制造業(yè)是推動經濟發(fā)展的發(fā)動機，而數控機床作為現代制造業(yè)的關鍵核心裝備，其發(fā)展一直受到******和相關行業(yè)的高度關注。近些年隨著我國經濟社會的快速發(fā)展，我國機床行業(yè)有了長足的進步，產業(yè)規(guī)模、產品質量和系列規(guī)格都有了很大提升，而國民經濟發(fā)展中急需的高檔數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]，在國產數控機床行業(yè)總產值及利潤紛紛下滑的情況下，高檔數控機床的需求卻穩(wěn)步上升[2-3]，成為我國機床行業(yè)當前發(fā)展的一大亮點，高檔數控機床也成為我國機床行業(yè)推進產業(yè)結構調整、實現轉型升級的重要著力點。在高檔數控機床與基礎制造裝備 ******科技重大專項（04專項）的推動下，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)作為用戶企業(yè)，其在促進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)內專家的廣泛認可，緊密結合用戶企業(yè)的未來需求成為我國高檔數控機床產業(yè)化及批量應用的重要保障。

公司在國內知名專家教授的引領帶動下，組建了一支國內******的超精密技術研發(fā)團隊，研發(fā)團隊在超精密機床的單元技術、切削機理和工藝、成套技術及應用工藝方面具備豐富的技術經驗和實踐積累。可為北京精密零件加工，北京鋁合金異型件加工制造相關產業(yè)提供優(yōu)質的技術服務。

我國數控機床行業(yè)的發(fā)展現狀

經過多年發(fā)展，我國數控機床行業(yè)的產業(yè)規(guī)模、產品類型及應用領域等都有了長足進步，而在04專項的支持下，通過數控機床制造企業(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)得到初步應用。

我國機床行業(yè)近年來產業(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，其中數控機床的發(fā)展速度更快，數控機床產量占金切機床總產量的比重由2005年的13.2%提高到2010年的29.6%，國產數控機床產值市場占有率也在2010年達到56.7%[1]。

在高檔數控機床方面，隨著04專項的深入實施，一大批數控機床關鍵制造技術得到突破，多種構型的國產五軸聯(lián)動及復合加工機床實現了在用戶生產現場的小批量應用，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臺國產五軸聯(lián)動數控機床，故障率比國外同型機床稍高，但已基本滿足飛機結構件批量加工。

五坐標數控龍門機床方面，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任公司、上海航天設備制造總廠應用。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，長度***大可達30m，已在航天二院二八三廠應用。車銑復合機床方面，北一機床的XKA 28105X300超重型數控龍門車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(tǒng)方面，中高檔數控系統(tǒng)的開發(fā)和生產取得明顯進展，部分國產數控系統(tǒng)已配套五軸聯(lián)動數控機床。04專項通過設立國產數控系統(tǒng)成套裝置研制課題，已初步解決了高檔數控系統(tǒng)的多通道、多軸聯(lián)動、繞刀具中心旋轉、靜態(tài)誤差補償等技術難題，開發(fā)了與數控系統(tǒng)配套的伺服驅動及電機等硬件，形成了系列化產品。典型如華中8型、廣數GSK25i、沈陽高精GJ400數控系統(tǒng)等，上述數控系統(tǒng)已配套多臺04專項支持的中高檔數控機床，部分已投入實際現場應用。

數控機床功能部件方面，形成了一批具有自主知識產權的功能部件，部分性能指標已接近國際******水平。在04專項支持下，國產功能部件已突破高速主軸、高速滾珠絲杠、重載直線導軌、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)動數控機床關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，這兩類銑頭已配備多種構型的數控機床。

國產高檔數控機床發(fā)展需解決的主要問題

我國數控機床行業(yè)已基本解決高端產品的有無問題，但產業(yè)結構、產品結構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，高檔數控系統(tǒng)和關鍵功能部件發(fā)展滯后，技術服務能力不足等問題。

國內機床行業(yè)近幾年的快速發(fā)展以中低端產品的產能擴充為主，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)產值、利潤不斷下滑的主要原因。推進高檔數控機床的產業(yè)化，提高國產高檔數控機床在******重點行業(yè)的占有率，是我國機床行業(yè)擺脫當前困境，實現產業(yè)結構調整及轉型升級的關鍵，為此，我國機床企業(yè)在發(fā)展高檔數控機床的過程中需解決以下問題：

（1）國產高檔數控機床可靠性和性能穩(wěn)定性較差。目前已投入實際生產應用的國產高檔數控機床一般采用國外進口的數控系統(tǒng)和關鍵功能部件，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，由于部件裝配和調試技術水平不足，國產機床的精度、動態(tài)特性等比國外機床稍差，且上述性能在應用過程中的下降速度要高于國外機床。

（2）國產高檔數控系統(tǒng)及關鍵功能部件等主機配套產品還有待加強。近年來，國內數控系統(tǒng)廠以西門子、法拉克等國外高檔數控系統(tǒng)為對標，在多軸聯(lián)動加工、繞刀具中心旋轉（RTCP）、誤差補償等方面進行了大量的功能開發(fā)，但仍與國外高檔數控系統(tǒng)存在差距，體現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雙擺角數控銑頭為代表的關鍵功能部件已實現研發(fā)突破，但仍停留在小批生產階段，還缺乏在生產現場的批量應用。

（3）針對用戶加工工藝需求的技術服務能力不足。國外數控機床企業(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等在內的一攬子解決方案，由于用戶采購高檔數控機床一般針對實際零件加工需求，這種圍繞產品加工需求的全套解決方案受到用戶的普遍歡迎，這也是國外高檔數控機床在國內熱銷的重要原因。目前，國內機床企業(yè)由于缺乏對用戶產品加工工藝的了解，目前還無法提供全套解決方案，提供的技術服務也只針對機床本身，影響了國產機床在用戶現場的應用效果。

航空制造業(yè)未來發(fā)展對國產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生產需求拉動，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，需要五軸聯(lián)動加工，一直是高檔數控機床研制和應用的主要落地對象。隨著現代飛機性能的不斷提升，飛機零件正朝著整體化、大型化、復雜化、高精度、新材料大量應用等方向發(fā)展，同時，數字化制造技術在航空制造企業(yè)應用逐步深入，產品加工需求及用戶企業(yè)的技術發(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)動臥式加工機床。當前，部分大型飛機結構件的長度已接近20m，零件表面精度達到Ra1.6，促使加工設備向著大型化、高精度方向發(fā)展。德國DST公司的FOGS系列高精度五坐標數控龍門銑床，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的KMS（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，高速切削產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，在飛機結構件加工中的應用已越來越多，未來飛機結構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超過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航空制造企業(yè)的主要任務。由于切削性能差，鈦合金的切削效率一直很低，如何實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）在高速切削時會產生大量粉塵，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迫切的需求。

（3）自動化生產系統(tǒng)以及滿足數字化制造需求的設備新功能。為提高生產效率、降低零件加工質量風險，包含運輸、加工、清洗、烘干及測量等功能的自動化生產系統(tǒng)已出現。目前國外航空制造企業(yè)已大量應用柔性生產線，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系統(tǒng)，大幅提高了零件加工效率，保證了零件加工質量。此外，數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)數據，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)網絡互聯(lián)互通。

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

結束語

高檔數控機床技術含量高、附加值高，已成為我國機床行業(yè)現階段產業(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(tǒng)及部分關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。在當前國產高檔數控機床的產業(yè)化階段，推動其在******重點行業(yè)的推廣應用是關鍵，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，堅持產學研用的合作模式，***終通過用驗證并解決國產機床存在的問題，實現 04專項提出的國產高檔數控機床取代進口的目標。

作者：劉大煒 湯立民

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