本刊記者/Reporter 余捷/YU Jie

2013年4月24日，由北京機(jī)床研究所主辦、機(jī)床雜志社《制造技術(shù)與機(jī)床》月刊承辦的“機(jī)床產(chǎn)品創(chuàng)新與設(shè)計高峰論壇”于CIMT2013展會期間盛大舉行。這一系列論壇活動自2011年在上海中國國際工業(yè)博覽會期間首次舉辦以來，至今已歷3屆，在業(yè)內(nèi)獲得不錯的反響。江蘇金龍科技股份有限公司副總經(jīng)理張炳生、北京工研精機(jī)股份有限公司機(jī)械設(shè)計室主任/教授級高工常文芬、Cimatron中國公司產(chǎn)品經(jīng)理耿海彬、湖南海捷主軸科技有限公司熊萬里教授分別圍繞機(jī)床產(chǎn)品創(chuàng)新與設(shè)計這一主題做了精彩的報告，吸引了眾多聽眾，筆者也全程參與并記錄了此次活動。

三維打印的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

——江蘇金龍科技股份有限公司副總經(jīng)理張炳生

江蘇金龍科技股份有限公司副總經(jīng)理張炳生

張總代表中國機(jī)械工程學(xué)會榮譽(yù)理事、同濟(jì)大學(xué)張曙教授發(fā)表了本次論壇的主題演講，演講主題為三維打印技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。

三維打印是美國麻省理工學(xué)院（MIT）在上世紀(jì)90年代發(fā)明的一種快速成型技術(shù)，準(zhǔn)確的名稱是增量疊層制造（Additive Layered Manufacturing）。其原理類似噴墨打印機(jī)，故名3DP，不過噴出的不是墨水，而是粘結(jié)劑、液態(tài)的蠟、塑料或樹脂，按噴出材料不同，可分為粘結(jié)劑打印、熔融蠟打印和熔融塑料涂覆。如把打印頭換成激光頭，激光燒結(jié)、光固化樹脂和激光熔融也可視為三維打印的特例。3D打印的發(fā)展愿景是可在任何地方制作任何構(gòu)成、任何材料和任何幾何形狀的實(shí)物。

20年來，增量疊層制造技術(shù)有了巨大的進(jìn)步，今天，增量疊層制造不僅僅局限于制作原型，而可以制造出可用的功能產(chǎn)品；不僅可以制造塑料產(chǎn)品，還可以制造金屬產(chǎn)品。不僅可用于航空航天，也即將進(jìn)入千家萬戶；不僅可制作現(xiàn)代藝術(shù)品，也可用來高仿真復(fù)制古董。不僅可以制造身外之物，還可以制造人體植入物，甚至人體器官；不僅可以制造用品，還可以蓋房子、制作蛋糕和牛排；是一種具有無限可能的多用途技術(shù)。

相比于傳統(tǒng)制造，三維打印具有其無可比擬的優(yōu)勢：3D打印是直接數(shù)字化制造，從三維CAD模型直接制造出產(chǎn)品，減少或省略了毛坯準(zhǔn)備、零件加工、裝配等中間工序，且無需昂貴的刀具或模具；3D打印的產(chǎn)品是完全定制的、個性化的獨(dú)特產(chǎn)品，可做到全球僅此一件，100%按訂單制造；在沒有出售之前，是數(shù)字儲存在計算機(jī)里，無需實(shí)體倉庫；3D打印產(chǎn)品在沒有售出之前是數(shù)字發(fā)運(yùn)的，CAD文件在互聯(lián)網(wǎng)上傳輸，費(fèi)用極少；3D打印不僅是按需制造，而且是就地制造，虛擬運(yùn)輸，節(jié)約或舍棄了物流成本；3D打印最大限度地發(fā)揮材料的特性，不在意構(gòu)造是否復(fù)雜，僅把材料放在有用的地方，大大減少材料的浪費(fèi)。

但3D打印也有其局限性：塑料注射機(jī)等大批量成形技術(shù)相比，生產(chǎn)成本過高，與傳統(tǒng)切削加工技術(shù)相比，產(chǎn)品的尺寸精度和表面質(zhì)量相距較大；材料的可選擇范圍是最大的障礙，目前可用于3D打印的材料約100種，而目前在工業(yè)中應(yīng)用的材料超過10 000種，3D打印材料的物理性能尚有待于提高；3D打印即將進(jìn)入家庭，正在呼喚孩子們能夠操作和喜愛的CAD/CAM三維軟件，打印物品要成為新一代的計算機(jī)游戲，才能引起他們興趣，發(fā)揮兒童的巨大創(chuàng)造性，那就可能改變未來世界。

3D打印改變商務(wù)模式的潛在能力是，一家公司可具備快速提供價格合理而符合個性需求物品的能力，無需擁有已制造而沒有售出的物品倉庫，實(shí)現(xiàn)零庫存。3D打印優(yōu)勢在于將產(chǎn)品設(shè)計與產(chǎn)品制造分離成不同的行業(yè)，產(chǎn)品的設(shè)計和制造可以極方便地分別外包給不同的公司。但愿景要成為現(xiàn)實(shí)，必須克服3D打印存在的成本、精度和強(qiáng)度的局限。3D打印的材料價格目前是傳統(tǒng)材料的10倍以上，3D打印現(xiàn)有產(chǎn)品的尺寸精度以1/10 mm計，要達(dá)到微米級還有很長的路要走。

演講最后，張總表示，新工業(yè)革命的核心是信息物理融合系統(tǒng)，是基于互聯(lián)網(wǎng)的商務(wù)和生產(chǎn)模式，以虛擬活動取代現(xiàn)實(shí)活動，減少資源的消耗，保護(hù)環(huán)境，使人們生活得更好。3D打印在很大程度上體現(xiàn)了這一潮流，從而對未來社會、經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)、教育將產(chǎn)生一定影響，但不能把3D打印看作就是新工業(yè)革命，過分夸大它的作用。沒有互聯(lián)網(wǎng)，沒有新材料，沒有人們觀念的變化，3D打印僅僅是制造物品的一種新工藝方法。因此，在新一輪工業(yè)革命中，3D 打印扮演的角色是一對車輪，而絕非整個火車頭。

μ2000/JIG-630H臥式坐標(biāo)鏜加工中心

——北京工研精機(jī)股份有限公司機(jī)械設(shè)計室主任/教授級高工常文芬

北京工研精機(jī)股份有限公司機(jī)械設(shè)計室主任/教授級高工常文芬

作為論壇的主辦方，來自北京機(jī)床研究所北京工研精機(jī)股份有限公司機(jī)械設(shè)計室主任/教授級高工常文芬，向到場聽眾介紹了關(guān)于μ2000/JIG-心、KT系列立式加工中心、XKT系列數(shù)控鏜銑床、內(nèi)裝式電機(jī)主軸單元、數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)等數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品與功能部件。公司精密超精密產(chǎn)品主要有：具有國際先進(jìn)水平的超精密軸系、超精密數(shù)控車床、超精密數(shù)控銑床、高分辨率數(shù)控伺服進(jìn)給系統(tǒng)、高精度數(shù)控車床等。其中超精密機(jī)床軸系精度達(dá)到≤0.05 μm，導(dǎo)軌精度達(dá)0.1 μm/200 mm，加工件（有色金屬）表面粗糙度Ra達(dá)到≤0.002 μm。公司其他產(chǎn)品有：高精度圓度儀、高精度圓柱度儀、微型滾珠絲杠副產(chǎn)品等。

常主任所介紹的μ2000/JIG-630H臥式坐標(biāo)鏜加工中心就是公司的主要產(chǎn)品之一，其性能特點(diǎn)為：整體高剛性、高精度和高速度，機(jī)床兼顧坐標(biāo)鏜和臥式加工中心的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)鏜級高精度加工。同時對機(jī)床工作負(fù)載、工件裝卸、排屑防護(hù)等進(jìn)行綜合考慮，達(dá)到高生產(chǎn)率的效果。機(jī)床采用可重組模塊化設(shè)計的技術(shù)，在床身、立柱、主軸箱等基礎(chǔ)部件不變的情況下，主軸部件可進(jìn)行重組，轉(zhuǎn)臺部件可進(jìn)行不同的選配，并可根據(jù)用戶需求進(jìn)行雙工位交換配置等，提高本機(jī)型的柔性，從而滿足不同用戶的需求。機(jī)床技術(shù)參數(shù)為：臺面規(guī)格630 mm×630 mm，行程X/Y/Z1 000/900/900 mm，快速進(jìn)給速度X/Y/Z48 m/min，主軸最高轉(zhuǎn)速8 000 r/min，刀柄型號BT50，定位精度0.004 mm，重復(fù)定位精度0.002 mm。具有自主創(chuàng)新技術(shù)，技術(shù)指標(biāo)屬國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進(jìn)水平。

機(jī)床在結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)方面進(jìn)行了大量的研究，形成了自有的精密臥式坐標(biāo)鏜加工中心設(shè)計技術(shù)：高剛性對稱布局、框中框結(jié)構(gòu)形式，中心驅(qū)動實(shí)現(xiàn)了良好的穩(wěn)定性和動態(tài)特性，絲杠中空冷卻實(shí)現(xiàn)了良好的熱特性；采用了拓?fù)鋵W(xué)方法和多體動力學(xué)理論進(jìn)行精度設(shè)計；提出并實(shí)施了中間控制的創(chuàng)新理念；首次提出臥式坐標(biāo)鏜加工中心的創(chuàng)新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了坐標(biāo)鏜和加工中心的完美整合；首次在精密臥式加工中心上采用高精度激光跟蹤儀實(shí)現(xiàn)了全方位的空間21項(xiàng)誤差測量，并直接在數(shù)控系統(tǒng)里進(jìn)行空間誤差補(bǔ)償，取得了良好的補(bǔ)償效果；并可實(shí)現(xiàn)主軸的熱補(bǔ)償。機(jī)床可實(shí)現(xiàn)鏜、銑、鉆、攻絲等多方面的加工，特別適合箱體類零件的精密加工，滿足軍工、航空航天、船舶、汽車、能源等行業(yè)的高精度零件加工。

GibbsCAM 先進(jìn)制造技術(shù)

——Cimatron中國公司產(chǎn)品經(jīng)理耿海彬

對于數(shù)控加工制造商而言，這樣的數(shù)學(xué)邏輯很簡單：花更少的時間切削更多零件，就等于賺取了更630H臥式坐標(biāo)鏜加工中心的有關(guān)內(nèi)容。

北京工研精機(jī)股份有限公司是北京機(jī)床研究所為建設(shè)國家發(fā)改委“精密超精密加工國家工程研究中心”而成立的產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的高技術(shù)股份制有限公司。公司設(shè)有超精實(shí)驗(yàn)室、功能部件實(shí)驗(yàn)室、整機(jī)性能實(shí)驗(yàn)室和工藝研究實(shí)驗(yàn)室，用以開展整機(jī)和功能部件的性能測試與評價及機(jī)床加工工藝技術(shù)試驗(yàn)研究。公司充分利用北京機(jī)床研究所幾十年來在精密超精密數(shù)控機(jī)床的研發(fā)制造和應(yīng)用上豐富的技術(shù)積累及在精密超精密數(shù)控機(jī)床性能測試、可靠性研究與評價等方面國內(nèi)領(lǐng)先的技術(shù)優(yōu)勢，同時利用國家工程中心、行業(yè)工程中心作為科技創(chuàng)新平臺，積極推進(jìn)精密超精密加工技術(shù)的工程化和中高檔數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)業(yè)化。

公司數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品主要有：μ1000系列立式加工中心、μ2000系列臥式加工中心、TH系列臥式加工中多利潤。這就是為什么說“如果您想降低成本，提高利潤率，GibbsCAM就是您的最好選擇?！惫⒑１蚪?jīng)理開篇拋開Cimatron軟件的性能不說，將自己的關(guān)注點(diǎn)著眼于如何才能更好地更好地服務(wù)于用戶、如何讓客戶盈利更多之上。

Cimatron中國公司產(chǎn)品經(jīng)理耿海彬

在多任務(wù)加工機(jī)床中，由于零件在整個加工過程中只有一次裝夾，加工的精度更容易獲得保證，同時大大縮短了生產(chǎn)過程鏈。GibbsCAM提供了針對于多任務(wù)加工機(jī)床的專用模塊，該模塊被設(shè)計定位為專用于多任務(wù)機(jī)床的編程，它提供了無與倫比的強(qiáng)大編程功能，并且保留了其易學(xué)易用的傳統(tǒng)。

GibbsCAM是一項(xiàng)革命性的刀具路徑策略，與傳統(tǒng)刀具路徑相比，它是一種可以使刀具切的更深、速度更快的刀具路徑。同時，還具有避免尖角方向變化、控制材料去除率、顯著延長刀具使用壽命和基于任何幾何形狀產(chǎn)生刀具路徑等特點(diǎn)，而且所產(chǎn)生的刀具路徑優(yōu)于其他刀路徑計算技術(shù)。

對于差的加工性能在較軟的材料里面會有一個體現(xiàn)，無論是加工時間還是刀具壽命都會表現(xiàn)出來，而這些性能在較硬的材料里面體現(xiàn)得尤為突出。因此，無論是對于材料還是機(jī)床，所期望的或者說是理想的刀具切削性能都已經(jīng)集成在GibbsCAM高效加工路徑中，這是對硬金屬材料加工的最大支持。在實(shí)際加工過程中我們做過鎳鉻合金材料的加工，可以減少80%的粗銑時間，同時延長了4倍刀具使用壽命。對于較軟材料的加工，如6061鋁，采用的是大的軸向切深，這個時候一定要選擇銑槽以及側(cè)銑，這樣，軟件系統(tǒng)將根據(jù)幾何形狀，以最短循環(huán)時間自動選擇銑槽或側(cè)銑生成刀具路徑。在銑槽時，GibbsCAM高效加工路徑將放緩切削進(jìn)給速度或減少軸向切深，以保持材料去除率恒定。

這種刀具路徑和平常意義上的擺線加工是截然不同的。所謂的擺線刀具路徑采用回圈運(yùn)動來產(chǎn)生刀具路徑，其主要是為了避免刀具埋刀。GibbsCAM高效加工刀具路徑，一方面，算出的刀具路徑永遠(yuǎn)不會埋刀，從而消除延長刀具軌跡的圓周運(yùn)動，因此GibbsCAM高效加工路徑比相同的幾何形狀的擺線刀具路徑明顯縮短，所以會在較短的加工周期內(nèi)完成加工。另一方面，由于載荷的大小由刀具路徑控制，它會保持一個恒定的去除率，所以使用起來會比擺線加工更加放心。這樣最后的結(jié)果是，一個GibbsCAM高效加工刀具路徑使生產(chǎn)效率顯著超過一個擺線刀具路徑，同一把刀具加工時間也會延長。

企業(yè)所面臨的更大挑戰(zhàn)，是如何與快速發(fā)展的先進(jìn)技術(shù)同步前進(jìn)。市場上不斷推出新的多軸高速銑削機(jī)床、高速車削機(jī)床和復(fù)雜多任務(wù)車銑復(fù)合加工機(jī)床；這就意味著，如果想讓企業(yè)不斷成長壯大，用戶就需要編程軟件快速整合進(jìn)這些新技術(shù)——實(shí)現(xiàn)從最簡單的車削、銑削編程到最復(fù)雜的多任務(wù)車銑復(fù)合編程——GibbsCAM就是這樣的編程軟件。

電機(jī)內(nèi)裝式液體動靜壓電主軸售前設(shè)計服務(wù)及售后應(yīng)用服務(wù)

——湖南海捷主軸科技有限公司熊萬里教授

湖南海捷主軸科技有限公司熊萬里教授

湖大海捷精密工業(yè)有限公司熊萬里教授的演講主要圍繞其公司的業(yè)務(wù)、服務(wù)、產(chǎn)品及能為客戶提供的解決方案展開。湖大海捷精密工業(yè)有限公司技術(shù)依托于湖南大學(xué)國家高效磨削工程中心，主營業(yè)務(wù)為：液體動靜壓電主軸的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售；進(jìn)口電主軸維修（包括滾動軸承式、液體動靜壓式等）；技術(shù)服務(wù)（包括售前設(shè)計服務(wù)和售后應(yīng)用服務(wù)）。目前，公司的主要產(chǎn)品有：液體動靜壓電主軸；外圓磨電主軸、內(nèi)圓磨電主軸；平磨電主軸、立磨電主軸、靜壓轉(zhuǎn)臺；滾動軸承電主軸及高速電動機(jī)；加工中心電主軸、車床電主軸、高速電動機(jī)。

售前設(shè)計服務(wù)是指與機(jī)床特性匹配、與變頻器和控制系統(tǒng)匹配、與刀具（砂輪）匹配以及與切削工藝參數(shù)匹配等。目的一是為了實(shí)現(xiàn)性能最優(yōu)匹配，幫助用戶創(chuàng)造價值，體現(xiàn)在與變頻器和控制系統(tǒng)、刀具（砂輪）、切削工藝參數(shù)等機(jī)床特性的匹配。目的二是為了避免售后爭議，降低售后成本。目的三是為了與用戶共同發(fā)展，構(gòu)件長期利益共同體，提高服務(wù)質(zhì)量，節(jié)省用戶技術(shù)人才投入成本，節(jié)省主軸廠家市場開發(fā)成本，共同打造上下游產(chǎn)業(yè)品牌。售前設(shè)計服務(wù)內(nèi)容中含有合理確定電主軸的主要技術(shù)指標(biāo)（電主軸與機(jī)床的接口、變頻器的容量和功能、與刀具或砂輪的接口）。主要案例有：準(zhǔn)確計算磨削力，合理確定電主軸系統(tǒng)的功率、轉(zhuǎn)速及力矩特性曲線；綜合考慮變頻器、電主軸、砂輪和磨削載荷，實(shí)現(xiàn)性能最優(yōu)匹配。售后應(yīng)用服務(wù)主要包括優(yōu)化變頻器工作參數(shù)、優(yōu)化切削工藝參數(shù)、調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)延長工作壽命以及及時預(yù)警和維護(hù)等。

公司承接的技術(shù)服務(wù)合作還有動靜壓電主軸的定制、標(biāo)準(zhǔn)化外圓磨電主軸的訂購以及標(biāo)準(zhǔn)化附件式內(nèi)磨主軸的訂購等。演講最后，熊教授提出公司賣產(chǎn)品更是賣服務(wù)的口號，期待在服務(wù)中與客戶共同成長。

尾聲

本次高峰論壇圓滿落幕，得到了與會領(lǐng)導(dǎo)、嘉賓、聽眾等積極的評價和一致的認(rèn)可，真正為專家和企業(yè)提供了一個交流的平臺。在制造業(yè)漸漸呈現(xiàn)出回暖趨勢的今天，企業(yè)為盡快擺脫2012年的陰霾，尋求平穩(wěn)發(fā)展的出路，都希望加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，提高自主創(chuàng)新能力、提高新產(chǎn)品的市場競爭力這些有力舉措都是脫離困境的有效手段，而這一切又都是以機(jī)床產(chǎn)品創(chuàng)新與設(shè)計為基礎(chǔ)的。希望本次論壇活動能夠起到拋磚引玉的作用，讓更多的企業(yè)意識到創(chuàng)新的重要性，《制造技術(shù)與機(jī)床》月刊也會充分發(fā)揮行業(yè)一流媒體的作用，持續(xù)關(guān)注機(jī)床產(chǎn)品創(chuàng)新與設(shè)計方面的最新動向并將其呈現(xiàn)給讀者。