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，其發展一直（zhí）受到******和相關（guān）行業的高（gāo）度關注。近些年隨著我國經濟社會的快（kuài）速發展（zhǎn），我國機（jī）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（shēng），而（ér）國民經濟發展中急需的高檔數（shù）控機床過度依賴進口的局麵已有所改善[1]。
受累（lèi）於低迷的世界經濟形勢，我國機（jī）床行業從2011年下半年進入下行狀態[2-3]，在國產數控機床行業總（zǒng）產值及利潤紛紛下滑的情況下，高檔（dàng）數控機床的需求卻穩步上升[2-3]，成為我國機床行業當前發展的一大（dà）亮點，高檔數控（kòng）機床也成為我國機床行業推進產業結構調整、實（shí）現（xiàn）轉型升級的重要著力點。在高檔數控機床與基礎製造裝備 ******科技重大專項（04專項）的推動下，我國高（gāo）檔數控機床近幾（jǐ）年得到（dào）快速發展，航空航（háng）天、船舶（bó）等高端製造業作為用（yòng）戶企業，其在促進我國高檔數控機床發（fā）展（zhǎn）中發（fā）揮（huī）的重要作用也得到業（yè）內專家的廣泛認可，緊密結合用戶企業的未來需求成為我國高檔數控機床產（chǎn）業化及（jí）批量應用的（de）重要保障。
公司在國內（nèi）知名專家教授的引領帶動下，組建了一支國內******的超精密（mì）技術（shù）研發團隊，研發團隊在超精密機床（chuáng）的單元（yuán）技（jì）術、切（qiē）削機理和工藝（yì）、成套技術及應用工藝方麵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製造相關（guān）產業（yè）提供優質的技術服務（wù）。
我國數控機（jī）床行（háng）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、產品類型及應用（yòng）領域等（děng）都有了長足進步，而在04專項的支持下，通過數控機床製造企業及機床用戶企業的共同努力，我國的高檔數控機床也有了較大發展，已在我國航空航（háng）天、船舶、汽車、發電等高端製造業得（dé）到初步應（yīng）用。
我國機床行業近年來產業規模大幅增加。十一五期間，金切機床行業工業（yè）總產值年（nián）平均增長率達23.6%，2010年達1306億（yì）元人民幣，並在2011年達到1542.9億元人民幣的曆史***高點，其中數控機（jī）床（chuáng）的發展速度更快，數控機床產量占金切機床總（zǒng）產量的比重由2005年的13.2%提高（gāo）到2010年的29.6%，國產數控機床產值（zhí）市場占有率也在2010年達到56.7%[1]。
在高檔數控機床方麵，隨著04專項的深入實施，一大（dà）批數控機床關鍵（jiàn）製（zhì）造技術得到突（tū）破，多種（zhǒng）構型的國產（chǎn）五軸聯動及複合加工機床實（shí）現了在用戶生產現場的小批量應用，廣泛用於飛機（jī）結構件、大型水輪機葉片等多種複雜零件的加工，加工材料涵蓋（gài）了鋁合金、鈦合金、不鏽鋼、複（fù）合（hé）材料等。以（yǐ）國產（chǎn）高檔數控機（jī）床在中航工業成飛公司的應用為例，成飛公司現（xiàn）裝備6台國產五軸聯（lián）動數控機床，故障率（lǜ）比國外同（tóng）型機床（chuáng）稍高，但已基（jī）本滿足（zú）飛機結構件批量加工。
五坐標數（shù）控龍門機床方麵，濟南二（èr）機床（chuáng）集團有限公司的XKV27係列龍（lóng）門移動式五軸聯（lián）動鏜銑床（chuáng）（圖1），配備大扭矩機械式A/C雙擺角數控（kòng）******銑頭，工作台麵寬度可（kě）達（dá）5m，長度可達40m，已在鞍鋼重型（xíng）機械有限（xiàn）責任公司、上海航天設備製造總廠（chǎng）應用。中（zhōng）航工業北京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（zhóu）頭，適用（yòng）於鈦合金、合金鋼（gāng）等複（fù）雜飛機結構件加工，目前已在中航（háng）工業成（chéng）飛等多（duō）家（jiā）飛（fēi）機製造企業應用。
五坐標立式加工（gōng）中心方麵，以沈陽中（zhōng）捷的（de）VMC 25100U（圖2）、中航工（gōng）業北京航（háng）空製造工程研究所的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）成飛用於飛機鈦合（hé）金零件加工，除（chú）部（bù）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1201機床接近，基本滿足鈦合金航（háng）空結構件的五軸加工（gōng）需求。
五坐標橋式機床方麵，中航工業北京航空製造工程（chéng）研究所的B5 2580 E橋式五坐標高速數控龍門（mén）銑床工作台尺寸為2.5m×8m，主軸轉速達到24000r/min，已有（yǒu）多台在我（wǒ）國航空製造（zào）企業應用。濟南（nán）二機床集團有限公司的XHSV25係列機床配備大功率、高轉速雙擺角數（shù）控******銑頭，工（gōng）作台麵***大寬度可達5m，長度***大可達30m，已在航天（tiān）二院二八三廠應用（yòng）。車銑複合機床方麵，北一機床的XKA 28105X300超重型數控龍門（mén）車銑（xǐ）複合機床已在哈（hā）爾濱汽輪機有限公（gōng）司投入使用。
數控係統方麵，中（zhōng）高（gāo）檔數控係統的開發和生產取得明顯進（jìn）展，部分國產數控係統已配套五（wǔ）軸聯動數控機床。04專項通過設立國產數控（kòng）係統成套裝置研製課（kè）題，已初步解決了高檔數控係（xì）統的多通道、多軸聯動、繞刀具中（zhōng）心（xīn）旋（xuán）轉、靜態誤差（chà）補償等技術難題，開發了與數控係統配（pèi）套的伺服驅（qū）動及電機等硬件，形成了係列化產品。典型如華中8型、廣數GSK25i、沈陽高精GJ400數控係統等，上述數控係統已配套多台04專項支持的中高檔數控機（jī）床，部分已（yǐ）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（zì）主知識產權的功能（néng）部件，部分性能指標已（yǐ）接近國際******水平。在04專項支（zhī）持下，國產功能部件已突破高速主軸、高（gāo）速滾珠絲杠、重載直線導軌、數控轉台、刀庫與機械手、A/C雙（shuāng）擺（bǎi）角數（shù）控銑（xǐ）頭等研製。尤其是作為五軸聯動數控機床關鍵功能（néng）部（bù）件的雙擺角（jiǎo）銑頭，如濟南（nán）第二機床集團研發的A/C雙擺角數控******銑頭（圖（tú）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（chǎn）高檔數控機（jī）床發展（zhǎn）需解決（jué）的主要問題
我國數（shù）控機床行業已基本解決高端產品的有無問題，但產業結構、產品結構與市場需求的矛盾尚未得到有效緩解，仍（réng）麵臨主（zhǔ）機大而（ér）不強，高檔數控（kòng）係統和關鍵功能部件發展滯後，技術服務能力不足等問（wèn）題。
國內機床行業近幾年的快速發展以中低端產（chǎn）品的產能擴充為主（zhǔ），高檔數控機床（chuáng）的研發（fā）投入不足，導致我（wǒ）國機床行業存在主機大（dà）而不強的（de）問（wèn）題，這也是（shì）近兩年受全球金融危機影響，我國大部分機床企業產值、利潤不斷下滑的主要原因（yīn）。推進高檔數控機床的產業化，提高國產高檔數控機床在******重點行業的占有率，是我國機床行（háng）業擺脫當前困（kùn）境，實現產業結構調整及轉型升級的關鍵，為此，我國機床企業在發展高檔數控機床的過程中需解決以下問題：
（1）國產高檔數控機床可（kě）靠性和性能穩定性較差（chà）。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（kǒu）的（de）數控係統和關鍵功能部件，在加工性能方麵（miàn）與進口機床沒有太大差距，但（dàn）機床（chuáng）輔助部件故障率較高，直接（jiē）推高了整（zhěng）機的故障率。此外，由於部件裝配和調試技術水（shuǐ）平不足，國產機床（chuáng）的精度、動態特性等（děng）比國外機床稍差，且上（shàng）述性能在應（yīng）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關鍵功能部件等主機配套產品還有待加強。近（jìn）年來，國內數控係（xì）統廠以西門子、法拉（lā）克等國（guó）外高檔數控係統為（wéi）對標，在多軸聯動加工、繞刀具中心旋轉（zhuǎn）（RTCP）、誤差補償等方麵（miàn）進行了大量的功（gōng）能開（kāi）發，但（dàn）仍與國外高檔數控係統存在差距，體現（xiàn）為機床的加工精度無法滿足要求。功能部件方麵，以高速主軸、A/C雙擺角數控（kòng）銑頭為（wéi）代表的（de）關鍵功能部件已實現研發突破，但仍停留在小批生產階段（duàn），還缺乏在生產現場的批量應用。
（3）針對用戶加（jiā）工工藝需求的技術服務（wù）能力不足（zú）。國（guó）外（wài）數（shù）控機床企業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（qiē）削參數等（děng）在內的一攬子解決方案，由於用戶采購高檔數（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（quán）套解決方案受到用戶的普遍歡迎，這也是國外（wài）高檔數控機（jī）床在國內熱銷的重要原因。目前，國內機床企業由於缺乏對（duì）用（yòng）戶產品加工工藝的（de）了解，目前還無法提供全套（tào）解決方案，提供的技術服務也隻針對機床本身，影響了國產機床在用戶現場的應用效果。
航空製造業（yè）未來發展對國產高（gāo）檔數控（kòng）機床的需求
高檔數控機床的發展往往由被加工對象的加工（gōng）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，具有形狀複雜、加工精度（dù）要求高、材（cái）料利（lì）用率低等特點，需要五軸聯動加工，一直是高檔數控機床（chuáng）研（yán）製和應用的主要（yào）落（luò）地對象。隨著現代飛機性能的不斷提（tí）升，飛機零（líng）件正朝著整（zhěng）體（tǐ）化、大型化、複雜化、高精度、新材料大量應用等方向（xiàng）發（fā）展，同時，數字化（huà）製造（zào）技術在航空製（zhì）造企業應（yīng）用逐步深入，產品加工（gōng）需求及用戶企業的技術發展對數控機床提出了新需求（qiú）：
（1）大型高（gāo）精度數控機床及五軸聯動臥式加（jiā）工機床。當前，部分大型飛機（jī）結構件的長度已接近20m，零件表麵精度達到Ra1.6，促使加工設備向著大型化、高精度方向（xiàng）發展。德國DST公司的FOGS係列高（gāo）精度五坐標數控龍門銑床，基於西門（mén）子840D sl係統（tǒng）開發了用於機床空間誤差的（de）自動檢測及補償的（de）KMS（Kinematic Management System）係統，並對機床工作區域恒溫（wēn）控製，使機床在2.5m×9m×1.5m的（de）工作空間內定位（wèi）精度達到1.6μm/m3。此外（wài），飛機結構件加工的材料去除率（lǜ）達95%以上，立式加工時，高速切削產生的大量切屑極（jí）易堆（duī）積在零件表（biǎo）麵，造成零件的二次切削，影響零件加工質量，臥（wò）式機床以其排屑性好、具備FMC（柔性製造單元）功能等特點，在飛機結構件加（jiā）工中的（de）應用已（yǐ）越來越多（duō），未來（lái）飛（fēi）機結構件加工（gōng）中臥式機（jī）床（chuáng）所占的比例將進一步提高。
（2）鈦合金高效及複合材料加工機（jī）床。目前（qián），鈦合金和以碳纖維為代（dài）表（biǎo）的複合材料在（zài）現（xiàn）代飛機（jī）中所占的比例（lì）大幅提高，如A350、波音787的複（fù）合材料比例已經超過50%。在鋁合金高速加工已基本（běn）解決的情況（kuàng）下，鈦合金（jīn）、複合材料（liào）加（jiā）工將成（chéng）為未來航空製造企業的主要任務。由於切（qiē）削性能差（chà），鈦（tài）合金的（de）切削效率一直很低，如何實現鈦合金的高效加工是當前航（háng）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（yì）方案等多方麵入手，而高效加工設備（bèi）是基礎。複合材料加工主要需解決汙染（rǎn）問題，與金（jīn）屬材料不同（tóng），複合材料（liào）（如碳（tàn）纖維、蜂窩等）在高速切削時會產生大量粉塵，對（duì）人（rén）體及機床造成傷害，因此，航空製造企業適於複（fù）合材料加工、防護（hù）性能良好的數控（kòng）加工設備（bèi）有著迫切的需求。
（3）自動化生產係統以及滿足數字化製造需求的設備（bèi）新功能。為提高生產效率（lǜ）、降低零件加工質量風險，包含運輸、加工、清洗、烘幹及（jí）測量等功能的自動化生產係統已出（chū）現（xiàn）。目（mù）前國外航空（kōng）製（zhì）造企業已大量應用柔性生產線（xiàn），國（guó）外部分航空製造企業在碳纖維蒙皮加工中已采用集成傳輸、加工、清洗、烘幹及測（cè）量等功能於一體的自（zì）動化生產係（xì）統，大幅提高了零（líng）件加工效率，保證了零（líng）件加工質量。此外，數字化製造需要實時監控機床狀態，從機（jī）床實（shí）時采集零件加工及機床狀態數據，這要求機床具備刀（dāo）具自動測量、狀態自動監控、零（líng）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（mù）標的實現都離不開機床企業和用戶企業的密切合作，需要繼續堅持04專項提倡的產學（xué）研用研發模式，尤其是示範應用的方式（圖4）。通過梳理專項前（qián）期（qī）重點成果，根據市場需求集（jí）中（zhōng）力量在重點用戶建立應用示範基地，充分發揮用戶的數控加（jiā）工工藝技術優勢以及設備應（yīng）用經驗，彌補我（wǒ）國機床企業在（zài）這些方麵的不足（zú），以在（zài）用戶實際生產現場應用（yòng）的方式驗證並開發適應於（yú）用戶需求的新功能，***終達到完善專項成果，推進國產高（gāo）檔數控機床在******重點行業批量應用，提高國產高檔（dàng）數（shù）控機床市場占有（yǒu）率的目的。
結束語
高檔數控機床技（jì）術含量（liàng）高、附加值高，已成為我國機床行業現階段產業結構調整及轉型升級的優選方向。目前我國高檔（dàng）數控機床整體（tǐ）上已有較大提升，整機、數控係統及部分關鍵功能（néng）部件已接近（jìn）國際******水平，並在航空航天、船舶等高端（duān）製造企（qǐ）業小批量應用。在當前國產高檔數（shù）控機床的產業化階段，推動其（qí）在******重點行（háng）業的推廣應用是關鍵，需要我國機床企業、科研院所及機床用戶緊（jǐn）密（mì）合（hé）作，緊跟用戶***新需求，堅持（chí）產（chǎn）學研用的合作模式，***終通過（guò）用驗（yàn）證並解決國產機床存在（zài）的問題，實（shí）現 04專項提出的國產高檔數控機床取（qǔ）代進口的目（mù）標。
作者：劉大煒 湯立民
免責聲明：本公眾號所載（zǎi）文章為本公眾號原創或（huò）根據（jù）網絡（luò）搜集編輯整理（lǐ），文章版權歸原作者所有。如涉及作品內容、版權和其（qí）它問題，請跟我們聯係！文章內容為（wéi）作者個人觀點,並不代表本公眾號讚同或支持其觀點。本公眾號擁（yōng）有對此聲明的***終解釋權（quán）。
客服