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策劃:東方出版社

本文看點:

1.Nagase Integrex公司是世界著名高精度磨床生產商,他們在業績的特色是“油靜壓導軌技術”。

2.有技術特色的公司,才可能承受經濟波動的衝擊。

3.技術進入“無人區”的時候,會碰到之前沒有想象到的困難,比如:高精度磨床的溫度控制。

在磨床及精加工機方面,Nagase Integrex公司的產品具備業界首屈一指的精度。Nagase Integrex公司一直追求高精度加工,實現和其他公司相差懸殊的產品性能。


∣高精度加工的“救急所”

支撐起其產品性能的核心技術是“油靜壓導軌”,該公司在世界首次實現了為磨床的全軸採用油靜壓導軌。所謂油靜壓導軌是一種引導機械運作的方式,利用油壓來保持導軌和移動體之間的微小縫隙。由於導軌和移動體是非接觸的,因此摩擦抵抗力非常小。重達30噸的工作臺也能用手輕易地移動,實現高精度定位。“直線筆直,圓形則按完整的圓來移動,重複再現性很高。”該公司常務董事、製造總部技術部部長新藤良太表示。

此外,由於沒有磨耗,精度也就不會隨時間變化而降低,具有壽命較長的特徵。新藤先生自信地說道:“我們一直在固執地挑戰油靜壓導軌。在精密磨床方面我們可以說是先鋒。”

例如,該公司的超超精密精細加工機“NIC”系列具備最高0.1nm的控制分解能力(圖1)。該300α是一種旗艦機器,6軸全部採用了油靜壓導軌,而且平衡移動軸採用了直線電機,旋轉軸採用了直接驅動(DD)馬達來驅動。在平面上繪製半徑為1mm的圓弧時,能將偏差能控制在10nm以內。這種程度的精密加工機器的直線電機也好DD馬達也好全部都是特別定製的。

該公司的顧客以金屬模具生產商及機床生產商、齒輪生產商居多,基本上採取訂貨生產的生產方式。特別是“彷彿是高精度加工的救急工廠,有很多保密生產的專用機械。生產過很多世界上僅限一臺的機械。”新藤先生表示。

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圖1(a) 精密精細加工機“NIC”系列

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圖1(b) 精密精細加工機“NIC”系列


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圖1(c)精密精細加工機“NIC”系列


圖1為該公司的旗艦機。NIC 300α的最小設定單位是0.1nm,可同時實現6軸控制(a)。(b)是在水平面(XY軸)上繪製半徑為1mm的圓弧時的測量結果。偏差能夠控制在10nm以內。(c)是精細加工的例子,加工每邊為1μm的四稜椎。


這種特殊性正是僅有100多位職員的該公司,能夠在業界擁有很高的評價而生存下來的強大的理由。交貨週期快的話需要4個月,大型較難的機械則要花費長達1.5年的時間※1。不過,由於一年以前的積壓訂單較多,且其他公司沒有替代產品,該公司很難受到經濟波動的影響。據稱,2008年雷曼事件發生時,該公司所受的影響也比其他機床生產商小得多。


∣全世界首次全軸採用(油靜壓導軌)

實際上,Nagase Integrex公司在20世界80年代之前也還是大批量生產小型且廉價的機床的製造公司。然而,在經濟波動中很多中小機床生產商被淘汰了。慢慢地,海外生產商的低價格機器開始流通,該公司的危機感越來越強烈,意識到如果沒有能夠和其他公司產生差異化的特徵就生存不下去了。

這時,以世界第一的高精度機床為目標的該公司盯上了“油靜壓導軌”。當時的機床以滑動導軌為主流。“雖然明白油靜壓導軌能夠提高加工精度,但在當時要製造出來還是很困難的。”新藤先生說。當然該公司當時並沒有什麼特殊技術,然而正因為日本國內也都沒有,該公司才把賭注壓在油制壓導軌這一新技術上,從零開始挑戰※2

於是該公司邊請教專家邊進行開發,1989年終於開發出了全世界首例的全軸採用油靜壓導軌的磨床(圖2)。然而,“當時是依賴工匠的手工生產出來的,還沒有達到商品化水平。”新藤先生說。作為通用機械,1991年開發出了能夠完成6×2m的加工作業的大型龍門磨床“ORIGIN6020”。之後,繼續反覆研發新技術,2002年發表的精密磨床終於實現了分解能1nm。即使是在對精度要求嚴格的日本,一般的磨床的分解能為100nm,海外產品一般是1μm,相比之下它的精度具有壓倒性的優勢。


∣將溫度控制在0.001℃

為了實現高精度,不僅需要油靜壓導軌,還有一項非常重要的是溫度控制。控制油靜壓導軌的導軌油的溫度的自不必說,周圍溫度也對加工精度有很大的影響。據悉,通用機械能夠將溫度控制在0.01℃,而超精密(機械)則能控制在0.001℃。上述的線性電動機、DD馬達是特別定製產品,除了能夠活動自如,而且採用了不易受溫度影響的獨特設計。

近來,機械都要求具有節能性能。因此,該公司在最近的產品中採用了

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圖2 (a)開發初期的產品

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圖2 (b)開發初期的產品



圖2為開發初期的產品 。1998年開發出了世界首個全軸採用油靜壓導軌的磨床(a)。2002年實現了分解能為1nm的精密磨床的實用化,並憑此獲得了2002年度的“日本造物大獎 內閣總理大臣獎”。


※1

不過,近年來該公司開始組成項目團隊,縮短交貨週期。

※2

生產高精度的機械需要具備同等以上精度的機床。為此,該公司曾走訪德國尋求高精度的機床,結果並沒有找到符合期望的產品,於是決定自己開發生產機床的機床。

被稱作“智能熱力學(smart thermonics)”的節能的溫度安定化技術。這並不是革新的技術,而是“將原有的技術累積,或者在一般不常用的技術上下功夫再拿來利用”(新藤先生)。據悉,由於同樣技術的導入,控制溫度需要的消費電力減少到了過去的4~5成左右※3

近年來,海外產的通用油靜壓導軌組合充斥著市場,新藤先生卻對自家公司的技術頗有信心:“只靠市場上的產品做不出精度。”以溫度控制為首,正是有了這種為了熟練運用技術的多個技能的疊加才做出了現有的精度。

∣ 看似昂貴,實則實惠

在個別訂貨生產中經常使用特別定製產品,因此Nagase Integrex公司中有很多昂貴的產品※4。新藤先生解釋說:“當初因為價格的緣故我們在銷售上費了很大力氣。”不過最近能夠得到客戶的理解了——從長遠的眼光來看其實並不貴。油靜壓導軌不易磨耗,因此能夠在長時間內保持精度。此外,高昂的高精度機械一般擔心損耗情況而只在最後的工序上使用,而磨耗極少的該公司的機器連在負荷較大的加工作業上都能夠放心地使用,因此整體上反而控制了設備成本。

此外,近年來該公司同時還致力於新的附加價值的提供。其中之一是將大型作業表面加工成微小的凸形/凹形的“凸度磨削”(圖3)。據悉,這在中小型的磨床中並不稀奇,但在數米的作業中能夠完成凸度磨削的只有該公司。在該加工中,由軟件控制來加工凸形/凹形。這一點得以實現是因為該公司本來就擁有一項加工技術,該技術能夠利用構造解析來提前預測大型作業的撓度,並追蹤數微米(μm)的撓度在平面上進行加工。反向利用追蹤微小曲面的技術,設計微妙的傾斜,或使之彎曲,就可能完成凸度加工

※5

新藤先生談到今後的展望時表示:“我們的特徵性精度還有提高的餘地,縮短加工時間也是我們的目標。”尤其是在日本國內市場停滯不前的情況下,該公司認為今後有必要加強向海外的擴展。“我們擁有磨練了各種技術的歷史,其他公司不可能輕易追趕上我們。”新藤先生自信地表示,儘管如此該公司仍以,處於世界最前沿的高精度加工為目標。

●企業名稱:Nagase Integrex有限公司

●所在地:岐阜縣關市

●成立年份:1950年

●行業:機床的開發製造與銷售

●資本:5000萬日元

●職員人數:約130人

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圖3(a) 為大型龍門磨床所進行的凸度磨削。


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圖3(b) 為大型龍門磨床所進行的凸度磨削。


圖3 為大型龍門磨床所進行的凸度磨削。

(a)是能夠進行10×2.4m的加工作業的“ORIGIN10025”正在作業。(b)是凸度磨削的測量例子。在220×220×2000mm的作業中,對中央部分進行凸加工使之高出5mm的產品。即便是2m的長尺作業,也能將形狀誤差控制在2μm左右。


※3

此外,為了提高精度需要附加專用的除振裝置,或重新審視設置場所的基礎。據悉,大型產品的基礎可達3米深。

※4

例如,機床生產商等引進的大型龍門磨床“ORIGIN”系列年產數臺,據稱昂貴的機種價格接近10億日元。

※5

而且,該公司還(為用戶)準備了能夠利用該技術將平面磨床當作3次元測量器來使用的選項,還安裝了探針來代替工具。今後該公司將擴充利用這種附加價值的組合技術來提高性價比且擁有長久的複合使用方法的產品。

Q: Nagase Integrex有限公司是如何實現高精度的?你還有哪些補充?

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