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国内数控机床现状简析及建议

浏览次数: 日期:2008年10月9日 09:27

一、国内数控机床行业近年取得的成绩

  我国的数控机床无论从产品种类、技术水平、质量和产量上都取得了很大的发展,在一些关键技术方面也取得了重大突破。据统计,目前我国可供市场的数控机床有1500种,几乎覆盖了整个金属切削机床的品种类别和主要的锻压机械。领域之广,可与日本、德国、美国并驾齐驱。这标志着国内数控机床已进入快速发展的时期。

  近年来我国机床行业不断承担为国家重点工程和国防军工建设提供高水平数控设备的任务。如国产XNZD2415型数控龙门混联机床充分吸取并联机床的配置灵活与多样性和传统机床加工范围大的优点,通过两自由度平行四边形并联机构形成基础龙门,在并联平台上附加两自由度串联结构的A、C轴摆角铣头,配以工作台的纵向移动,可完成五自由度的运动。该构型为国际首创。基于RT一Linux开发的数控系统具有的实时性和可靠性,能在同一网络中与多台PLC相连接,可控制机床的五轴联动,实现人机对话。该机床的作业空间4.5mx1.6mx1.2m,A轴转角±1050,C轴连续转角0一4000,主轴转速(无级)最高10000r/min,重复定位精度±0.01mm,可实现三维立体曲面如水轮机叶片,导叶的五轴联动高速切削加工。

  超精密球面车床为陀螺仪的加工提供了基础设备,这类车床也可用于透镜模具、照相机塑料镜片、条型码阅读设备、激光加工机光路系统用聚焦反射镜等产品的加工。

  高速五轴龙门铣床采用铣头内油雾润滑冷却、横梁预应力反变形控制等技术。这类铣床可用于航空、航天、造船、水泵叶片、高档模具等的加工。

  SSCKZ80一5型五轴车铣复合加工中心可满足航天、航空、船舶及铁路运输业对高精度、高刚度、形状复杂的大型回转体零件加工的要求,如飞机发动机主轴、起落架的加工,船舶发动机活塞、增压器蜗杆差速换向器及螺旋叶片的加工等。

  TW250型高速、高效车削中心采取双主轴对置结构,两个刀架分别位于主轴轴线上下方,控制轴数8个,可实现4轴联动。装有12位伺服驱动双向动力刀台的上下刀架可对任一主轴进行2轴或4轴加工。该机床采用模块化设计技术,可根据用户的不同要求派生为双刀架双主轴、单刀架双主轴、双刀架单主轴、等车削中心或数控车床。

  XKAE2720型桥式定梁龙门加工中心可满足航空、航天、军工、机车车辆、模具、印刷机械等行业的需求。

  MJ一860DT型双刀架四轴对置式数控车床是一种大规格、重载荷、高刚度、多轴控制的数控车床,适合兵器、航天航空制造业对大型工件(如高强度耐热钛镍合金钢类零件)进行中低转速下的强力切削,也适宜冶金、机车、造纸机械等行业对大型工件特别是长轴类零件进行高效、强力车削时采用。

  TK68125A型落地式数控镗铣床可广泛适用于大中型柴油机、工程机械、汽车、船舶、航天航空工业的大中型复杂结构件加工,特别适用于对具有空间曲面的复杂零件高速、高效加工。

  TK6913B型落地式数控镗铣床在高刚度方滑枕、数控可移动主轴组件、数控回转工作台、数控平旋盘、大型链式刀库、模块化开发等方面形成了自己的核心技术。

  陕西汉江机床有限公司把为数控机床配套的高精度滚珠丝杠副和滚动直线导轨副作为主攻方向,2004年共生产滚珠丝杠副5万套,滚动直线导轨副2万套,其中为数控机床配套的高精度产品占产销量的80%以上。烟台环球机床附件有限公司利用企业改制的强劲动力,全面实施产业化战略,促进了企业发展。2004年数控机床功能部件产品销售收入达4000多万元。与2003年相比,数控刀架产量增长121.24%,数控转台、数控分度头产量增长45.6%。

  洛阳轴研科技股份有限公司已开发生产8大类、13个系列、160多种电主轴及主轴单元。2004年实现了用国产驱动装置配套国产电主轴,高度的国产化降低了产品生产成本,从而提高了主机厂的竞争能力。

  2004年底,在越南Lilim。公司组织的数控机床国际竞标中,武汉重型机床集团击败了德国、罗马尼亚等竞争对手,拿下一台加工直径达¢8m的数控双柱重型立车订单,创我国大规格数控机床出口之最。2005年1月,武重一台价值50万美元的数控机床——CKJ5255/I型¢5..5m重型数控立车出口泰国。据用户SCI公司称,此产品将用于该国超大型阀门的阀体加工,也是泰国迄今为止最大的进口机械加工设备。:武重的CKX53160型16m超重型数不清控单轴立式车铣床在国际上原来只有捷克、德国、俄罗斯的三家公司可以生产,武重自主研制并生产5台,并且功能不断完善。据报导,武重在重型和超重型机床业多年来屡有收获,其数控立车产品在国内市场占有率高达60%,镗床和铣床的市场竞争力也位居前列。

  目前我国已经可以供应网络化、集成化、柔性化的数控机床。同时,我国也已进入世界高速数控机床和高精度精密数控机床生产国的行列。目前我国已经研制成功一批主轴转速在8000—10000r/min以上的数控机床。我国数控机床行业近年来大力推广应用CAD等技术,很多企业已开始和计划实施应用ERP、MRPII和电子商务。

二、我国数控机床市场巨大

  目前我国正处于工业化中期,即从解决短缺为主的开放逐步向建设经济强国转变,从脱贫向致富转变,煤炭、汽车、钢铁、房地产、建材、机械、电子、化工等一批以重工业为基础的高增长行业发展势头强劲,构成了对机床市场尤其是数控机床的巨大需求。据毕马威会计事务所分析,中国已经超过德国,成为世界第一大机床市场,2005年市场销售额将达到70亿美元。数控机床已成为机床消费的主流。我国未来数控机床市场巨大,预计2010年数控机床消费仍将超过60亿美元,台数将超过10万台。专家指出,中高档数控机床的比例会大幅增加,经济型数控机床的比例不会有太大变化,而非数控的普通机床的需求将会大幅度减少。

  国家计委投资研究所预测:“十五”期间,我国固定资产总投资额将达到22万亿元,年平均增长幅度为37%。按以往固定资产投资与机械市场消费之间的互动关系推断,“十五”期间,我国机械市场所孕育的商机高达320—400亿元。交通方面,“十五”期间仅西部铁路开发就将投入1000亿元,未来10年西部交通则将投资7000一8000亿元,车轮车床、2m大型锯床、螺旋焊管扩径机械等专用设备大有用武之地;水利工程未来5年将投资5300亿元,环保一期投资1888亿元,二期投资2600亿元,相应机械设备需求巨大;300家机械厂商将进行技改,求购数控机床数量十分可观。2004年,国内有模具厂约1.7万家,年产值约530亿元,所需的机械偏向于高精度、高效率、高速化铣削设备、虚拟轴机床、复合加工机及慢走丝线切割机等。

  据报道,“十一五”期间,国家对装备制造业的投资将主要集中在航天、航空、船舶、汽车、兵器、机械和电子信息等行业。

  航空工业的民用航空客机的转包和生产进一步扩大。与美国波音和欧洲空中客车公司转包生产客机零件量将大幅度增加;与国外合作生产和自行开发的军用飞机和军用直升机将进入批产。飞机机翼、机身、尾翼等和发动机零件的制造需要大批高速五轴加工中心、龙门移动式高速加工中心、精密数控车床、精密卧式加工中心、多坐标镗铣中心、精密齿轮和螺纹加工数控机床等。

  2005年航天工业将集中力量发射神州六号飞船,“十一五”期间将发射绕月飞行卫星和数十个各种太空卫星。航天工业需求大批精密、高速、中小型数控机床,如精密数控车床和车削中心、立卧转换五轴加工中心、高精度电加工机床、高精度万能磨床和坐标磨床等。

  2004年我国造船800万t,占世界船舶市场15%,排名世界第三位。2005年造船将达1000万t,占世界船舶市场18%。“十一五”期间,我国造船工业将有很大发展,成为世界造船强国。目前,除上海外高桥正在兴建现代化程度最高、规模最大、技术设施最先进的大型船舶总装厂外,南北两大船舶工业集团也在计划新建和扩建特大型造船企业。造船工业急需制造柴油机体的重型、超重型龙门铣镗床和重型数控落地镗铣床以及大型数控车床和车铣中心、大型数控磨齿机、曲轴镗铣床、大型曲轴车铣中心和曲轴磨床等。

  汽车制造业是机床的需求大户,约占机床总消费的40%左右。2005年,我国汽车年产量将达560万辆左右,到“十一五”末期,可达到800一1000万辆。同时,汽车零配件产量将有大幅度增加。汽车制造业需要大批高效、高性能、专用数控机床和柔性生产线,如用于发动机加工的以高速卧式加工中心为主的柔性生产线、曲轴加工专用数控机床等。汽车零配件生产需求大批数控车床、立卧式加工中心、数控高效磨床和数控齿轮加工机床等。

  兵器制造业需求数控机床更是量大面广,要求数控机床可靠、稳定。国产数控机床有很大的市场空间兵器制造业需求大批数控车床、立卧加工中心、五轴加工中心、龙门镗铣床、镗铣加工中心、齿轮加工机床等。

  2004年我国新增发电装机7138万kW,创历史记录,但全国电力供求依然紧张。“十一五”期间,电力工业仍将保持快速增长。发电设备制造行业需要重型数控龙门镗铣床、大型落地镗铣床、大型数控车床、叶根槽专用铣床和叶片数控加工机床等,输变电设备制造行业需要数控车床、加工中心、数控镗床等。

  冶金设备制造业重点解决连铸连轧成套设备的制造,需求大型龙门铣床、大型数控车床等设备。

  我国铁路、公路、能源、水利、机场、城镇建设需求大量工程机械。工程机械制造业需求大批中小型数控机床如数控车床、中型加工中心、数控铣床和齿轮加工机床等。

  2004年,全国模具产值同比增长17.8%。我国目前大型、精密、复杂、长寿命模具依然大量进口,2004年,进口模具18.72亿美元,同比增长32.4%。模具市场主要集中在华东、华南,大约占全国销售额的75%。最近,江苏苏州地区已在规划筹建亚洲最大的模具制造基地。模具制造业需求高速数控铣床、三坐标测量机、精密电加工机床、高精度加工中心、精密磨床等。

  电子信息设备制造行业的装备99.5%依赖进口,2004年进口额达100亿元。该行业需求大批小型精密数控机床:如高速铣削中心、高速加工中心、小型精密车床、小型精密冲床、精密和超精密加工专用数控机床及精密电加工机床等。

三、国内数控机床仍然较为落后

  数控机床的重要组成部分有数控系统、刀库和机械手、数控刀架和转台、主轴单元(含电主轴)、滚珠丝杠副和滚动导轨副、防护罩和数控刀具等功能部件,这些功能部件的性能已成为整机性能的决定因素。数控系统由显示器、伺服控制器、伺服电机和各种开关、传感器构成。当然,普通机床发展到数控机床不只是加装系统这么简单,例如:从铣床发展到加工中心,机床结构发生变化,最主要的是加了刀库,还大幅度提高了精度。加工中心最主要的功能是铣、镗、钻的功能。目前世界最大的三家厂商是:日本Fanuc、德国西门子、日本三菱,其产品量大面广,但技术并不一定是最高的,其余还有法国Num、西班牙凡高等。

  数控机床是利用二进制数学方式输入,加工过程可任意编程,主轴及进给速度可按加工工艺需要变化,且能实现多坐标联动,易加工复杂曲面。对于加工对象具有“易变、多变、善变”的特点,换批调整方便,可实现复杂件多品种中小批柔性生产,适应社会对产品多样化的需求。但价格较昂贵,需要正确分析其使用的经济合理性;数控机床利用硬件和软件相结合,能实现信息反馈、补偿、自动加减速等功能,可进一步提高机床的加工精度、效率、自动化程度;数控机床是以电子控制为主的机电一体化机床,充分发挥了微电子、计算机技术特有的优点,易于实现信息化、智能化、网络化,可较易地组成各种先进制造系统,如FMS、FTL、FA,甚至将来的CIMS,能最大限度地提高企业的劳动生产率。

  数控机床是机、电、液、气、光多学科各种高科技的综合性组合,特别是以电子、计算机等现代先进技术为基石,必须具有巩固的技术基础,互相配套,缺一不可。如不齐备,则数控机床难以顺利发展。数控机床是由主机、各种元部件(功能部件)和数控系统三大部分组成,还需先进的自动化刀具配合,才能实现加工,各个环节在技术上、质量上必须切实过关,确保工作可靠、稳定,才能保证数控机床加工的精度、效率和自动化,否则,难以在实际生产中使用。

  我国数控机床行业总体的技术开发能力和技术基础薄弱,信息化技术应用程度不高。行业现有的信息化技术来源主要依靠引进国外技术,且外方在许多高新产品的核心技术上具有掌控地位,我们对国外技术的依存度较高,对引进技术的消化仍停留在掌握已有技术和提高国产化率上,没有上升到形成产品自主开发能力和技术创新能力的高度。具有高精度、高速、高效、复合功能、多轴联动等特点的高性能实用数控机床基本上还得依赖进口。

  与国外产品相比,我国的差距主要是机床的高速高效化和精密化上。对高速加工技术,国外已进行了多年的研究,对高速加工的机理、机床结构、机床刚度和精度的影响等都有了系统的研究,并开发生产了各种高速铣削中心、高速加工中心,广泛应用于航空器铝合金零件和模具加工上。

  国外滚珠丝杠副驱动的高速加工中心快速进给速度大多在40m/min以上,最高已达到90m/min,直线电机驱动的加工中心最高达到120m/min;而国内加工中心快速进给大多在30m/min左右,个别达到60m/min,直线电机驱动的加工中心也仅试制出样品。国外高速加工中心主轴转速一般都在12000—25000r/min,最高已达到70000r/min,在结构上都采用适应于高速加工要求的独特箱中箱结构或龙门式结构。

  据统计,我国大型高性能超精机床每年生产不足千台,仅占国产机床总量和总价值的1.5%-2.5%,不到德国或日本的1/20。国外卧式加工中心都装有机床精度及温度补偿系统,加工精度比较稳定,而国内尚在研发中;国外加工中心定位精度基本上按德国标准VDI3441验收,行程1000mm以下,定位精度可控制在0.006—0.0lmm以内,而国内定位精度相对较低。

  2004年,我国金属加工机床消费额达到了95亿美元,占世界总量的1/5。其中,进口份额占63%,数控机床进口额34亿美元,占全部进口金属切削机床的78.6%。为了满足制造业的需求,国家每年花费10多亿美元引进数控机床。数控机床的核心技术即数控系统,我国90%要从国外进口。不仅价格高,进口周期长也不能满足主机厂的要求。而且,使用进口的装置组装起来的机床,可靠性和质量也会受到影响。2004年内地约消耗了1万台,但是大陆所有企业加起来共失产2000台左右,而只有八九个生产加工中心工厂的台湾省竟向内地销售了3300台。

四、大力促进我国数控机床的发展

  为了进一步促进我国数控机床的发展,必须把企业作为发展的主体。高校、科研单位作为依托,政府在宏观政策上予以指导和扶持,社会中介力量提供高质量的服务,才能把机床产业逐步做优做强。

  1.加大政府扶持力度

  2005年5月26日至28日我国机床工具工业协会承办的“国产数控机床发展座谈会”在大连召开,围绕《高档数控机床应用示范工程》项目和《数控机床产业发展专项规划》展开。国家发改委为了满足重点用户的技改需求和促进国产高档数控机床的发展,要求中国机床工具工业协会做好一系列实质性的工作,抓紧落实此次会议纪要中确定的若干重点工作。会议还要求在2006年上海举办的中国数控机床展上,检查机床行业做出的承诺。

  按照《国家数控机床产业发展专项规划》,未来5年机床工具行业将营造20个数控机床产业化基地和为之配套的10个基础功能零部件产业基地,基地企业将享受国家政策和资金上的支持。数控机床产业化基地企业所开发生产的新产品和高档数控机床产品实行增值税返还政策。《规划》还将对进入产业化基地的企业给予国债项目资金的支持。对企业技术开发中心和技术工程研究中心的初期建设,以及首台、首套新产品,也将给予一定的风险补贴。机床企业如欲进入产业化基地,其技术开发投入不得低于产品销售收入的5%。如果达到了这个指标,每年将可享受国家给予的一定程度的补贴。如果《规划》的目标能够实现,到“十一五”末期,国产数控机床以销售额计的国内市场占有率将提高到50%以上。同时,国产全部机床产品的国内市场占有率也将提高到60%以上。

  2.提高综合应用效率

  数控设备要提高设备综合应用效率(OAEE),应能长期稳定可靠地运行使用,高效率进行产品加工,快速生产出质量合格的产品零件。国内一些专家分析了影响OAEE的主要因素,提出从e一M整体解决技术高度上设计、实施和实现基于人、信息、技术、资源、组织机构和管理体制融合应用集成的数字化综合自动化技术和全企业应用集成,从根本上提升数控设备工业应用水平。

  3.提高开发能力

  提高开发能力并不是一件容易的事情。现在西方的大公司在数控机床方面对我国采取封锁加倾销的市场战略。首先是封锁,封锁不成就倾销。其数控系统在中国市场以十分昂贵的价格出售,获取了高额利润。一旦中国企业开发出同样产品,他们就立即大幅降价,甚至降到中国企业的成本价以下。在这种情况下,国家就更要给国内企业以扶持,就像当初美、德、日等扶持本国企业那样。

  4.发展功能零部件

  有专家预言,今后5一10年机床行业将更多瞄准购买零部件来组装机床,投入市场。机床行业要优质快速生产数控机床,以满足市场的需求,为数控机床配套的功能部件必须优先快速发展。当今,高级数控系统、高速精密主轴单元、高速滚动部件和数控动力刀架等功能部件已成为衡量数控机床水平的重要标志。它们的价格也是构成数控机床整机价格的主要成分,粗略计算数控机床功能部件价格已占整机成本构成的70%左右。

  目前,我国的功能部件生产发展缓慢,品种少,产业化程度低,不能满足市场要求,不得不依赖进口。由于功能部件进口价格昂贵,造成数控机床整机价格不断上升,我国生产的数控机床几乎失去了竞争优势。市场显示,同等水平的数控机床,韩国的价格几乎与我国的价格持平,出现这一现象与我们主机生产厂大量从国外采购数控机床所需的功能部件有很大关系。

  我国机床工具行业的专家、学者、企业家都已看到了功能部件产业的巨大发展前景。许多企业也已瞄准了这个市场,通过引进技术、合作生产或自主开发,初步形成了一批功能部件专业生产厂商。但我国的功能部件生产企业一般规模较小,布局分散;有些至今还依附在主机厂或研究所,还没有推向市场,因此形不成龙头企业。有些品种还没有商品供应;有些功能部件性能上与国际著名厂商的产品还有差距。能够生产功能部件的企业,如果不把体制理顺,不把市场做大,不把目前的产品水平提高并尽快追上国际先进水平,将很难长久生存。一种产品从研制成功到少量生产,如果不尽快形成规模,就降不下成本,就占领不了市场,就创不出品牌。

  5.加快引进吸收

  据有关方面介绍,韩国用1美元引进先进技术,用5美元进行消化吸收,而中国用1美元引进先进技术,用0.2美元进行消化吸收。

  近20年来,国际产业实现了阶段性的变革及转移。我国抓住了这一机遇,依靠加工贸易和大量劳动力密集型产品的出口而发展起来,并且随着中国制造业参与国际分工而增强了国力。欧美不少企业由于经营不善而倒闭或者被兼并,如马豪、斯滨纳等。日本经济不景气,有不少在20世纪80年代很出名的机床制造商倒闭,例如:新泻铁工所。沈阳机床集团于2004年10月全资收购德国希斯公司并注入流动资金,目前正在和武重商谈跨地区重组问题。大连机床公司也从德国引进了不少先进技术。上海明精公司也曾在2003年和2004年先后收购德国沃伦贝格和日本池贝公司,并分别占据其中53.6%和65%的股份。

 

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