主讲人：徐正平                                                                                                  邮箱：xuzhengping2011@126.com

一、 能源与通信交汇爆发工业革命

      1.第一次工业革命

      蒸汽机的诞生与廉价报纸的发行构成了第一次工业革命。工业革命又叫产业革命，是指资本主义由工场手工业过渡到大机器生产，它在生产领域和社会关系上引起了根本性变化。

      18世纪60年代首先发生在英国，是从发明和使用机器开始的，到19世纪上半期，机器本身也用机器来生产，标志着工业革命的完成，英国之后，法、美等欧美各国也相继进行了工业革命。

      2.第二次工业革命

      电话、电报的发明与电力工业交汇引发第二次工业革命。

      第二工业革命是从19世纪70年代开始的，机械技术的高速发展，特别是20世纪中叶由美国发明的数字化机床技术的诞生，使得制造业发展一日千里，它与石油大量的开采，核能的应用等交集碰撞，使得第二次工业革命的发展来势汹汹。

      3.第三次工业革命

  
      互联网计算机通信技术与新能源的交汇，引发第三次工业革命。

      它是从21世纪初开始，首先由德国引发，意大利、日本等都非常关注这项工业革命内容。估计从目前开始，还有25-35年的储备期，届时崭新一轮风涌而至的工业革命将喷礴出来。

二、 爆发第三次工业革命的缘由

      1. 大量资源消耗

      石油开采跟不上中、印等国的需求

      石油维持在150美元/桶就引起能源危机

      2. 生态环境污染

      废气及烟尘排放造成空气污染

      废水及有害物质排放造成江河湖海污染

      无节制城镇化，农田占用、森林砍伐

      3. 劳动力成本不断上升

      三、对机床制造技术的影响 

  
      节能、环保、绿色、高效、高速、高精度

      1. 机床革命的前奏

     （1）机床的结构创新

      a. 并联机床的发明

      1994年的美国芝加哥国际机床展上，美国G&L公司首次亮相了并联机床的雏型，是个六条腿的测量平台。从此机床从传统的C型传动链结构向并联运动发展。

俄罗斯六条腿并联机床

 

Z3铣头

 

德国DS公司大型落地卧式加工中心

 

      b. 倒置立车的发明

 

      1993年德国EMAG公司发明了倒置立车，特别适宜对轻型回转体零件的大批量加工，随即、倒立加工中心、倒立复合加工及倒立焊接加工等新颖机床应运而生。

   

EMAG公司的倒立加工中心

 

    （2）加工工艺的创新

 

      a. 复合加工

 

      上世纪90年代中期，奥地利WFL发明车铣复合加工中心 日本MAZAK认为done in one 是数控机床发展的方向

 

德马吉公司车铣复合加工中心

 

 

WFL车铣复合加工中心

 

WFL车铣复合加工中心

 

瑞士宝美S-191车铣磨插复合中心

 

德国罗德斯铣磨复合中心RXP600DSH

 

Roeders RFM760 激光切削与堆焊机床

 

      b.激光加工

 

      激光切削    激光成型

 

      DMG公司的DML40 SL，可以把CAD图纸直接输入加工。三个直线轴、两个偏转镜回转轴和一个聚焦轴。激光束以小于200的角度范围射入工件表面，进行加工。

 

      激光脉动方式YAG，激光功率100W，激光束直径Φ0.04~0.1mm，切除率25mm3/min。

   

DMG公司的DML40激光加工机床

 

DMG公司的激光 LT Shape

 

激光成形加工

 

      c.超声波振动加工

 

      由工业金刚石颗粒制成的铣刀、钻头或砂轮，通过20000次/S的超声波振动高频敲击，对超硬材料进行精密加工。

 

      机床主轴转速6000r/min，驱动功率10kW，主轴高频振动功率1.5kW。

   

DMG公司DMS35超声振动加工机床

 

      d. 水切割

 

      水刀就是将普通水经过一个超高压加压器，加压至380Mpa（55,000psi)戒更高压力，然后通过一个细小的喷嘴（其直径为0.010mm至0.040mm），可产生一道速度为每秒915米（约音速的三倍）的水箭，来迚行切割。

 

      水刀分为两种类型：纯水水刀及加砂水刀。

 

加砂水刀

 

纯水水刀

 

       e. 柔性制造（FMS）

 

       对FMS的剖析，应该偏重于总控系统、运输小车、交换托盘库以及清洗机等，机床（主要是卧加）只是加工零件的组成单元。因为由机器人学演绎和发展而来的FMS，主要功能不仅要考验加工单元的自适应能力，更要照顾到工作站周围移动物体能力及响应遥感数据的能力等等。

 

 

日本MAZAK柔性制造系统FMS

 

德马吉公司FMS

 

美国MAG公司的FMS

 

      （3）微纳制造

 

      以上海机床厂有限公司创新研发为例

 

       •        该机床主要应用于超硬脆性、超硬合金、模具钢、无电解镀层镍等材料的微小机电光学零部件的纳米级精度磨削加工。

 

       •        加工范围：非球曲面口径<φ10mm

 

       •         定位精度≤0.1µm(100nm)

 

       •         重复定位精度≤0.05µm (50nm)

 

       •         表面粗糙度Ra<0.01µm (10nm)

 

       •         具备在线测量补偿加工、砂轮在机修整和在线修锐功能

 

上海机床厂有限公司的纳米磨床

 

      （4）令人费解的工作母机

 

齐齐哈尔二机床生产的缠绕机

 

轨道铣磨车辆

 

      2. 两个革命性的举措

 

      （1）  3D打印

         •        3D打印在第三次工业革命中应运而生，是一种制造业的新颖加工方式。       •        增材制造能加工出高精度、复杂型面的金属与非金属零件。       •        这种精密加工方式能避免刀具干涉。       •        能加工激光束被遮挡的照射部位。

       •        3D打印技术有很多种，大致有激光粉末成型法、熔融塑料成型法、光敏树脂成型法等几种，技术原理是无论何种成型法，都是采取原料加层方法形成3D物体，每次打印一层材料只有0.1mm-0.2mm厚，与2维打印机相比，3D打印机多了一维，即Z轴，通过X-Y-Z轴的运动，将原料逐层堆积而成，如熔融塑料成型法，喷嘴喷出熔融的塑料丝，承物平台作3维运动，即可堆积出3D实物（等于一层层粘上去）。

 

未来机床