中國(guó)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展與未來(lái)

1、中國(guó)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展與未來(lái)隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，世界機(jī)床業(yè)已進(jìn)入了以數(shù)字化制造技 術(shù)為核心的機(jī)電一體化時(shí)代， 其中數(shù)控機(jī)床就是代表產(chǎn)品之一。 數(shù)控 機(jī)床是制造業(yè)的加工母機(jī)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)。由于機(jī)床下游行業(yè)固定資產(chǎn)投資連續(xù)幾年快速增長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)機(jī)電產(chǎn) 品市場(chǎng)需求年均增長(zhǎng) 30，帶動(dòng)了機(jī)床市場(chǎng)需求 30以上的增長(zhǎng)。 從 2002 年開(kāi)始，我國(guó)就成為世界第一機(jī)床消費(fèi)大國(guó)。 2004 年，國(guó)產(chǎn) 金屬切削機(jī)床年產(chǎn)量達(dá)到 38.94 萬(wàn)臺(tái)、數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量 5.19 萬(wàn)臺(tái)；2005 年前三季度，我國(guó)金屬切削機(jī)床和數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量分別達(dá)到 34.08 萬(wàn)臺(tái) 和 4.33 萬(wàn)臺(tái)。從機(jī)床結(jié)構(gòu)看， 2001 年以來(lái)，金屬

2、切削機(jī)床產(chǎn)量快速增長(zhǎng)，增長(zhǎng) 態(tài)勢(shì)呈現(xiàn)出明顯的倒U形，年均增長(zhǎng)21.23 %（算術(shù)平均）；而同期數(shù) 控機(jī)床產(chǎn)量高速增長(zhǎng)， 年增長(zhǎng)速度基本保持穩(wěn)定， 沒(méi)有出現(xiàn)比較大的 振幅，年算術(shù)平均增長(zhǎng)率更是高達(dá) 34.60，明顯快于普通金屬切削 機(jī)床的增長(zhǎng)速度。由于數(shù)控機(jī)床的增長(zhǎng)速度明顯快于普通金屬切削機(jī)床，數(shù)控機(jī)床 在金屬加工機(jī)床總量中的比重逐年上升， 我國(guó)機(jī)床的數(shù)控化率逐年提 高。2001 年，機(jī)床數(shù)控化率為 9.68， 2004年上升為 13.32， 2005 年前三季度機(jī)床數(shù)控化率保持在 12.72的水平。 另外，我國(guó)機(jī)床 出口增長(zhǎng)較快。 2001 年我國(guó)出口金屬加工機(jī)床 4.55 萬(wàn)臺(tái)，金額 2.9

3、0 億美元； 2004年出口 6.19 萬(wàn)臺(tái)，價(jià)值 5.40 億美元。 2005 年前三季 度，出口分別達(dá)到 4.86 萬(wàn)臺(tái)和 5.69 億美元，同比增長(zhǎng) 10.6 、54.8 。 過(guò)去 5 年我國(guó)機(jī)床出口數(shù)量和金額年均增速分別達(dá)到 9.74 、 24.74 。但值得注意的是，高檔數(shù)控機(jī)床仍大量進(jìn)口。從 2001 年開(kāi)始， 我國(guó)就成為世界上最大的機(jī)床進(jìn)口國(guó)。 最近 5 年，我國(guó)用于機(jī)床進(jìn)口 的外匯高速增長(zhǎng)，進(jìn)口用匯是出口收匯的近 10 倍。2004 年，我國(guó)進(jìn) 口金屬加工機(jī)床 12.78 萬(wàn)臺(tái)，價(jià)值 59.16 億美元，同比分別增長(zhǎng) 2.7 和 43.3 ；2005 年前三季度，進(jìn)口量達(dá) 8.

4、75 萬(wàn)臺(tái)，價(jià)值 49.29 億美 元。我國(guó)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展經(jīng)歷了 30 年的跌宕起伏，已經(jīng)由成長(zhǎng)期進(jìn)入 成熟期。 2002-2008 年，我國(guó)金屬切削機(jī)床產(chǎn)量年均增長(zhǎng) 18.58 ； 而同期數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量年算術(shù)平均增長(zhǎng)率更是高達(dá) 33.22 ，明顯快于 普通金屬切削機(jī)床的增長(zhǎng)速度。 同時(shí)，數(shù)控機(jī)床在金屬加工機(jī)床總量 中的比重逐年上升， 我國(guó)機(jī)床的數(shù)控化率逐年提高。 機(jī)床的產(chǎn)量數(shù)控 化率從 2001年的 9.12 上升為 2008年的 19.79 ，同時(shí)產(chǎn)值數(shù)控化 率也從 37.8 提高到 2008 年的 48.6 。 2009年行業(yè)重點(diǎn)企業(yè)機(jī)床 產(chǎn)值數(shù)控化率達(dá)到 50以上。行業(yè)規(guī)模不斷壯大，國(guó)產(chǎn)

5、高檔數(shù)控機(jī)床明顯進(jìn)步，國(guó)產(chǎn)中高檔數(shù) 控系統(tǒng)取得重大突破， 這些都充分說(shuō)明， 中國(guó)數(shù)控機(jī)床整體水平全面 提升。在數(shù)量持續(xù)增長(zhǎng)的同時(shí)， 數(shù)控機(jī)床的質(zhì)量也在追趕世界的進(jìn)程 中不斷加速。 同時(shí)，作為數(shù)控機(jī)床核心技術(shù)的國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)同樣取得重大突破。裝備制造業(yè)是為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)防建設(shè)提供技術(shù)裝備的基礎(chǔ) 性產(chǎn)業(yè)。 2009年初，國(guó)家發(fā)布并實(shí)施裝備制造業(yè)調(diào)整振興規(guī)劃， 這給機(jī)床工具行業(yè)的調(diào)整振興指明了方向。 為我國(guó)機(jī)床工具工業(yè)的戰(zhàn) 略調(diào)整和產(chǎn)業(yè)升級(jí)提供了難得的歷史機(jī)遇。2009 年通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新和一批新產(chǎn)品的推出，重點(diǎn)企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu) 調(diào)整取得較大進(jìn)展。 為適應(yīng)金融危機(jī)以來(lái)的市場(chǎng)需求變化， 許多企業(yè) 壓縮了低檔、

6、普通產(chǎn)品生產(chǎn)，加快經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床升級(jí)換代步伐，著 力發(fā)展中高檔數(shù)控機(jī)床及生產(chǎn)線(xiàn)等。為貫徹落實(shí)振興規(guī)劃， 機(jī)床工具行業(yè)提出了三年振興目標(biāo)。 2009 年2011年機(jī)床工具全行業(yè)銷(xiāo)售產(chǎn)值平均年增長(zhǎng)率達(dá)到 15%，以適 應(yīng)裝備制造業(yè)調(diào)整振興規(guī)劃和國(guó)民經(jīng)濟(jì)GDP三年增長(zhǎng)目標(biāo)的要求。 行業(yè)骨干企業(yè)基本形成數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)業(yè)化制造體系， 產(chǎn)業(yè)布局進(jìn)一步 合理化，形成 35 家在國(guó)際上具有較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的大型數(shù)控機(jī)床制造 集團(tuán)和一批“精、特、專(zhuān)”小巨人企業(yè)。為了滿(mǎn)足市場(chǎng)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要，為了達(dá)到現(xiàn)代制造技術(shù)對(duì) 數(shù)控技術(shù)提出的更高的要求，數(shù)控未來(lái)仍然繼續(xù)向開(kāi)放式、基于 PC 的第六代方向、高速化和高精度化、智能化

7、等方向發(fā)展。1 、開(kāi)放式為適應(yīng)數(shù)控進(jìn)線(xiàn)、聯(lián)網(wǎng)、普及型個(gè)性化、多品種、小批量、柔性化及數(shù)控迅速發(fā)展的要求，最重要的發(fā)展趨勢(shì)是體系結(jié)構(gòu)的開(kāi)放性， 設(shè)計(jì)生產(chǎn)開(kāi)放式的數(shù)控系統(tǒng)， 例如美國(guó)、 歐共體及日本發(fā)展開(kāi)放式數(shù) 控的計(jì)劃等。2、基于PC的第六代方向基于PC所具有的開(kāi)放性、低成本、軟硬件資源豐富等特點(diǎn)，更 多的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠(chǎng)家會(huì)走上這條道路。至少采用PC機(jī)作為它的前端機(jī)，來(lái)處理人機(jī)界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問(wèn)題，由原有的系統(tǒng)承擔(dān) 數(shù)控的任務(wù)。PC機(jī)所具有的友好的人機(jī)界面，將普及到所有的數(shù)控 系統(tǒng)。遠(yuǎn)程通訊，遠(yuǎn)程診斷和維修將更加普遍。3、高速化、高效化機(jī)床向高速化方向發(fā)展， 可充分發(fā)揮現(xiàn)代刀具材料的性能，

8、 不但 可大幅度提高加工效率、 降低加工成本， 而且還可提高零件的表面加 工質(zhì)量和精度。超高速加工技術(shù)對(duì)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低成本生 產(chǎn)有廣泛的適用性。 90 年代以來(lái)，隨著超高速切削機(jī)理、超硬耐磨 長(zhǎng)壽命刀具材料和磨料磨具，大功率高速電主軸、高加 / 減速度直線(xiàn) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)給部件以及高性能控制系統(tǒng) （含監(jiān)控系統(tǒng)） 和防護(hù)裝置等 一系列技術(shù)領(lǐng)域中關(guān)鍵技術(shù)的解決，歐、美、日各國(guó)爭(zhēng)相開(kāi)發(fā)應(yīng)用新 一代高速數(shù)控機(jī)床，加快機(jī)床高速化發(fā)展步伐。高速主軸單元（電主軸，轉(zhuǎn)速 15000r/min ）、高速且高加 / 減速度的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件（快 移速度60120m/min,切削進(jìn)給速度高達(dá)60m/min）、高性

9、能數(shù)控和 伺服系統(tǒng)以及數(shù)控工具系統(tǒng)都出現(xiàn)了新的突破，達(dá)到了新的技術(shù)水 平。根據(jù)高效率、 大批量生產(chǎn)需求和電子驅(qū)動(dòng)技術(shù)的飛速發(fā)展, 高速 直線(xiàn)電機(jī)的推廣應(yīng)用, 開(kāi)發(fā)出一批高速、 高效的高速響應(yīng)的數(shù)控機(jī)床 以滿(mǎn)足汽車(chē)、農(nóng)機(jī)等行業(yè)的需求。還由于新產(chǎn)品更新?lián)Q代周期加快, 模具、航空、軍事等工業(yè)的加工零件不但復(fù)雜而且品種增多。4、高精度化精密化是為了適應(yīng)高新技術(shù)發(fā)展的需要, 也是為了提高普通機(jī)電 產(chǎn)品的性能、 質(zhì)量和可靠性, 減少其裝配時(shí)的工作量從而提高裝配效 率的需要。從精密加工發(fā)展到超精密加工（特高精度加工）,是世界 各工業(yè)強(qiáng)國(guó)致力發(fā)展的方向。 其精度從微米級(jí)到亞微米級(jí), 乃至納米 級(jí)（10nm，其

10、應(yīng)用范圍日趨廣泛。超精密加工主要包括超精密切 削（車(chē)、銑）、超精密磨削、 超精密研磨拋光以及超精密特種加工 （三 束加工及微細(xì)電火花加工、微細(xì)電解加工和各種復(fù)合加工等）。隨著 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展, 對(duì)超精密加工技術(shù)不斷提出了新的要求。 新材 料及新零件的出現(xiàn),更高精度要求的提出等都需要超精密加工工藝, 發(fā)展新型超精密加工機(jī)床, 完善現(xiàn)代超精密加工技術(shù), 以適應(yīng)現(xiàn)代科 技的發(fā)展。隨著高新技術(shù)的發(fā)展和對(duì)機(jī)電產(chǎn)品性能與質(zhì)量要求的提高， 機(jī)床 用戶(hù)對(duì)機(jī)床加工精度的要求也越來(lái)越高。為了滿(mǎn)足用戶(hù)的需要，近 10多年來(lái)，普通級(jí)數(shù)控機(jī)床的加工精度已由士10 a m提高到士 5卩m精密級(jí)加工中心的加工精度則從士

11、 35卩m提高到士 11.5 a m。5、高可靠性數(shù)控系統(tǒng)的可靠性要高于被控設(shè)備的可靠性在一個(gè)數(shù)量級(jí)以上， 但也不是可靠性越高越好，仍然是適度可靠，因?yàn)槭巧唐?，受性能價(jià) 格比的約束。對(duì)于每天工作兩班的無(wú)人工廠(chǎng)而言，如果要求在16小時(shí)內(nèi)連續(xù)正常工作，無(wú)故障率 P(t) = 99%以上的話(huà)，則數(shù)控機(jī)床的平 均無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間 MTBF就必須大于3000小時(shí)。MTBF大于3000小時(shí), 對(duì)于由不同數(shù)量的數(shù)控機(jī)床構(gòu)成的無(wú)人化工廠(chǎng)差別就大多了， 我們只 對(duì)一臺(tái)數(shù)控機(jī)床而言， 如主機(jī)與數(shù)控系統(tǒng)的失效率之比為 10：1 的話(huà) (數(shù)控的可靠比主機(jī)高一個(gè)數(shù)量級(jí))。此時(shí)數(shù)控系統(tǒng)的MTBF就要大于33333.3小時(shí)，而其中的數(shù)控裝置、主軸及驅(qū)動(dòng)等的MTBF就必須大于 10 萬(wàn)小時(shí)。6、智能化隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的不斷滲透和發(fā)展， 數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高，智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個(gè)方面。（1）應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù)數(shù)控系統(tǒng)能檢測(cè)過(guò)程中一些重要信息， 并自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)的有關(guān)參 數(shù)，達(dá)到改進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的目的。（2）引入專(zhuān)家系統(tǒng)指導(dǎo)加工將熟練工人和專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)， 加工的一般規(guī)律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)為支撐，建立具有人工智能的專(zhuān)家系統(tǒng)。（3）引入故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)（4）智能化數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)裝置可以通過(guò)自動(dòng)識(shí)別負(fù)載， 而自動(dòng)調(diào)整參數(shù)， 使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)獲得最佳 的運(yùn)行?？梢酝ㄟ^(guò)自