创新驱动发展——“机床产品创新与设计高峰论坛”纪实报道

本刊记者/Reporter 余捷/YU Jie

2013年4月24日，由北京机床研究所主办、机床杂志社《制造技术与机床》月刊承办的“机床产品创新与设计高峰论坛”于CIMT2013展会期间盛大举行。这一系列论坛活动自2011年在上海中国国际工业博览会期间首次举办以来，至今已历3届，在业内获得不错的反响。江苏金龙科技股份有限公司副总经理张炳生、北京工研精机股份有限公司机械设计室主任/教授级高工常文芬、Cimatron中国公司产品经理耿海彬、湖南海捷主轴科技有限公司熊万里教授分别围绕机床产品创新与设计这一主题做了精彩的报告，吸引了众多听众，笔者也全程参与并记录了此次活动。

三维打印的现状和发展趋势

——江苏金龙科技股份有限公司副总经理张炳生

江苏金龙科技股份有限公司副总经理张炳生

张总代表中国机械工程学会荣誉理事、同济大学张曙教授发表了本次论坛的主题演讲，演讲主题为三维打印技术的现状和发展趋势。

三维打印是美国麻省理工学院（MIT）在上世纪90年代发明的一种快速成型技术，准确的名称是增量叠层制造（Additive Layered Manufacturing）。其原理类似喷墨打印机，故名3DP，不过喷出的不是墨水，而是粘结剂、液态的蜡、塑料或树脂，按喷出材料不同，可分为粘结剂打印、熔融蜡打印和熔融塑料涂覆。如把打印头换成激光头，激光烧结、光固化树脂和激光熔融也可视为三维打印的特例。3D打印的发展愿景是可在任何地方制作任何构成、任何材料和任何几何形状的实物。

20年来，增量叠层制造技术有了巨大的进步，今天，增量叠层制造不仅仅局限于制作原型，而可以制造出可用的功能产品；不仅可以制造塑料产品，还可以制造金属产品。不仅可用于航空航天，也即将进入千家万户；不仅可制作现代艺术品，也可用来高仿真复制古董。不仅可以制造身外之物，还可以制造人体植入物，甚至人体器官；不仅可以制造用品，还可以盖房子、制作蛋糕和牛排；是一种具有无限可能的多用途技术。

相比于传统制造，三维打印具有其无可比拟的优势：3D打印是直接数字化制造，从三维CAD模型直接制造出产品，减少或省略了毛坯准备、零件加工、装配等中间工序，且无需昂贵的刀具或模具；3D打印的产品是完全定制的、个性化的独特产品，可做到全球仅此一件，100%按订单制造；在没有出售之前，是数字储存在计算机里，无需实体仓库；3D打印产品在没有售出之前是数字发运的，CAD文件在互联网上传输，费用极少；3D打印不仅是按需制造，而且是就地制造，虚拟运输，节约或舍弃了物流成本；3D打印最大限度地发挥材料的特性，不在意构造是否复杂，仅把材料放在有用的地方，大大减少材料的浪费。

但3D打印也有其局限性：塑料注射机等大批量成形技术相比，生产成本过高，与传统切削加工技术相比，产品的尺寸精度和表面质量相距较大；材料的可选择范围是最大的障碍，目前可用于3D打印的材料约100种，而目前在工业中应用的材料超过10 000种，3D打印材料的物理性能尚有待于提高；3D打印即将进入家庭，正在呼唤孩子们能够操作和喜爱的CAD/CAM三维软件，打印物品要成为新一代的计算机游戏，才能引起他们兴趣，发挥儿童的巨大创造性，那就可能改变未来世界。

3D打印改变商务模式的潜在能力是，一家公司可具备快速提供价格合理而符合个性需求物品的能力，无需拥有已制造而没有售出的物品仓库，实现零库存。3D打印优势在于将产品设计与产品制造分离成不同的行业，产品的设计和制造可以极方便地分别外包给不同的公司。但愿景要成为现实，必须克服3D打印存在的成本、精度和强度的局限。3D打印的材料价格目前是传统材料的10倍以上，3D打印现有产品的尺寸精度以1/10 mm计，要达到微米级还有很长的路要走。

演讲最后，张总表示，新工业革命的核心是信息物理融合系统，是基于互联网的商务和生产模式，以虚拟活动取代现实活动，减少资源的消耗，保护环境，使人们生活得更好。3D打印在很大程度上体现了这一潮流，从而对未来社会、经济、生产、教育将产生一定影响，但不能把3D打印看作就是新工业革命，过分夸大它的作用。没有互联网，没有新材料，没有人们观念的变化，3D打印仅仅是制造物品的一种新工艺方法。因此，在新一轮工业革命中，3D 打印扮演的角色是一对车轮，而绝非整个火车头。

μ2000/JIG-630H卧式坐标镗加工中心

——北京工研精机股份有限公司机械设计室主任/教授级高工常文芬

北京工研精机股份有限公司机械设计室主任/教授级高工常文芬

作为论坛的主办方，来自北京机床研究所北京工研精机股份有限公司机械设计室主任/教授级高工常文芬，向到场听众介绍了关于μ2000/JIG-心、KT系列立式加工中心、XKT系列数控镗铣床、内装式电机主轴单元、数控机床网络管理系统等数控机床产品与功能部件。公司精密超精密产品主要有：具有国际先进水平的超精密轴系、超精密数控车床、超精密数控铣床、高分辨率数控伺服进给系统、高精度数控车床等。其中超精密机床轴系精度达到≤0.05 μm，导轨精度达0.1 μm/200 mm，加工件（有色金属）表面粗糙度Ra达到≤0.002 μm。公司其他产品有：高精度圆度仪、高精度圆柱度仪、微型滚珠丝杠副产品等。

常主任所介绍的μ2000/JIG-630H卧式坐标镗加工中心就是公司的主要产品之一，其性能特点为：整体高刚性、高精度和高速度，机床兼顾坐标镗和卧式加工中心的特点，可实现坐标镗级高精度加工。同时对机床工作负载、工件装卸、排屑防护等进行综合考虑，达到高生产率的效果。机床采用可重组模块化设计的技术，在床身、立柱、主轴箱等基础部件不变的情况下，主轴部件可进行重组，转台部件可进行不同的选配，并可根据用户需求进行双工位交换配置等，提高本机型的柔性，从而满足不同用户的需求。机床技术参数为：台面规格630 mm×630 mm，行程X/Y/Z1 000/900/900 mm，快速进给速度X/Y/Z48 m/min，主轴最高转速8 000 r/min，刀柄型号BT50，定位精度0.004 mm，重复定位精度0.002 mm。具有自主创新技术，技术指标属国内领先、国际先进水平。

机床在结构设计技术方面进行了大量的研究，形成了自有的精密卧式坐标镗加工中心设计技术：高刚性对称布局、框中框结构形式，中心驱动实现了良好的稳定性和动态特性，丝杠中空冷却实现了良好的热特性；采用了拓扑学方法和多体动力学理论进行精度设计；提出并实施了中间控制的创新理念；首次提出卧式坐标镗加工中心的创新技术，实现了坐标镗和加工中心的完美整合；首次在精密卧式加工中心上采用高精度激光跟踪仪实现了全方位的空间21项误差测量，并直接在数控系统里进行空间误差补偿，取得了良好的补偿效果；并可实现主轴的热补偿。机床可实现镗、铣、钻、攻丝等多方面的加工，特别适合箱体类零件的精密加工，满足军工、航空航天、船舶、汽车、能源等行业的高精度零件加工。

GibbsCAM 先进制造技术

——Cimatron中国公司产品经理耿海彬

对于数控加工制造商而言，这样的数学逻辑很简单：花更少的时间切削更多零件，就等于赚取了更630H卧式坐标镗加工中心的有关内容。

北京工研精机股份有限公司是北京机床研究所为建设国家发改委“精密超精密加工国家工程研究中心”而成立的产学研相结合的高技术股份制有限公司。公司设有超精实验室、功能部件实验室、整机性能实验室和工艺研究实验室，用以开展整机和功能部件的性能测试与评价及机床加工工艺技术试验研究。公司充分利用北京机床研究所几十年来在精密超精密数控机床的研发制造和应用上丰富的技术积累及在精密超精密数控机床性能测试、可靠性研究与评价等方面国内领先的技术优势，同时利用国家工程中心、行业工程中心作为科技创新平台，积极推进精密超精密加工技术的工程化和中高档数控机床的产业化。

公司数控机床产品主要有：µ1000系列立式加工中心、µ2000系列卧式加工中心、TH系列卧式加工中多利润。这就是为什么说“如果您想降低成本，提高利润率，GibbsCAM就是您的最好选择。”耿海彬经理开篇抛开Cimatron软件的性能不说，将自己的关注点着眼于如何才能更好地更好地服务于用户、如何让客户盈利更多之上。

Cimatron中国公司产品经理耿海彬

在多任务加工机床中，由于零件在整个加工过程中只有一次装夹，加工的精度更容易获得保证，同时大大缩短了生产过程链。GibbsCAM提供了针对于多任务加工机床的专用模块，该模块被设计定位为专用于多任务机床的编程，它提供了无与伦比的强大编程功能，并且保留了其易学易用的传统。

GibbsCAM是一项革命性的刀具路径策略，与传统刀具路径相比，它是一种可以使刀具切的更深、速度更快的刀具路径。同时，还具有避免尖角方向变化、控制材料去除率、显著延长刀具使用寿命和基于任何几何形状产生刀具路径等特点，而且所产生的刀具路径优于其他刀路径计算技术。

对于差的加工性能在较软的材料里面会有一个体现，无论是加工时间还是刀具寿命都会表现出来，而这些性能在较硬的材料里面体现得尤为突出。因此，无论是对于材料还是机床，所期望的或者说是理想的刀具切削性能都已经集成在GibbsCAM高效加工路径中，这是对硬金属材料加工的最大支持。在实际加工过程中我们做过镍铬合金材料的加工，可以减少80%的粗铣时间，同时延长了4倍刀具使用寿命。对于较软材料的加工，如6061铝，采用的是大的轴向切深，这个时候一定要选择铣槽以及侧铣，这样，软件系统将根据几何形状，以最短循环时间自动选择铣槽或侧铣生成刀具路径。在铣槽时，GibbsCAM高效加工路径将放缓切削进给速度或减少轴向切深，以保持材料去除率恒定。

这种刀具路径和平常意义上的摆线加工是截然不同的。所谓的摆线刀具路径采用回圈运动来产生刀具路径，其主要是为了避免刀具埋刀。GibbsCAM高效加工刀具路径，一方面，算出的刀具路径永远不会埋刀，从而消除延长刀具轨迹的圆周运动，因此GibbsCAM高效加工路径比相同的几何形状的摆线刀具路径明显缩短，所以会在较短的加工周期内完成加工。另一方面，由于载荷的大小由刀具路径控制，它会保持一个恒定的去除率，所以使用起来会比摆线加工更加放心。这样最后的结果是，一个GibbsCAM高效加工刀具路径使生产效率显著超过一个摆线刀具路径，同一把刀具加工时间也会延长。

企业所面临的更大挑战，是如何与快速发展的先进技术同步前进。市场上不断推出新的多轴高速铣削机床、高速车削机床和复杂多任务车铣复合加工机床；这就意味着，如果想让企业不断成长壮大，用户就需要编程软件快速整合进这些新技术——实现从最简单的车削、铣削编程到最复杂的多任务车铣复合编程——GibbsCAM就是这样的编程软件。

电机内装式液体动静压电主轴售前设计服务及售后应用服务

——湖南海捷主轴科技有限公司熊万里教授

湖南海捷主轴科技有限公司熊万里教授

湖大海捷精密工业有限公司熊万里教授的演讲主要围绕其公司的业务、服务、产品及能为客户提供的解决方案展开。湖大海捷精密工业有限公司技术依托于湖南大学国家高效磨削工程中心，主营业务为：液体动静压电主轴的研发、生产和销售；进口电主轴维修（包括滚动轴承式、液体动静压式等）；技术服务（包括售前设计服务和售后应用服务）。目前，公司的主要产品有：液体动静压电主轴；外圆磨电主轴、内圆磨电主轴；平磨电主轴、立磨电主轴、静压转台；滚动轴承电主轴及高速电动机；加工中心电主轴、车床电主轴、高速电动机。

售前设计服务是指与机床特性匹配、与变频器和控制系统匹配、与刀具（砂轮）匹配以及与切削工艺参数匹配等。目的一是为了实现性能最优匹配，帮助用户创造价值，体现在与变频器和控制系统、刀具（砂轮）、切削工艺参数等机床特性的匹配。目的二是为了避免售后争议，降低售后成本。目的三是为了与用户共同发展，构件长期利益共同体，提高服务质量，节省用户技术人才投入成本，节省主轴厂家市场开发成本，共同打造上下游产业品牌。售前设计服务内容中含有合理确定电主轴的主要技术指标（电主轴与机床的接口、变频器的容量和功能、与刀具或砂轮的接口）。主要案例有：准确计算磨削力，合理确定电主轴系统的功率、转速及力矩特性曲线；综合考虑变频器、电主轴、砂轮和磨削载荷，实现性能最优匹配。售后应用服务主要包括优化变频器工作参数、优化切削工艺参数、调整系统参数延长工作寿命以及及时预警和维护等。

公司承接的技术服务合作还有动静压电主轴的定制、标准化外圆磨电主轴的订购以及标准化附件式内磨主轴的订购等。演讲最后，熊教授提出公司卖产品更是卖服务的口号，期待在服务中与客户共同成长。

尾声

本次高峰论坛圆满落幕，得到了与会领导、嘉宾、听众等积极的评价和一致的认可，真正为专家和企业提供了一个交流的平台。在制造业渐渐呈现出回暖趋势的今天，企业为尽快摆脱2012年的阴霾，寻求平稳发展的出路，都希望加快产业结构和产品结构调整，提高自主创新能力、提高新产品的市场竞争力这些有力举措都是脱离困境的有效手段，而这一切又都是以机床产品创新与设计为基础的。希望本次论坛活动能够起到抛砖引玉的作用，让更多的企业意识到创新的重要性，《制造技术与机床》月刊也会充分发挥行业一流媒体的作用，持续关注机床产品创新与设计方面的最新动向并将其呈现给读者。