數控機床的發(fā)展與展望

數控機床的發(fā)展與展望

作為行業(yè)專家，我邀請你談談中國數控機床在過去的發(fā)展過程。近年來，他們取得了什么顯著的成就？。李冬茹:這些年來數控機床的發(fā)展保持了一個健康的狀態(tài)。中國數控機床的發(fā)展源于1958年,當時我國基本上是與世界同步的。20世紀70年代末80年代初,中國數控機床迎來了第一個發(fā)展高峰期,開始了重型機床的合作生產及中小型機床的技術引進。當時國內生產最多的是數控車床和數控銑床。但在那時我們在技術水平、質量、認識等方面還存在一定的差異。80年代中后期,由于市場宏觀問題,特別是質量問題,我國數控機床遭遇了低谷。第二次較好的發(fā)展是在90年代初期,這個時期整體發(fā)展形勢較好,品種覆蓋率向前邁進了一大步,基本涵蓋了當時數控機床的所有品種,成長了一大批以經濟型數控機床為主的系列產品,特別是經濟型數控系統(tǒng)的發(fā)展在90年代中期趨于成熟,國產的數控系統(tǒng)應用配套率比較高。1994年以后,經濟形勢開始下滑,后來又經歷了一個低谷,一直持續(xù)到20世紀初,一些企業(yè)在這段時間通過“練內功”、調整結構等大量工作,開始進入高速發(fā)展時期。2000年開始機床行業(yè)形勢轉好,一直到2008年上半年持續(xù)高速增長,這是我國機床行業(yè)又一次大規(guī)模、高速的發(fā)展,此后經濟型數控系統(tǒng)和機床技術趨于成熟,并向規(guī)?；较虬l(fā)展,特別是形成了一大批產量超千臺的數控企業(yè)。:我國中高檔數控機床還存在哪些問題?我們應如何發(fā)展?李冬茹:首先談談重型機床,重型和超重型數控機床主要應用于船舶、發(fā)電設備和重型裝備制造,80~90年代,我國重型數控機床的發(fā)展主要依靠國外技術引進或合作生產的形式,之后在此基礎上不斷進行自主創(chuàng)新和開發(fā)。目前,就部分品種的重型數控機床而言,在規(guī)格上可列居國際前列。但是重型機床也存在一些問題:(1)在機床的設計上基礎研究不夠,新機床開發(fā)中投入的試驗性研究比較少;(2)在制造工藝和生產環(huán)節(jié)的管理上存在很多問題;(3)在裝配以及售前、售后服務上存在差距,機床早期故障率較高。20世紀以來,我國在多軸聯動和復合機床方面取得了長足的進步,這一方面與我國數控機床技術的提高有關;另一方面,AC雙擺角銑軸的出現確實促進了五軸加工機床的發(fā)展。國內近20家企業(yè)生產或研制出了五軸聯動的樣機,少量企業(yè)具備批量或小批量生產五軸加工機床的能力,有龍門式的、專門針對葉片加工的、針對復材結構件加工的,還有車銑復合的五軸加工機床。但在這個發(fā)展過程中也暴露出了以下問題。(1)從使用角度上,提供成套工藝的能力比較有限?！拔遢S”技術比較新,總體來看,只有部分少數機床企業(yè)能夠將五軸編程與用戶工藝結合,其他企業(yè)往往在新機床開發(fā)出來以后對工藝和編程不熟悉,這樣便制約五軸機床的發(fā)展。現在難加工材料的發(fā)展對機床設備和工藝提出了更高的要求,可是機床企業(yè)往往對這些重視不夠。機床制造企業(yè)了解用戶工藝需求、開展相應切削技術的研究勢在必行。(2)機床的設計水平不高。目前機床的設計手段(如相應的開發(fā)軟件、動態(tài)仿真工具等)能夠滿足要求,但是設計理念有所欠缺。我們設計開發(fā)出的新產品也許與國外產品形似,但是相應的基礎研究和試驗并沒有做到位,這樣的產品就無法達到應有的功效。在機床行業(yè)高速發(fā)展的今天,我國機床企業(yè)要開始練內功。另外對于企業(yè)特別是大企業(yè)來講,開發(fā)新產品必須要有必要的試驗條件和試驗方法,用以驗證設計思想、進行各方面的評價。目前也有一些企業(yè)在做,像有的企業(yè)成立中央研究院,或在研究院里設立的各種試驗室。(3)制造工藝理念和過程管理水平有待進一步提高。隨著制造裝備水平的提升,制造工藝越來越復雜,整個制造工藝過程的合理性以及現場工藝管理的作用越發(fā)突顯。前幾年數控機床行業(yè)生產發(fā)展很快,很多企業(yè)的制造工程過于追求速度而忽略了質量環(huán)節(jié),簡化了一些不該簡化的工藝,這樣極易造成質量損失。如果我們想要提高數控機床的市場占有率,首先要從設計理念抓起,包括可靠性試驗也要在設計層面引入。第二,在產品設計出來以后要對其進行科學評價,建立一套完整、合理的評價方法,做相應的試驗,做到知其所以然,即知道這樣的設計是否合理。第三,要嚴格工藝制造過程,進行工藝優(yōu)化。另外,除了制造、裝配調試的問題,還要做好售后服務,改進企業(yè)的生產銷售模式。:前些年,產學研用結合的問題得到廣泛關注,經過近幾年的發(fā)展,您認為機床行業(yè)在這方面得到了怎樣的進展?共性技術、基礎技術攻關工作應如何開展?李冬茹:近年來我國一直在極力推進產學研用相結合的技術體系建設,并且采取了諸如自主創(chuàng)新平臺的建設等有力措施。機床行業(yè)在這方面也取得了很大的進步,有些企業(yè)和學校之間開展了深入的合作,例如北京第一機床廠與北京工業(yè)大學,上海理工大學與上海機床廠,北京機電院與清華大學、北京航空航天大學之間的合作等。目前我國在產學研用結合上還存在以下問題:(1)基礎技術的研究。如果讓企業(yè)開展基礎技術研究,就目前來講一般的小企業(yè)是沒有條件的,這就需要由大的企業(yè)、機構開展這樣的研究,現階段來講主要還是依靠大專院校,但是真正涉及機床自身的學科數量以及相應的師資力量現在很少,所以我們呼吁學校要加強這些學科的建設和調整。(2)工具?，F在的試驗方法和試驗手段有很多,如CAD的應用,我們希望學校和企業(yè)開展合作,協助企業(yè),從諸如摩擦學、機床動力學角度出發(fā),開展機床設計基礎研究。(3)切削技術的研究。切削技術與機床的設計緊密相關,而絕大多數機床企業(yè)對此沒有深入的研究,這樣在機床設計時就很難做到充分的考慮。借助于國家項目,這些年來機床行業(yè)產學研結合得到了促進和加強,但是共性技術的研究明顯不足,如在設計方法和理念、可靠性、測試技術、工藝制造技術等方面,沒有什么新的發(fā)展?，F在共性技術的研究已得到機床行業(yè)的重視,我們倡導共性技術和基礎技術的研究采用第三方機構的形式,還有一些行業(yè)職能院所或科研機構,甚至大學,開展共性技術的研究,以便其推廣和應用。:針對數控系統(tǒng)等關鍵功能部件的發(fā)展國家也出臺了相關政策,請問目前功能部件產業(yè)的發(fā)展情況怎樣?下一步應如何推進?李冬茹:機床發(fā)展的水平除了與上述的設計理念、制造裝配工業(yè)、服務理念等方面有關之外,更大程度上取決于功能部件的水平。其實我們一直在追求功能部件的專業(yè)化生產和社會化配套,但是現在離這個要求還比較遠:首先沒有形成較強的專業(yè)化生產規(guī)模,有些功能部件企業(yè)低層次產品(如刀架、滾珠、絲杠、直線導軌等)的專業(yè)化生產相對較好,技術水平還需要進一步提升;另外,我們過去的功能部件企業(yè)相對來說都比較小,整體技術基礎不是很好,在產品開發(fā)能力和相應的質量保證體系上還有很長的路要走?，F在有這樣一個問題:在機床的可靠性測評中,功能部件的故障發(fā)生率是非常高的。就目前來說,我認為功能部件企業(yè)不僅要發(fā)展技術水平,更要做好內功,在產品的開發(fā)上一定要做好相應的試驗,拿出強有力的數據來說明可靠性水平。另外,其設計制造要和主機廠緊密結合起來,國外好多功能部件的設計理念都源自于主機廠,只有這樣,才能保證機床的可靠性。功能部件是一個競爭型的行業(yè),競爭非常激烈,在競爭過程中促進、加快技術的進步?？墒俏覈鴧s沒有形成競爭模式,企業(yè)競爭不明顯,這造成了有些企業(yè)比較安于現狀、甚至逐漸沒落。這也是中國數控機床在發(fā)展的歷程中非正常的、不符合發(fā)展趨勢的現象?，F在大家一直在研究如何破題。在促進功能部件產業(yè)化的問題上,要做到:(1)保證產品質量,滿足主機廠的需求;(2)逐步擴大功能,適應主機廠發(fā)展的需求,提升自身的設計、研發(fā)水平。我覺得這方面國家要采取相應的政策以促進功能部件產業(yè)的技術進步和升級。:航空航天工業(yè)的快速發(fā)展,尤其是大量難加工材料的應用對機械加工提出了更高的要求,請您談談數控設備應如何滿足航空航天制造業(yè)的需求?李冬茹:航空材料的發(fā)展確實對機械加工提出了很高的要求,我國數控設備在這方面的基礎比較薄弱,需要下很大的力量搞好研究。對于航空新材料的加工,讓機床企業(yè)來做確實存在著一定的困難,拿不到材料,而且也不太現實。以鈦合金的加工為例,如果機床企業(yè)從來沒有加工過這種材料,那么在設計機床時很難考慮材料對機床性能的影響。所以希望航空制造企業(yè)同國產數控機床制造企業(yè)加強合作,在產品設計階段就不斷地把工藝要求傳遞給機床企業(yè),使得機床在設計之初就考慮這些因素。機床要根據工藝、材料的不同進行差異化設計,對于難加工材料的機械加工,不是每個單位都具備條件的,也不是每臺機床都可以完成的?，F在我國正缺少這樣專門從事鈦合金、復合材料等航空材料加工的機床制造企業(yè),企業(yè)往往既想做重型切削、非金屬切削機床,又想滿足鈦合金、鋁合金的加工需求,而不太愿意或者還沒有意識到針對某一領域去深入地研究。材料決定工藝,工藝決定裝備,所以難加工材料的出現確實對機床企業(yè)提出了新的要求,我國數控企業(yè)中要有少數有條件的企業(yè)下決心圍繞行業(yè)加大研究力度,包括吸引國內外的人才或參與國外的合作培訓,最終實現技術上的突破。在推進航空新材料機械加工的過程中,機床企業(yè)、航空制造企業(yè)以及航空航天院校3方面的合作非常重要。有學科優(yōu)勢的學校,對于很多相應的工藝、切削技術都有深入的研究。而航空制造企業(yè)相應的技術人員長期在生產第一線,大量的制造過程使得他們對數控加工技術的了解、熟悉和理解程度遠遠高于機床企業(yè)。機床企業(yè)更要有針對性地與航空企業(yè)、航空學校建立密切的聯系,多方面了解工藝需求;吸收或臨時聘請一些熟悉航空制造工藝的人員到機床企業(yè)工作,以此帶動產品的開發(fā)等。:從數控機床行業(yè)與產業(yè)的發(fā)展上看,您認為我國數控機床的發(fā)展有哪些趨勢?您有何發(fā)展建議?李冬茹:只要有制造技術的存在,數控機床的發(fā)展就是一種必然?，F在數控機床是一種典型的高新技術產品,其產業(yè)更是戰(zhàn)略性產業(yè)。從政策層面上看,在未來很長一段時間內我國數控機床必將得到大力支持;而從技術層面來看,國內機床企業(yè)在某種程度上還是會跟蹤國外的技術發(fā)展,雖然現在國外對其關鍵技術的限制越來越嚴格,但我們相信,只要市場有需求,發(fā)展就是必然趨勢。在高速化、精密化的大環(huán)境下,我國數控機床也勢必由普通機床向精密、高速、高效的方向發(fā)展,而要到達到最終目的就是解決制造精度和制造效率的問題。隨著我國功能部件發(fā)展的推進,以及數控機床設計理念