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國產數控機床現狀及發展趨勢

20世紀80年代初,國內先后從日本、美國等國引進了一些CNC裝置及主軸、伺服系統的生產技術,并陸續投入了批量生產,從而結束了數控機床發展徘徊不前的局面,推動了數控機床的發展。到20世紀90年代初,國內的數控機床及數控系統的生產具有了一定的規模,但前進中的數控機床產業正面臨十分嚴峻的形勢。進入WTO后,中國將進入日趨完善的國內外相統一的大市場,大量數控機床及數控系統進口,將對發展中的數控產業造成巨大的沖擊。2003年開始,中國已成為全球最大的機床消費國,也是世界上最大的數控機床進口國。隨著,“數字制造”這一新理念被引入中國制造業,有必要對國內數控機床產業的現狀及趨勢做些探討。


1 數控機床的概念


數控機床就是在數字控制下,能在尺寸精度和幾何精度兩方面完成金屬毛坯零件加工成所需要形狀的工作母機的總稱。數控機床通常由控制系統、伺服系統、檢測系統、機械傳動系統及其他輔助系統組成。


2 國產數控機床的發展現狀


國產數控機床與國際先進水平差距逐漸縮小


數控機床是當代機械制造業的主流裝備,國產數控機床的發展經歷了30年跌宕起伏,已經由成長期進入了成熟期,可提供市場1,500種數控機床,覆蓋超重型機床、高精度機床、特種加工機床、鍛壓設備、前沿高技術機床等領域,產品種類可與日、德、意、美等國并駕齊驅。特別是在五軸聯動數控機床、數控超重型機床、立式臥式加工中心、數控車床、數控齒輪加工機床領域部分技術已經達到世界先進水平。其中,五軸(坐標)聯動數控機床是數控機床技術的制高點標志之一。它集計算機控制、高性能伺服驅動和精密加工技術于一體,應用于復雜曲面的高效、精密、自動化加工,是發電、船舶、航天航空、模具、高精密儀器等民用工業和軍工部門迫切需要的關鍵加工設備。五軸聯動數控機床的應用,其加工效率相當于2 臺三軸機床,甚至可以完全省去某些大型自動化生產線的投資,大大節約了占地空間和工作在不同制造單元之間的周轉運輸時間及費用。國產五軸聯動數控機床品種日趨增多,國際強手對中國限制的五軸聯動加工中心、五軸數控銑床、五軸龍門銑床、五軸落地銑鏜床等均在國內研制成功,改變了國際強手對數控機床產業的壟斷局面。


國產數控機床存在的問題


由于中國技術水平和工業基礎還比較落后,數控機床的性能、水平和可靠性與工業發達國家相比,差距還是很大,尤其是數控系統的控制可靠性還較差,數控產業尚未真正形成。因此加速進行數控系統的工程化、商品化攻關,盡快建成與完善數控機床和數控產業成為當前的主要任務。目前主要問題有:


核心技術嚴重缺乏


統計數據表明,數控機床的核心技術—數控系統,由顯示器、控制器伺服、伺服電機和各種開關、傳感器構成,中國90%需要國外進口。如在上海設廠的德國吉特邁集團和意大利利雅路機床集團,在煙臺建廠的韓國大宇綜合機械株式會社,所有的核心技術都被外方掌握。國內能做的中、高端數控機床,更多處于組裝和制造環節,普遍未掌握核心技術。國產數控機床的關鍵零部件和關鍵技術主要依賴進口,國內真正大而強的企業并不多。


數控功能部件是另外一個薄弱環節。某種意義上說,功能部件將構筑21世紀現代數控機床。功能部件的性能和價格決定了數控機床的性能和價格。功能部件不是機床附件,它是數控機床的核心代表。國產數控機床的主要故障大多出在功能部件上,它是影響國產數控機床使用的主要根源。從國產數控機床的開發和使用來看,功能部件急需技術攻關。特別在數控刀具滯后現象反映相當強烈。國產數控刀具在壽命、可靠性等方面差距明顯,無論在品種、性能和質量上都遠遠不能滿足用戶要求。由于國產刀具品種少、壽命低,嚴重影響數控機床效率的發揮。調研企業進口的數控機床,配用大量進口數控刀具,由于價格昂貴,用戶不堪負擔。數控立、臥回轉工作臺,數控分度盤和數控電動刀架等數控功能部件市場中海外商家也稍勝一籌。


民族品牌與國際品牌差距明顯


2004年 6月一份廣東機床用戶的抽查情況透露,在數控機床的各個品牌之中,用戶對歐洲、日本、美國、韓國和中國臺灣等數控機床品牌的關注度已占全部市場的60%以上。品牌知名度上的差距,導致用戶在選擇加工設備時把更多的機會給了海外數控機床行業的一些“實力派”。如哈爾濱某發動機(集團)有限公司的缸體生產線是一條全自動加工線,其粗加工選用韓國大宇重工的專機自動線,精加工則選用了英國CROSS HULLE公司的專機自動線,缸蓋加工線是由德國Cross. Huller公司制造的高速加工中心和專機自動線、德國產的全自動在線測量機、日本產的全自動密封檢測機和清洗機組成的。曲軸生產線為全自動柔性流水生產線,精加工線由日本的數控高速CBN 磨床、動平衡機、拋光機等組成。

技術創新和成果轉化與市場脫節


適銷對路的產品是企業在市場競爭中取勝的根本。技術創新是產品滿足市場需要的關鍵。多數企業在確定數控技術創新項目上沒有突出重點,市場定位不明確,不能集中力量,突破重點,帶動整體,項目安排帶有盲目性。首先,盲目跟隨國際技術潮流增加生產能力。數控機床產業本身的水平關鍵要看創新能力、人員素質和企業素質的提高。近年來的改制、改組已有一些初步成效,來之不易。在面對市場需求增加的同時,還是要清醒看市場,穩妥求發展,還是要抓前、抓后(即抓開發、抓銷售、抓質量、抓服務),慎重抓能力。


缺乏先進的管理機制


多數企業都受到生產經營缺乏動力、自我約束機制不健全、勞動生產率低下等問題的嚴重困擾。適應市場經濟需求的以企業為主體、產學研相結合的技術創新體系尚未形成,缺乏吸引高層次、高素質人才創新創業的環境,無法有效整合相關技術、產業和資源優勢,形成合力開展聯合攻關,共同打造技術創新平臺。所以必須按照經濟發展的客觀要求,建立以公司法人為主要內容的現代企業制度。真正確立以用戶為中心的市場經濟觀念,認真調整產品結構和組織結構。真正讓市場在資源配置中起基礎作用。


3 國內數控機床的發展趨勢


根據2004年10月,完成的《數控機床產業發展專項規劃》。國內數控機床大致發展趨勢表現在以下幾方面:


智能、高速、高精度化


新一代數控機床為提高生產效率,向超高速方向發展,采用新型功能部件(如電主軸、直線電機、LM直線滾動系統等)主軸轉速達15,000r/min以上。計算機技術及其軟件控制技術在機床產品技術中占的比重越來越大,計算機系統及其應用軟件的復雜化,帶來了機床系統及其硬件結構的簡化,數控機床的智能化程度日趨提高。一臺機床的重復定位精度如果能達到0.005 mm(ISO 標準、統計法),就是一臺高精度機床,在0.005mm(ISO 標準、統計法)以下,就是超高精度機床。高精度的機床,要有最好的軸承、絲杠。隨著電腦輔助制造(CAM)系統的發展,精密度已達到微米級。


設計、制造綠色化


綠色設計是一種綜合考慮了產品設計、制造、使用和回收等整個生命周期的環境特性和資源效率的先進設計理論和方法。它在不犧牲產品功能、質量和成本的前提下,系統考慮產品開發、制造及其活動對環境的影響,從而使得產品在整個生命周期中對環境的負面影響最小,資源利用率最高。數控機床在設計時要考慮:綠色材料設計;可拆卸性設計;節能性設計;可回收性設計;模塊化設計;綠色包裝設計等。


復合化與系統化


工件一次裝夾,能進行多種工序復合加工,可大大地提高生產效率和加工精度,是機床一貫追求的。由于產品開發周期愈來愈短,對制造速度的要求也相應提高,機床也朝高效能發展。機床已逐漸發展成為系統化產品,用一臺電腦控制一條生產線的作業。產品對外觀曲線要求的提高,機床五軸加工、六軸加工已日益普及,機床加工的復合化已是不可避免的發展趨勢。



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