机床发展现状及趋势

机 床 发 展 现 状 及趋 势 机床生产前七大国生产产值（占世界产值85%以上） 世界机床生产国排名单位：产值：百万美金2000 2001排名国家产值%排名国家产值%1日本8833.5 23.9 1日本7899.9 21.22德国6963.0 18.8 2德国7438.0 20.83美国3834.7 10.4 3美国4114.2 11.54意大利3544.5 9.6 4意大利2945.3 8.25中国大陆2197.0 5.9 5中国大陆2623.0 7.37中国台湾1898.3 5.1 7中国台湾1580.5 4.4 世界机床出口国排名单位：产值：百万美金2000 2001排名国家产值%排名国家产值%1日本6907.7 32 1日本5513.5 26.92德国4016.2 18.6 2德国4256.6 21.13意大利1779.7 8.2 3意大利1777.3 8.64瑞士1769.3 8.2 4瑞士1717.0 8.45中国台湾1532.1 7.1 5美国1388.1 6.87中国台湾1344.2 6.6 台湾机床出口主要国家（期间：2002年1月10月 单位：US$1000）排名出口国家出口额%1大陆（含香港）599641 51.02美国102478 8.73意大利38977 3.34马来西亚38639 3.35泰国37511 3.2 v机 床 的 种 类 以 其 用 途 、 性 能 、 价 格 等 可 分 为多 种 ， 每 个 国 家 及 各 种 企 业 都 生 产 自 己 所 擅长 的 产 品 。v亚 洲 各 国 生 产 的 价 格 低 廉 销 路 好 的 机 种 ， 欧洲 各 国 生 产 高 价 格 、 高 性 能 的 特 殊 用 途 产 品 ，美 国 则 两 面 兼 顾 ， 日 本 以 高 性 能 泛 用 型 的 产品 占 优 势 。 航 空飞 机特 殊 机 床一 般 机 床汽 车 、 家 电3C产 业 机 器一 般 零 件 机 床 制 造 厂机 床 等 级 美 国 （ 传 统 厂 商 ）德 国 日 本韩 国 、 台 湾美 国 （ 新 型 厂 ）高低 ComputerCommunicationConsumer Electronic 机床发展趋势市 场 面产 品 面技 术 面 传 统 重 切 削 低 价 化 竞 争 品 质 稳 定 通 用 竞 争 型 机 床 低 价 可 靠 性 镁 铝 轻 合 金 加 工 比 例 增 加 曲 面 精 度 与 表 面 粗 糙 度 要 求 提 高 加 工 效 率 要 求 提 高 高 速 加 工 概 念 普 及 现 代 先 进 机 床 主 轴 高 速 化 进 给 高 速 化 高 速 数 控 装 置 绿 色 技 术 现代先进机床v高 速 机 床 （ DN100万 ）v高 进 给 机 床 （ feed rate60m/min）v复 合 机 床 （ 立 卧 复 合 、 车 铣 复 合 ）v并 联 机 床 （ parallel structure）v超 精 密 机 床 （ accuracy to 0.1micron）v微 型 机 床 （ small size） 高速机床（High speed machine tool）v定 义 ： DN值 超 过 一 百 万 的 机 床 D： 工 件 直 径 mm、 N： 转 速 rpm 一 般 主 轴 转 速 在 20,000rpm以 上v所 需 技 术 内 藏 式 主 轴 、 陶 瓷 轴 承 、 气 压 轴 承 、 电 磁 轴 承 内藏式电主轴（Integral motor spindle） 内藏式电主轴（Integral motor spindle）采 用 无 外 壳 电 机 ， 将 带 有 冷 却 套 的 电 机 定 子 装 配 在 主 轴 单 元 的 壳体 内 ， 转 子 和 机 床 主 轴 的 旋 转 部 件 做 成 一 体 ， 主 轴 的 变 速 完 全 由 变 频 交 流 电 机 控 制 ， 使 变 频 电 机 和 机 床 主 轴 合 二 为 一 混合陶瓷球轴承 （Hybrid ball bearing ）v 混 合 陶 瓷 球 轴 承 即 滚 动 体 使 用热 压 Si3N4陶 瓷 球 ， 轴 承 套 圈 仍 为钢 圈 。v 陶 瓷 轴 承 具 有 质 量 轻 离 心 力 小 、杨 氏 模 量 高 弹 性 变 形 小 、 线 膨 胀系 数 小 而 热 量 产 生 少 等 突 出 优 点 。v 这 种 轴 承 标 准 化 程 度 高 ， 对 机 床结 构 改 动 小 ， 便 于 维 护 保 养 ， 特别 适 合 高 速 运 行 场 合 ， 它 的 DN值已 超 过 2.7 10 6。v 用 其 组 装 的 高 速 电 主 轴 ， 能 兼 得高 速 、 高 刚 度 、 大 功 率 、 长 寿 命等 优 点 静液压轴承（Hydrostatic bearing） 主轴高速化变迁1 2 3 4 50 1970 1980 1990 2000100200300DN 10 4 1: 圆 锥 滚 柱 轴 承 强 制 循 环 给 油2: 斜 角 滚 珠 轴 承 油 脂 润 滑3: 陶 瓷 轴 承 油 雾 润 滑4: 斜 角 滚 珠 轴 承 喷 射 润 滑5: 陶 瓷 轴 承 油 脂 润 滑 JIMTOF展出机床统计数据 高进给机床（High feed rate machine tool）v定义：进给速度超过60m/min的机床 1950 1960 1970 1980 1990 2000 20100 20 40 60 80 100 120 Year Feed Rate , m/m in 大导程滚珠丝杠+直线导轨 日 本 NSK公 司 专 门 为 高 速 机 床开 发 的 HMC系 列 滚 珠 丝 杠 ， 丝杠 导 程 几 近 其 直 径 的 1/2。 NSK公 司 也 已 开 发 出 世 界 首 例导 程 /直 径 比 为 3的 滚 珠 丝 杠 系列 （ Triple Lead Series） ， 主 要 在 机 器 人 和 运 输 设 备 上 使 用 。 直线电机（Linear motor）v工 作 原 理 简 单 地 说 ， 直 线 电 机 可 以 看 成 普 通 旋 转 电 机 展 开 呈直 线 。 其 原 理 与 磁 悬 浮 列 车 前 进 的 原 理 差 不 多 。 直线电机的构成 直线电机的构成 直线电机伺服系统 直线电机应用优缺点v优 点高 加 减 速 、 高 速 化适 合 长 行 程高 定 位 精 度低 噪 音清 洁可 串 并 联 使 用 v缺 点马 达 发 热防 尘 防 水 结 构磁 气 吸 引 力停 电 对 策 直线电机机床技术市场发展趋势日 本 专 家 预 计v 2004年 年 底 ， 直 线电 机 机 床 成 长 至 机床 总 体 市 场 的 15%v 2004年 以 后 ， 直 线电 机 机 床 年 平 均 成长 率 为 15%20%v 至 2010年 ， 直 线 电机 机 床 产 值 将 超 过机 床 总 体 市 场 的40% 资料来源：日本机械工具 2002年1月 高速切削技术（High Speed Cutting） 高速切削技术（High Speed Cutting） 机床结构演化 机床结构有限元分析 立卧复合综合加工机床 车铣复合加工机床v 车 削 中 心 具 有 X、Y、 Z和 C轴 控 制 ，可 以 对 零 件 进 行轴 向 和 径 向 车 、铣 加 工 。 对 和 轴线 成 夹 角 的 斜 面无 能 为 力 ， 只 有请 加 工 中 心 来 帮忙 。v 车 铣 复 合 机 床 在车 削 加 工 中 心 的机 床 上 增 加 B轴 ，由 B轴 控 制 加 工零 件 的 斜 面 。 车铣复合加工机床 并联机床（Parallel type machine tool） 并联机床 并联机床 高速五面加工 数控机床 超精密定位工作台（High-precision positioning table） 超精密加工机床（High-precision machine tool） 超精密加工机床 超精密加工机床 微型机床（Micro machine tools）vTravel 50mm (for X、Y、Z)vResolution 0.001m (for X、Y、Z)vAccuracy 0.05m (for X、Y、Z)vStraightness and Flatness 0.03m/50mmvRepeatability 0.03m (for X、Y、Z)vFeedback Laser Encoder Micro machine tools Horizontal Mini Machine tool Vertical milling machine tool Micro machining General Trend in ManufacturingvMore precise better quality, better functionalityvMore cost-effective better value to customer, more competitivevMore productive easier manufacturability, reduced cost