我国机械加工技术的现状与发展的建
议
摘要近十几年来，机械加工技术有了迅速发展。一方面是传统的切削与
磨削加工技术仍在不断发展，加工精度水平也日益提高，精密加工与超精密加工技
术已进入实用阶段;另一方面加工技术向自动化方向发展，正在沿着数控(NC),
柔性制造系统(FW)及计算机集成制造系统(CII}MS )的台阶向上攀登。当今国
际上机械产品的竟争归根结底是工艺技术竞争，为了尽快提高我国机械加工技术水
平，增强竞争力，本文综述了我国机械加工技术的现状并甘今后发展提出了相应对
策与建议，以使我国机械加工技术尽快赶上工业发达国家的先进水平。
关键词：数控柔性制造系统工业工程
近年来，尽管精密铸造、精密锻造和无
屑加工技术有了一定发发，并且在加工技术
领域中还开发了不少新的加工方法，如特种
加工、机电复合加工等，但传统的机械加工 仍占据着极其重要地位。可以预见，到21世 纪，切削和磨削将仍然是获得精密机械零件 的最主要加工方式。
当前我国的机械加工，普遍仍采用落后
的通用机床加大m专用工艺装备的生产模 式，即采用分散的、通过很多道工序来组织 零件加工的生产模式，新技术、新工艺的研 究、开发、推广和应用十分缓慢。例如，成 组技术、数控加工技术、复合加工、高速磨 削、强力磨削和砂带磨削等先进工艺在我国 都未得到广泛应用。而国外机械加工工艺已 发展到以零件为对象，按零件组织专业化生 产，工艺装备也发生了相应变化。
我国生产上使用的加工设备构成比不合
理，普通车床所占的比例大，先进的与专用 的设备比例少。总的情况是:通用设备多， 专用设备少;金切设备多，磨削设备少;单 机多，生产线少;高精度、数控等设备更
少。据报导，1933年美国机械制造工业的磨 床拥有量占金属切削机床总数的23.5i'oo目 前，先进工业国家的磨削加工量占到切削、
磨削加工总量的25%左右，而砂带磨削的加 工量要占磨削加工量的40 %^-50。此外， 国外的机械加工将坐标锉床、三坐标测量机 等精密设备都广泛用于生产第一线，并且特 }}J重视加工设备的数控化和柔性化，}tJ LW数 控化率已达to%以上，而我国虽然早在50年 代末就开始发展数控，但至今机床数控化率 仍很低，平均还不到0.3%0
在加工精度方面，近几年来随着我国技
术改造的深入和引进先进技术，在有些工厂 中，一些精密机床的加工精度已接近国外先 进水平。但从总体上看，我国制造生产水平 仍然比较落后。目前我国机械加工的精度普 遍约比国外低1}2级。例如汽缸体孔的加 工精度，我国为H7级，而国外为H6级; HRC50^-60重载齿轮的加工精度日本可达6 级，而我国为7 -r 8级。预计到2000年，国 外的普通机械加工、精密加工与超精密加工 的精度可分别达到lE}m, O.OlE}m及O.OOlEIm
C lnm)，并且在一些高新技术产品上超精
密加工正在向原子级加工精度逼近，而我国 目前的加工精度还刚进入0.1E}m级阶段。
众所周知，机械加工技术发展的基础是
刀具的发展。无论是普通机床，还是先进的 NC机床和加工中心机床(MC )，以至柔性 制造系统
品出售，能为刀具几何参数和一切削用量的自 动选取以及工艺规程的自动设计提供经过优 化的数量依据，所以加工效率要比我国高1
~3倍。我国机械加工水平低，还与检侧方法落 后与工艺科研力量薄弱有关。国外目前用工 业工程(I})的观点来研究机械加工技术， 他们既围绕材料加工技术研究工艺和设备 (即通常说的制造的硬件部分)，同时又围
绕制造系统对人、材料和设备等组成的集成 系统的控制和管理进行研究(软件部分)，
也就是将技术与管理两者有机地结合起来， 通过不断改造、优化，以达到保证质量，降 低成本，提高生产率等目标。
为了振兴我国机械工业，提高我国机械
加工技术水平，在新技术革命面前，我们应 把握时机，并且应着眼于}1世纪，极积研究 对策，制定切实措施，迎头赶上世界先进水 平。为此，特提出如下几点认识和建议:
1.更新设备，改变设备构成比
在更新设备时，应减少普通机床的比
重，增加精密、高效机床的比重，并应大力 发展高质量、高效率和高柔性的NC机床和 加工中心.在更新设备时，应尽量选用国家 推荐的技术进步产品。
2,用数控和数显改造旧机床
我国现有机床320多万台，旧机床在机
械工厂一中占有相当大的比重，近几年内还难 于大幅度增加设备的投资，不可能将旧机床 都淘汰与更新。因此，须对旧机床进行有计 划地改造，使其发挥应有的作用。根据我国 国情，旧机床改造的方向是:实现数控或数 显化，柔性化，专用化以及精密化。根据机 床的具体情况，采用静压轴承、数控及数显 装置等，把机床从人手的延一长，扩大为人脑 部分功能的延长。数显装置具有投资少、见 效快的特点。它是由检测元件(感应同步器、 光栅及磁栅等)和数显表两部分组成的电子 数码显示装置，安装在机床上，工人可方便 准确地控制加工尺寸，被誉为机床的眼睛， 应用数显装置加工零件，其加工精度一般可 提高1一2级，工效可提高?0%以上。
旧机床改造在一些工业发达的国家同样
受到十分重视。1990年9月5日至13日在美 国芝加哥举行的美国国际制造技术展览会 上，有相多家厂商展出了大量改造后的机 床，就连美国著名的Cincinnati Milacron 和Devlics工厂也展出为数不少改造过的旧
机床。这主要由于当前国际市场竞争激烈， 而改造后的机床要比新机床价格便宜30%, 甚至更多。所以，我们要充分认识到“旧机 床加电脑控制”是一条适合我国国情的工业 发展道路。
3.用工业工程(1E)原理和方法开展
技术改造
实践证明，提高机械加工技术水平可以
通过技术改造来实现，即除应采用新设备 外，还应推广和应用各种新工艺、新技术和 新材料，以“三新”强化工艺手段。在进行 技术改造时，必须从经营战略和生产系统整 体出发来考虑，要用IE的原理和方法对生产 系统进行经常不断的改善，这样才有助于加 工技术整体水平的提高。
4。大力推广并研制各种先进刀具
随着产品的更新换代，今后各种高强度
钢、不锈钢、高温合金和钦合金等具有硬、 脆、韧、粘等难加工材料将日益增多。因 此，应把新一代高性能、高效率、长寿命的 刀具材料和各种先进刀具设法用于生产上。 今后，未涂层的硬质合金和高速钢刀具的应
用会减少，而涂层刀具、陶瓷刀具与超硬材 料刀具及超硬磨料磨具所占的比重将较快地 增加。新一代刀具材料的广泛应用，必然会 促进机床和加工工艺的变革;而高效机床的 发展，又将进一步推动新一代刀具材料的使 用。同时，还应开发各种模块式刀具和模块化 刀具系统BTS(Block Tool System)o BTS
能和各种系列化的刀具(如铿刀、钻头和丝 锥等)和夹头相配，可实行刀具的自动更
换。据报导，在自动化生产中，机床利用率 的提高1/3归功于计算机数控技术(CNC), 1/3归功于物料处理和管理的自动化，还有 1/3则归功于BTS的应用。因此，国外十分 重视刀具费用的投入。例如，德国奔驰汽车 厂每辆汽车的刀具费用要占其销售价的2%， 而我国长春第一汽车制造厂仅占0,5%。刀 具费用低，限制了先进刀具的推广与使用， 这样虽节约了刀具费用，但却降低了生产效 率及总的经济效益。
5。开发柔性制造系统(FMS)，实现
机械制造自动化
当今机械制造自动化已由过去刚性的自
动线或自动化单机，发展到现在的CNC和 FMS阶段，并正在向计算机集成制造系统
巾心系统、运输存储系统和计算机控制系,4f;i} 三大部分组成。它的最主要特y是“柔性”， 也就是具有完成不同加工任务的应变能力， 能适应多品种中小批量生产的自动化要求。 目前FMS正向着规模大型化、功能复杂化 (即柔性'}9造车间)及小型化、简单化(即 柔性制造单元FMC)两个方向发展。
FMS进一步的发展是向CIMS方向去发
展，CIMS包括生产、管理与经营三个方面，并 由五级计算机控制组成，即单机级一~FMC (单元)级一、FMS(系统)级~~车闻级一~
工厂级。CIMS是一种全薪生产结构与组织 的自动化工厂(FA )。实现CIMS可使整个
工厂的生产、管理、经营进行优化，从而提 高生产率，提高柔性，提高产品质量，降低在 制品与一}J费用。日.本是开发研究CI丫S较 有成效的国家，例如安川电机制作所的“CIM 化”工厂是一家典型一的鞠机器人组装机器人 的无人化工厂。目前},i美、欧三极还以国际
合作方式，集W soot }}元，正在研制举世 注目的IMC智能制遭系统)，即所谓下一
代高度自动化生产系统.。有人认为我国人员 多，劳动力便宜，无必要向FA方向发展。 笔者认为，FA优点是缩短产品生产周期，提 高产品质量、可靠性和生产率。我们如不去 研究开发，不作好充分技术储备，将会使今后 我国机械产品在国际市场上丧失竞争能力。
6.提高计量与检铡水平
提高零件的机械加土精度，计量与检测
也是个关键。鉴于我国现有检测水平不高， 生产上应先推广使用各种气动和电动测量 仪、投影仪和各种电子数显量具，有条件的 工厂还可采用电接触测量或光电测量、自动 测量机、多参数的综合检验装置、以及三坐 标测量机等。量具和量仪的精度一般都要求 比被测量零件高一个数量级，所以加工和测 量通常是独立进行的。但随着机械加工技术 水平的提高，机床本身的精度也大大提高， 此时如配有适当仪器或采取一定措施后，机 床可以作为计量装置，从而可使机床既是加 工机，又是测量机，实现加工计量一体化。
7.加强科研工作，促进机械加工技术 水平全面提高
当今机械制造技术正借助微电子、计算 机、自动化等技术向着高度自动化、精密 化、智能化、高效化、集成化的方向发展， 计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)今后
将成为机械工业普遍使用的技术，所以在科 研工作上，我们既应对加工过程(即系统加 工技术)进行研究，如成组技术、数控加工 技术、自动线、i}14I;、甚至自动化工厂(FA) 等，也妥对加工方法(即固有加工技术)进
行探讨，如各种特种切削加工、少无切屑加 工、精密加工和超精密加工等。当前机械加 工研究工作重点应放在切削机理、切削优化 (如切削工序优化、切削用量优化、以及、采 用新型刀具材料和新型工件材料情况下刀具 几何参数优化等)、建立切削数据库，难加 工材料切削技术，新型刀具的研制和模块化 刀具系统的开发，自动化生产过程中工况监 测、自动补偿、故障诊断与预测，以及提高 加工精度与表面质量等方面上来;同时还应 开展在切削加工中导入声、光、热、电、磁
等外加能量的新型特种切削加工方法的研 究，如超声振动切削、导电加热切削、低温 切削、激光辅助切削、磁化切削以及电解磨 削等，此外，，还应继续开展以“三新”强 化工艺手段，提高机械制造工艺水平，把高 效与精度结合起来，在提高加工效率的同时 提高加工精度水平。目前在国际市场上，机 械产品的竞争实质上是工艺技术的竞争，因 此要牢固树立工艺技术是提高产品质量的突 破口这个指导思想，要把机械工业的重心转 移到提高制造技术水平上来。
8。加强技术培训，提高人才素质 为适应当代机械制造业的迅速发展，全
面提高我国机械加工技术水平，必须从提高 劳动者素质着手，应大力加强技术工人的技 能训练和职业技术教育，目前各企业中尤其 缺乏“机电一体化”人才，应争取在近几年 内有所改变，使我国机械加工技术的水平得 到稳步发展与提高，以迎接新世纪的挑战。