技术

一、我国数控机床研制取得的成绩
1．产业规模日益扩大
    2001年，我国机床工业产值已进人世界前五名。2001年国内数控金切机床产量已达1．8万台，比上年增长28．5％，金切机床行业产值数控化率从2000年的17．4％ 提高到2001年的22．7％ 。机床工具出口额从1998年的约5亿美元上升到2000年的7．85亿美元。出口的数控机床品种以中低档为主。广州数控设备厂是国家863“中档数控系统产业化支撑技术”项目承担企业，2002年产品销售额达1．3亿元。常州亚兴数控设备有限公司是民营股份制企业，2002年共销售数控刀架7500台套，与上年度同比增长近80％ 。南京工艺装备制造厂认真实施品牌发展战略，“品牌是金，服务是心”是他们对所有用户的郑重承诺。该厂每年都以不少于1000万元的资金投入改造滚动功能部件生产线。现已建成滚珠丝杠副，滚动直线导轨副分品种、分规格、分精度的专业加工生产线，使产品质量有了一个长期稳定的保证，并大大缩短了生产周期。
2．技术开发进展神速 
    “十五”期间，国家科技部将数控机床列为制造业信息化工程的三大重点之一，在863计划和科技攻关计划中分别安排了“精密制造与数控关键技术应用与示范”和“数控关键技术与装备产业化支撑技术及应用”项目。经过两年多的努力，现已取得重要的阶段性成果，科技部先后安排了14台高、精、尖数控设备的研制，都是技术难度较大、进口价格很高的大型设备。其中10台为国际20世纪90年代中期的水平，4台为20世纪90年代末期水平。到2003年9月，已有7台交付使用。中国机械工业联合会的统计数据表明，科技部择优支持的六家机床企业去年共生产数控机床4 755台，产值10．3亿元，分别占2002年全国数控机床总产量和产值的19％ 和30％ ，分别比2001年提高了6个和10个百分点。 
    同时，研发的一些关键共性技术已应用于其他产品的开发中，并派生出数十种重大数控设备。北京机电院为东方汽轮机厂开发的五轴联动加工中心已在该厂进行了半年的应用，不仅可完全满足汽轮机叶片加工的质量要求，加工效率可与瑞士进口同类机床媲美，且价格仅为进口机床的三分之一。沈阳机床股份公司为安彩集团成都电子玻壳有限公司研发的背投彩电玻壳数控压屏专用生产线已投产使用，其整体技术水平达到了国际同类产品领先水平，使我国成为继美、13之后世界第三个能生产此类专用设备的国家。 
    此外，沈阳机床股份公司还为上海磁悬浮列车轨道梁加工开发了数控加工成套设备，为神舟号载人飞船燃烧室加工开发了特殊铣床，为核电锅炉加工开发了特高行程的数控立式车床。我国在高端数控机床关键技术研究方面取得的重大突破迫使国外一些公司在高档数控系统上对我国全面开放。目前，我国已基本掌握了多(五)座标联动的关键技术，不仅打破了国外的技术封锁，而且使该技术进入实用阶段。复合加工技术的研究也取得很大成绩，已研制完成的五轴联动车铣复合中心、五轴五面加工中心、双主轴车削中心等关键设备均已实现商品化。在2003年4月北京国际机床展上，就展出了各类国产五轴联动加工机床18台。 
    高速加工技术(HSM)的研究与应用也取得重要进展。其中在直线电机应用技术的研究方面，基本掌握了负载变化扰动、热变形补偿、隔磁和防护等部分关键技术，填补了我国在直线电机应用技术领域的空白，使我国在这一领域与国外差距由l5年缩短为l0年。完成了8000～10000r／min机械式高速主轴单元和10000—18000r／min高速主轴单元的产品开发和加工制造工艺的研究，实现了在国产加工中心和数控机床上的应用。研制成功了适合高速机床加工的HSK工具系统，并已将其转化成国家标准。
二、我国数控机床发展存在的问题
1．数控化水平低 
    近年来，我国数控机床生产一直保持两位数增长。2002年产量居世界第四。但与发达国家相比，我国机床数控化率还不高，目前生产产值数控化率不到30％ ；消耗值数控化率还不到50％ ，而发达国家大多在70％ 左右。以金切机床为例，我国去年产量为23万台，其中数控机床只有2．4万台，仅为产量的十分之一强。高档次的数控机床及配套部件只能靠进口。国产数控车床到2000年可供品种为700多种，接近数控机床品种的50％ ，其中占产量70％ 的是经济型数控车床。最高转速一般在2000r／min，个别转速达8000r／min， 坐标定位精度一般在0．01mm，重复定位精度在0．005mm，工作精度圆度在0．01—0．005mm 之间， 表面粗糙度Ra0．8—1．61xm。长城机床厂CK7815C主轴最高转速3 500r／min，快速行程X轴9m／min，z轴12m／min，定位精度X轴0．016mm，z轴0．025mm， 工作精度圆度0．007mm，表面粗糙度Ra<1．6 m。 
    国产数控系统MTBF可靠性大都超过1万小时，但国际上先进企业数控系统MTBF已达8万小时。国产数控车床、加工中心MTBF有少数厂达500h，但国际先进水平已达800h。用户对国产加工中心刀库机械手、数控车床刀架仍不放心，其定位精度、特别是重复定位精度也有待提高。此外，外观、漏油等老问题也与工业发达国家产品有差距。
2．功能部件有差距 
    数控功能部件是指数控系统、主轴单元、数控刀架和转台、滚珠丝杠副和滚动直线导轨副、刀库和机械手、高速防护装置等，它们是数控机床的重要组成部分。功能部件技术水平的高低、性能的优劣以及整体的社会配套水平直接决定和影响着数控机床整机的技术水平和性能，也制约着主机的发展速度。相对数控机床主机来说，我国功能部件生产企业的发展更显滞后。功能部件不仅决定着机床的整机性能，还占到整机成本的60％ 左右，其发展状况直接关系到机床的竞争力水平。 
    目前，我国的功能部件生产企业规模普遍较小，布局分散，有些还依附于主机厂或研究所。从整体上看，我国功能部件生产发展缓慢，品种少双色球，产业化程度低，从精度指标和性能指标都还不过硬。滚珠丝杠、数控刀架、数控系统、电主轴等数控机床功能部件虽已形成一定的生产规模，但仅能满足中低档数控机床的配套需要。衡量数控机床水平的高级数控系统、高速精密电主轴、高速滚动功能部件和数控动力刀架等还依赖进口。理顺功能部件生产企业的体制，做大做强一批功能部件生产企业已迫在眉睫。
三、如何加快我国数控机床的发展 
    我国发展机床业有着得天独厚的市场空间，特别是未来几年，汽车、信息和高新技术等产业在我国将会强劲发展。以汽车工业为代表的机电装备工业对机床工业提出了更高的要求。据三大汽车和九个骨干厂的统计，2004年投入技术改造资金261亿元，而汽车零部件的技术改造投入也将近73亿元，其中与机床工具工业有关的有42亿元。专家指出，以我国目前高档数控机床和成套成线设备的开发、生产能力，在品种、质量和数量上还不能适应市场需要，必须加快数控机床的发展。
1．生产专业化 
    由于历史原因，我国机床工具行业千余家企业在国内的产业布局趋同，导致生产总量不小，低水平重复建设严重；“大而全”、“小而全”普遍存在，规模效益难以释放；企业内部自我配套意识浓厚，生产周期过长；成本居高不下，整机性能及可靠性无法保证；对市场需求反应迟钝，竞争乏力。以西部某省机床工具行业的产业布局为例，该省现有机床企业12家，分布在省内四个地级城市，资产存量较大，近20亿元，从业人员超过两万人，生产产品门类齐全。各厂产品虽然相互竞争度低，互补性强，但工艺装备趋同，各厂几乎都有铸造、热处理、机加工、装配能力，“全而不专”、“专而不精”、“散、乱、小”的产业劣势一览无余，其中只有两家企业的主营销售收入达到2亿元。 
    由此可以看出，该省每一个企业在国内机床市场上所占份额都很小，影响甚微，根本谈不上竞争优势，更无法与国外同行相抗衡。虚拟制造可有效解决此问题。业务外包又称虚拟制造，是制造企业把业务链的中间制造环节部分或全部弱化，实行委托协作加工，而对业务链上游的产品开发设计，下游的市场营销(包括售后服务)等环节强化的一种制造管理模式。这种模式在企业组织形式上表现为中间小(精)，两头大(强)的“哑铃型”结构。虚拟制造是对“大而全、小而全”企业模式的否定，代表了业界追求企业组织扁平化、轻薄化、强性化，低成本、高效率的管理潮流，它的逐步盛行是社会专业化分工发展的必然结果。 
    专家认为，虚拟制造是产业链上各种要素定期、定向在全球范围内移动的外在表现形式。对优势企业而言，其移动趋向于产业链的中高端，最终达到对整个产业链的(相对)掌控；对一般中小企业、弱势企业而言。其移动趋向于产业链的中低端，成为产业链的一个环节或某个环节的若干部分，最终附生于优势企业，从而形成一个有活力的产业生态系统。 
    目前流行的虚拟制造形式主要有以下三种： 
    一是定牌制造，又称OEM制造。指核心企业把设计好28辽宁科技参考的产品交由专业制造承包商生产，并在最终产品上打上核心企业的知名品牌。 
    二是定牌设计制造。指销售商购买制造商的设计资料(专利技术)，让代工企业组织产品生产制造，打上自己品牌对外销售。 
    三是工序外包制造。通常指核心企业把一些粗加工及技术含量低的工序扩散到周边人力成本低廉地区的企业代为加工，自己控制关键工序如精加工、装配、检测等。 
2．提高新产品研发能力 
    当前必须快速提高数控机床产品的自主开发、制造能力。为此，要建立有效的数控技术开发中心，加强对重点工艺的研究、试验，形成成套开发能力。实践证明，联合研发是提高我国新产品研发能力的有效途径，不仅能解决关键技术，保证所研发的产品在技术性能上满足生产的实际需求，而且能为用户提供商品化的产品和服务。要做到自主开发与引进国外技术相结合，这样不仅技术起点高，而且开发周期大大缩短。如大连大森公司抓住机遇，采取数控系统设计国际化、器件选购全球化、组装生产社会化，提高了产品质量，一举改变了国产数控系统可靠性差的形象。2002年，该公司共销售数控系统2200多台。
3．加快技术引进与合作 
    为了更快得到最新技术，企业可直接与国内外科研院所“联姻”，通过国际作生产、合资经营，实现主流产品生产的高起点、成批量、专业化。2003年10月，北一大隈(北京)有限责任公司在北京林河工业区正式投产。作为一个国家装备制造业水平标志的数控机床产业基地，这家总投资达3．3亿元的中日合资企业，通过引进世界先进的五面加工机床、卧式加工中心柔性生产线及立卧加工中心构成一个全柔性的加工系统，形成年产1 000台数控机床的生产能力，成为我国目前规模最大的数控机床制造基地。