機(jī)床行業(yè)的發(fā)展受到汽車及其零部件、電子電氣、建筑、醫(yī)療、通訊等行業(yè)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備投資力度的影響。當(dāng)需求擴(kuò)大時(shí)，機(jī)床生產(chǎn)廠家一片繁忙；當(dāng)需求減少時(shí)，機(jī)床廠家之間競(jìng)爭(zhēng)激烈,整個(gè)機(jī)床行業(yè)的營(yíng)業(yè)額縮小、經(jīng)營(yíng)利潤(rùn)減少、公司裁員。在機(jī)床工業(yè)界有種說(shuō)法，那就是機(jī)床公司的規(guī)模不能太大，過(guò)度擴(kuò)大公司的規(guī)模是危險(xiǎn)的。在美國(guó)除了幾個(gè)生產(chǎn)低價(jià)位機(jī)床的公司以外，其他的公司都已倒閉。在歐洲，由于劇烈的競(jìng)爭(zhēng)使得公司間不得不進(jìn)行合并或結(jié)構(gòu)重組。在日本，20世紀(jì)90年代的泡沫經(jīng)濟(jì)后，也有幾個(gè)主要的機(jī)床公司申請(qǐng)了破產(chǎn)。

但是，被稱為是“工作母機(jī)”的機(jī)床是必不可少的設(shè)備。盡管世界各個(gè)地域的國(guó)民生產(chǎn)總值的情況有所不同，但世界總的國(guó)民生產(chǎn)總值（GDP）總是在不斷增長(zhǎng)，從1980年的9.9兆美元增長(zhǎng)到了2004年的35.7兆美元?？梢灶A(yù)測(cè)產(chǎn)業(yè)界對(duì)機(jī)床的需求是會(huì)穩(wěn)定增長(zhǎng)。另外，各種產(chǎn)業(yè)對(duì)金屬切削機(jī)床的需求是有周期的。機(jī)床的使用壽命大約是14～15年，也就是說(shuō)每隔15年左右就有一個(gè)需求高峰。從1980年到1999年大約20年間，美國(guó)是第一大機(jī)床消費(fèi)國(guó)，日本是第二大機(jī)床消費(fèi)國(guó)，占13.5%。到了2004年，中國(guó)成為全世界最大的機(jī)床消費(fèi)國(guó)，占全世界機(jī)床產(chǎn)量的21%。歐洲的幾個(gè)主要工業(yè)國(guó)的需求占有率基本保持不變，而其他國(guó)家需求則下降了。雖然機(jī)床的需求在全世界各地不斷變化，但全世界機(jī)床年銷售總值自1995年以來(lái)一直維持在350億美元左右。近年來(lái)中國(guó)機(jī)床的生產(chǎn)量激增，在2004年超過(guò)了美國(guó)、意大利成為第三大生產(chǎn)國(guó)。日本雖然是機(jī)床第一生產(chǎn)大國(guó)，但是在本國(guó)的銷售量上卻不穩(wěn)定。


機(jī)床技術(shù)的發(fā)展

目前日本使用的34.1%的機(jī)床使用時(shí)間超過(guò)15年，27.3%的機(jī)床使用年限在10～15年之間，19.4%的機(jī)床使用年限在5～10年間。簡(jiǎn)單地說(shuō)，日本機(jī)床的機(jī)齡有一半超過(guò)10年。20世紀(jì)90年代的10年間，提高生產(chǎn)效率與減少非切削時(shí)間是最重要的兩項(xiàng)課題。隨著客戶生產(chǎn)需求發(fā)生變化，機(jī)床的柔性變得非常重要。這是因?yàn)楝F(xiàn)在大批量的工件生產(chǎn)需求逐漸減少，生產(chǎn)過(guò)程的復(fù)合化與群組制造單元（cellular manufacturing）逐漸發(fā)展成型。由切削加工中心組成的多用途的柔性制造系統(tǒng)逐步替代了傳統(tǒng)的大量專用生產(chǎn)線。車削加工中心也增加了許多功能，如第二主軸、Y軸及銑削功能，從而出現(xiàn)了車銑復(fù)合機(jī)床。

機(jī)床的主軸及進(jìn)給系統(tǒng)是機(jī)床的主要構(gòu)件，也是提高生產(chǎn)效率的關(guān)鍵。最近幾年，機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速不斷地增加，dmN值（主軸軸承節(jié)圓直徑與轉(zhuǎn)速的乘積）在20世紀(jì)90年代早期約60萬(wàn)就可以稱之為高速了，在1990年的日本國(guó)際機(jī)床展（JIMTOF）中主軸dmN值超過(guò)60萬(wàn)的機(jī)床不到出展機(jī)床總數(shù)的50%。但在1996年大部分的dmN值都超過(guò)60萬(wàn)。

高速主軸的研發(fā)最關(guān)鍵的就是軸承設(shè)計(jì)和材料的改進(jìn)，潤(rùn)滑和冷卻技術(shù)的改善。傳統(tǒng)軸承用黃油就足以潤(rùn)滑，為加速主軸轉(zhuǎn)速，20世紀(jì)80年代晚期用油氣混合潤(rùn)滑。20世紀(jì)90年代用內(nèi)環(huán)潤(rùn)滑，是把潤(rùn)滑劑注入軸承內(nèi)環(huán)，再由離心力直接傳到潤(rùn)滑點(diǎn)，還有微霧潤(rùn)滑，將最少的潤(rùn)滑劑注入使產(chǎn)熱減少。

關(guān)于冷卻，在20世紀(jì)90年代早期就有冷卻液貫通主軸來(lái)對(duì)軸承內(nèi)環(huán)進(jìn)行冷卻的方法。對(duì)軸承外環(huán)也進(jìn)行冷卻液冷卻，軸承內(nèi)、外環(huán)就不會(huì)有溫度差，從而減小熱變形，提高軸承的壽命。主軸電機(jī)也與軸承一樣重要。在20世紀(jì)80年代，大多數(shù)的機(jī)床都是用皮帶或齒輪帶動(dòng)主軸的，這種主軸會(huì)因?yàn)槠АX輪或轉(zhuǎn)軸不對(duì)稱而引起震動(dòng)，并且會(huì)產(chǎn)生噪音和引起機(jī)械傳動(dòng)功率的損耗，致使主軸速度難以得到大幅度的提升。為解決這個(gè)問(wèn)題，內(nèi)藏式主軸（built-in motor）在20世紀(jì)80年代末期被開發(fā)出來(lái)，這種主軸與電機(jī)集成在一起，能提高回轉(zhuǎn)速度、減少主軸體積、提高電機(jī)輸出，并且能縮短軸承跨距，避開軸承的臨界速度。還有最近發(fā)展起來(lái)的無(wú)接觸式軸承如磁浮或空氣軸承，也可以解決這個(gè)問(wèn)題。

在刀具方面，CBN刀具、各種涂層（coating）技術(shù)及碳化物的燒結(jié)技術(shù)使主軸可以達(dá)到更高的速度，在過(guò)去的10年間CBN刀具切削鑄鐵的切削速度增加了25%。尤其是在切削鈦合金零件及其他硬度高的工件。高速切削使用小直徑的刀具、并有小的切削進(jìn)給量，進(jìn)給速度高。切屑散熱快，刀屑熱在傳遞給工件或刀具前就被切屑帶走了。而快速進(jìn)給也是提高生產(chǎn)效率的因素之一，在20世紀(jì)90年代切削加工中心的快速進(jìn)給最高達(dá)到20m/min，20世紀(jì)90年代中期到了40m/min，到1999年時(shí)高達(dá)50m/min，以25%的速度增加。


機(jī)床的最新技術(shù)


目前機(jī)床的最新技術(shù)包括兩項(xiàng)，主要是直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)(Direct Drive Motors)和重心驅(qū)動(dòng)DCG(Driven at the Center of Gravity)。


直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)被用來(lái)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸（rotary axis）的方式逐漸被認(rèn)可。目前市面上DD電機(jī)僅限于安置在加工中心，以驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。使用DD電機(jī)可以省去蝸輪等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可以減少很多，這有利于提高速度與加速度。同時(shí)，DD電機(jī)的應(yīng)用，還可減少零件的裝配數(shù)量，從而減少齒隙等影響因素的存在，對(duì)增加機(jī)床運(yùn)動(dòng)的精度有很大的幫助。在車銑功能集成的多軸復(fù)合車削中心機(jī)上，由DD電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，不僅可直接做工作臺(tái)分度，而且可帶動(dòng)車削用主軸。這些性能可使機(jī)床實(shí)現(xiàn)一次裝卡完成相當(dāng)復(fù)雜的零件的加工。

把兩組伺服電機(jī)與導(dǎo)螺桿對(duì)稱分置在驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)（刀座）或主軸系統(tǒng)中，可以避免以前一組電機(jī)與螺桿所可能造成的被驅(qū)動(dòng)物體的偏位(offset)，并能改進(jìn)切削表面的品質(zhì)、減少切削時(shí)間、改善精度、減少機(jī)床的震動(dòng)以及刀具的磨損。值得注意的是，這種重心驅(qū)動(dòng)裝置具有兩個(gè)同步伺服電機(jī)。兩組導(dǎo)螺桿節(jié)距的加工和裝配誤差必須控制在很小的范圍之內(nèi)。森精機(jī)在大部分的產(chǎn)品中應(yīng)用了重心驅(qū)動(dòng)原理，取得了非常好的效果。

機(jī)床產(chǎn)業(yè)的未來(lái)


機(jī)床的生產(chǎn)方面 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造極大地提高了機(jī)床開發(fā)的速度，在研發(fā)體系使用3D CAD是快速發(fā)展量產(chǎn)高品質(zhì)機(jī)床不可缺少的工具。20世紀(jì)90年代，我們?cè)谝粭l裝配線上每月制造多達(dá)100種熱賣的產(chǎn)品，在當(dāng)時(shí)是最有生產(chǎn)效率的組裝制造方法。進(jìn)入21世紀(jì)以后，森精機(jī)導(dǎo)入群組制造單元（Cellular Manufacturing）生產(chǎn)方式來(lái)滿足每一位顧客的特殊需求，同時(shí)減少庫(kù)存、減少準(zhǔn)備時(shí)間（Lead Time）以及增加生產(chǎn)能力，將接訂單到交貨的時(shí)間減少到最短。群組制造單元是由一個(gè)工人進(jìn)行全過(guò)程的裝配，縮短過(guò)程中每一個(gè)環(huán)節(jié)的等待時(shí)間。在這種新的生產(chǎn)系統(tǒng)中，工人的技術(shù)受到高度的挑戰(zhàn)，同時(shí)也會(huì)給工人帶來(lái)成就感。另外，不同的機(jī)床企業(yè)在制造基地的安排上有所不同。有的機(jī)床公司在世界不同地方進(jìn)行機(jī)床生產(chǎn)，有的公司則集中生產(chǎn)。例如，森精機(jī)雖然開發(fā)不同的機(jī)床技術(shù)，但所有的產(chǎn)品只在日本國(guó)內(nèi)的工廠制作。由于市場(chǎng)對(duì)機(jī)床的需求層次不同，機(jī)床廠家必須提供適合不同市場(chǎng)性價(jià)比的產(chǎn)品。


機(jī)床的技術(shù)方面


主軸是高速機(jī)床的關(guān)鍵部件，非接觸軸承如磁浮及空氣軸承，最近幾年來(lái)并未如預(yù)期的那樣在一般機(jī)床上廣泛使用，而傳統(tǒng)的滾筒軸承及主軸電機(jī)對(duì)主軸加速提升速度做出了很大的貢獻(xiàn)。這些過(guò)去10年所發(fā)展的技術(shù)在未來(lái)10年中會(huì)繼續(xù)得到改善，主軸的轉(zhuǎn)速會(huì)進(jìn)一步提高。也許10年內(nèi)對(duì)于高檔機(jī)床，主軸最高轉(zhuǎn)速每分鐘6萬(wàn)轉(zhuǎn)會(huì)變得普遍，那將是今天一般主軸速度的2～3倍。我們估計(jì)這會(huì)使切削速度增加一倍，而每分鐘100m的快速進(jìn)給也會(huì)變得普遍。和滾動(dòng)珠導(dǎo)螺桿比，雖然線性電機(jī)的占有率會(huì)有一定的上升，但我們估計(jì)滾珠螺桿的占有率仍然會(huì)很高。因?yàn)榭焖龠M(jìn)給在每分鐘一百米內(nèi)的話，滾珠螺桿驅(qū)動(dòng)在價(jià)格上具有優(yōu)勢(shì)。


生產(chǎn)系統(tǒng)方面


人民幣的升值會(huì)影響低價(jià)制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，日本等國(guó)家要重新評(píng)估國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的重要性，我們估計(jì)高品質(zhì)制造在日本國(guó)內(nèi)市場(chǎng)未來(lái)10年內(nèi)仍會(huì)有很大的市場(chǎng)。日本市場(chǎng)將會(huì)對(duì)占用較小的空間、節(jié)省能源、高精度和高速度的機(jī)床保持持續(xù)的需求。


制造業(yè)存在多種自動(dòng)化制造系統(tǒng)，如生產(chǎn)線（transfer line）、柔性生產(chǎn)線（flexible transfer line）、柔性制造系統(tǒng)（flexible manufacturing system）和柔性制造單元（flexible manufacturing cell）。在未來(lái)10年內(nèi)，我們預(yù)期會(huì)對(duì)制造系統(tǒng)具備再調(diào)整性提出很高的要求，即所謂的可再構(gòu)成生產(chǎn)系統(tǒng)（Reconfigurable Machine Tool System）。森精機(jī)為了達(dá)到批量生產(chǎn)的要求，開發(fā)出一種機(jī)型為NX2000的機(jī)床，它的寬度僅680mm，同時(shí)進(jìn)給加速度也可增加。在NX2000系統(tǒng)中有臥式切削中心、立式切削中心、臥式車床、立式車床，這些機(jī)床都有相同的寬度與深度，因此可以在很短的時(shí)間內(nèi)將一條生產(chǎn)線改成另一條具有不同用途的生產(chǎn)線。如一個(gè)配備6臺(tái)機(jī)床的生產(chǎn)線，當(dāng)設(shè)計(jì)變更后，需要第三臺(tái)臥式切削中心時(shí)，可以很容易地以立式切削中心做替代。


機(jī)床技術(shù)還在持續(xù)地發(fā)展，在未來(lái)10年內(nèi)還會(huì)有許多重要技術(shù)產(chǎn)生，機(jī)床的切削速度會(huì)比現(xiàn)在快1倍。由機(jī)床構(gòu)成的柔性加工系統(tǒng)將會(huì)更加受到歡迎。