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国产数控机床现状及发展趋势

20世纪80年代初,国内先后从日本、美国等国引进了一些CNC装置及主轴、伺服系统的生产技术,并陆续投入了批量生产,从而结束了数控机床发展徘徊不前的局面,推动了数控机床的发展。到20世纪90年代初,国内的数控机床及数控系统的生产具有了一定的规模,但前进中的数控机床产业正面临十分严峻的形势。进入WTO后,中国将进入日趋完善的国内外相统一的大市场,大量数控机床及数控系统进口,将对发展中的数控产业造成巨大的冲击。2003年开始,中国已成为全球最大的机床消费国,也是世界上最大的数控机床进口国。随着,“数字制造”这一新理念被引入中国制造业,有必要对国内数控机床产业的现状及趋势做些探讨。


1 数控机床的概念


数控机床就是在数字控制下,能在尺寸精度和几何精度两方面完成金属毛坯零件加工成所需要形状的工作母机的总称。数控机床通常由控制系统、伺服系统、检测系统、机械传动系统及其他辅助系统组成。


2 国产数控机床的发展现状


国产数控机床与国际先进水平差距逐渐缩小


数控机床是当代机械制造业的主流装备,国产数控机床的发展经历了30年跌宕起伏,已经由成长期进入了成熟期,可提供市场1,500种数控机床,覆盖超重型机床、高精度机床、特种加工机床、锻压设备、前沿高技术机床等领域,产品种类可与日、德、意、美等国并驾齐驱。特别是在五轴联动数控机床、数控超重型机床、立式卧式加工中心、数控车床、数控齿轮加工机床领域部分技术已经达到世界先进水平。其中,五轴(坐标)联动数控机床是数控机床技术的制高点标志之一。它集计算机控制、高性能伺服驱动和精密加工技术于一体,应用于复杂曲面的高效、精密、自动化加工,是发电、船舶、航天航空、模具、高精密仪器等民用工业和军工部门迫切需要的关键加工设备。五轴联动数控机床的应用,其加工效率相当于2 台三轴机床,甚至可以完全省去某些大型自动化生产线的投资,大大节约了占地空间和工作在不同制造单元之间的周转运输时间及费用。国产五轴联动数控机床品种日趋增多,国际强手对中国限制的五轴联动加工中心、五轴数控铣床、五轴龙门铣床、五轴落地铣镗床等均在国内研制成功,改变了国际强手对数控机床产业的垄断局面。


国产数控机床存在的问题


由于中国技术水平和工业基础还比较落后,数控机床的性能、水平和可靠性与工业发达国家相比,差距还是很大,尤其是数控系统的控制可靠性还较差,数控产业尚未真正形成。因此加速进行数控系统的工程化、商品化攻关,尽快建成与完善数控机床和数控产业成为当前的主要任务。目前主要问题有:


核心技术严重缺乏


统计数据表明,数控机床的核心技术—数控系统,由显示器、控制器伺服、伺服电机和各种开关、传感器构成,中国90%需要国外进口。如在上海设厂的德国吉特迈集团和意大利利雅路机床集团,在烟台建厂的韩国大宇综合机械株式会社,所有的核心技术都被外方掌握。国内能做的中、高端数控机床,更多处于组装和制造环节,普遍未掌握核心技术。国产数控机床的关键零部件和关键技术主要依赖进口,国内真正大而强的企业并不多。


数控功能部件是另外一个薄弱环节。某种意义上说,功能部件将构筑21世纪现代数控机床。功能部件的性能和价格决定了数控机床的性能和价格。功能部件不是机床附件,它是数控机床的核心代表。国产数控机床的主要故障大多出在功能部件上,它是影响国产数控机床使用的主要根源。从国产数控机床的开发和使用来看,功能部件急需技术攻关。特别在数控刀具滞后现象反映相当强烈。国产数控刀具在寿命、可靠性等方面差距明显,无论在品种、性能和质量上都远远不能满足用户要求。由于国产刀具品种少、寿命低,严重影响数控机床效率的发挥。调研企业进口的数控机床,配用大量进口数控刀具,由于价格昂贵,用户不堪负担。数控立、卧回转工作台,数控分度盘和数控电动刀架等数控功能部件市场中海外商家也稍胜一筹。


民族品牌与国际品牌差距明显


2004年 6月一份广东机床用户的抽查情况透露,在数控机床的各个品牌之中,用户对欧洲、日本、美国、韩国和中国台湾等数控机床品牌的关注度已占全部市场的60%以上。品牌知名度上的差距,导致用户在选择加工设备时把更多的机会给了海外数控机床行业的一些“实力派”。如哈尔滨某发动机(集团)有限公司的缸体生产线是一条全自动加工线,其粗加工选用韩国大宇重工的专机自动线,精加工则选用了英国CROSS HULLE公司的专机自动线,缸盖加工线是由德国Cross. Huller公司制造的高速加工中心和专机自动线、德国产的全自动在线测量机、日本产的全自动密封检测机和清洗机组成的。曲轴生产线为全自动柔性流水生产线,精加工线由日本的数控高速CBN 磨床、动平衡机、抛光机等组成。

技术创新和成果转化与市场脱节


适销对路的产品是企业在市场竞争中取胜的根本。技术创新是产品满足市场需要的关键。多数企业在确定数控技术创新项目上没有突出重点,市场定位不明确,不能集中力量,突破重点,带动整体,项目安排带有盲目性。首先,盲目跟随国际技术潮流增加生产能力。数控机床产业本身的水平关键要看创新能力、人员素质和企业素质的提高。近年来的改制、改组已有一些初步成效,来之不易。在面对市场需求增加的同时,还是要清醒看市场,稳妥求发展,还是要抓前、抓后(即抓开发、抓销售、抓质量、抓服务),慎重抓能力。


缺乏先进的管理机制


多数企业都受到生产经营缺乏动力、自我约束机制不健全、劳动生产率低下等问题的严重困扰。适应市场经济需求的以企业为主体、产学研相结合的技术创新体系尚未形成,缺乏吸引高层次、高素质人才创新创业的环境,无法有效整合相关技术、产业和资源优势,形成合力开展联合攻关,共同打造技术创新平台。所以必须按照经济发展的客观要求,建立以公司法人为主要内容的现代企业制度。真正确立以用户为中心的市场经济观念,认真调整产品结构和组织结构。真正让市场在资源配置中起基础作用。


3 国内数控机床的发展趋势


根据2004年10月,完成的《数控机床产业发展专项规划》。国内数控机床大致发展趋势表现在以下几方面:


智能、高速、高精度化


新一代数控机床为提高生产效率,向超高速方向发展,采用新型功能部件(如电主轴、直线电机、LM直线滚动系统等)主轴转速达15,000r/min以上。计算机技术及其软件控制技术在机床产品技术中占的比重越来越大,计算机系统及其应用软件的复杂化,带来了机床系统及其硬件结构的简化,数控机床的智能化程度日趋提高。一台机床的重复定位精度如果能达到0.005 mm(ISO 标准、统计法),就是一台高精度机床,在0.005mm(ISO 标准、统计法)以下,就是超高精度机床。高精度的机床,要有最好的轴承、丝杠。随着电脑辅助制造(CAM)系统的发展,精密度已达到微米级。


设计、制造绿色化


绿色设计是一种综合考虑了产品设计、制造、使用和回收等整个生命周期的环境特性和资源效率的先进设计理论和方法。它在不牺牲产品功能、质量和成本的前提下,系统考虑产品开发、制造及其活动对环境的影响,从而使得产品在整个生命周期中对环境的负面影响最小,资源利用率最高。数控机床在设计时要考虑:绿色材料设计;可拆卸性设计;节能性设计;可回收性设计;模块化设计;绿色包装设计等。


复合化与系统化


工件一次装夹,能进行多种工序复合加工,可大大地提高生产效率和加工精度,是机床一贯追求的。由于产品开发周期愈来愈短,对制造速度的要求也相应提高,机床也朝高效能发展。机床已逐渐发展成为系统化产品,用一台电脑控制一条生产线的作业。产品对外观曲线要求的提高,机床五轴加工、六轴加工已日益普及,机床加工的复合化已是不可避免的发展趋势。



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