從國(guó)內(nèi)外高檔數(shù)控機(jī)床技專用電機(jī)術(shù)看裝備制造業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

時(shí)間：2019-08-31 13:22

　　數(shù)控機(jī)床和基礎(chǔ)制造裝備是裝備制造業(yè)的;工作母機(jī)，一個(gè)國(guó)家的機(jī)床行業(yè)技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量，是衡量其裝備制造業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。

　　《中國(guó)制造;2025》

　　機(jī)床作為當(dāng)前機(jī)械加工產(chǎn)業(yè)的主要設(shè)備，其技術(shù)發(fā)展已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)機(jī)械加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展標(biāo)志。數(shù)控機(jī)床是制造裝備業(yè)的工作母機(jī)，是先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)和軍工現(xiàn)代化的戰(zhàn)略裝備。

　　高檔數(shù)控機(jī)床是指具有高速、精密、智能、復(fù)合、多軸聯(lián)動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)通信等功能的數(shù)字化數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)。高檔數(shù)控機(jī)床作為世界先進(jìn)機(jī)床設(shè)備的代表，其發(fā)展象征著國(guó)家目前的機(jī)床制造業(yè)占全世界機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展的先進(jìn)階段，因此國(guó)際上把五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床等高檔機(jī)床技術(shù)作為一個(gè)國(guó)家工業(yè)化的重要標(biāo)志。

　　高檔數(shù)控機(jī)床在傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)上，能完成一個(gè)自動(dòng)化生產(chǎn)線的工作效率，是科技速度發(fā)展的產(chǎn)物，而對(duì)于國(guó)家來(lái)講這是機(jī)床制造行業(yè)本質(zhì)上的一種進(jìn)步。高檔數(shù)控機(jī)床集多種高端技術(shù)于一體，應(yīng)用于復(fù)雜的曲面和自動(dòng)化加工，在航空航天、船舶、機(jī)械制造、高精密儀器、軍工、醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)等多種領(lǐng)域的設(shè)備制造業(yè)有著非常緊密的關(guān)系。

　　《中國(guó)制造;2025》將數(shù)控機(jī)床和基礎(chǔ)制造裝備列為;加快突破的戰(zhàn)略必爭(zhēng)領(lǐng)域，其中提出要加強(qiáng)前瞻部署和關(guān)鍵技術(shù)突破，積極謀劃搶占未來(lái)科技和產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)制造點(diǎn)，提高國(guó)際分工層次和話語(yǔ)權(quán)。

　　1、國(guó)內(nèi)外高檔數(shù)控機(jī)床發(fā)展現(xiàn)狀

　　美、德、日三國(guó)事當(dāng)今世上在數(shù)控機(jī)床科研、設(shè)計(jì)、制作和應(yīng)用上,技巧最先進(jìn)、經(jīng)驗(yàn)最多的國(guó)家。

　　美國(guó)的特點(diǎn)是:政府器重機(jī)床工業(yè)，美國(guó)國(guó)防部等部門不斷提出機(jī)床的發(fā)展方向、科研任務(wù)和供給充分的經(jīng)費(fèi)，且網(wǎng)羅世界人才，特別講究;效率和;創(chuàng)新，重視基礎(chǔ)科研。哈斯自動(dòng)化公司是全球最大的數(shù)控機(jī)床制造商之一，在北美洲的市場(chǎng)占有率大約為40%

　　，所有機(jī)床完全在美國(guó)加州工廠生產(chǎn)，擁有近百個(gè)型號(hào)的CNC立式和臥式加工中心、CNC車床、轉(zhuǎn)臺(tái)和分度器。哈斯致力于打造精確度更高、重復(fù)性更好、經(jīng)久耐用，而且價(jià)格合理的機(jī)床產(chǎn)品。

　　德國(guó)數(shù)控機(jī)床在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)制造技術(shù)和先進(jìn)工藝基礎(chǔ)上，不斷采用先進(jìn)電子信息技術(shù)，在加強(qiáng)科研的基礎(chǔ)上自行創(chuàng)新開發(fā)。德國(guó)數(shù)控機(jī)床主機(jī)配套件，機(jī)、電、液、氣、光、刀具、測(cè)量、數(shù)控系統(tǒng)等各種功能部件在質(zhì)量、性能上居世界前列。代表大型龍門加工中心最高水平的是德國(guó)瓦德里希?科堡公司的產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)北一機(jī)床采用的就是德國(guó)瓦德里希?科堡的技術(shù)。

　　日本政府通過(guò)規(guī)劃和制訂法規(guī)以及提供充足研發(fā)經(jīng)費(fèi)，鼓勵(lì)科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)大力發(fā)展數(shù)控機(jī)床。在機(jī)床部件配套方面，日本學(xué)習(xí)德國(guó);在數(shù)控技術(shù)和數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)研究方面，學(xué)習(xí)美國(guó)，改進(jìn)和發(fā)展了兩國(guó)的成果取得很大成效。日本機(jī)床也應(yīng)為日本精密制造而聞名世界。

　　國(guó)內(nèi)產(chǎn)品與國(guó)外產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)上的差別并不大，采用的新技術(shù)也相差無(wú)幾，但在先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用和制造工藝水平上與世界先進(jìn)國(guó)家還有一定差距。新產(chǎn)品開發(fā)能力和制造周期還滿足不了國(guó)內(nèi)用戶需要，零部件制造精度和整機(jī)精度保持性、可靠性尚需很大提高，尤其是在與大型機(jī)床配套的數(shù)控系統(tǒng)、功能部件，如刀庫(kù)、機(jī)械手和兩坐標(biāo)銑頭等部件，還需要境外廠家配套滿足。國(guó)內(nèi)大型機(jī)床制造企業(yè)的制造能力很強(qiáng)，但大而不精，其主要原因還是加工設(shè)備落后，數(shù)控化率很低，尤其是缺乏高精水平的加工設(shè)備。同時(shí)，國(guó)內(nèi)企業(yè)普遍存在自主創(chuàng)新能力不足，因?yàn)榇笮蜋C(jī)床單件小批量的市場(chǎng)需求特點(diǎn)，決定了對(duì)技術(shù)創(chuàng)新的要求更高。

　　2、國(guó)內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

　　經(jīng)過(guò)持久研發(fā)和創(chuàng)新，德、美、日等國(guó)已基本掌握了數(shù)控系統(tǒng)的領(lǐng)先技術(shù)。目前，在數(shù)控技術(shù)研究應(yīng)用領(lǐng)域主要有兩大陣營(yíng):一個(gè)是以發(fā)那科、西門子為代表的專業(yè)數(shù)控系統(tǒng)廠商;另一個(gè)是以山崎馬扎克、德瑪吉為代表，自主開發(fā)數(shù)控系統(tǒng)的大型機(jī)床制造商。

　　2015年FANUC推出的Series oi MODEL

　　F數(shù)控系統(tǒng)，推進(jìn)了與高檔機(jī)型30i系列的;無(wú)縫化接軌，具備滿足自動(dòng)化需求的工件裝卸控制新功能和最新的提高運(yùn)轉(zhuǎn)率技術(shù)，強(qiáng)化了循環(huán)時(shí)間縮短功能，并支持最新的I/O網(wǎng)絡(luò)I/OLink。

　　FANUC全新的Series oi –F系列數(shù)控系統(tǒng)

　　MAZAK提出的全新制造理念Smooth Technology，以基于Smooth技術(shù)的第七代數(shù)控系統(tǒng)MAZATROL Smooth

　　X為樞紐，提供高品質(zhì)、高性能的智能化產(chǎn)品和生產(chǎn)管理服務(wù)。Smooth

　　X數(shù)控系統(tǒng)搭配先進(jìn)軟硬件，在高進(jìn)給速度下可進(jìn)行多面高精度加工;圖解界面和觸屏操作使用戶體驗(yàn)更佳，即使是復(fù)雜的五軸加工程序，通過(guò)簡(jiǎn)單的操作即可修改;內(nèi)置的應(yīng)用軟件可以根據(jù)實(shí)際加工材料和加工要求快速地為操作者匹配設(shè)備參數(shù)。

　　MAZATROL Smooth X

　　DMG推出的CELOS系統(tǒng)簡(jiǎn)化和加快了從構(gòu)思到成品的進(jìn)程，其應(yīng)用程序使用戶能夠?qū)C(jī)床數(shù)據(jù)、工藝流程以及合同訂單等進(jìn)行操作顯示、數(shù)字化管理和文檔化，如同操作智能手機(jī)一樣簡(jiǎn)便直觀。CELOS系統(tǒng)可以將車間與公司高層組織整合在一起，為持續(xù)數(shù)字化和無(wú)紙化生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化、智能化。

　　雖然國(guó)產(chǎn)高端數(shù)控系統(tǒng)與國(guó)外相比在功能、

　　性能和可靠性方面仍存在一定差距，但近年來(lái)華中數(shù)控、航天數(shù)控、北京機(jī)電院、北京精雕等單位在多軸聯(lián)動(dòng)控制、功能復(fù)合化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和開放性等領(lǐng)域也取得了一定成績(jī)。

　　3、國(guó)內(nèi)外高檔數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢(shì)

　　目前，數(shù)控機(jī)床及系統(tǒng)的發(fā)展日新月異，作為智能制造領(lǐng)域的重要裝備，除了實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的智能化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化外，高速化、高精度化、復(fù)合化、開放化、并聯(lián)驅(qū)動(dòng)化、綠色化等也已成為高檔數(shù)控機(jī)床未來(lái)重點(diǎn)發(fā)展的技術(shù)方向。

　　高速化

　　隨著汽車、國(guó)防、航空、航天等工業(yè)的高速發(fā)展以及鋁合金等新材料的應(yīng)用，對(duì)數(shù)控機(jī)床加工的高速化要求越來(lái)越高。

　　新型功能部件應(yīng)用

　　為了提高數(shù)控機(jī)床各方面的性能，具有高精度和高可靠性的新型功能部件的應(yīng)用成為必然。具有代表性的新型功能部件包括：

　　近年來(lái)，直線電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用日益廣泛，如：西門子公司生產(chǎn)的1FN1系列三相交流永磁式同步直線電動(dòng)機(jī)已開始廣泛應(yīng)用于高速銑床、加工中心、磨床、并聯(lián)機(jī)床以及動(dòng)態(tài)性能和運(yùn)動(dòng)精度要求高的機(jī)床等;德國(guó)EX-CELL-O公司的XHC臥式加工中心三向驅(qū)動(dòng)均采用兩個(gè)直線電動(dòng)機(jī);

　　高可靠性

　　五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床能夠加工復(fù)雜的曲面，并能夠保證平均無(wú)故障時(shí)間在20000h

　　以上，這是一種對(duì)產(chǎn)品和原材料的高效使用，在其內(nèi)部具有多種的報(bào)警措施能夠使操作者及時(shí)處理問(wèn)題，還擁有超級(jí)安全的防護(hù)措施，這是對(duì)產(chǎn)品的一種保障，更是對(duì)操作工人和社會(huì)的一種保障。機(jī)床的高可靠性使機(jī)床在生產(chǎn)時(shí)更放心，更能節(jié)約企業(yè)原材料和人工，這是對(duì)社會(huì)資源的一種節(jié)約，然而在外國(guó)，設(shè)備平均的無(wú)故障時(shí)間在30000h以上，存在的差距促使我國(guó)數(shù)控機(jī)床企業(yè)多借鑒國(guó)外技術(shù)，還要更加仔細(xì)的研究出更加完美的高檔數(shù)控機(jī)床。

　　高精度

　　高檔數(shù)控機(jī)床之所以能夠反映一個(gè)國(guó)家的工業(yè)制造業(yè)的水準(zhǔn)，正是因?yàn)槠涓呔忍攸c(diǎn)。隨著CAM系統(tǒng)的發(fā)展，高檔數(shù)控機(jī)床不但能夠高速度、高效率、最重要的是加工精度由絲級(jí)精度進(jìn)化為微米級(jí)精度，其特有的往復(fù)運(yùn)動(dòng)單元能夠極其細(xì)致的加工凹槽處理;

　　采用光、電化學(xué)等能源的特種加工精度可達(dá)到納米級(jí)。同時(shí)，再進(jìn)行結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和優(yōu)化后，還能將五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的加工精度進(jìn)入亞微米甚至是納米的超精時(shí)代。

　　復(fù)合化

　　隨著市場(chǎng)的需求不斷變換，制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，這就對(duì)機(jī)床的要求不只進(jìn)行單件的大批量生產(chǎn)，更要能夠完成小批量多品種的生產(chǎn)，這對(duì)機(jī)床的要求更高，機(jī)械化生產(chǎn)更個(gè)性。開發(fā)出復(fù)合程度更高的復(fù)合機(jī)床，使其能夠生產(chǎn)多種大、小批量的類似生產(chǎn)機(jī)型，這是對(duì)高檔數(shù)控機(jī)床的一種新式要求，在未來(lái)的發(fā)展中，也定占據(jù)主導(dǎo)地位，這將會(huì)是新型數(shù)控機(jī)床所要完成的新任務(wù)。

　　加工過(guò)程綠色化

　　隨著日趨嚴(yán)格的環(huán)境與資源約束，制造加工的綠色化越來(lái)越重要，而中國(guó)的資源、環(huán)境問(wèn)題尤為突出。因此，近年來(lái)不用或少用冷卻液、實(shí)現(xiàn)干切削、半干切削節(jié)能環(huán)保的機(jī)床不斷出現(xiàn)，并在不斷發(fā)展當(dāng)中。在21世紀(jì)，綠色制造的大趨勢(shì)將使各種節(jié)能環(huán)保機(jī)床加速發(fā)展，占領(lǐng)更多的世界市場(chǎng)。

　　4、我國(guó)高檔數(shù)控機(jī)床發(fā)展途徑分析

　　我國(guó)機(jī)床行業(yè)在世界機(jī)床工業(yè)體系和全球機(jī)床市場(chǎng)中占有重要地位，但目前仍然不能算作機(jī)床強(qiáng)國(guó)。與世界機(jī)床強(qiáng)國(guó)相比，我國(guó)機(jī)床行業(yè)仍具有一定差距，尤其表現(xiàn)在中高檔機(jī)床競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)。此外，受到國(guó)內(nèi)外復(fù)雜經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的影響，我國(guó)機(jī)床行業(yè)發(fā)展回歸新常態(tài)，產(chǎn)業(yè)向中高端轉(zhuǎn)型升級(jí)的要求迫切。

　　我國(guó)已連續(xù)多年成為世界最大的機(jī)床裝備生產(chǎn)國(guó)、消費(fèi)國(guó)和進(jìn)口國(guó)。未來(lái)10年，電子與通訊設(shè)備、航空航天裝備、軌道交通裝備、電力裝備、汽車、船舶、工程機(jī)械與農(nóng)業(yè)機(jī)械等

　　重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展以及新材料、新技術(shù)的不斷進(jìn)步將對(duì)數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)裝備提出新的戰(zhàn)略性需求和轉(zhuǎn)型挑戰(zhàn)。對(duì)數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備的需求將由中低襠向高檔轉(zhuǎn)變、由單機(jī)向包括機(jī)器人上下料和在線檢測(cè)功能的制造單元和成套系統(tǒng)轉(zhuǎn)變、由數(shù)字化向智能化轉(zhuǎn)變、由通用機(jī)床向量體裁衣的個(gè)性化機(jī)床轉(zhuǎn)變，電子與通訊設(shè)備制造裝備將是新的需求熱點(diǎn)。

　　在重點(diǎn)產(chǎn)品上

　　將重點(diǎn)針對(duì)航空航天裝備、汽車、電子信息設(shè)備等重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要，?苑⒏叩凳?鼗??、先?尚巫氨訃俺勺楣ひ丈???。?ǎ旱繾有畔⑸璞訃庸ぷ氨?、簨烧航天装睆?fù)笮徒峁辜?圃煊胱芭渥氨?、簨奢殺??圃旃丶?氨?、?凹昂Ｑ蠊こ套氨腹丶?圃熳氨?、箶虨懟通装备关?悴考?商準(zhǔn)庸ぷ氨?、?倒丶?悴考?庸こ商鬃氨訃吧??摺⑵??大工藝總成生產(chǎn)線、大容量電力裝備制造裝備、工程及農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)線等產(chǎn)品。

　　高檔數(shù)控系統(tǒng)方面

　　重點(diǎn)開發(fā)多軸、多通道、高精度插補(bǔ)、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償和智能化編程、具有自監(jiān)控、維護(hù)、優(yōu)化、重組等功能的智能型數(shù)控系統(tǒng);提供標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)平臺(tái)，允許開發(fā)商、不同軟硬件模塊介入，具有標(biāo)準(zhǔn)接口、模塊化、可移植性、可擴(kuò)展性及可互換性等功能的開放型數(shù)控系統(tǒng)。

　　關(guān)鍵共性技術(shù)上

　　近年來(lái)，機(jī)床制造基礎(chǔ)和共性技術(shù)研究不斷加強(qiáng)，產(chǎn)品開發(fā)與技術(shù)研究同步推進(jìn)。機(jī)床產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)與性能試驗(yàn)技術(shù)、多軸聯(lián)動(dòng)加工技術(shù)等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的成熟度有了很大提升。數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)研究成果在高精度數(shù)控坐標(biāo)鏜床、立式加工中心等產(chǎn)品設(shè)計(jì)上進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用;多誤差實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)綜合補(bǔ)償和嵌入式數(shù)控系統(tǒng)誤差補(bǔ)償?shù)溶浻布到y(tǒng)在多個(gè)企業(yè)、多個(gè)產(chǎn)品上進(jìn)行了示范應(yīng)用，使數(shù)控機(jī)床精度得到了明顯提升。

　　未來(lái)將重點(diǎn)攻克數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)及3D/4D全制造流程仿真技術(shù)、精密及超精密機(jī)床的可靠性及精度保持技術(shù)、復(fù)雜型面和難加工材料高效加工及成形技術(shù)、100%在線檢測(cè)技術(shù)。

　　在應(yīng)用示范工程方面

　　將開展國(guó)家科技重大專項(xiàng);高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備智能化升級(jí)工程、航空航天高端制造裝備應(yīng)用示范工程、汽車輕量化材質(zhì)關(guān)鍵部件及總成新工藝裝備應(yīng)用示范工程、艦船平面/

　　曲面智能化加工流水線應(yīng)用示范工程。

　　在戰(zhàn)略支撐與保障方面建議：

　　一是組建國(guó)家數(shù)控機(jī)床共性技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，集中解決數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)、動(dòng)靜熱特性試驗(yàn)技術(shù)以及可靠性、精度保持性等制約性關(guān)鍵技術(shù);

　　二是組建國(guó)家先進(jìn)成形工藝創(chuàng)新中心、推進(jìn)制造工藝與制造裝備的緊密結(jié)合。