制造装备数字化技术及发展趋势

HuazhongUniv.ofSci.&Tech.国家数控系统技术工程研究中心制造装备数字化技术及发展趋势华中科技大学国家数控系统工程中心教授武汉华中数控股份有限公司副总经理郑小年HuazhongUniv.ofSci.&Tech.国家数控系统技术工程研究中心Ⅰ、数字化制造——当代制造业标志Ⅱ、装备数字化——装备控制技术的趋势目录HuazhongUniv.ofSci.&Tech.国家数控系统技术工程研究中心机床是装备制造业工作母机，实现装备制造业现代化，取决于我国机床发展水平。振兴装备制造业，首先要振兴机床工业，我们要大力发展国产数控机床。HuazhongUniv.ofSci.&Tech.国家数控系统技术工程研究中心中国科学院院士：熊有伦Ⅰ、数字化制造——当代制造业标志HuazhongUniv.ofSci.&Tech.国家数控系统技术工程研究中心1.现代制造：已成为包括社会、经济、人文等多种综合因素共同作用的制造行为，现代制造分为狭义与广义制造狭义制造：产品的机械工艺过程或机械加工过程中国科学院院士：熊有伦广义制造：（1）在领域方面：将可用资源（包括物质，能源等）转化为可使用的工业品和生活消费品的产业；（2）在过程方面：从单纯的机械加工过程扩展到了市场分析，产品设计，生产计划，物料采购，物料加工，装配检验，质量保证，市场销售和服务等产品整个生命周期过程。一、现代制造—数字制造HuazhongUniv.ofSci.&Tech.国家数控系统技术工程研究中心机械制造领域食品化工家具军工服装产品销售市场营销制造过程采购供应电子生产计划轻工产品设计服务支持装配经验加工处理（a）制造领域b)制造过程图1制造定义HuazhongUniv.ofSci.&Tech.国家数控系统技术工程研究中心中国科学院院士：熊有伦2.数字制造定义：以制造为对象，以现代制造科学和技术为基础应用数字技术对制造所涉及的所有对象和活动进行表达，处理和控制，具有信息化网络化智能化集成化自动化和可视化等特征。数控机床的诞生和不断发展构成了制造业造数字化的一个十分重要的基础，数字制造的概念就是从数字控制机床衍生而来。HuazhongUniv.ofSci.&Tech.国家数控系统技术工程研究中心中国科学院院士：熊有伦数字设计管理与营销监控与维护数据库仿真元数据制造过程全球制造业制造行业制造企业数字产品实现网络数字制造关键技术应用领域机械其他国防轻工化工电子基础理论与科学问题产品描述建模理论控制科学制造信息管理科学信息科学计算制造制造智能学图2数字制造的体系结构3.数字制造体系结构HuazhongUniv.ofSci.&Tech.国家数控系统技术工程研究中心管理数字化：实现企业内外部管理数字化和最优化，提高企业管理水平。设计数字化：实现产品设计手段与设计过程的数字化和智能化，缩短产品开发周期，提高企业的产品创新能力。二、数字制造技术的五个主要方向HuazhongUniv.ofSci.&Tech.国家数控系统技术工程研究中心制造装备数字化：实现制造装备的数字化、自动化和精密化，提高产品的精度和加工装配效率。工业生产过程数字化：实现生产过程控制的数字化、自动化和智能化，提高生产过程自动化水平。企业数字化：实现全球化环境下企业内外部资源的集成和最佳利用，促进业务过程、组织结构与产品结构的调整，提高企业、区域和行业的竞争力。中国科学院院士：熊有伦HuazhongUniv.ofSci.&Tech.国家数控系统技术工程研究中心中国科学院院士：熊有伦Ⅱ、装备数字化——装备控制技术的趋势HuazhongUniv.ofSci.&Tech.国家数控系统技术工程研究中心中国科学院院士：熊有伦一、制造装备的应用及需求第一方面应用重点：航空、航天、发电、船舶、冶金、重型行业需要的高精尖、大型专用设备。这些设备往往单价较高，要求特殊，难度较大。但从全国需求总量来看，具有很大的优势，占机床市场的三分之一以上。特别是数控龙门铣、数控落地镗、大型五面加工设备需求量较大。HuazhongUniv.ofSci.&Tech.国家数控系统技术工程研究中心制造军用机,民用机,直升机，需要重型机床：HuazhongUniv.ofSci.&Tech.国家数控系统技术工程研究中心用于飞机制造数控重型机床飞机制造：需要多坐标、高速、刚性好、功率大的数控龙门铣、床身式立铣、用来加工整体构件（如大型整体壁板、整体框等）、钛合金、复合材料结构件以及其它高强度合金钢的梁、肋。需要数控立式车床和立式车削中心、立式铣削加工中心、立卧转换加工中心、数控镗铣床、高效专用叶片加工中心、用于发动机整体机匣、整体叶轮和叶盘等结构件和各种复杂型面的叶片的加工。HuazhongUniv.ofSci.&Tech.国家数控系统技术工程研究中心HuazhongUniv.ofSci.&Tech.国家数控系统技术工程研究中心HuazhongUniv.ofSci.&Tech.国家数控系统技术工程研究中心龙门移动式数控动梁龙门镗铣床（桥式龙门铣）HuazhongUniv.ofSci.&Tech.国家数控系统技术工程研究中心数控动梁龙门镗铣床HuazhongUniv.ofSci.&Tech.国家数控系统技术工程研究中心制造大型水力发电机组需要数控立式车床（含数控立式车铣床、柔性制造单元和柔性制造系统。）数控立式车床是加工业的重要加工工艺设备，使用范围非常广泛，是重型机械制造，航空、航天、能源、造船、冶金等行业不可缺少的加工工艺装备。尤其是大直径回转体，如水力发电机组转轮体和机座体的加工，立车具有独特功能，其他加工设备所不能替代。数控双柱立式车床系列：加工直径一般在Ф3000－Ф14000mm，其中多数在Ф10000以下；数控超重型单柱移动立式车床系列：加工直径一般在Ф6300－Ф20000mm之间，我国武重厂已经生产了五台数控16米立车，其中有3台已经实现车铣复合加工，其水平已达到当代世界技术水平。有的已经为我国三峡水电站、隔合岩水电站发电机组加工作出贡献。HuazhongUniv.ofSci.&Tech.国家数控系统技术工程研究中心数控双柱立式车床系列HuazhongUniv.ofSci.&Tech.国家数控系统技术工程研究中心立车/车削镗铣中心(双工作台式)HuazhongUniv.ofSci.&Tech.国家数控系统技术工程研究中心加工螺旋浆叶面需要数控铣镗床是当代重大型工件，特别是能源、冶金、交通、工程机械、国防重大型工件加工非常重要的工艺装备，配备多座标铣头等功能部件，可完成加工空间曲面的5轴联动工序，如螺旋浆叶面加工。数控卧式镗床:主轴直径在Φ90-120mm之间。数控刨台式铣镗床:主轴直径一般在Ф130－160mm之间，是中小型壳体工件加工的重要工艺装备数控落地铣镗床:镗轴直径一般在Ф130－Ф260mm之间，最大规格发展到Ф320mm，但目前主要是在Ф260mm以下，可根据不同的工艺要求，向市场提供各种柔性化成套装备。HuazhongUniv.ofSci.&Tech.国家数控系统技术工程研究中心加工长轴类零件加工需要数控重型卧式车床数控重型卧式车床：基型产品主参数加工直径为Ф1000mm－Ф4200mm之间，变型品种如加工带叶片的汽轮机转子围带，直径可达Ф6000mm以上，能源工业的火电、核电设备中汽轮机转子和发电机转子加工；冶金、化工以及军工行业的长轴类零件加工所必须工艺设备。Ф2000mm以上的数控重车，顶尖间负重可达160－320t。HuazhongUniv.ofSci.&Tech.国家数控系统技术工程研究中心DL系列重型数控卧车HuazhongUniv.ofSci.&Tech.国家数控系统技术工程研究中心4.2米DL210型重型数控卧车HuazhongUniv.ofSci.&Tech.国家数控系统技术工程研究中心数控导轨磨床HuazhongUniv.ofSci.&Tech.国家数控系统技术工程研究中心重型立式滚齿机HuazhongUniv.ofSci.&Tech.国家数控系统技术工程研究中心中国科学院院士：熊有伦第二方面应用：多坐标、高精度、复杂形面的加工设备。这些设备主要是四坐标联动以上的加工中心、车削中心、仿形铣等。这些设备的特点是软件功能特殊，配套技术复杂，往往影响整机的水平。HuazhongUniv.ofSci.&Tech.国家数控系统技术工程研究中心卧式镗/铣加工中心HuazhongUniv.ofSci.&Tech.国家数控系统技术工程研究中心落地式卧式镗/铣床HuazhongUniv.ofSci.&Tech.国家数控系统技术工程研究中心中国科学院院士：熊有伦第三方面应用：汽车行业：机床消费量50%份额为汽车工业占有、要求数控设备高效，可靠，配套完整，柔性，适应多品种加工和产品换型的要求。HuazhongUniv.ofSci.&Tech.国家数控系统技术工程研究中心中国科学院院士：熊有伦1，高效、精密、可靠、成套、实用、柔性、环保的加工中心，齿轮加工机床，2，数控机床组成的柔性生产线将成为重点。这些生产线的特点：①高速，主轴转速为8000-12000r/min，进给速度为40-60m/min，换刀为2-3秒②可靠性高，MTBF为500-600小时③成套性好，配备夹具、刀具，工艺软件和控制软件；④要求精度高，产品加工的一致性好。HuazhongUniv.ofSci.&Tech.国家数控系统技术工程研究中心汽车制造工业需要大量的数字化设备HuazhongUniv.ofSci.&Tech.国家数控系统技术工程研究中心东风小霸王1.5T轻型车驾驶室总成焊装自动线全长58米，10个工位，6台焊接机器人汽车制造工业需要大量的数字化设备HuazhongUniv.ofSci.&Tech.国家数控系统技术工程研究中心缸盖柔性加工线HuazhongUniv.ofSci.&Tech.国家数控系统技术工程研究中心发动机缸盖精加工自动线HuazhongUniv.ofSci.&Tech.国家数控系统技术工程研究中心零件的精密、超精密加工需要精密数控机床。各种壳体、阀体、液压偶件、液压平板阀、光管等小尺寸、结构复杂、精度要求高的零件的精密、超精密加工要求：精密数控镗铣床和加工中心、精密数控车床和车削中心、精密数控万能外圆磨床、数控电火花机床和线切割机床等。HuazhongUniv.ofSci.&Tech.国家数控系统技术工程研究中心桂林机床厂：XK716-5五坐标数控铣床HuazhongUniv.ofSci.&Tech.国家数控系统技术工程研究中心THMA6350精密卧式加工中心HuazhongUniv.ofSci.&Tech.国家数控系统技术工程研究中心CHD-20车铣复合加工中心HuazhongUniv.ofSci.&Tech.国家数控系统技术工程研究中心第四方面应用：迅猛发展的IT制造业，需要大量的制造设备，包括高速、高精的数控机床，用于：小型精密塑料、冲压模具制造IT产品上的精密机械零件加工据预测，未来几年IT加工设备的年增长率在50％以上HuazhongUniv.ofSci.&Tech.国家数控系统技术工程研究中心笔记本电脑机壳HuazhongUniv.ofSci.&Tech.国家数控系统技术工程研究中心手机机壳HuazhongUniv.ofSci.&Tech.国家数控系统技术工程研究中心硬盘驱动器机壳HuazhongUniv.ofSci.&Tech.国家数控系统技术工程研究中心HuazhongUniv.ofSci.&Tech.国家数控系统技术工程研究中心IT行业适用的机械加工数控机床的特点：•精度高：微米、亚微米级，全闭环控制•规格小型化:工作台小于400×800毫米•多坐标数字控制：3－5轴联动数控•速度高：主轴速度30000转/分;进给速度60米/分•自动化程度高：换刀机械手、自动上料系统•生产效率高：以秒为单位计算生产节拍HuazhongUniv.ofSci.&Tech.国家数控系统技术工程研究中心Roku