规律，分析轴承位置与主轴结构的匹配机制。测试方法方面，可以进行动刚度加载与测试以及回转精度测试及误差分析。

Delcam CAD的创新概念设计——Delcam（中国）有限公司CAD产品经理贺军胜

Delcam公司总部位于英国伯明翰，起源于剑桥大学的研究项目，是世界上最大的专业化CAD/CAM软件公司之一，在全球拥有超过30 000家的用户。公司的研发在英国和美国同步进行，是英国皇家创新企业奖章的获得者。公司在全球80多个国家拥有150多个服务机构，在中国大陆、中国台湾、中国香港设有15家办事机构。

Delcam提供全面的CAD/CAM解决方案。Delcam CAD设计方面拥有：概念设计、工业造型、加工建模用的PowerSHAPE；鞋业CAD/CAM系统Crispin；艺术浮雕和珠宝设计系统ArtCAM Designer；牙科专业CAD设计Dental CAD。Delcam CAM制造方面拥有：2～5轴高速加工CAM系统PowerMILL；车铣复合、线切割CAM系统FeatureCAM；瑞士型车床、车削中心CAM系统PartMaker；立体艺术浮雕CAD/CAM系统ArtCAM；无缝集成Solidworks CAM软件DFS；牙科专业CAM加工软件Dentmill。Delcam检测方面拥有：质量检测、在机检测系统PowerINSPECT。Delcam协同方面拥有：系统合作管理系统Psteam；CAD数据接口模块Exchange。

Delcam（中国）有限公司CAD产品经理贺军胜

贺经理主要介绍了Delcam在概念设计方面的创新解决方案。不同于现实中真实的产品设计，概念产品的设计往往具有一定的超前性，它不考虑现有的生活水平、技术和材料，而是在设计师遇见能力所能达到的范围来考虑人们未来的产品形态，它是一种针对人们潜在需求的设计。

PowerSHAPE是概念设计的利器，提供了先进的概念设计功能：先进的逆向/正向造型工具，使客户能快速将设计构想转换为三维模型；世界一流的曲面造型工具，使客户能快速建构任何曲面形体；灵活、直观、简便的曲面编辑工具，能轻松自如、随心所欲地发挥出客户的创造力；逼真的渲染结果，充分展现客户的设计成果。PowerSHAPE还具有世界首创的三合一混合造型技术、独特的摹仿变形全局编辑功能以及独特的几何特征设计功能。三合一混合造型技术（Tribrid Modelling）是指将实体、曲面和三角形造型整合于同一系统，可减少多重系统之间的数据传送和转换，使产品设计开发流程更加流畅，该技术不仅允许操作者进行多种方式的造型设计，同时允许几种造型方式混合布尔运算，并可以输入/输出为STL格式，根据需要建立STL格式的模型库。摹仿变形全局编辑（Morphing）允许设计师将一组实体、曲面、三角形网格变形为不同形状，形体中的所有特征如圆倒角、裁剪、壁、筋和凸台均保持不变，即使形体形状已完全改变，该项技术的好处是：设计师可以轻松评估多种方案；为产品快速改型节省大量时间；增强产品的创新设计能力。几何设计（Embossing）是一种首先通过在平面上产生出模型特征，然后将特征包裹或投影到三维模型上产生出新的三维形体的造型方法，可快速在三维模型上设计生成复杂三维形体，该项技术的好处是：独到的设计手段，无与伦比的创新方式；为企业及产品添加个性化、艺术化元素，有效提升产品附加值，让产品在竞争中脱颖而出。

贺经理还向与会听众介绍了逆向工程技术，该项技术的优势为：智能化误差分析；高效的点云处理能力；超强的三角形优化和编辑能力；灵活多样的构造曲线能力和复杂曲面处理能力。此项技术可运用于日用消费品业、航空航天业、汽车行业、工模具行业、包装行业、玩具行业、陶瓷洁具行业、制鞋行业等众多行业。

演讲最后，贺经理还举了几个具体的例子来说明PowerSHAPE软件的应用：法国Devèze Design使用PowerSHAPE进行创新设计取得众多收获，荣获多项国际大赛设计奖；世界最大的客机空中客车A380的机舱内饰原型是Delcam CAD/CAM 系统设计和制造，Delcam用户 Bowes Design and Development 使用 Delcam软件，仅用了不到 20 个星期就完成了 A380 的全部机舱内饰的概念设计和内饰件原型制造；LG 电子使用Delcam 三合一混合造型软件Delcam PowerSHAPE和3D浮雕设计和加工系统Delcam ArtCAM设计了最新款时尚手机 LG Waffle 的外壳，这是LG推出的第一款时尚手机。

广数工业机器人——广州数控设备有限公司

作为本次论坛活动指定礼品赞助商的广州数控设备有限公司，也带来了其全新的RB/MD系列工业机器人产品资料为与会听众奉上。广数工业机器人是广州数控设备有限公司自主研发生产、具有独立知识产权的最新产品。它采用国内最先进的GSK-RC机器人控制器，具有高稳定性、长寿命、容易保养、超经济型等一系列领先优势。它还具有以下十大理想特性：可扩展性、坚固耐用、操作简单、高性价比、高效率、可靠性强、安全性能优越、大工作空间、稳定的高精度性能、专业热忱的高质量服务。这一“勤快的中国机器人”在会场中也同样受到了不小的关注。

写在最后

经过前一个发展周期的爆发式增长，中国装备制造的弊端逐渐显现出来，产业大而不强、创新能力薄弱、基础制造水平落后、低水平重复建设严重、创新产品推广应用困难等等，这些问题都严重制约了我国机床产业的进一步发展。2012年年初，国务院印发工业转型升级规划（2011—2015年）的有关文件，机床行业终走上了抑制简单产能扩张、加大以“攻高端、夯基础”为主要取向的调整结构、转型升级、创新设计的科学发展之路。这是一种令人欣喜和振奋的转变，这意味着广大行业同仁已经开始慢慢摒弃粗放型的发展模式，开始以一种“赶超者”的姿态，逐步向世界高端装备制造大国靠拢。

作为机床行业内创刊最早、影响力最大的期刊之一，《制造技术与机床》月刊也会持续关注创新制造领域的相关内容。论坛的帷幕已经落下，但是国产装备创新制造的征程才刚刚开始，希望此次论坛能起到抛砖引玉之用，对众多企业的发展有所借鉴。