制造業(yè)是推動經(jīng)濟發(fā)展的發(fā)動機，而數(shù)控機床作為現(xiàn)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。近些年隨著我國經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，我國機床行業(yè)有了長足的進步，產(chǎn)業(yè)規(guī)模、產(chǎn)品質(zhì)量和系列規(guī)格都有了很大提升，而國民經(jīng)濟發(fā)展中急需的高檔數(shù)控機床過度依賴進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年下半年進入下行狀態(tài)[2-3]，在國產(chǎn)數(shù)控機床行業(yè)總產(chǎn)值及利潤紛紛下滑的情況下，高檔數(shù)控機床的需求卻穩(wěn)步上升[2-3]，成為我國機床行業(yè)當(dāng)前發(fā)展的一大亮點，高檔數(shù)控機床也成為我國機床行業(yè)推進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、實現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級的重要著力點。在高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備 ******科技重大專項（04專項）的推動下，我國高檔數(shù)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)作為用戶企業(yè)，其在促進我國高檔數(shù)控機床發(fā)展中發(fā)揮的重要作用也得到業(yè)內(nèi)專家的廣泛認可，緊密結(jié)合用戶企業(yè)的未來需求成為我國高檔數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)化及批量應(yīng)用的重要保障。

公司在國內(nèi)知名專家教授的引領(lǐng)帶動下，組建了一支國內(nèi)******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(yīng)用工藝方面具備豐富的技術(shù)經(jīng)驗和實踐積累?？蔀?a href="http://rfvr.com.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(shù)控機床行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

經(jīng)過多年發(fā)展，我國數(shù)控機床行業(yè)的產(chǎn)業(yè)規(guī)模、產(chǎn)品類型及應(yīng)用領(lǐng)域等都有了長足進步，而在04專項的支持下，通過數(shù)控機床制造企業(yè)及機床用戶企業(yè)的共同努力，我國的高檔數(shù)控機床也有了較大發(fā)展，已在我國航空航天、船舶、汽車、發(fā)電等高端制造業(yè)得到初步應(yīng)用。

我國機床行業(yè)近年來產(chǎn)業(yè)規(guī)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，其中數(shù)控機床的發(fā)展速度更快，數(shù)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(shù)控機床產(chǎn)值市場占有率也在2010年達到56.7%[1]。

在高檔數(shù)控機床方面，隨著04專項的深入實施，一大批數(shù)控機床關(guān)鍵制造技術(shù)得到突破，多種構(gòu)型的國產(chǎn)五軸聯(lián)動及復(fù)合加工機床實現(xiàn)了在用戶生產(chǎn)現(xiàn)場的小批量應(yīng)用，廣泛用于飛機結(jié)構(gòu)件、大型水輪機葉片等多種復(fù)雜零件的加工，加工材料涵蓋了鋁合金、鈦合金、不銹鋼、復(fù)合材料等。以國產(chǎn)高檔數(shù)控機床在中航工業(yè)成飛公司的應(yīng)用為例，成飛公司現(xiàn)裝備6臺國產(chǎn)五軸聯(lián)動數(shù)控機床，故障率比國外同型機床稍高，但已基本滿足飛機結(jié)構(gòu)件批量加工。

五坐標(biāo)數(shù)控龍門機床方面，濟南二機床集團有限公司的XKV27系列龍門移動式五軸聯(lián)動鏜銑床（圖1），配備大扭矩機械式A/C雙擺角數(shù)控******銑頭，工作臺面寬度可達5m，長度可達40m，已在鞍鋼重型機械有限責(zé)任公司、上海航天設(shè)備制造總廠應(yīng)用。中航工業(yè)北京航空制造工程研究所的G5 2560 ABJ五坐標(biāo)數(shù)控龍門銑床配備A/B擺角式機械主軸頭，適用于鈦合金、合金鋼等復(fù)雜飛機結(jié)構(gòu)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(yīng)用。

五坐標(biāo)立式加工中心方面，以沈陽中捷的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(biāo)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(biāo)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，基本滿足鈦合金航空結(jié)構(gòu)件的五軸加工需求。

五坐標(biāo)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(biāo)高速數(shù)控龍門銑床工作臺尺寸為2.5m×8m，主軸轉(zhuǎn)速達到24000r/min，已有多臺在我國航空制造企業(yè)應(yīng)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(zhuǎn)速雙擺角數(shù)控******銑頭，工作臺面***大寬度可達5m，長度***大可達30m，已在航天二院二八三廠應(yīng)用。車銑復(fù)合機床方面，北一機床的XKA 28105X300超重型數(shù)控龍門車銑復(fù)合機床已在哈爾濱汽輪機有限公司投入使用。

數(shù)控系統(tǒng)方面，中高檔數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)和生產(chǎn)取得明顯進展，部分國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)已配套五軸聯(lián)動數(shù)控機床。04專項通過設(shè)立國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)成套裝置研制課題，已初步解決了高檔數(shù)控系統(tǒng)的多通道、多軸聯(lián)動、繞刀具中心旋轉(zhuǎn)、靜態(tài)誤差補償?shù)燃夹g(shù)難題，開發(fā)了與數(shù)控系統(tǒng)配套的伺服驅(qū)動及電機等硬件，形成了系列化產(chǎn)品。典型如華中8型、廣數(shù)GSK25i、沈陽高精GJ400數(shù)控系統(tǒng)等，上述數(shù)控系統(tǒng)已配套多臺04專項支持的中高檔數(shù)控機床，部分已投入實際現(xiàn)場應(yīng)用。

數(shù)控機床功能部件方面，形成了一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的功能部件，部分性能指標(biāo)已接近國際******水平。在04專項支持下，國產(chǎn)功能部件已突破高速主軸、高速滾珠絲杠、重載直線導(dǎo)軌、數(shù)控轉(zhuǎn)臺、刀庫與機械手、A/C雙擺角數(shù)控銑頭等研制。尤其是作為五軸聯(lián)動數(shù)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(shù)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(zhuǎn)速1600r/min，電主軸扭矩73.8N·m，轉(zhuǎn)速24000r/min，這兩類銑頭已配備多種構(gòu)型的數(shù)控機床。

國產(chǎn)高檔數(shù)控機床發(fā)展需解決的主要問題

我國數(shù)控機床行業(yè)已基本解決高端產(chǎn)品的有無問題，但產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與市場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(shù)控系統(tǒng)和關(guān)鍵功能部件發(fā)展滯后，技術(shù)服務(wù)能力不足等問題。

國內(nèi)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(shù)控機床的研發(fā)投入不足，導(dǎo)致我國機床行業(yè)存在主機大而不強的問題，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。推進高檔數(shù)控機床的產(chǎn)業(yè)化，提高國產(chǎn)高檔數(shù)控機床在******重點行業(yè)的占有率，是我國機床行業(yè)擺脫當(dāng)前困境，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整及轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵，為此，我國機床企業(yè)在發(fā)展高檔數(shù)控機床的過程中需解決以下問題：

（1）國產(chǎn)高檔數(shù)控機床可靠性和性能穩(wěn)定性較差。目前已投入實際生產(chǎn)應(yīng)用的國產(chǎn)高檔數(shù)控機床一般采用國外進口的數(shù)控系統(tǒng)和關(guān)鍵功能部件，在加工性能方面與進口機床沒有太大差距，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(diào)試技術(shù)水平不足，國產(chǎn)機床的精度、動態(tài)特性等比國外機床稍差，且上述性能在應(yīng)用過程中的下降速度要高于國外機床。

（2）國產(chǎn)高檔數(shù)控系統(tǒng)及關(guān)鍵功能部件等主機配套產(chǎn)品還有待加強。近年來，國內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)廠以西門子、法拉克等國外高檔數(shù)控系統(tǒng)為對標(biāo)，在多軸聯(lián)動加工、繞刀具中心旋轉(zhuǎn)（RTCP）、誤差補償?shù)确矫孢M行了大量的功能開發(fā)，但仍與國外高檔數(shù)控系統(tǒng)存在差距，體現(xiàn)為機床的加工精度無法滿足要求。功能部件方面，以高速主軸、A/C雙擺角數(shù)控銑頭為代表的關(guān)鍵功能部件已實現(xiàn)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(xiàn)場的批量應(yīng)用。

（3）針對用戶加工工藝需求的技術(shù)服務(wù)能力不足。國外數(shù)控機床企業(yè)很早就針對用戶的具體加工對象，提供包括機床、典型工藝方案及切削參數(shù)等在內(nèi)的一攬子解決方案，由于用戶采購高檔數(shù)控機床一般針對實際零件加工需求，這種圍繞產(chǎn)品加工需求的全套解決方案受到用戶的普遍歡迎，這也是國外高檔數(shù)控機床在國內(nèi)熱銷的重要原因。目前，國內(nèi)機床企業(yè)由于缺乏對用戶產(chǎn)品加工工藝的了解，目前還無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)機床在用戶現(xiàn)場的應(yīng)用效果。

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

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

（1）大型高精度數(shù)控機床及五軸聯(lián)動臥式加工機床。當(dāng)前，部分大型飛機結(jié)構(gòu)件的長度已接近20m，零件表面精度達到Ra1.6，促使加工設(shè)備向著大型化、高精度方向發(fā)展。德國DST公司的FOGS系列高精度五坐標(biāo)數(shù)控龍門銑床，基于西門子840D sl系統(tǒng)開發(fā)了用于機床空間誤差的自動檢測及補償?shù)腒MS（Kinematic Management System）系統(tǒng)，并對機床工作區(qū)域恒溫控制，使機床在2.5m×9m×1.5m的工作空間內(nèi)定位精度達到1.6μm/m3。此外，飛機結(jié)構(gòu)件加工的材料去除率達95%以上，立式加工時，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，在飛機結(jié)構(gòu)件加工中的應(yīng)用已越來越多，未來飛機結(jié)構(gòu)件加工中臥式機床所占的比例將進一步提高。

（2）鈦合金高效及復(fù)合材料加工機床。目前，鈦合金和以碳纖維為代表的復(fù)合材料在現(xiàn)代飛機中所占的比例大幅提高，如A350、波音787的復(fù)合材料比例已經(jīng)超過50%。在鋁合金高速加工已基本解決的情況下，鈦合金、復(fù)合材料加工將成為未來航空制造企業(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，如何實現(xiàn)鈦合金的高效加工是當(dāng)前航空制造企業(yè)面臨的一大難題，需要在高效加工設(shè)備、刀具、工藝方案等多方面入手，而高效加工設(shè)備是基礎(chǔ)。復(fù)合材料加工主要需解決污染問題，與金屬材料不同，復(fù)合材料（如碳纖維、蜂窩等）在高速切削時會產(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(fù)合材料加工、防護性能良好的數(shù)控加工設(shè)備有著迫切的需求。

（3）自動化生產(chǎn)系統(tǒng)以及滿足數(shù)字化制造需求的設(shè)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化生產(chǎn)系統(tǒng)已出現(xiàn)。目前國外航空制造企業(yè)已大量應(yīng)用柔性生產(chǎn)線，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化生產(chǎn)系統(tǒng)，大幅提高了零件加工效率，保證了零件加工質(zhì)量。此外，數(shù)字化制造需要實時監(jiān)控機床狀態(tài)，從機床實時采集零件加工及機床狀態(tài)數(shù)據(jù)，這要求機床具備刀具自動測量、狀態(tài)自動監(jiān)控、零件在線測量等功能，并可與用戶企業(yè)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通。

上述目標(biāo)的實現(xiàn)都離不開機床企業(yè)和用戶企業(yè)的密切合作，需要繼續(xù)堅持04專項提倡的產(chǎn)學(xué)研用研發(fā)模式，尤其是示范應(yīng)用的方式（圖4）。通過梳理專項前期重點成果，根據(jù)市場需求集中力量在重點用戶建立應(yīng)用示范基地，充分發(fā)揮用戶的數(shù)控加工工藝技術(shù)優(yōu)勢以及設(shè)備應(yīng)用經(jīng)驗，彌補我國機床企業(yè)在這些方面的不足，以在用戶實際生產(chǎn)現(xiàn)場應(yīng)用的方式驗證并開發(fā)適應(yīng)于用戶需求的新功能，***終達到完善專項成果，推進國產(chǎn)高檔數(shù)控機床在******重點行業(yè)批量應(yīng)用，提高國產(chǎn)高檔數(shù)控機床市場占有率的目的。

結(jié)束語

高檔數(shù)控機床技術(shù)含量高、附加值高，已成為我國機床行業(yè)現(xiàn)階段產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整及轉(zhuǎn)型升級的優(yōu)選方向。目前我國高檔數(shù)控機床整體上已有較大提升，整機、數(shù)控系統(tǒng)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(yīng)用。在當(dāng)前國產(chǎn)高檔數(shù)控機床的產(chǎn)業(yè)化階段，推動其在******重點行業(yè)的推廣應(yīng)用是關(guān)鍵，需要我國機床企業(yè)、科研院所及機床用戶緊密合作，緊跟用戶***新需求，堅持產(chǎn)學(xué)研用的合作模式，***終通過用驗證并解決國產(chǎn)機床存在的問題，實現(xiàn) 04專項提出的國產(chǎn)高檔數(shù)控機床取代進口的目標(biāo)。

作者：劉大煒 湯立民

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