現(xiàn)代鋼琴有300多年發(fā)展史，起源于歐洲的意大利，傳入中國也有200多年的歷史，但是鋼琴以一定的規(guī)模進(jìn)入中國卻是19世紀(jì)中葉。我國于20世紀(jì)初在上海建立了鋼琴組裝廠，雖然主要零件是從英國運(yùn)來，但在生產(chǎn)過程中為后來我國自己的鋼琴工業(yè)培養(yǎng)了技術(shù)人才；1950年10月，北京新中國樂器廠制造了完全由自己設(shè)計(jì)、全部零件由自己生產(chǎn)的第一臺(tái)國產(chǎn)立式鋼琴。至此，鋼琴在中國掀開了全新的篇章，1980年全國年產(chǎn)鋼琴不足萬臺(tái)，而自1980年開始到2000年的20年間，全國鋼琴產(chǎn)量已發(fā)展到年產(chǎn)26萬臺(tái)。國民對(duì)鋼琴的需求不斷增加，直接說明了三件事：
　　一、國家繁榮昌盛，人們的生活水平穩(wěn)步提高，對(duì)精神文明有了更高的追求；
　　二、我國鋼琴的教育事業(yè)得到長(zhǎng)足的發(fā)展，越來越多的家長(zhǎng)意識(shí)到，學(xué)習(xí)鋼琴對(duì)孩子性格的養(yǎng)成及素質(zhì)的提高大有益處，使未來的生活豐富多彩，與此同時(shí)，中國的琴童也不斷地在國際性賽事中屢獲大獎(jiǎng)；
　　三、中國的制造業(yè)在迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)的鋼琴制造是純手工作業(yè)，高產(chǎn)量意味著機(jī)器取代人手，高品質(zhì)意味著精準(zhǔn)的數(shù)控設(shè)備也正逐步進(jìn)入傳統(tǒng)的手工制造行業(yè)。

數(shù)控機(jī)床的優(yōu)缺點(diǎn)及種類

數(shù)控機(jī)床是機(jī)電一體化在機(jī)械加工領(lǐng)域中的典型產(chǎn)品，它是將電力電子技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、電機(jī)技術(shù)、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、機(jī)床、液壓及氣壓傳動(dòng)技術(shù)和加工工藝等集中一體的自動(dòng)化設(shè)備。
　　一、數(shù)控機(jī)床主要有以下優(yōu)點(diǎn)：
　　1、對(duì)零件的適應(yīng)性強(qiáng)，可加工復(fù)雜形狀的零件。在同一臺(tái)數(shù)控機(jī)床上，只需更換加工程序，就可適應(yīng)不同品種及尺寸工件的自動(dòng)加工。為復(fù)雜結(jié)構(gòu)的單件、小批量生產(chǎn)以及試制新產(chǎn)品提供了極大的便利。
　　2、加工精度高，加工質(zhì)量穩(wěn)定。目前，數(shù)控機(jī)床控制的刀具和工作臺(tái)最小移動(dòng)量普遍達(dá)到0.0001mm，而且數(shù)控系統(tǒng)可自動(dòng)補(bǔ)償進(jìn)給傳動(dòng)鏈的反向間隙和絲杠螺距誤差，使數(shù)控機(jī)床達(dá)到很高的加工精度。此外，數(shù)控機(jī)床的制造精度高，其自動(dòng)加工方式避免了生產(chǎn)者的人為操作誤差，因此，同一批工件的尺寸一致性好，產(chǎn)品合格率高。
　　3、生產(chǎn)效率高。由于數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)剛性好，允許進(jìn)行大切削用量的強(qiáng)力切削，從主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量的范圍比普通機(jī)床大，因此在加工時(shí)可選擇最佳切削用量，提高了數(shù)控機(jī)床的切削效率，節(jié)省了機(jī)動(dòng)時(shí)間。與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)效率可提高2-3倍。
　　4、良好的經(jīng)濟(jì)效益。使用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行單件、小批量生產(chǎn)時(shí)，可節(jié)省劃線工時(shí)，減少調(diào)整、加工和檢驗(yàn)時(shí)間，節(jié)省直接生產(chǎn)費(fèi)用；同時(shí)還能節(jié)省工裝設(shè)計(jì)、制造的費(fèi)用；數(shù)控機(jī)床加工精度高、質(zhì)量穩(wěn)定，廢品率低，使生產(chǎn)成本進(jìn)一步下降。此外，數(shù)控機(jī)床還可實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，所以數(shù)控機(jī)床雖然價(jià)格較高，仍可獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。
　　5、自動(dòng)化程度高。數(shù)控機(jī)床可大大減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少操作人員的數(shù)量，有利于企業(yè)現(xiàn)代化管理。
　　二、數(shù)控機(jī)床的缺點(diǎn)：
　　1、價(jià)格較高，設(shè)備首次投資大。
　　2、對(duì)操作、維修人員的技術(shù)要求較高。
　　3、加工復(fù)雜形狀的零件時(shí)，手工編程的工作量大。
　　三、數(shù)控機(jī)床的種類很多，主要分類如下：
　　1、按工藝用途分類。按工藝用途，數(shù)控機(jī)床可分類如下：
　　（1）普通數(shù)控機(jī)床：這種分類方式與普通機(jī)械機(jī)床分類方法一樣，銑床、數(shù)控錨床、數(shù)控鉆床、數(shù)控磨床、數(shù)控齒輪加工機(jī)床等。（2）加工中心機(jī)床：數(shù)控加工中心是在普通數(shù)控機(jī)床上加裝一個(gè)刀庫和自動(dòng)換刀裝置而構(gòu)成的機(jī)床，它可在一次裝夾后進(jìn)行多種工序加工。
　　2、按運(yùn)動(dòng)方式分類。按運(yùn)動(dòng)方式，數(shù)控機(jī)床可分類如下：
　　（1）點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床，數(shù)控系統(tǒng)只控制刀具，主要有：數(shù)控鉆床、數(shù)控坐標(biāo)錘床、數(shù)控沖剪床等。
　　（2）直線控制數(shù)控機(jī)床，數(shù)控系統(tǒng)除了控制點(diǎn)與點(diǎn)之間的準(zhǔn)確位置以外，還要保證兩點(diǎn)之間移動(dòng)的軌跡是一條直線，而且對(duì)移動(dòng)的速度也要進(jìn)行控制。主要有：簡(jiǎn)易數(shù)控車床、數(shù)控銷、銑床。
　　（3）輪廓控制數(shù)控機(jī)床，數(shù)控系統(tǒng)能對(duì)兩個(gè)或兩個(gè)以上運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)的位移和速度進(jìn)行連續(xù)相關(guān)的控制，使合成的運(yùn)動(dòng)軌跡能滿足加工的要求，主要有：數(shù)控車床、數(shù)控銑床等。

弦碼加工工藝與數(shù)控機(jī)床使用的可行性

鋼琴共鳴盤由背架、音板、鐵板、弦碼和弦列組成，是鋼琴的核心部件。弦碼是共鳴盤的重要組成零件，安裝在鋼琴的音板上。弦碼的作用是把弦振動(dòng)的能量傳遞給音板，并起美化音質(zhì)的作用。立式鋼琴的弦碼分為低音和中高音兩支。
　　目前半機(jī)械半手工的弦碼加工流程是：
　　①用手電刨加工弦碼面板，按設(shè)計(jì)要求刨出弦碼高度，大致為中間高兩端低的拱橋狀；
　　②使用定位孔工裝把弦碼釘孔印在弦碼面板上，然后把弦碼放在專用鉆床上已安裝好的傾斜的工裝托板上仔細(xì)小心地鉆出碼釘孔。弦碼釘孔分為1個(gè)/組、2個(gè)/組和3個(gè)/組3種狀態(tài)，總共430多個(gè)孔，角度和傾斜方向呈左右對(duì)稱，其中3個(gè)/組的孔勻布在10mm范圍內(nèi)(見圖1)；

圖1

③手工鏟坡：以3孔連線為基準(zhǔn)使用專用刀具向外側(cè)鏟出槽底是弧度的凹槽，總共超過130個(gè)凹槽(見圖2)；

圖2

 ④手工打入弦碼釘；
　　⑤根據(jù)定位工裝把弦碼裝在音板上。
　　由此可見，弦碼的加工工藝要求是非常高的，是一個(gè)復(fù)雜、細(xì)致、精準(zhǔn)度高的過程，因此弦碼加工工序被定為鋼琴生產(chǎn)的一個(gè)“關(guān)鍵工序”。但是該工序由于技術(shù)要求高，手工操作勞動(dòng)強(qiáng)度大，容易出現(xiàn)質(zhì)量波動(dòng)，而且加工過程會(huì)產(chǎn)生一定的噪音和粉塵，工作環(huán)境較差。按照共鳴盤的設(shè)計(jì)要求，弦碼和鐵板之間有多點(diǎn)精確的級(jí)差要求，因鐵板的鑄造工藝決定鐵板的尺寸是否會(huì)出現(xiàn)細(xì)微的、不穩(wěn)定的變化，為了修正這些變化，通常采用調(diào)整鐵板高度的方法進(jìn)行補(bǔ)救，但鐵板的鋼性非常大，可調(diào)空間有限，所以，即使發(fā)現(xiàn)了弦碼和鐵板之間存在的級(jí)差不符合設(shè)計(jì)要求，也無法對(duì)弦碼進(jìn)行二次加工以使之符合圖紙尺寸。這就是傳統(tǒng)的弦碼加工工藝造成裝配上的最大困擾。
　　“提升弦碼加工生產(chǎn)效率和技術(shù)質(zhì)量水平，同時(shí)滿足改善環(huán)境，降低勞動(dòng)強(qiáng)度的要求”是鋼琴共鳴盤生產(chǎn)上的一個(gè)思考重點(diǎn)，運(yùn)用數(shù)控設(shè)備代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工操作進(jìn)行弦碼加工的想法應(yīng)運(yùn)而生，使用輪廓控制數(shù)控機(jī)床將是解決以上問題的首選途徑。如果在弦碼的加工流程上推行數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工，不僅數(shù)控機(jī)床的各種優(yōu)點(diǎn)可充分體現(xiàn)，使弦碼加工各種細(xì)致復(fù)雜的工作可脫離人為操作誤差；而且可以徹底解決弦碼和鐵板之間的級(jí)差不符合圖紙的問題。
　　設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床加工弦碼的工藝流程有兩個(gè)難題：
　　1、要根據(jù)弦碼和鐵板之間的設(shè)計(jì)級(jí)差，針對(duì)鐵板的唯一性測(cè)量其高度，確定弦碼的切削量。
　　2、確定弦碼加工各個(gè)工步是集中由一臺(tái)數(shù)控機(jī)床完成，還是把工步分離，由數(shù)控機(jī)床組完成。
　　從前面介紹的數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)可知，刀具是要根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)設(shè)定的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行加工，單從效率上講是比不上熟手工人的操作速度的。當(dāng)數(shù)控機(jī)床全線投入弦碼生產(chǎn)的流水線后，如何提高生產(chǎn)效率并降低成本，關(guān)鍵在于工序組合設(shè)計(jì)。這個(gè)成功案例巧妙地解決了這兩個(gè)難題，把質(zhì)量穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)便、產(chǎn)能保證、維護(hù)方便等各方面有機(jī)地結(jié)合在一起。要滿足第一點(diǎn)要求，首先數(shù)控機(jī)床上必須安裝自動(dòng)測(cè)量?jī)x，其次是弦碼加工的現(xiàn)有步驟要顛倒過來，也就是要預(yù)先把未銑面板的弦碼裝好在音板上；再根據(jù)弦碼位置把鐵板放好，這樣，自動(dòng)測(cè)量?jī)x就可以測(cè)出鐵板高度，結(jié)合級(jí)位尺寸計(jì)算弦碼高度，從而確定弦碼面板的切削量。
　　然而要完成弦碼加工，使用到的刃具較多：銑面板的平底銑刀、鉆弦碼釘孔的鉆咀、鏟坡的圓底銑刀以及氣動(dòng)壓釘頭。如果集中由一臺(tái)數(shù)控機(jī)床完成，那么就容易出現(xiàn)刃具多、數(shù)據(jù)量大、維修難度大、一個(gè)工序出問題整臺(tái)機(jī)器停止運(yùn)作等問題，因此是不可取的。
　　采用多臺(tái)單一功能的數(shù)控機(jī)床組成流水線加工，雖然首次投入資金較多，但對(duì)于生產(chǎn)效率、操作使用和設(shè)備維護(hù)更有利。從弦碼的設(shè)計(jì)進(jìn)行基本估算，測(cè)量鐵板高度所用的時(shí)間最少，鉆弦碼釘孔和壓弦碼釘所用的時(shí)間最多。因此，流水線上數(shù)控機(jī)床的加工步驟采取以下方案：
　　①“鐵板、弦碼測(cè)高” ②“刨弦碼高度” ③“鉆孔和鏟坡” ④“壓入弦碼釘”。把“鉆孔”和“鏟坡”兩個(gè)工步合并在一臺(tái)機(jī)，可以減少一次弦碼高度的測(cè)量時(shí)間和測(cè)量誤差，保證了效率和質(zhì)量。而且工步合并后，與上下工步的時(shí)間比大致上是1：2：1，只要設(shè)置2臺(tái)相同的機(jī)床，就可以使前后工序的生產(chǎn)節(jié)拍基本一致。經(jīng)過試制和驗(yàn)證，各臺(tái)數(shù)控機(jī)床的加工環(huán)節(jié)產(chǎn)品質(zhì)量均達(dá)到要求，弦碼的最終產(chǎn)品質(zhì)量也符合工藝要求。
　　弦碼加工數(shù)控機(jī)組的使用，大大降低了生產(chǎn)工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，車間環(huán)境明顯改進(jìn)，給勞動(dòng)者提供了一個(gè)低噪音、低粉塵的優(yōu)良工作環(huán)境，同時(shí)新工人操作設(shè)備的學(xué)習(xí)期與原來手工操作的學(xué)習(xí)期相比明顯縮短，節(jié)約了企業(yè)的用人成本。弦碼加工數(shù)控機(jī)組的研發(fā)和使用，解決了高檔鋼琴共鳴盤產(chǎn)量和質(zhì)量不穩(wěn)定的迫切問題，為我國鋼琴早日達(dá)到世界一流水平提供了強(qiáng)而有力的技術(shù)支持。