我国机械加工装备的现状与发展对策

我国机械加工装备的现状与发展对策 北京机床研究所 盛伯浩

数控机床及由数控机床组成的柔性化制造系统是改造传统机械加工装备产业、构建数字化企业的重要基础，它的发展一直备受关注。数控机床以其卓越的柔性自动化性能、优异而稳定的精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目，它开创了机械产品向机电一体化发展的先河，因此数控技术成为先进制造技术中的一项核心技术。另一方面，通过持续的开发研究以及对信息技术的深化应用促进了数控机床性能和质量的进一步提升。

近6年来我国数控机床一直处于持续地以年均增长超过30%的速度快速发展，据初步统计2004年数控机床的产量约50000台，同比年增长35.8%，数控机床的消费量超过70000台，同比年约增长32%。数控机床需求的旺盛也促进了2004年内新建的三资和民营机床厂以及数控机床品种的明显增加。

但是，进口的数控机床数量也在逐年同步增加，而且进口数控机床金额的增长趋势更快。2004年数控机床的进口数量同比年增长近30%，而进口金额的增长近50%，从而导致国产数控机床在国内市场消费额中的所占比例已不足30%，降至近几年的最低。之所以出现这一现象，其主要原因在于国内市场急需的技术含量和附加值高的数控机床，绝大多数须依赖进口。

本文将从振兴我国数控机床市场占有率的角度着重剖析数控机床及由其组成的制造系统（生产线）的技术现况及发展趋势，并初步探讨使其能适应变批量，多品种、高质量、低成本以及具有快速响应的柔性和符合环保的未来生产模式的解决方案。

适应现代制造业的数控加工装备的特徵和需求

如上所述，机床制造业在近年取得数控机床快速增长业绩下也面临着新的机遇与挑战。因此，对制造业发展动向的分析将有助于推进数控机床技术实现跨越式发展的目标。

1998年美国为振兴其制造业制订了“集成制造技术计划及其路线图计划（IMTI及IMTR）”，提出了包括信息、制造和产品创新三个方面的六项策略。即：

信息系统高度集成化

企业管理系统的集成化；
技术、制造与管理系统无缝联接，即插即用。

制造系统敏捷化

柔性化、可重构与分布式生产；
智能化的工艺与装备。

产品设计的创新与优化

设计与制造全面集成与优化；
基于科学（知识）的制造。

从我国制造业的基础和发展进程来讲，还不能与美国一样立刻进入全面集成和完全的数字化制造阶段，尚需较多地关注一些基础制造装备及其相关技术的研究，提高其融合信息化和数字化制造与管理的能力，为适应未来制造的需要建立基础。

当前宜加强研究和发展下列数控机床及其组成的成套制造系统：

—适用于汽车、摩托车和工程机械等关键零件加工的高效精密加工中心和车削中心；
—适用于航空、航天和高速车厢框架以及大型模具的高速大型专门化数控机床；
—适用于发电、船舶、冶金和军工等重型机械加工所需的大型和重型数控复合加工机床；
—适用于军工、航空航天和微电子等精密镜面零件的数控超精密加工机床；
—机床主轴、导轨等高精度偶件的数控专用加工母机。

数控机床技术发展趋势

从表1列出的各个时期的机床技术与制造技术，可以看到机械加工装备对促进制造技术发展的紧密关系和重要支撑作用。

表1　机械加工装备和制造技术的进展特征

数控技术的总的发展趋势是：高精化、高速化、高效化、柔性化、智能化和集成化，并注重工艺适用性和经济性。具体可归纳为下列八个方面：

持续地提高经济加工精度

从1950年至2000年的50年内加工精度提升100倍左右，即加工精度平均每8年提高1倍，当前的普通精度加工已达上世纪50年代的精密加工水平。

以加工中心加工典型件的尺寸精度和形位精度为例对比国内外的水平，国内大致为0.008~0.010mm，而国际先进水平为0.002~0.003mm，按上述统计规律分析差距约为15年左右。

推进全面高速化实现高效制造

在刀具材料和结构发展的支持下，切削速度不断地提高，实际生产中车、铣45号钢由1950年的80~100m/min，至2000年普遍达500~600m/min，50年内切削速度提高了5倍。高速化加工另一个特点是大多从单一的高速切削发展至全面高速化，不仅要缩短切削时间，也要力求降低辅助时间和技术准备时间。

复合加工机床促进新一代高效机床的形成

复合机床的含义是在一台机床上实现或尽可能完成从毛坯至成品的全部加工。复合机床根据其结构特点，可以分为如下两类：

—工艺复合型：为跨加工类别的复合机床，包括不同加工方法和工艺的复合，如车铣中心、铣车中心、激光铣削加工机床、冲压与激光切割复合、金属烧结与镜面切削复合等。
—工序复合型：应用刀具（铣头）自动交换装置、主轴立卧转换头、双摆铣头、多主轴头和多回转刀架等配置增加工件在一次安装下的加工工序数，如多面多轴联动加工的复合