穩中求進謀發展 創新求變促轉型——“機床產品創新與設計高峰論壇”助力創新制造

本刊記者/Reporter 余捷/YU Jie

創新是以新思維、新發明和新描述為特征的一種概念化過程，這個詞匯起源于拉丁語，它原意有三層含義，一是更新，二是創造新的東西，三是改變。一個民族想要走在時代的前列，創新是其發展的不竭動力；同樣一個行業想要不斷進步、不斷超越，創新也是必不可少的催化劑。

2012年6月13 日，機床雜志社《制造技術與機床》月刊借CIMES2012之東風，在北京新國際展覽中心W-202會議室舉辦“機床產品創新與設計高峰論壇”。中國機床總公司副總經理董剛、同濟大學張曙教授的到場為論壇增色不少；威騰斯坦、湖南海捷、Delcam等多家客戶的演講精彩紛呈，吸引了眾多參展人員以及參觀者前來聽會，在當天下午的會場上空掀起了一股以機床產品創新設計為主基調的旋風。

致辭——中國機床總公司副總經理董剛

中國機床總公司副總經理董剛代表展會的主辦方致辭，他首先總體介紹了一下本屆展會的情況：CIMES2012規模空前，無論是展商數量、觀眾數量還是展出面積上，都超過上屆，展品范圍囊括金屬切削與成形機床、金屬板材與管材加工技術及設備、特種加工機械設備、專用與特種機床、切削工具、機床附件與配件、功能部件及組件、磨料磨具、精密測量技術及設備、熱加工與熱處理技術與設備、鑄造與鍛造技術及設備、焊接與切割技術及設備等眾多領域。CIMES2012必將成為本年度繼德國及美國機械展覽之后，2012年度您不容錯過的世界第三大機床工具類展覽會。

提及了此次展會最大的亮點，無疑就是首次開設專家門診，每天安排2位專家現場答疑，有北京機床研究所副總工程師、研究員級高工盛伯浩，全國金屬切削機床標準化技術委員會副主任、國家機床質量監督檢測中心主任趙欽志，南京理工大學教授、重大專項辦公室總體專家組專家馮虎田博士，成都工具研究所原副所長、研究員級高工趙炳楨。生產企業可以現場咨詢在生產、制造設計過程中的問題，CIMES與專家共同為用戶單位提供在加工使用中的實際操作技巧。

中國機床總公司副總經理董剛

本刊記者/Reporter 余捷/YU Jie

董總對此次論壇活動給予了肯定，他覺得在這一關鍵時期舉辦此類活動顯得尤為重要，希望通過行業媒體的大力推廣，整個行業內部都能對創新的重要性引起足夠的重視，希望“轉型升級”與“創新求變”能成為近幾年我國機床行業發展的主旋律。

高性能數控機床的現狀與趨勢——中國機械工程學會榮譽理事、同濟大學教授張曙

張曙教授開篇先總體敘述了一下我國機床工具行業“十二五”規劃的綱要性內容：（1）結構調整工程調整產業結構優化進出口貿易，加快產業發展方式的轉變；（2）技術創新工程 建立和完善技術創新體系，落實科技重大專項，突破數控系統和功能部件瓶頸；（3）兩化融合工程 提升高端機床設計和制造水平；（4）品牌建設工程 擴大市場影響力和競爭力；（5）綠色制造工程 發展低碳循環經濟，節能環保；（6）人才培育工程 增強產業可持續發展的能力。

中國機械工程學會榮譽理事、同濟大學教授張曙

目前行業的發展已獲得了眾多成就，但也存在不少問題，成就主要有6方面：主要經濟指標高速增長；形成一批骨干高新企業；企業自主創新成果顯著；結構調整取得較大進展；企業固定資產高速增長；國際化經營有了新進展。仍待解決的問題也主要有6個方面：機床主機大而不強；數控系統和功能部件滯后；高端數控機床有較大差距；產品質量穩定性有待提高；制造服務業尚未形成；行業整體經濟效益偏低。

當今高端機床的發展趨勢為：（1）復合加工，車銑、銑車、磨車、齒輪車磨等，一次裝夾、一臺機床、完整加工；（2）高效加工，加工時間最短、占地面積最小、刀具數量最少、生產效率最高；（3）精密加工，實現亞微米、納米尺度的精密加工；（4）智能化，自動確定加工參數、主動抑制振動、防止部件相互碰撞、機床熱變形自動補償和控制；（5）解決方案，軟硬結合發揮機床潛力，包括制造專家系統、高能效、低排放以及可持續生產。

張曙教授以大隈銑車復合加工中心VTM1200YB、全能磨床斯圖特S41、DMG鏜銑加工中心MILLTAP 700、亞微米加工中心西田YMC430-II、斯塔瑪33系列、Gleason系列齒輪加工機、MIKRON 600 LP等機床為具體案例，深入淺出地分析了世界各知名機床制造商的創新點和優勢所在，供國內廣大機床制造企業借鑒。

最后，張曙教授指出：機床市場的競爭焦點將轉為如何為用戶提供全面解決方案，創造更大的價值；機床制造商將成為制造企業運營服務的提供者；復合加工、完整加工、高性能、節能減排以及輕量化、網絡化、智能化將成為下一代機床的主要特征；機床機械結構趨向于簡化，以電代機的直接驅動技術（零機械傳動）獲得日益廣泛的應用；機床熱變形受到重視，結構對稱避免熱變形的影響，熱的隔離、基礎部件的冷卻和熱切屑快速移出成為新一代機床結構的重要特征。他呼吁機床行業廣大同仁要創新求變，勇于趕超機床制造強國。

阿爾法技術在機床行業的應用——威騰斯坦（杭州）實業有限公司銷售工程師白金

德國威騰斯坦集團（WITTENSTEIN AG）是歐洲機電一體化驅動尖端技術的開發制造商。alpha精密齒輪箱、特種伺服電動機和運動控制技術，使機電一體驅動概念得到精湛的表現。智能化、微技術的互相結合，形成了公司的核心技術和解決方案，充分體現了公司的技術底蘊。

因其技術比較特殊，在歐洲市場尤其是在德國市場贏得極好聲譽和市場，許多國際馳名公司都是威騰斯坦的固定用戶和合作伙伴。在德國中等企業中名列前茅，備受聯邦德國政界及所在州的關注。下屬的子公司各執一類專有技術，對技術市場起到了引領作用。

公司追求領先的精密技術，始終把產品定位在高、精、尖的檔次上。阿爾法齒輪箱品種多、規格細、用途廣，在齒輪箱制造領域中處于世界領先地位。精度高、扭轉剛度高、可靠性高、噪聲低、長壽命、免維護等是阿爾法齒輪箱的特色；精密數控機床、加工中心、包裝機械、注塑機、機器人機械手、自動化生產線、自動化裝配線、高檔電梯、豪華舞臺等都是阿爾法齒輪箱的用武之地。阿爾法行星齒輪箱是歐洲航空航天和軍工技術的專用產品，是成套設備性能和品質的保障。阿爾法公司在全球有約2 000多高端用戶，許多國際馳名公司都是阿爾法公司的固定用戶和合作伙伴。

白金工程師介紹了減速機在機床中絲杠驅動、動柱動梁、工作臺移動、轉臺上的運用。他所列舉的阿爾法精密齒輪箱在機床行業的眾多用戶中，也不乏像DMG、MORI SEIKI、Mazak、MAG、MITSUBISHI、沈陽機床、EMAG等眾多世界知名機床制造廠家。

威騰斯坦擁有許多特殊的解決方案，對于多種不同的方案，他給出了不同的評價：（1）標準型 齒輪箱、齒輪、齒條；允許的進給力；線性系統剛性；（2）帶前端支撐 占據空間大；自由度低；前端軸承潤滑問題；需要設計殼體；（3）新產品 線性系統剛性；采用更大的輸出端軸承使之提供更多的進給力。

白金工程師還介紹了理想的齒輪齒條系統——阿爾法齒輪齒條系統：經過優化的更大的前端輸出軸承；最高的進給力；高剛性；齒輪齒條優化系統；自由的安裝設計；更少的安裝螺栓；終生免維護；優化的焊接齒輪。

演講最后，白金工程師舉了S W公司BURKHARDT+WEBER、大隈MCR-BIII、ZIMMERMANNFZ42、Waldrich Siegen公司龍門銑床ProfiMill等實例來說明alpha減速機的應用，并真誠希望能夠為更多的中國用戶提供高性能減速機的解決方案。

威騰斯坦（杭州）實業有限公司銷售工程師白金

超高速磨削電機內置式液體懸浮電主軸——湖南海捷主軸科技有限公司總經理林厚波

湖南海捷主軸科技有限公司是位于長沙麓谷高新技術產業開發區湖南大學科技園內的一家高新技術企業。公司的研發基地設在湖南大學國家高效磨削工程中心，中心擁有軸承性能測試實驗平臺以及主軸測試實驗臺。在流體動力潤滑基本理論、三維流場仿真算法（速度場、壓力場、溫度場等）、軸系動態特性分析、回轉精度信號測試與誤差分離技術等方面都有深入的研究。公司承接各類進口電主軸及國產電主軸的維修，設備改造，各類主軸系統的參數檢測、性能評價和故障診斷以及提供主軸系統整體方案設計及主軸使用和維護技術咨詢等各類技術服務。

林總介紹公司的特色產品為液體懸浮電主軸，它具有回轉精度高、剛度高、精度壽命長、吸振性好等特點，主要用于高效率、高轉速、高精度數控加工裝備。公司的產品系列主要有：磨床電主軸系列，包括外圓磨電主軸系列、內圓磨電主軸系列、平面磨電主軸系列以及立磨電主軸系列；滾動軸承電主軸系列，包括車床電主軸系列、特種電主軸系列；其他液體懸浮主軸產品，包括頭架系列產品、轉臺系列產品以及液體懸浮機械主軸系列。

超高速磨削電動機內置式液體懸浮電主軸的設計難點主要有以下幾點：（1）電動機系統設計的難點，包括設計方法上的難點、兼顧高速和大功率的難點；（2）拖動系統設計的難點，包括機電耦合動力學分析方面的難點以及機理研究方面的難點；（3）軸承三維分析的難點，包括理論模型方面的難點和數值計算方法方面的難點；（4）高技術指標的內在矛盾，包括高轉速制約油膜高剛性、高轉速制約高精度、高速下電動機和軸承發熱降低油膜剛度、高轉速制約電動機和軸承的幾何尺寸、高速度制約高穩定性。

解決的思路有很多，可以運用電動機系統優化設計方法：考慮逆變器特性的影響，建立高頻電動機電磁特性分析模型，研究電磁設計參數以及逆變器調制特性、供電頻率和輸出電流諧波對電動機穩態運行性能的影響規律；利用機電分析動力學方法建立逆變器—電動機—砂輪主軸—磨削載荷系統的機電耦合動力學模型；揭示逆變器特性、電動機特性、砂輪主軸機械特性和磨削載荷特性之間的物理作用機制，實現系統機電特性匹配優化設計。

湖南海捷主軸科技有限公司總經理林厚波

也可運用軸承設計方法，運用三維流暢分析解決思路：從N-S方程出發，推導油膜軸承熱動力潤滑理論模型，研究高速油膜軸承的數值計算方法；研究揭示軸承結構參數和工作參數對油膜速度場、壓力場和溫度場的影響規律及軸承熱動力潤滑機理；提出軸承速度特性、精度特性和承載特性實現綜合優化的設計方法和設計準則，實現液體動靜壓軸承溫升、流量、剛度和承載能力的精確設計。

此外，電主軸系統靜動力特性方面，可以建立軸承—主軸系統動力學模型，研究軸承承載特性和主軸回轉特性對系統動力學特性的影響規律，分析軸承位置與主軸結構的匹配機制。測試方法方面，可以進行動剛度加載與測試以及回轉精度測試及誤差分析。

Delcam CAD的創新概念設計——Delcam（中國）有限公司CAD產品經理賀軍勝

Delcam公司總部位于英國伯明翰，起源于劍橋大學的研究項目，是世界上最大的專業化CAD/CAM軟件公司之一，在全球擁有超過30 000家的用戶。公司的研發在英國和美國同步進行，是英國皇家創新企業獎章的獲得者。公司在全球80多個國家擁有150多個服務機構，在中國大陸、中國臺灣、中國香港設有15家辦事機構。

Delcam提供全面的CAD/CAM解決方案。Delcam CAD設計方面擁有：概念設計、工業造型、加工建模用的PowerSHAPE；鞋業CAD/CAM系統Crispin；藝術浮雕和珠寶設計系統ArtCAM Designer；牙科專業CAD設計Dental CAD。Delcam CAM制造方面擁有：2～5軸高速加工CAM系統PowerMILL；車銑復合、線切割CAM系統FeatureCAM；瑞士型車床、車削中心CAM系統PartMaker；立體藝術浮雕CAD/CAM系統ArtCAM；無縫集成Solidworks CAM軟件DFS；牙科專業CAM加工軟件Dentmill。Delcam檢測方面擁有：質量檢測、在機檢測系統PowerINSPECT。Delcam協同方面擁有：系統合作管理系統Psteam；CAD數據接口模塊Exchange。

Delcam（中國）有限公司CAD產品經理賀軍勝

賀經理主要介紹了Delcam在概念設計方面的創新解決方案。不同于現實中真實的產品設計，概念產品的設計往往具有一定的超前性，它不考慮現有的生活水平、技術和材料，而是在設計師遇見能力所能達到的范圍來考慮人們未來的產品形態，它是一種針對人們潛在需求的設計。

PowerSHAPE是概念設計的利器，提供了先進的概念設計功能：先進的逆向/正向造型工具，使客戶能快速將設計構想轉換為三維模型；世界一流的曲面造型工具，使客戶能快速建構任何曲面形體；靈活、直觀、簡便的曲面編輯工具，能輕松自如、隨心所欲地發揮出客戶的創造力；逼真的渲染結果，充分展現客戶的設計成果。PowerSHAPE還具有世界首創的三合一混合造型技術、獨特的摹仿變形全局編輯功能以及獨特的幾何特征設計功能。三合一混合造型技術（Tribrid Modelling）是指將實體、曲面和三角形造型整合于同一系統，可減少多重系統之間的數據傳送和轉換，使產品設計開發流程更加流暢，該技術不僅允許操作者進行多種方式的造型設計，同時允許幾種造型方式混合布爾運算，并可以輸入/輸出為STL格式，根據需要建立STL格式的模型庫。摹仿變形全局編輯（Morphing）允許設計師將一組實體、曲面、三角形網格變形為不同形狀，形體中的所有特征如圓倒角、裁剪、壁、筋和凸臺均保持不變，即使形體形狀已完全改變，該項技術的好處是：設計師可以輕松評估多種方案；為產品快速改型節省大量時間；增強產品的創新設計能力。幾何設計（Embossing）是一種首先通過在平面上產生出模型特征，然后將特征包裹或投影到三維模型上產生出新的三維形體的造型方法，可快速在三維模型上設計生成復雜三維形體，該項技術的好處是：獨到的設計手段，無與倫比的創新方式；為企業及產品添加個性化、藝術化元素，有效提升產品附加值，讓產品在競爭中脫穎而出。

賀經理還向與會聽眾介紹了逆向工程技術，該項技術的優勢為：智能化誤差分析；高效的點云處理能力；超強的三角形優化和編輯能力；靈活多樣的構造曲線能力和復雜曲面處理能力。此項技術可運用于日用消費品業、航空航天業、汽車行業、工模具行業、包裝行業、玩具行業、陶瓷潔具行業、制鞋行業等眾多行業。

演講最后，賀經理還舉了幾個具體的例子來說明PowerSHAPE軟件的應用：法國Devèze Design使用PowerSHAPE進行創新設計取得眾多收獲，榮獲多項國際大賽設計獎；世界最大的客機空中客車A380的機艙內飾原型是Delcam CAD/CAM 系統設計和制造，Delcam用戶 Bowes Design and Development 使用 Delcam軟件，僅用了不到 20 個星期就完成了 A380 的全部機艙內飾的概念設計和內飾件原型制造；LG 電子使用Delcam 三合一混合造型軟件Delcam PowerSHAPE和3D浮雕設計和加工系統Delcam ArtCAM設計了最新款時尚手機 LG Waffle 的外殼，這是LG推出的第一款時尚手機。

廣數工業機器人——廣州數控設備有限公司

作為本次論壇活動指定禮品贊助商的廣州數控設備有限公司，也帶來了其全新的RB/MD系列工業機器人產品資料為與會聽眾奉上。廣數工業機器人是廣州數控設備有限公司自主研發生產、具有獨立知識產權的最新產品。它采用國內最先進的GSK-RC機器人控制器，具有高穩定性、長壽命、容易保養、超經濟型等一系列領先優勢。它還具有以下十大理想特性：可擴展性、堅固耐用、操作簡單、高性價比、高效率、可靠性強、安全性能優越、大工作空間、穩定的高精度性能、專業熱忱的高質量服務。這一“勤快的中國機器人”在會場中也同樣受到了不小的關注。

寫在最后

經過前一個發展周期的爆發式增長，中國裝備制造的弊端逐漸顯現出來，產業大而不強、創新能力薄弱、基礎制造水平落后、低水平重復建設嚴重、創新產品推廣應用困難等等，這些問題都嚴重制約了我國機床產業的進一步發展。2012年年初，國務院印發工業轉型升級規劃（2011—2015年）的有關文件，機床行業終走上了抑制簡單產能擴張、加大以“攻高端、夯基礎”為主要取向的調整結構、轉型升級、創新設計的科學發展之路。這是一種令人欣喜和振奮的轉變，這意味著廣大行業同仁已經開始慢慢摒棄粗放型的發展模式，開始以一種“趕超者”的姿態，逐步向世界高端裝備制造大國靠攏。

作為機床行業內創刊最早、影響力最大的期刊之一，《制造技術與機床》月刊也會持續關注創新制造領域的相關內容。論壇的帷幕已經落下，但是國產裝備創新制造的征程才剛剛開始，希望此次論壇能起到拋磚引玉之用，對眾多企業的發展有所借鑒。