制造業(yè)是推動(dòng)經(jīng)濟發(fā)展的發(fā)動(dòng)機，而數控機床作為現代制造業(yè)的關(guān)鍵核心裝備，其發(fā)展一直受到******和相關(guān)行業(yè)的高度關(guān)注。近些年隨著(zhù)我國經(jīng)濟社會(huì )的快速發(fā)展，我國機床行業(yè)有了長(cháng)足的進(jìn)步，產(chǎn)業(yè)規模、產(chǎn)品質(zhì)量和系列規格都有了很大提升，而國民經(jīng)濟發(fā)展中急需的高檔數控機床過(guò)度依賴(lài)進(jìn)口的局面已有所改善[1]。

受累于低迷的世界經(jīng)濟形勢，我國機床行業(yè)從2011年下半年進(jìn)入下行狀態(tài)[2-3]，在國產(chǎn)數控機床行業(yè)總產(chǎn)值及利潤紛紛下滑的情況下，高檔數控機床的需求卻穩步上升[2-3]，成為我國機床行業(yè)當前發(fā)展的一大亮點(diǎn)，高檔數控機床也成為我國機床行業(yè)推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結構調整、實(shí)現轉型升級的重要著(zhù)力點(diǎn)。在高檔數控機床與基礎制造裝備 ******科技重大專(zhuān)項（04專(zhuān)項）的推動(dòng)下，我國高檔數控機床近幾年得到快速發(fā)展，航空航天、船舶等高端制造業(yè)作為用戶(hù)企業(yè)，其在促進(jìn)我國高檔數控機床發(fā)展中發(fā)揮的重要作用也得到業(yè)內專(zhuān)家的廣泛認可，緊密結合用戶(hù)企業(yè)的未來(lái)需求成為我國高檔數控機床產(chǎn)業(yè)化及批量應用的重要保障。

公司在國內知名專(zhuān)家教授的引領(lǐng)帶動(dòng)下，組建了一支國內******的超精密技術(shù)研發(fā)團隊，研發(fā)團隊在超精密機床的單元技術(shù)、切削機理和工藝、成套技術(shù)及應用工藝方面具備豐富的技術(shù)經(jīng)驗和實(shí)踐積累?？蔀?a href="http://www.helplink.cn/">北京精密零件加工，北京鋁合金異型件加工制造相關(guān)產(chǎn)業(yè)提供優(yōu)質(zhì)的技術(shù)服務(wù)。

我國數控機床行業(yè)的發(fā)展現狀

經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，我國數控機床行業(yè)的產(chǎn)業(yè)規模、產(chǎn)品類(lèi)型及應用領(lǐng)域等都有了長(cháng)足進(jìn)步，而在04專(zhuān)項的支持下，通過(guò)數控機床制造企業(yè)及機床用戶(hù)企業(yè)的共同努力，我國的高檔數控機床也有了較大發(fā)展，已在我國航空航天、船舶、汽車(chē)、發(fā)電等高端制造業(yè)得到初步應用。

我國機床行業(yè)近年來(lái)產(chǎn)業(yè)規模大幅增加。十一五期間，金切機床行業(yè)工業(yè)總產(chǎn)值年平均增長(cháng)率達23.6%，2010年達1306億元人民幣，并在2011年達到1542.9億元人民幣的歷史***高點(diǎn)，其中數控機床的發(fā)展速度更快，數控機床產(chǎn)量占金切機床總產(chǎn)量的比重由2005年的13.2%提高到2010年的29.6%，國產(chǎn)數控機床產(chǎn)值市場(chǎng)占有率也在2010年達到56.7%[1]。

在高檔數控機床方面，隨著(zhù)04專(zhuān)項的深入實(shí)施，一大批數控機床關(guān)鍵制造技術(shù)得到突破，多種構型的國產(chǎn)五軸聯(lián)動(dòng)及復合加工機床實(shí)現了在用戶(hù)生產(chǎn)現場(chǎng)的小批量應用，廣泛用于飛機結構件、大型水輪機葉片等多種復雜零件的加工，加工材料涵蓋了鋁合金、鈦合金、不銹鋼、復合材料等。以國產(chǎn)高檔數控機床在中航工業(yè)成飛公司的應用為例，成飛公司現裝備6臺國產(chǎn)五軸聯(lián)動(dòng)數控機床，故障率比國外同型機床稍高，但已基本滿(mǎn)足飛機結構件批量加工。

五坐標數控龍門(mén)機床方面，濟南二機床集團有限公司的XKV27系列龍門(mén)移動(dòng)式五軸聯(lián)動(dòng)鏜銑床（圖1），配備大扭矩機械式A/C雙擺角數控******銑頭，工作臺面寬度可達5m，長(cháng)度可達40m，已在鞍鋼重型機械有限責任公司、上海航天設備制造總廠(chǎng)應用。中航工業(yè)北京航空制造工程研究所的G5 2560 ABJ五坐標數控龍門(mén)銑床配備A/B擺角式機械主軸頭，適用于鈦合金、合金鋼等復雜飛機結構件加工，目前已在中航工業(yè)成飛等多家飛機制造企業(yè)應用。

五坐標立式加工中心方面，以沈陽(yáng)中捷的VMC 25100U（圖2）、中航工業(yè)北京航空制造工程研究所的V5 1030 ABJ為代表的國產(chǎn)五坐標立式低速加工中心（A/B擺角）已在中航工業(yè)成飛用于飛機鈦合金零件加工，除部分指標及整機可靠性略低外，這兩款機床的零件加工能力與Rambaudi公司的1201機床接近，基本滿(mǎn)足鈦合金航空結構件的五軸加工需求。

五坐標橋式機床方面，中航工業(yè)北京航空制造工程研究所的B5 2580 E橋式五坐標高速數控龍門(mén)銑床工作臺尺寸為2.5m×8m，主軸轉速達到24000r/min，已有多臺在我國航空制造企業(yè)應用。濟南二機床集團有限公司的XHSV25系列機床配備大功率、高轉速雙擺角數控******銑頭，工作臺面***大寬度可達5m，長(cháng)度***大可達30m，已在航天二院二八三廠(chǎng)應用。車(chē)銑復合機床方面，北一機床的XKA 28105X300超重型數控龍門(mén)車(chē)銑復合機床已在哈爾濱汽輪機有限公司投入使用。

數控系統方面，中高檔數控系統的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)取得明顯進(jìn)展，部分國產(chǎn)數控系統已配套五軸聯(lián)動(dòng)數控機床。04專(zhuān)項通過(guò)設立國產(chǎn)數控系統成套裝置研制課題，已初步解決了高檔數控系統的多通道、多軸聯(lián)動(dòng)、繞刀具中心旋轉、靜態(tài)誤差補償等技術(shù)難題，開(kāi)發(fā)了與數控系統配套的伺服驅動(dòng)及電機等硬件，形成了系列化產(chǎn)品。典型如華中8型、廣數GSK25i、沈陽(yáng)高精GJ400數控系統等，上述數控系統已配套多臺04專(zhuān)項支持的中高檔數控機床，部分已投入實(shí)際現場(chǎng)應用。

數控機床功能部件方面，形成了一批具有自主知識產(chǎn)權的功能部件，部分性能指標已接近國際******水平。在04專(zhuān)項支持下，國產(chǎn)功能部件已突破高速主軸、高速滾珠絲杠、重載直線(xiàn)導軌、數控轉臺、刀庫與機械手、A/C雙擺角數控銑頭等研制。尤其是作為五軸聯(lián)動(dòng)數控機床關(guān)鍵功能部件的雙擺角銑頭，如濟南第二機床集團研發(fā)的A/C雙擺角數控******銑頭（圖3），可配備機械主軸和電主軸，其中機械主軸扭矩達2200N·m，轉速1600r/min，電主軸扭矩73.8N·m，轉速24000r/min，這兩類(lèi)銑頭已配備多種構型的數控機床。

國產(chǎn)高檔數控機床發(fā)展需解決的主要問(wèn)題

我國數控機床行業(yè)已基本解決高端產(chǎn)品的有無(wú)問(wèn)題，但產(chǎn)業(yè)結構、產(chǎn)品結構與市場(chǎng)需求的矛盾尚未得到有效緩解，仍面臨主機大而不強，高檔數控系統和關(guān)鍵功能部件發(fā)展滯后，技術(shù)服務(wù)能力不足等問(wèn)題。

國內機床行業(yè)近幾年的快速發(fā)展以中低端產(chǎn)品的產(chǎn)能擴充為主，高檔數控機床的研發(fā)投入不足，導致我國機床行業(yè)存在主機大而不強的問(wèn)題，這也是近兩年受全球金融危機影響，我國大部分機床企業(yè)產(chǎn)值、利潤不斷下滑的主要原因。推進(jìn)高檔數控機床的產(chǎn)業(yè)化，提高國產(chǎn)高檔數控機床在******重點(diǎn)行業(yè)的占有率，是我國機床行業(yè)擺脫當前困境，實(shí)現產(chǎn)業(yè)結構調整及轉型升級的關(guān)鍵，為此，我國機床企業(yè)在發(fā)展高檔數控機床的過(guò)程中需解決以下問(wèn)題：

（1）國產(chǎn)高檔數控機床可靠性和性能穩定性較差。目前已投入實(shí)際生產(chǎn)應用的國產(chǎn)高檔數控機床一般采用國外進(jìn)口的數控系統和關(guān)鍵功能部件，在加工性能方面與進(jìn)口機床沒(méi)有太大差距，但機床輔助部件故障率較高，直接推高了整機的故障率。此外，由于部件裝配和調試技術(shù)水平不足，國產(chǎn)機床的精度、動(dòng)態(tài)特性等比國外機床稍差，且上述性能在應用過(guò)程中的下降速度要高于國外機床。

（2）國產(chǎn)高檔數控系統及關(guān)鍵功能部件等主機配套產(chǎn)品還有待加強。近年來(lái)，國內數控系統廠(chǎng)以西門(mén)子、法拉克等國外高檔數控系統為對標，在多軸聯(lián)動(dòng)加工、繞刀具中心旋轉（RTCP）、誤差補償等方面進(jìn)行了大量的功能開(kāi)發(fā)，但仍與國外高檔數控系統存在差距，體現為機床的加工精度無(wú)法滿(mǎn)足要求。功能部件方面，以高速主軸、A/C雙擺角數控銑頭為代表的關(guān)鍵功能部件已實(shí)現研發(fā)突破，但仍停留在小批生產(chǎn)階段，還缺乏在生產(chǎn)現場(chǎng)的批量應用。

（3）針對用戶(hù)加工工藝需求的技術(shù)服務(wù)能力不足。國外數控機床企業(yè)很早就針對用戶(hù)的具體加工對象，提供包括機床、典型工藝方案及切削參數等在內的一攬子解決方案，由于用戶(hù)采購高檔數控機床一般針對實(shí)際零件加工需求，這種圍繞產(chǎn)品加工需求的全套解決方案受到用戶(hù)的普遍歡迎，這也是國外高檔數控機床在國內熱銷(xiāo)的重要原因。目前，國內機床企業(yè)由于缺乏對用戶(hù)產(chǎn)品加工工藝的了解，目前還無(wú)法提供全套解決方案，提供的技術(shù)服務(wù)也只針對機床本身，影響了國產(chǎn)機床在用戶(hù)現場(chǎng)的應用效果。

航空制造業(yè)未來(lái)發(fā)展對國產(chǎn)高檔數控機床的需求

高檔數控機床的發(fā)展往往由被加工對象的加工工藝及用戶(hù)生產(chǎn)需求拉動(dòng)，飛機結構件作為飛機的主承力部件，具有形狀復雜、加工精度要求高、材料利用率低等特點(diǎn)，需要五軸聯(lián)動(dòng)加工，一直是高檔數控機床研制和應用的主要落地對象。隨著(zhù)現代飛機性能的不斷提升，飛機零件正朝著(zhù)整體化、大型化、復雜化、高精度、新材料大量應用等方向發(fā)展，同時(shí)，數字化制造技術(shù)在航空制造企業(yè)應用逐步深入，產(chǎn)品加工需求及用戶(hù)企業(yè)的技術(shù)發(fā)展對數控機床提出了新需求：

（1）大型高精度數控機床及五軸聯(lián)動(dòng)臥式加工機床。當前，部分大型飛機結構件的長(cháng)度已接近20m，零件表面精度達到Ra1.6，促使加工設備向著(zhù)大型化、高精度方向發(fā)展。德國DST公司的FOGS系列高精度五坐標數控龍門(mén)銑床，基于西門(mén)子840D sl系統開(kāi)發(fā)了用于機床空間誤差的自動(dòng)檢測及補償的KMS（Kinematic Management System）系統，并對機床工作區域恒溫控制，使機床在2.5m×9m×1.5m的工作空間內定位精度達到1.6μm/m3。此外，飛機結構件加工的材料去除率達95%以上，立式加工時(shí)，高速切削產(chǎn)生的大量切屑極易堆積在零件表面，造成零件的二次切削，影響零件加工質(zhì)量，臥式機床以其排屑性好、具備FMC（柔性制造單元）功能等特點(diǎn)，在飛機結構件加工中的應用已越來(lái)越多，未來(lái)飛機結構件加工中臥式機床所占的比例將進(jìn)一步提高。

（2）鈦合金高效及復合材料加工機床。目前，鈦合金和以碳纖維為代表的復合材料在現代飛機中所占的比例大幅提高，如A350、波音787的復合材料比例已經(jīng)超過(guò)50%。在鋁合金高速加工已基本解決的情況下，鈦合金、復合材料加工將成為未來(lái)航空制造企業(yè)的主要任務(wù)。由于切削性能差，鈦合金的切削效率一直很低，如何實(shí)現鈦合金的高效加工是當前航空制造企業(yè)面臨的一大難題，需要在高效加工設備、刀具、工藝方案等多方面入手，而高效加工設備是基礎。復合材料加工主要需解決污染問(wèn)題，與金屬材料不同，復合材料（如碳纖維、蜂窩等）在高速切削時(shí)會(huì )產(chǎn)生大量粉塵，對人體及機床造成傷害，因此，航空制造企業(yè)適于復合材料加工、防護性能良好的數控加工設備有著(zhù)迫切的需求。

（3）自動(dòng)化生產(chǎn)系統以及滿(mǎn)足數字化制造需求的設備新功能。為提高生產(chǎn)效率、降低零件加工質(zhì)量風(fēng)險，包含運輸、加工、清洗、烘干及測量等功能的自動(dòng)化生產(chǎn)系統已出現。目前國外航空制造企業(yè)已大量應用柔性生產(chǎn)線(xiàn)，國外部分航空制造企業(yè)在碳纖維蒙皮加工中已采用集成傳輸、加工、清洗、烘干及測量等功能于一體的自動(dòng)化生產(chǎn)系統，大幅提高了零件加工效率，保證了零件加工質(zhì)量。此外，數字化制造需要實(shí)時(shí)監控機床狀態(tài)，從機床實(shí)時(shí)采集零件加工及機床狀態(tài)數據，這要求機床具備刀具自動(dòng)測量、狀態(tài)自動(dòng)監控、零件在線(xiàn)測量等功能，并可與用戶(hù)企業(yè)網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)互通。

上述目標的實(shí)現都離不開(kāi)機床企業(yè)和用戶(hù)企業(yè)的密切合作，需要繼續堅持04專(zhuān)項提倡的產(chǎn)學(xué)研用研發(fā)模式，尤其是示范應用的方式（圖4）。通過(guò)梳理專(zhuān)項前期重點(diǎn)成果，根據市場(chǎng)需求集中力量在重點(diǎn)用戶(hù)建立應用示范基地，充分發(fā)揮用戶(hù)的數控加工工藝技術(shù)優(yōu)勢以及設備應用經(jīng)驗，彌補我國機床企業(yè)在這些方面的不足，以在用戶(hù)實(shí)際生產(chǎn)現場(chǎng)應用的方式驗證并開(kāi)發(fā)適應于用戶(hù)需求的新功能，***終達到完善專(zhuān)項成果，推進(jìn)國產(chǎn)高檔數控機床在******重點(diǎn)行業(yè)批量應用，提高國產(chǎn)高檔數控機床市場(chǎng)占有率的目的。

結束語(yǔ)

高檔數控機床技術(shù)含量高、附加值高，已成為我國機床行業(yè)現階段產(chǎn)業(yè)結構調整及轉型升級的優(yōu)選方向。目前我國高檔數控機床整體上已有較大提升，整機、數控系統及部分關(guān)鍵功能部件已接近國際******水平，并在航空航天、船舶等高端制造企業(yè)小批量應用。在當前國產(chǎn)高檔數控機床的產(chǎn)業(yè)化階段，推動(dòng)其在******重點(diǎn)行業(yè)的推廣應用是關(guān)鍵，需要我國機床企業(yè)、科研院所及機床用戶(hù)緊密合作，緊跟用戶(hù)***新需求，堅持產(chǎn)學(xué)研用的合作模式，***終通過(guò)用驗證并解決國產(chǎn)機床存在的問(wèn)題，實(shí)現 04專(zhuān)項提出的國產(chǎn)高檔數控機床取代進(jìn)口的目標。

作者：劉大煒 湯立民

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