製造業是推動經濟發展的發動機，而數控機床作為現代製造業的關鍵核心裝備，其發（fā）展一直受到（dào）******和相關行業的（de）高度關注。近些年隨著我（wǒ）國經濟社會的快速發展，我國機床（chuáng）行業有了長足（zú）的進步，產業規模、產品質量和係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度依賴進口的局麵已（yǐ）有所改善[1]。
受累於低迷（mí）的世界經濟形勢，我國機（jī）床行業（yè）從（cóng）2011年下（xià）半年進入（rù）下行狀態[2-3]，在國產數控機床（chuáng）行業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步（bù）上升[2-3]，成為我國機床（chuáng）行業（yè）當前發（fā）展的一大亮點（diǎn），高（gāo）檔數控機（jī）床也成為我國機床行業推進產業結構調整、實現轉型升級的重要著力點。在高檔數控（kòng）機床與（yǔ）基礎製造裝備 ******科技重大（dà）專（zhuān）項（04專項）的推動（dòng）下，我國（guó）高檔數（shù）控機床近幾年得到快速發展（zhǎn），航空航天、船舶等高端製造業作為用戶（hù）企業，其在促進我國高檔數控機床發（fā）展（zhǎn）中發（fā）揮的重要作用（yòng）也得到（dào）業內專家的（de）廣泛認可，緊密結合用戶企（qǐ）業的未來需求成為我國高檔數控機床產業化及批量（liàng）應用的重要保障。
公（gōng）司在國內知名專家教（jiāo）授的引領帶動下，組建了一（yī）支國內******的（de）超精密技術研發團隊，研發團隊在超精（jīng）密（mì）機床的（de）單元技術、切削（xuē）機（jī）理和工藝、成套（tào）技術及（jí）應用工藝方（fāng）麵具備豐富的技術經驗和實踐（jiàn）積累。可為北京精密零件加工，北京鋁合金異型件加工製造相關產業提供優質的技術（shù）服（fú）務。
我國數控（kòng）機床行業的發展現狀
經（jīng）過多年發展，我國數控機床行業的產業規模、產品類（lèi）型及應用領域等都有了長（zhǎng）足進步，而在04專項的支持下，通（tōng）過數控機床製造企業及機床用戶企業的共同努力，我國的高檔（dàng）數控機床也有了較大發展，已在我國航空航（háng）天（tiān）、船（chuán）舶、汽車、發電等（děng）高端製造業得到初（chū）步（bù）應用。
我國機床行業近年來產業（yè）規模大（dà）幅增加。十一五期間，金切機床（chuáng）行（háng）業工業總產值年平均增長率達23.6%，2010年達（dá）1306億元人民（mín）幣，並在2011年達到1542.9億元人民幣的曆史***高點，其中數控（kòng）機床的發展速（sù）度更快，數控（kòng）機床產量占金切（qiē）機床總產量的比（bǐ）重由2005年的13.2%提高到2010年的29.6%，國產數控機床（chuáng）產值市場占有（yǒu）率也在2010年（nián）達（dá）到56.7%[1]。
在高（gāo）檔數控機床方麵，隨著（zhe）04專項（xiàng）的深入（rù）實施，一大批數（shù）控機床關鍵製造技術得到突破，多種構型的國產五軸聯動及複合加（jiā）工機床實（shí）現了（le）在用戶生產現場的小批量應用，廣泛用於飛機結構件、大型水輪機葉片等多種複雜零件的加（jiā）工，加工材料涵蓋了鋁合金、鈦合金、不（bú）鏽鋼、複合材料等。以國產（chǎn）高檔數控機床在中航工業成飛（fēi）公司的應（yīng）用為例，成飛公司現（xiàn）裝備6台（tái）國產五軸聯（lián）動數控機床，故障率比國外（wài）同型（xíng）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（jī）床方麵，濟南二機床集團有限公司的XKV27係（xì）列龍門移動式五軸聯動鏜銑床（圖1），配備大扭矩機械式A/C雙擺角數控******銑頭，工作台麵寬度可（kě）達5m，長度可達40m，已在鞍鋼重型機械（xiè）有（yǒu）限責（zé）任公司、上海航（háng）天設備製造總廠應用（yòng）。中航工業北（běi）京（jīng）航空製造工程研究所的G5 2560 ABJ五坐標數控龍門銑床配備A/B擺角式機械主軸頭，適用於（yú）鈦合金、合金鋼等複（fù）雜飛機（jī）結構件加工，目前已在中航工業成飛等多家飛機製造企業應用。
五坐標立式加工中心方（fāng）麵，以沈陽（yáng）中捷的VMC 25100U（圖2）、中航工業北（běi）京航空製（zhì）造工程研究所的（de）V5 1030 ABJ為代表的國產五坐標立（lì）式（shì）低速加工中心（A/B擺角）已在中航工業成飛用於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（gōng）能力與Rambaudi公司的（de）1201機床（chuáng）接近，基本滿足鈦合金航空結構件（jiàn）的五軸加工需求。
五坐標橋式機床方麵，中航工業（yè）北京航空製造工程研（yán）究所（suǒ）的B5 2580 E橋式五坐標高速數控龍門銑床（chuáng）工作台尺寸為2.5m×8m，主軸轉速（sù）達到24000r/min，已有多台在我國航空製造企業應用。濟南二機（jī）床集團有限公司的XHSV25係列機床配備大功率、高（gāo）轉速雙擺角數控******銑頭，工作台麵***大寬（kuān）度可達5m，長度***大可達30m，已（yǐ）在（zài）航天二院二八（bā）三廠應用。車銑複合機床方麵，北一機床的XKA 28105X300超重型數控龍門車銑複（fù）合機床已在哈爾濱汽輪機有限公司投入使用。
數控係統方麵，中高檔數控係統的開發和生產取得（dé）明顯進展，部分國產數控係統已（yǐ）配（pèi）套五軸（zhóu）聯（lián）動數（shù）控機床。04專項通過設立國產數控係統成套裝（zhuāng）置研製（zhì）課題，已（yǐ）初步解決了（le）高檔數控係統的多通道（dào）、多軸聯動、繞刀具中心旋轉、靜態誤差補償等技術難題，開發了與數控係統配套（tào）的伺服驅動及電（diàn）機等硬件，形成了係（xì）列化產品。典型如華中8型、廣（guǎng）數GSK25i、沈陽高精GJ400數控係（xì）統等，上述數控係統已配套（tào）多台04專（zhuān）項支（zhī）持的中高（gāo）檔（dàng）數控機床，部分已投入實際（jì）現場應用。
數控機床功能部件方麵，形成了一批具有自主知識產權的功能部件，部分性（xìng）能指標（biāo）已接近國際******水平。在04專項支持下，國產功能部件（jiàn）已突破高（gāo）速主軸、高速滾（gǔn）珠絲杠、重載直線導（dǎo）軌、數控轉台、刀庫與機械手、A/C雙（shuāng）擺角（jiǎo）數控銑頭等研（yán）製。尤其是作（zuò）為五軸（zhóu）聯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的A/C雙（shuāng）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（jǔ）達2200N·m，轉速1600r/min，電主軸扭（niǔ）矩73.8N·m，轉速24000r/min，這兩類銑頭已配備（bèi）多種構（gòu）型（xíng）的數控機床。
國產高檔數控機床發展需解決的主要問題
我國數控機床行（háng）業已（yǐ）基（jī）本解決高端產品（pǐn）的（de）有（yǒu）無問題，但產業結構（gòu）、產（chǎn）品結構與市場需求的矛盾尚未得到有效緩解，仍麵臨主機大而不強，高檔數控係統和關鍵功能部件發展滯後，技術服務能力不足等問題。
國內機床行業近幾年的快速（sù）發展以中低端產品的（de）產能擴充為（wéi）主，高檔數控機床的（de）研發投入（rù）不足，導致我國機床（chuáng）行業存在主（zhǔ）機大而不強的問題，這（zhè）也是近兩年受全（quán）球金融危機影響，我國大部分機床企業產值、利潤（rùn）不斷下滑的主要（yào）原因。推進高檔數控機床的產業化，提高國產高檔數控機床在******重（chóng）點行業的占有率，是我國（guó）機床行業擺脫當前困境，實現產業結構調整及（jí）轉型升級的關鍵，為此，我國機床企業在（zài）發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（kòng）機床可靠（kào）性和性能穩定性較差。目前已投入實際（jì）生產應用的國產高檔數（shù）控機床一般采用國外進口的數控係統和（hé）關鍵功能部（bù）件，在加工性能方（fāng）麵與進（jìn）口機床沒有太（tài）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，由於部件裝（zhuāng）配和調試技術水平不足，國產機床的精（jīng）度、動態特性等比（bǐ）國外機床（chuáng）稍差，且上述性能在應用過程中的下降速度要高於國外機床。
（2）國產高檔數控係統及（jí）關鍵功能部件等主機配套（tào）產品還（hái）有待加強（qiáng）。近年來，國內數控係統廠以西門子、法拉克等國外高檔（dàng）數（shù）控係統為對標，在多軸聯動加工、繞刀具中心旋轉（RTCP）、誤差補償等方麵進行了大量的功能開發，但仍與國外高檔數控係統存在（zài）差距（jù），體現為機床的（de）加工（gōng）精度無法滿足要求。功（gōng）能部（bù）件（jiàn）方麵，以（yǐ）高速（sù）主軸、A/C雙擺角數控（kòng）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（chǎn）階段，還缺乏在生產現場的批量應（yīng）用（yòng）。
（3）針對用戶加工工藝需求的技術服務能力不足。國外數控機床企業很早就針對用戶的具體加（jiā）工對象，提供包括（kuò）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（yóu）於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（quán）套解（jiě）決方（fāng）案（àn）受到（dào）用戶的普遍歡迎，這也是國外（wài）高檔數控機床在國內熱銷的重要原因。目前，國內機（jī）床企（qǐ）業由（yóu）於（yú）缺乏對用戶產品加工工藝的了（le）解（jiě），目前還無法提供全套解決方案，提供（gòng）的技術服務也隻針（zhēn）對機床本身，影響了國產機床在用戶現場（chǎng）的應用效果。
航空製造業未來發展對國（guó）產高檔數控（kòng）機床的需求
高檔數控機（jī）床的發展往往由被加工對象的加工工藝及（jí）用戶生（shēng）產需求拉（lā）動（dòng），飛機結（jié）構件作為飛機的主承力部（bù）件，具有形（xíng）狀複雜、加（jiā）工精度要求高、材料利用率低等特點，需要五軸聯動加工，一直是高檔數控機床研製和應用的主（zhǔ）要落地對象。隨著現（xiàn）代飛機（jī）性能的不斷提升（shēng），飛機零件正朝著整體化、大型化（huà）、複雜化、高（gāo）精度、新材料大量應用等方向發（fā）展，同時，數（shù）字化製造技術在航空製（zhì）造（zào）企業應用逐步深入，產品加工需求及用戶企業的技術發（fā）展對數控機床提出了新需求：
（1）大型高精度數控（kòng）機（jī）床（chuáng）及五軸聯動臥式加工機床。當前，部分大型飛機（jī）結構件的長（zhǎng）度（dù）已接（jiē）近20m，零件（jiàn）表麵精（jīng）度達到（dào）Ra1.6，促使（shǐ）加工設備向著大型化、高精度方向發展。德國DST公司的FOGS係列高精度五坐標（biāo）數控龍門（mén）銑（xǐ）床（chuáng），基於西門子840D sl係統開發了用於機床空間誤差的（de）自動檢（jiǎn）測及補償的KMS（Kinematic Management System）係統，並（bìng）對機床工作區域恒溫控製，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（cái）料去（qù）除率（lǜ）達95%以上，立式加工（gōng）時，高速（sù）切（qiē）削產生的大量切屑（xiè）極易堆積在零件表（biǎo）麵，造成零件的二次切削，影響（xiǎng）零件加（jiā）工質量，臥式機床以其排屑性好、具備FMC（柔性（xìng）製造單元）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（jī）結構件加工中臥式機（jī）床所（suǒ）占的比例將進一步（bù）提高。
（2）鈦合金（jīn）高效及複合（hé）材料加工機床。目前，鈦合金（jīn）和以碳纖維為代表的複合材料在現代飛機中所占（zhàn）的比例大幅提高，如A350、波（bō）音787的複合材料比例已經超過（guò）50%。在鋁合金（jīn）高速加工已基本解（jiě）決的情況（kuàng）下，鈦合金、複合材料加（jiā）工將成為未來航空製造企業的主要（yào）任務。由於切削性能差（chà），鈦合金的切（qiē）削效率一（yī）直很低，如何實現鈦合金的（de）高效加工是當前航空製造企業麵臨的一大難題，需要在高效加工設備、刀具、工藝方案等多方麵入手（shǒu），而高（gāo）效加工設備（bèi）是基（jī）礎。複合（hé）材料加工主要需解決（jué）汙染（rǎn）問題，與金屬材料不（bú）同（tóng），複合材料（如碳纖維（wéi）、蜂窩（wō）等）在高速切（qiē）削時會產生大量粉塵，對人體及機床造成傷害，因此，航空製造企業適於複合材料加工、防護（hù）性能良好的數控加（jiā）工設備（bèi）有著迫切的需求。
（3）自動（dòng）化生產係統以及滿足數字化製造（zào）需求的設備新功能。為提（tí）高生產效率、降低零（líng）件加工質量風險，包含（hán）運輸、加工、清洗（xǐ）、烘幹（gàn）及測量等功能的自動化生產係（xì）統已出現。目前國外航空製造企業已大量應用柔性生產線，國外部分航空製（zhì）造企業在（zài）碳纖維蒙（méng）皮加（jiā）工中已采用集成傳輸、加工、清洗、烘幹及測（cè）量等功能於（yú）一體的（de）自動化生產係統，大幅提高了零件（jiàn）加工效率，保證了零件加工質量。此外，數字化（huà）製造需要（yào）實時監控機床（chuáng）狀態，從機床（chuáng）實時采集零件加工及機床狀態（tài）數據（jù），這要求機床具備刀具自動測量、狀態自（zì）動（dòng）監控、零件在線測量等（děng）功能，並可與用戶企業網絡互聯互通。
上述目標的實現都離不開（kāi）機床企業和用（yòng）戶企業的（de）密切合作，需要繼續堅持04專項提倡的產學研用研發模式，尤其是示範應用的方式（shì）（圖4）。通過梳理專項前期重點成果，根據市場（chǎng）需求集中力量在重點用戶建立應用示範基地，充分發揮用戶的（de）數控加工工藝技術優勢以及設備應用經驗，彌補我國機床企（qǐ）業在這些方麵的不足，以在用戶實際生產現場應用的方式驗證並開發適應於用戶需求的新功能（néng），***終達到完善專項成（chéng）果，推進國產高檔數控（kòng）機（jī）床在******重點行業批量應用，提高（gāo）國產高檔（dàng）數控機床市場占有率的目的。
結束語
高檔數控機床技（jì）術含量高、附加值高（gāo），已成為我國機床行業現階段產業結構調（diào）整及轉型升級的優選方向（xiàng）。目前我國高檔數控機床整體上已有較大提升，整機、數（shù）控係統及部分關鍵功能部（bù）件已接近國際******水平（píng），並在航空航天、船舶等高（gāo）端製造企業小批量應用（yòng）。在當前國產高檔數控機床的產業化（huà）階段，推動其在******重點行業的推廣應用是關（guān）鍵，需要我國機床企業、科研院所及機床用戶緊密合作，緊（jǐn）跟用戶***新需求，堅持產學研用（yòng）的（de）合作模式，***終通過用驗證並解決國產機床存（cún）在的問題，實現 04專項提出的國產（chǎn）高檔（dàng）數控機床取代進口的目標。
作者：劉大煒 湯立（lì）民
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