高档数控机床的作用范文

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第1篇

在“高档数控机床与基础制造装备”国家科技重大专项(04专项)的推动下，我国高档数控机床近几年得到快速发展，航空航天、船舶等高端制造业作为用户企业，在促进我国高档数控机床发展中发挥的重要作用也得到业内专家的广泛认可，紧密结合用户企业的未来需求成为我国高档数控机床产业化及批量应用的重要保障。

制造业是推动经济发展的发动机，而数控机床作为现代制造业的关键核心装备，其发展一直受到国家和相关行业的高度关注。近些年随着我国经济社会的快速发展，我国机床行业有了长足的进步，产业规模、产品质量和系列规格都有了很大提升，而国民经济发展中急需的高档数控机床过度依赖进口的局面已有所改善[1]。

受累于低迷的世界经济形势，我国机床行业从2011年下半年进入下行状态[2，3]，在国产数控机床行业总产值及利润纷纷下滑的情况下，高档数控机床的需求却稳步上升[2，3]，成为我国机床行业当前发展的一大亮点，高档数控机床也成为我国机床行业推进产业结构调整、实现转型升级的重要着力点。在“高档数控机床与基础制造装备”国家科技重大专项(04专项)的推动下，我国高档数控机床近几年得到快速发展，航空航天、船舶等高端制造业作为用户企业，其在促进我国高档数控机床发展中发挥的重要作用也得到业内专家的广泛认可，紧密结合用户企业的未来需求成为我国高档数控机床产业化及批量应用的重要保障。

我国数控机床行业的发展现状

经过多年发展，我国数控机床行业的产业规模、产品类型及应用领域等都有了长足进步，而在04专项的支持下，通过数控机床制造企业及机床用户企业的共同努力，我国的高档数控机床也有了较大发展，已在我国航空航天、船舶、汽车、发电等高端制造业得到初步应用。

我国机床行业近年来产业规模大幅增加。“十一五”期间，金切机床行业工业总产值年平均增长率达23.6%，2010年达1306亿元人民币，并在2011年达到1542.9亿元人民币的历史最高点，其中数控机床的发展速度更快，数控机床产量占金切机床总产量的比重由2005年的13.2%提高到2010年的29.6%，国产数控机床产值市场占有率也在2010年达到56.7%[1]。

在高档数控机床方面，随着04专项的深入实施，一大批数控机床关键制造技术得到突破，多种构型的国产五轴联动及复合加工机床实现了在用户生产现场的小批量应用，广泛用机结构件、大型水轮机叶片等多种复杂零件的加工，加工材料涵盖了铝合金、钛合金、不锈钢、复合材料等。以国产高档数控机床在中航工业成飞公司的应用为例，成飞公司现装备6台国产五轴联动数控机床，故障率比国外同型机床稍高，但已基本满足飞机结构件批量加工。

五坐标数控龙门机床方面，济南二机床集团有限公司的XKV27系列龙门移动式五轴联动镗铣床(图1)，配备大扭矩机械式A/C双摆角数控万能铣头，工作台面宽度可达5m，长度可达40m，已在鞍钢重型机械有限责任公司、上海航天设备制造总厂应用。中航工业北京航空制造工程研究所的G52560ABJ五坐标数控龙门铣床配备A/B摆角式机械主轴头，适用于钛合金、合金钢等复杂飞机结构件加工，目前已在中航工业成飞等多家飞机制造企业应用。

五坐标立式加工中心方面，以沈阳中捷的VMC25100U(图2)、中航工业北京航空制造工程研究所的V51030ABJ为代表的国产五坐标立式低速加工中心(A/B摆角)已在中航工业成飞用机钛合金零件加工，除部分指标及整机可靠性略低外，这两款机床的零件加工能力与Rambaudi公司的1201机床接近，基本满足钛合金航空结构件的五轴加工需求。

五坐标桥式机床方面，中航工业北京航空制造工程研究所的B52580E桥式五坐标高速数控龙门铣床工作台尺寸为2.5m×8m，主轴转速达到24000r/min，已有多台在我国航空制造企业应用。济南二机床集团有限公司的XHSV25系列机床配备大功率、高转速双摆角数控万能铣头，工作台面最大宽度可达5m，长度最大可达30m，已在航天二院二八三厂应用。车铣复合机床方面，北一机床的XKA28105X300超重型数控龙门车铣复合机床已在哈尔滨汽轮机有限公司投入使用。

数控系统方面，中高档数控系统的开发和生产取得明显进展，部分国产数控系统已配套五轴联动数控机床。04专项通过设立国产数控系统成套装置研制课题，已初步解决了高档数控系统的多通道、多轴联动、绕刀具中心旋转、静态误差补偿等技术难题，开发了与数控系统配套的伺服驱动及电机等硬件，形成了系列化产品。典型如华中8型、广数GSK25i、沈阳高精GJ400数控系统等，上述数控系统已配套多台04专项支持的中高档数控机床，部分已投入实际现场应用。

数控机床功能部件方面，形成了一批具有自主知识产权的功能部件，部分性能指标已接近国际先进水平。在04专项支持下，国产功能部件已突破高速主轴、高速滚珠丝杠、重载直线导轨、数控转台、刀库与机械手、A/C双摆角数控铣头等研制。尤其是作为五轴联动数控机床关键功能部件的双摆角铣头，如济南第二机床集团研发的A/C双摆角数控万能铣头(图3)，可配备机械主轴和电主轴，其中机械主轴扭矩达2200N·m，转速1600r/min，电主轴扭矩73.8N·m，转速24000r/min，这两类铣头已配备多种构型的数控机床。

国产高档数控机床发展需解决的主要问题

我国数控机床行业已基本解决高端产品的有无问题，但产业结构、产品结构与市场需求的矛盾尚未得到有效缓解，仍面临主机大而不强，高档数控系统和关键功能部件发展滞后，技术服务能力不足等问题。

国内机床行业近几年的快速发展以中低端产品的产能扩充为主，高档数控机床的研发投入不足，导致我国机床行业存在主机大而不强的问题，这也是近两年受全球金融危机影响，我国大部分机床企业产值、利润不断下滑的主要原因。推进高档数控机床的产业化，提高国产高档数控机床在国家重点行业的占有率，是我国机床行业摆脱当前困境，实现产业结构调整及转型升级的关键，为此，我国机床企业在发展高档数控机床的过程中需解决以下问题：

(1)国产高档数控机床可靠性和性能稳定性较差。目前已投入实际生产应用的国产高档数控机床一般采用国外进口的数控系统和关键功能部件，在加工性能方面与进口机床没有太大差距，但机床辅助部件故障率较高，直接推高了整机的故障率。此外，由于部件装配和调试技术水平不足，国产机床的精度、动态特性等比国外机床稍差，且上述性能在应用过程中的下降速度要高于国外机床。

(2)国产高档数控系统及关键功能部件等主机配套产品还有待加强。近年来，国内数控系统厂以西门子、法拉克等国外高档数控系统为对标，在多轴联动加工、绕刀具中心旋转(RTCP)、误差补偿等方面进行了大量的功能开发，但仍与国外高档数控系统存在差距，体现为机床的加工精度无法满足要求。功能部件方面，以高速主轴、A/C双摆角数控铣头为代表的关键功能部件已实现研发突破，但仍停留在小批生产阶段，还缺乏在生产现场的批量应用。

(3)针对用户加工工艺需求的技术服务能力不足。国外数控机床企业很早就针对用户的具体加工对象，提供包括机床、典型工艺方案及切削参数等在内的一揽子解决方案，由于用户采购高档数控机床一般针对实际零件加工需求，这种围绕产品加工需求的全套解决方案受到用户的普遍欢迎，这也是国外高档数控机床在国内热销的重要原因。目前，国内机床企业由于缺乏对用户产品加工工艺的了解，目前还无法提供全套解决方案，提供的技术服务也只针对机床本身，影响了国产机床在用户现场的应用效果。

航空制造业未来发展对国产高档数控机床的需求

高档数控机床的发展往往由被加工对象的加工工艺及用户生产需求拉动，飞机结构件作为飞机的主承力部件，具有形状复杂、加工精度要求高、材料利用率低等特点，需要五轴联动加工，一直是高档数控机床研制和应用的主要落地对象。随着现代飞机性能的不断提升，飞机零件正朝着整体化、大型化、复杂化、高精度、新材料大量应用等方向发展，同时，数字化制造技术在航空制造企业应用逐步深入，产品加工需求及用户企业的技术发展对数控机床提出了新需求：

(1)大型高精度数控机床及五轴联动卧式加工机床。当前，部分大型飞机结构件的长度已接近20m，零件表面精度达到Ra1.6，促使加工设备向着大型化、高精度方向发展。德国DST公司的FOGS系列高精度五坐标数控龙门铣床，基于西门子840Dsl系统开发了用于机床空间误差的自动检测及补偿的KMS(KinematicManagementSystem)系统，并对机床工作区域恒温控制，使机床在2.5m×9m×1.5m的工作空间内定位精度达到1.6μm/m3。此外，飞机结构件加工的材料去除率达95%以上，立式加工时，高速切削产生的大量切屑极易堆积在零件表面，造成零件的二次切削，影响零件加工质量，卧式机床以其排屑性好、具备FMC(柔性制造单元)功能等特点，在飞机结构件加工中的应用已越来越多，未来飞机结构件加工中卧式机床所占的比例将进一步提高。

(2)钛合金高效及复合材料加工机床。目前，钛合金和以碳纤维为代表的复合材料在现代飞机中所占的比例大幅提高，如A350、波音787的复合材料比例已经超过50%。在铝合金高速加工已基本解决的情况下，钛合金、复合材料加工将成为未来航空制造企业的主要任务。由于切削性能差，钛合金的切削效率一直很低，如何实现钛合金的高效加工是当前航空制造企业面临的一大难题，需要在高效加工设备、刀具、工艺方案等多方面入手，而高效加工设备是基础。复合材料加工主要需解决污染问题，与金属材料不同，复合材料(如碳纤维、蜂窝等)在高速切削时会产生大量粉尘，对人体及机床造成伤害，因此，航空制造企业适于复合材料加工、防护性能良好的数控加工设备有着迫切的需求。

(3)自动化生产系统以及满足数字化制造需求的设备新功能。为提高生产效率、降低零件加工质量风险，包含运输、加工、清洗、烘干及测量等功能的自动化生产系统已出现。目前国外航空制造企业已大量应用柔性生产线，国外部分航空制造企业在碳纤维蒙皮加工中已采用集成传输、加工、清洗、烘干及测量等功能于一体的自动化生产系统，大幅提高了零件加工效率，保证了零件加工质量。此外，数字化制造需要实时监控机床状态，从机床实时采集零件加工及机床状态数据，这要求机床具备刀具自动测量、状态自动监控、零件在线测量等功能，并可与用户企业网络互联互通。

上述目标的实现都离不开机床企业和用户企业的密切合作，需要继续坚持04专项提倡的“产学研用”研发模式，尤其是示范应用的方式(图4)。通过梳理专项前期重点成果，根据市场需求集中力量在重点用户建立“应用示范基地”，充分发挥用户的数控加工工艺技术优势以及设备应用经验，弥补我国机床企业在这些方面的不足，以在用户实际生产现场“应用”的方式验证并开发适应于用户需求的新功能，最终达到完善专项成果，推进国产高档数控机床在国家重点行业批量应用，提高国产高档数控机床市场占有率的目的。

第2篇

关键词：科学技术；机械制造业；现代数控机床；发展情况；策略

中图分类号：TB 文献标识码：A 文章编号：1672-3198（2012）17-0176-01

0 绪言

机床是世界先进制造技术与制造信息结合的重要元素，并且是机械制造业发展的重要环节与工具。所谓数控机床，指的是在数字化控制下，能够在尺寸精准与几何精准两个方面制造毛坯零件加工中需要立体几何形状的工作母机的总称。与传统的数控机床相比，现代数控机床具有高效、高精度等特征，解决了原来数控领域难以解决的问题，保证了加工零件的质量，并且降低了数控工人的工作强度，进而提升了生产效率。发展数控机床技术是我国实现工业现代化的基础工作，并且也是机械制造产业改革的必经之路。而随着科学技术的不断发展，我国的数控机床技术也取得了明显的成果，但是依然存在一些问题，就需要我们去改进与创新。

1 我国数控机床技术发展现状与问题

机床产业是我国经济发展的基础，而其中的装备制造业又是工业发展的核心。我国将发展高档数控机床技术作为新时期十六个科技创新项目之一，尤其在我国政府的大力支持下，我国的数控机床领域有了重大的研究突破，并且研发出了一批具有我国自主知识产权的数控机床技术。

第一，在中高档数控机床方面有了重大突破。我国在近几年开发出了大型、五轴联动的数控加工机床与其他大批的专业化高效率数控机床，并且建立了大批的中档数控机床核心产业基地。

第二，核心功能部位的制造水平提高。随着科学技术的发展，我国制造的数控机床的部分性能已经接近了国际的指标，达到了制造的先进水平。我国相应开发出了高速主轴单元、重载直线导轨等高性能的核心数控部件样机，而其中有些部件已经开始小批量的生产，获得了不错的反响。

第三，部分中高档数控机床系统开发应用取得一定成果。我国的数控领域通过自主研发与其他国家相互合作，在部分中档数控机床技术领域取得了明显的成果，能够初步解决远程数据等传统机床出现的技术难题。

然而我们看到了我国数控机床取得的明显成果，也要正视依然存在的问题：

第一，我国高档数控机床供应能力较弱。虽然我国的数控机床领域在近几年得到了显著的发展，并且工作效率也明显提高。但是我们依然可以看到机床消费与生产结构之间的矛盾，而随着我国工业发展，对中高档数控机床的需求远远超过了低档的需求，但是我国高档数控机床依然需要从外国进口。

第二，自主创新能力较差。一直以来，我国的机床制造业都在行业内的研究所中进行，但是由于创新能力较差，技术投入不足，导致自主创新能力不高。虽然我国一直引进海外技术，并且购买了许多先进的数控技术，但是由于缺乏基础性的研究技术，因此难以汲取先进技术为己用。

2 我国数控机床发展创新策略研究

第一，提高自主开发与创造能力。面对我国这个工业大国，我们必须要提高机床产品的创新开发力度，要实现核心技术与功能部件的有机结合，以研发高档数控机床为主要目标，提高整个数控产业化的水平。加强我国数控技术基础研发理论的研究以及数控应用软件的科研，改革行业标准，为我国数控机床领域发展奠定基础。

第二，将数控功能部件作为基础，核心共性科学技术作为支撑力量。我国的数控系统与功能部件等基础研究方面是弱项，并且成为阻碍我国数控机床领域发展的一大障碍，因此我们必须要提高专业化程度与自主研发能力。数控技术的发展与自主创新能力的提升需要依靠数控核心技术的掌控，并且依靠数控核心共性技术的支撑作用。我们都知道基础技术的研究是提高整个数控产业水平的基础与保障，也是机床设计中的核心与关键之处，这对于我国数控机床领域跨出一大步具有重要的作用。

第三，引进先进技术，与先进国家合作。我们可以向西方具有先进技术的国家吸取经验，并且以市场来换技术，与跨国公司进行合作，实现数控主流产品的高起点与专业化发展模式。对引进的先进技术，要充分吸收，实现创新，满足用户的多种需求。

3 结语

随着我国工业化进程的大踏步前进，数控机床领域的发展也是迅猛飞进的，并且朝着高效、高速、网络化等方向发展。在近几年我国政府注重对数控机床的投入资金与研发力度，并且取得了巨大的成效。但是纵观我国数控机床技术，依然以西方先进国家存在较大差距。我们需要不断努力，加强对自主知识产权技术与创新产品的研发，进而满足我国重点工程的现代需求，缩短与先进国家的差距，实现我国数控机床领域的可持续发展。

参考文献

［1］张耀满，赵亮，蔡光起等.高速机床进给系统的性能研究［J］.机械工程师，2004，（05）.

［2］肖曙红，夏红梅，张伯霖.直接驱动进给系统模糊推理自校正控制的研究［J］.现代制造工程，2004，（07）.

［3］谢红，高健.加工中心的工作台和伺服进给系统设计［J］.现代机械，2002，（02）.

［4］邰晓辉.XK717数控铣床进给传动系统的动力学优化［D］.浙江工业大学，2006.

第3篇

为了夯实我国的工业之基，缩小我国数控机床领域与国际上的差距，2009年，我国正式启动实施“高档数控机床与基础制造装备”国家科技重大专项。8年多来，专项取得了丰硕成果，新增产值约706亿元，我国高端数控机床技术水平不断提高，重点领域国产制造装备生产制造支撑强劲有力，高档数控机床实现了国产化突围。

制造能力显著提升

通过对进口量大、市场需求面广的数控车床进行研发，我国机床企业拥有了可以与进口设备比肩的自主研发产品，设计制造能力得到提升

“在一台机床上，X轴的运动可以加工线条，加上Y轴可以加工面，有了Z轴可以加工一个立体的东西，但是这还远远不够。”机械科学研究总院院长王德成告诉笔者，“工业上往往要加工更为复杂的曲面，舰艇、飞机、火箭、卫星、飞船中许多关键零件的材料、结构、加工工艺都有一定的特殊性和加工难度，用传统加工方法无法达到要求，必须采用多轴联动、高速、高精度的数控机床才能满足加工要求。”

王德成所说的多轴联动是数控机床中一项关键技术，它可以实现在一台机床的多个坐标轴上同时运动，刀具或工件可在数控系统控制下同时协调运动，从而完成复杂形状的加工。虽然我国是当今世界第一制造大国，但是这样的高档数控机床缺乏，导致我国在高端制造领域受制于人。

“以前我国做不了五轴联动机床，所使用的数控系统也是国外制造的。曾经为了制造大型船只上的一个设备，许多厂商争先恐后抢着使用仅有的一台进口机床。而对于航空航天企业而言，国外高档数控机床不仅对我们限制进口，即使进口了，其数控系统也留有信息后门，对于国防安全是一个很大的隐患。”专项技术总师、中国工程院院士卢秉恒说。

随着我国航空航天、船舶制造、能源电力、国防军工、汽车和工程机械等行业的迅猛发展，对大型、重型、复合、高精度高档数控机床的需求急剧增加。改变高档数控机床领域掣肘的现状迫在眉睫。

对此，“高档数控机床与基础制造装备”国家科技重大专项重点对进口量大、市场需求面广的加工中心和数控车床的研发进行了部署。机床企业开发出了一大批适应市场需求的新产品，龙门式加工中心、五轴联动加工中心等制造技术趋于成熟，重型锻压装备性能接近国际先进水平，精密卧式加工中心形成具有自主知识产权的柔性制造系统核心技术。至“十二五”时期末，我国机床企业的产品设计制造能力得到显著提升，高档数控机床和装备的国际竞争力不断增强。

在高档数控机床领域，我国终于拥有了可以与进口设备比肩的自主研发的产品，8万吨大型模锻压力机和万吨级铝板张力拉伸机等重型锻压及数控冲压设备的成功研制，填a了国内航空领域大型整体成形技术空白；大型贮箱成套焊接装备成功应用于五号等新一代火箭研制，在航天领域建立了首条采用国产加工中心和数控车削中心的生产示范线，已应用于新一代运载火箭、对接机构、探月工程差动机构等100余种、10000余件关键复杂零部件的加工，取得了显著的经济效益和社会效益；数控锻压成形设备的产业化成效显著，其中汽车覆盖件冲压线国内市场占有率超过70%，全球市场占有率已超过30%，有力推动国产汽车装备自主化，并向美国成功出口9条汽车生产线。

技术标准逐步完善

我国机床行业形成一大批技术标准和规范，部分技术标准被列入国际标准，行业国际竞争优势显著增强，对产品研发提供有力支撑

“高档数控机床与基础制造装备”国家科技重大专项实施以来，行业技术水平明显提升。卢秉恒介绍，我国研制的精密卧式加工中心等30多类重点产品达到国际先进水平。其中，25米数控立柱移动立式铣车床是国家重大工程项目建设的急需、替代进口的高端产品，其技术参数、技术等级均处于世界领先地位，机床规格、承载重量世界最大，代表了国家高档数控重型机床最高水平。

最值得一提的是，我国机床行业的自主创新和可靠性水平提升显著，标准和技术规范逐步完善。通过专项实施，推动国内机床骨干企业联合高校、用户进行开发，积极组织数控机床可靠性评定国家/行业标准的编制并在机床行业内推广应用。机床主机平均无故障时间从专项实施前的400～500小时已普遍提升至1200小时左右，部分产品已达到国际先进的2000小时。

卢秉恒介绍，专项成果形成一大批技术标准和规范，部分技术标准受到国际同行重视，并被列入国际标准，行业国际竞争优势显著增强，对产品研发提供有力支撑，也对国家装备制造业持续发展能力的提升起到保障作用。

2016年底，我国自主提出的用于检测五轴联动机床精度的S形试件标准已通过国际标委会审定，成为我国在高档数控机床设计、检测领域的首项标准，实现了“零”的突破。

此外，专项实施8年多来，累计申请发明专利3956项，立项国家及行业标准407项，研发新产品、新技术2951项。在行业研究机构、重点企业建设了18项创新能力平台、部署了70个示范工程，培养创新型人才5500余人。

国产“大脑”补齐短板

数控系统实现了从模拟式、脉冲式到全数字总线的跨越，初步具备与国外同类产品的竞争能力，突破了制约我国数控机床行业发展的瓶颈

数控系统是机床装备的“大脑”，是决定数控机床功能、性能、可靠性、成本价格的关键因素，也是制约我国数控机床行业发展的瓶颈。而基础薄弱、“缺心少脑”一直是中国制造的短板。

专家表示，数控系统、伺服电机、伺服驱动等是制造装备最重要的关键基础部件。要实现“中国制造2025”的目标，形成“中国智造”的核心竞争力，离不开数控系统包括伺服驱动、伺服电机等关键技术的创新。

为了补齐短板，“高档数控机床与基础制造装备”国家科技重大专项部署实行全产业链布局，国产数控系统实现部分技术的原创超越。企业掌握了数控系统的软硬件平台设计与批量生产技术，在多通道、多轴联动、高速插补等关键技术指标方面达到国际主流产品技术水平。

通过专项的支持，我国数控系统实现了从模拟式、脉冲式到全数字总线的跨越，已初步具备与国外同类产品的竞争能力。高档数控系统、功能部件与主机产品配套研发，初步实现与高档数控机床的批量配套。据工业和信息化部装备工业司副司长罗俊杰介绍，2016年，数控机床专项支持研发的高档数控系统已累计销售1000余套，国内市场占有率由专项启动前的不足1%提高到了5%左右。

目前，国产高档数控系统已与10多类600多台高档数控机床配套，开始在航空航天重点企业示范应用。“功能部件企业产品质量水平稳步提高，品种系列不断完善，滚动功能部件检测装备从无到有，静刚度等关键技术指标和测试设备水平已跻身国际先进行列。截至目前，滚动功能部件在中高端数控机床市场占有率达20%，较2009年专项实施前提升4倍，品种满足度为80%。”罗俊杰说。