從國內(nèi)外高檔數(shù)控機床技專用電機術(shù)看裝備制造業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

時間：2019-08-31 13:22

　　數(shù)控機床和基礎(chǔ)制造裝備是裝備制造業(yè)的;工作母機，一個國家的機床行業(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)展水平的重要標志。

　　《中國制造;2025》

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

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

　　高檔數(shù)控機床在傳統(tǒng)數(shù)控機床的基礎(chǔ)上，能完成一個自動化生產(chǎn)線的工作效率，是科技速度發(fā)展的產(chǎn)物，而對于國家來講這是機床制造行業(yè)本質(zhì)上的一種進步。高檔數(shù)控機床集多種高端技術(shù)于一體，應(yīng)用于復(fù)雜的曲面和自動化加工，在航空航天、船舶、機械制造、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。

　　《中國制造;2025》將數(shù)控機床和基礎(chǔ)制造裝備列為;加快突破的戰(zhàn)略必爭領(lǐng)域，其中提出要加強前瞻部署和關(guān)鍵技術(shù)突破，積極謀劃搶占未來科技和產(chǎn)業(yè)競爭制造點，提高國際分工層次和話語權(quán)。

　　1、國內(nèi)外高檔數(shù)控機床發(fā)展現(xiàn)狀

　　美、德、日三國事當今世上在數(shù)控機床科研、設(shè)計、制作和應(yīng)用上,技巧最先進、經(jīng)驗最多的國家。

　　美國的特點是:政府器重機床工業(yè)，美國國防部等部門不斷提出機床的發(fā)展方向、科研任務(wù)和供給充分的經(jīng)費，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。哈斯自動化公司是全球最大的數(shù)控機床制造商之一，在北美洲的市場占有率大約為40%

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

　　德國數(shù)控機床在傳統(tǒng)設(shè)計制造技術(shù)和先進工藝基礎(chǔ)上，不斷采用先進電子信息技術(shù)，在加強科研的基礎(chǔ)上自行創(chuàng)新開發(fā)。德國數(shù)控機床主機配套件，機、電、液、氣、光、刀具、測量、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瓦德里希?科堡公司的產(chǎn)品，國內(nèi)北一機床采用的就是德國瓦德里希?科堡的技術(shù)。

　　日本政府通過規(guī)劃和制訂法規(guī)以及提供充足研發(fā)經(jīng)費，鼓勵科研機構(gòu)和企業(yè)大力發(fā)展數(shù)控機床。在機床部件配套方面，日本學(xué)習(xí)德國;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，改進和發(fā)展了兩國的成果取得很大成效。日本機床也應(yīng)為日本精密制造而聞名世界。

　　國內(nèi)產(chǎn)品與國外產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)上的差別并不大，采用的新技術(shù)也相差無幾，但在先進技術(shù)應(yīng)用和制造工藝水平上與世界先進國家還有一定差距。新產(chǎn)品開發(fā)能力和制造周期還滿足不了國內(nèi)用戶需要，零部件制造精度和整機精度保持性、可靠性尚需很大提高，尤其是在與大型機床配套的數(shù)控系統(tǒng)、功能部件，如刀庫、機械手和兩坐標銑頭等部件，還需要境外廠家配套滿足。國內(nèi)大型機床制造企業(yè)的制造能力很強，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，國內(nèi)企業(yè)普遍存在自主創(chuàng)新能力不足，因為大型機床單件小批量的市場需求特點，決定了對技術(shù)創(chuàng)新的要求更高。

　　2、國內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

　　經(jīng)過持久研發(fā)和創(chuàng)新，德、美、日等國已基本掌握了數(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:一個是以發(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)的大型機床制造商。

　　2015年FANUC推出的Series oi MODEL

　　F數(shù)控系統(tǒng)，推進了與高檔機型30i系列的;無縫化接軌，具備滿足自動化需求的工件裝卸控制新功能和最新的提高運轉(zhuǎn)率技術(shù)，強化了循環(huán)時間縮短功能，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)搭配先進軟硬件，在高進給速度下可進行多面高精度加工;圖解界面和觸屏操作使用戶體驗更佳，即使是復(fù)雜的五軸加工程序，通過簡單的操作即可修改;內(nèi)置的應(yīng)用軟件可以根據(jù)實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)簡化和加快了從構(gòu)思到成品的進程，其應(yīng)用程序使用戶能夠?qū)C床數(shù)據(jù)、工藝流程以及合同訂單等進行操作顯示、數(shù)字化管理和文檔化，如同操作智能手機一樣簡便直觀。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)字化和無紙化生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)，實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化、智能化。

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

　　性能和可靠性方面仍存在一定差距，但近年來華中數(shù)控、航天數(shù)控、北京機電院、北京精雕等單位在多軸聯(lián)動控制、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。

　　3、國內(nèi)外高檔數(shù)控機床發(fā)展趨勢

　　目前，數(shù)控機床及系統(tǒng)的發(fā)展日新月異，作為智能制造領(lǐng)域的重要裝備，除了實現(xiàn)數(shù)控機床的智能化、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)動化、綠色化等也已成為高檔數(shù)控機床未來重點發(fā)展的技術(shù)方向。

　　高速化

　　隨著汽車、國防、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，對數(shù)控機床加工的高速化要求越來越高。

　　新型功能部件應(yīng)用

　　為了提高數(shù)控機床各方面的性能，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，直線電動機的應(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機已開始廣泛應(yīng)用于高速銑床、加工中心、磨床、并聯(lián)機床以及動態(tài)性能和運動精度要求高的機床等;德國EX-CELL-O公司的XHC臥式加工中心三向驅(qū)動均采用兩個直線電動機;

　　高可靠性

　　五軸聯(lián)動數(shù)控機床能夠加工復(fù)雜的曲面，并能夠保證平均無故障時間在20000h

　　以上，這是一種對產(chǎn)品和原材料的高效使用，在其內(nèi)部具有多種的報警措施能夠使操作者及時處理問題，還擁有超級安全的防護措施，這是對產(chǎn)品的一種保障，更是對操作工人和社會的一種保障。機床的高可靠性使機床在生產(chǎn)時更放心，更能節(jié)約企業(yè)原材料和人工，這是對社會資源的一種節(jié)約，然而在外國，設(shè)備平均的無故障時間在30000h以上，存在的差距促使我國數(shù)控機床企業(yè)多借鑒國外技術(shù)，還要更加仔細的研究出更加完美的高檔數(shù)控機床。

　　高精度

　　高檔數(shù)控機床之所以能夠反映一個國家的工業(yè)制造業(yè)的水準，正是因為其高精度特點。隨著CAM系統(tǒng)的發(fā)展，高檔數(shù)控機床不但能夠高速度、高效率、最重要的是加工精度由絲級精度進化為微米級精度，其特有的往復(fù)運動單元能夠極其細致的加工凹槽處理;

　　采用光、電化學(xué)等能源的特種加工精度可達到納米級。同時，再進行結(jié)構(gòu)的改進和優(yōu)化后，還能將五軸聯(lián)動數(shù)控機床的加工精度進入亞微米甚至是納米的超精時代。

　　復(fù)合化

　　隨著市場的需求不斷變換，制造業(yè)的競爭日趨激烈，這就對機床的要求不只進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)，這對機床的要求更高，機械化生產(chǎn)更個性。開發(fā)出復(fù)合程度更高的復(fù)合機床，使其能夠生產(chǎn)多種大、小批量的類似生產(chǎn)機型，這是對高檔數(shù)控機床的一種新式要求，在未來的發(fā)展中，也定占據(jù)主導(dǎo)地位，這將會是新型數(shù)控機床所要完成的新任務(wù)。

　　加工過程綠色化

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

　　4、我國高檔數(shù)控機床發(fā)展途徑分析

　　我國機床行業(yè)在世界機床工業(yè)體系和全球機床市場中占有重要地位，但目前仍然不能算作機床強國。與世界機床強國相比，我國機床行業(yè)仍具有一定差距，尤其表現(xiàn)在中高檔機床競爭力不強。此外，受到國內(nèi)外復(fù)雜經(jīng)濟形勢的影響，我國機床行業(yè)發(fā)展回歸新常態(tài)，產(chǎn)業(yè)向中高端轉(zhuǎn)型升級的要求迫切。

　　我國已連續(xù)多年成為世界最大的機床裝備生產(chǎn)國、消費國和進口國。未來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、工程機械與農(nóng)業(yè)機械等

　　重點產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展以及新材料、新技術(shù)的不斷進步將對數(shù)控機床與基礎(chǔ)裝備提出新的戰(zhàn)略性需求和轉(zhuǎn)型挑戰(zhàn)。對數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備的需求將由中低襠向高檔轉(zhuǎn)變、由單機向包括機器人上下料和在線檢測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、由通用機床向量體裁衣的個性化機床轉(zhuǎn)變，電子與通訊設(shè)備制造裝備將是新的需求熱點。

　　在重點產(chǎn)品上

　　將重點針對航空航天裝備、汽車、電子信息設(shè)備等重點產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要，?苑⒏叩凳?鼗??、先?尚巫氨訃俺勺楣ひ丈??摺０?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)機械生產(chǎn)線等產(chǎn)品。

　　高檔數(shù)控系統(tǒng)方面

　　重點開發(fā)多軸、多通道、高精度插補、動態(tài)補償和智能化編程、具有自監(jiān)控、維護、優(yōu)化、重組等功能的智能型數(shù)控系統(tǒng);提供標準化基礎(chǔ)平臺，允許開發(fā)商、不同軟硬件模塊介入，具有標準接口、模塊化、可移植性、可擴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，機床制造基礎(chǔ)和共性技術(shù)研究不斷加強，產(chǎn)品開發(fā)與技術(shù)研究同步推進。機床產(chǎn)品的可靠性設(shè)計與性能試驗技術(shù)、多軸聯(lián)動加工技術(shù)等多項關(guān)鍵技術(shù)的成熟度有了很大提升。數(shù)字化設(shè)計技術(shù)研究成果在高精度數(shù)控坐標鏜床、立式加工中心等產(chǎn)品設(shè)計上進行實際應(yīng)用;多誤差實時動態(tài)綜合補償和嵌入式數(shù)控系統(tǒng)誤差補償?shù)溶浻布到y(tǒng)在多個企業(yè)、多個產(chǎn)品上進行了示范應(yīng)用，使數(shù)控機床精度得到了明顯提升。

　　未來將重點攻克數(shù)字化協(xié)同設(shè)計及3D/4D全制造流程仿真技術(shù)、精密及超精密機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%在線檢測技術(shù)。

　　在應(yīng)用示范工程方面

　　將開展國家科技重大專項;高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備智能化升級工程、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：

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

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