製造業是推動經濟發展的發動機，而數控機床（chuáng）作為現代製造業的關鍵核心裝備（bèi），其發展一直受到（dào）******和相關行業的高度關注（zhù）。近些（xiē）年隨著我國經濟社會的快速（sù）發展，我國機床行業有了長足的進步，產業規模、產品（pǐn）質量和係列規格都有了很大提升，而國民經濟發展中急需（xū）的高檔數控機床過度依（yī）賴進口的局麵已（yǐ）有所改善[1]。
受累（lèi）於低迷的世界經濟形勢，我國機床（chuáng）行業從2011年下半年進入下行狀態[2-3]，在國產數控機床行業總產值及利潤紛紛下滑的情（qíng）況下，高檔數控機床的需求卻穩步上升[2-3]，成為（wéi）我國機（jī）床行（háng）業當前發展的一大亮點，高檔數控（kòng）機床也成為我國機床行業推進（jìn）產業結構調整、實現轉型升級（jí）的重要著力點。在高檔數（shù）控（kòng）機床與基礎製造裝備 ******科技重大（dà）專項（04專項）的（de）推動下，我（wǒ）國高檔數控機床近幾年得（dé）到快速發展，航（háng）空航天、船舶等高端製造業作為用戶企業，其在促進我國高檔數控（kòng）機床發展中（zhōng）發揮的重要作（zuò）用也得（dé）到業內（nèi）專家的廣泛認可，緊密結合（hé）用（yòng）戶企（qǐ）業的未來需（xū）求成（chéng）為我國高檔數控機床產業化及批量（liàng）應用（yòng）的（de）重要保障。
公司（sī）在國內知名專家教授的引領帶動下，組建了一支國內******的超精密技術研發團隊，研發團隊在超精密機床的單元技術、切削機理和工藝、成套技術及應用工（gōng）藝方（fāng）麵具備豐富的技術經驗和實踐（jiàn）積（jī）累。可為北京精密零件加（jiā）工，北京鋁合金異型件加工製造相關產業提供優質的技術服務。
我國數控機床行業的發展現狀（zhuàng）
經過多年（nián）發展，我國數控機床行業的產業規模、產（chǎn）品類型及應用領域等都有了長（zhǎng）足進步，而在04專項的（de）支持下，通過數控機床製造企業及機床用戶企（qǐ）業（yè）的共（gòng）同努力，我國的高檔數控機床也有了較大發展，已在我國航空航天、船舶、汽（qì）車、發電等高端製造業得到初步應用。
我國機床行業近年來產業規模大幅增加。十一五（wǔ）期間，金切機床行業工業總產值年平均增長率達23.6%，2010年達1306億元人民幣，並在2011年達到（dào）1542.9億元人民（mín）幣的曆史***高點，其中數控機床的發展速度更快，數控機床產量占金切機床總產量的（de）比重由2005年的13.2%提高到2010年的29.6%，國產（chǎn）數（shù）控機床產值市（shì）場占有（yǒu）率也在2010年達到56.7%[1]。
在高檔數控機床方麵，隨著04專項的深入（rù）實施，一大批數控機床關鍵製造技術得到突破，多種構型的國產五軸聯動及複合加工機床實現了在用戶生產現場的小批量應用，廣泛用於飛機結構件、大型水輪機葉片等多種複雜零件的加工，加工材料涵蓋了鋁合金、鈦合金、不鏽鋼、複合材料等。以國（guó）產高檔（dàng）數控（kòng）機床在中航工業成飛公（gōng）司的應用為例，成（chéng）飛公司（sī）現（xiàn）裝備6台（tái）國（guó）產五軸聯動（dòng）數控機床，故（gù）障率比國外（wài）同型機床稍高，但已基本（běn）滿足飛機結構件批量加工。
五坐標數控龍門機（jī）床方麵，濟南二機床集團有限公司的XKV27係列龍門移動式五軸聯（lián）動鏜銑床（圖1），配（pèi）備大扭矩機（jī）械式A/C雙擺角數（shù）控******銑頭，工（gōng）作（zuò）台麵寬度可達5m，長度可（kě）達40m，已在鞍鋼重型機械有限責任公司、上海航天設備製造總廠應（yīng）用。中航工業北京航空製造工程（chéng）研究（jiū）所（suǒ）的G5 2560 ABJ五坐（zuò）標數控龍門銑床配備A/B擺角式機械主軸頭，適用於鈦合金、合金鋼等複（fù）雜飛機結構件加工，目前已在中航工業成飛等多（duō）家飛機製造企業應（yīng）用。
五坐標立式加工中心方麵，以沈陽中捷的VMC 25100U（圖2）、中航工業北京航空製造工程研究所的V5 1030 ABJ為代表的（de）國產五坐標立式低（dī）速加工中心（xīn）（A/B擺角）已在中航工業成飛用於飛機（jī）鈦合金零件加工，除部分指標（biāo）及整機可靠性略低外（wài），這兩款機床（chuáng）的（de）零（líng）件加（jiā）工能力與Rambaudi公司的1201機床接近，基本（běn）滿足鈦合金（jīn）航空結構件（jiàn）的五軸加工需（xū）求。
五坐標橋式機床方麵，中航（háng）工業北京航空（kōng）製造工（gōng）程研（yán）究所的B5 2580 E橋式五坐標（biāo）高速數控龍門銑床工作台（tái）尺寸為2.5m×8m，主軸轉速達到（dào）24000r/min，已（yǐ）有多台（tái）在我國航空製造企業應用。濟南二機床集團有限（xiàn）公司的XHSV25係（xì）列機（jī）床配備大功率（lǜ）、高轉速雙擺角數控******銑頭，工作台（tái）麵***大寬度可（kě）達5m，長度***大（dà）可達30m，已在航天二院二八三廠應（yīng）用。車銑複（fù）合機床（chuáng）方麵，北一機床的XKA 28105X300超重型數控龍門車銑（xǐ）複合機床已在哈爾濱汽輪機有限公司投入使用。
數控係統方麵，中高檔數控係統的開發和生產取得明顯進展，部分（fèn）國產數控係統已配套五（wǔ）軸聯動數控機床。04專項通過（guò）設立國產數控係統成套裝置研製（zhì）課題，已初步解決了高檔數控係統的（de）多通道、多軸聯動、繞（rào）刀具中心旋轉、靜態誤差補償等技術難題（tí），開發了（le）與數控係統（tǒng）配套的伺服驅動及電機等硬（yìng）件，形成了係列化產品。典型如華（huá）中8型、廣數（shù）GSK25i、沈陽高精GJ400數控係統（tǒng）等，上述數控係統已（yǐ）配（pèi）套多台04專項支持（chí）的（de）中（zhōng）高檔數（shù）控機床（chuáng），部分已投（tóu）入實際現場應用。
數控機床功能部件方麵，形成了（le）一批具有自主知識產權的功能部件（jiàn），部分性能指標已接近國際******水平。在04專項支持（chí）下，國產功能部件已（yǐ）突破高速主軸、高速（sù）滾珠絲（sī）杠、重載直線導軌（guǐ）、數控轉台、刀庫（kù）與（yǔ）機械手、A/C雙擺角（jiǎo）數控銑頭（tóu）等研製。尤其是作為五軸聯動數控機床關鍵功能部件的雙擺（bǎi）角銑頭，如濟南第（dì）二機床集團研發的A/C雙擺角數控******銑（xǐ）頭（圖3），可（kě）配備機（jī）械主軸和電主軸，其中機械主軸扭矩（jǔ）達2200N·m，轉速1600r/min，電主軸扭矩73.8N·m，轉（zhuǎn）速24000r/min，這兩類銑頭已配備多種構型的數控機（jī）床。
國產高檔數（shù）控機床（chuáng）發（fā）展需解決的主（zhǔ）要問題（tí）
我國數（shù）控機床行業已基本解決高端產（chǎn）品的（de）有無問題，但產業結構、產品結構與市場需求的矛（máo）盾尚未得到有效緩解，仍麵（miàn）臨主機大而不強（qiáng），高檔數控係統（tǒng）和關鍵功能部件發展滯後，技術服務能力（lì）不足等問題。
國內機床行業近（jìn）幾年的快速發展以中低端產品的產能（néng）擴充為主，高檔數控機床的研發投（tóu）入不足，導致（zhì）我國機床行（háng）業存在主機大而不強的問題，這也是近兩年受全球金融（róng）危機影響，我國（guó）大部分機床企業產值、利潤不斷下滑的主（zhǔ）要原因。推進高檔數控機床的產業化（huà），提高國產高檔（dàng）數控機床在******重點行業的占有率，是我國機床（chuáng）行業擺脫當前困境，實現產（chǎn）業結構（gòu）調（diào）整及（jí）轉型升（shēng）級的關鍵，為（wéi）此，我國機床企業在發展（zhǎn）高檔數（shù）控機床的過程中（zhōng）需解決以下問題：
（1）國產高檔數控機床可靠性和性能穩（wěn）定（dìng）性較差。目前已投入實際生產（chǎn）應用（yòng）的國產高檔數控機（jī）床一般采用國外（wài）進（jìn）口的數控係統和關鍵功能部件，在加工性能方麵與進口機床沒有太大差距，但機床輔（fǔ）助部件故障（zhàng）率較高，直接推高了整機的故障率。此外，由於（yú）部件裝配和調試技（jì）術水平不足，國產機床的精度、動態特性（xìng）等比國外機床稍差，且上述性能在應用過程中的（de）下降速度要高於國（guó）外機床。
（2）國產高檔數控係統及關鍵功（gōng）能部件等主機配套產品還有待加強。近年來，國（guó）內（nèi）數控係統廠以西門子、法拉克等國外高檔數控係統為對標（biāo），在多軸聯動加工、繞刀具中心旋轉（RTCP）、誤差補償等方麵進行了大量的功能開發，但仍與國外高檔數控係統存（cún）在差距，體現為機床的加工精度無法滿足要求。功能部（bù）件（jiàn）方麵，以高速主軸、A/C雙擺角數控銑頭（tóu）為代表的關鍵功能部件（jiàn）已實現研發突破，但仍停留在小批生（shēng）產階段，還缺乏在生（shēng）產現場的批量應用。
（3）針對用戶加工工藝（yì）需求的技術服務（wù）能力不足。國外數控機床（chuáng）企（qǐ）業很（hěn）早就（jiù）針對（duì）用戶的具（jù）體加工對象，提供包括（kuò）機床、典型工藝方案（àn）及（jí）切削參數等在內的一攬子解決方（fāng）案，由於用（yòng）戶采購高檔數控機（jī）床一般針對實際零件加工需求，這種圍繞產（chǎn）品加工需求的全套解決方案受到用戶的普遍歡迎，這也是國外（wài）高檔數控機床在國內熱銷的（de）重（chóng）要原因。目前，國內機床企業由於缺乏對用戶產品加工工藝的了解，目前（qián）還無法提供全套（tào）解決（jué）方案，提供的技術服務也隻針對機床（chuáng）本身，影響了國產機床在用戶（hù）現場的應用效果。
航空製造業（yè）未來（lái）發展對國（guó）產高檔數控機床的需求
高檔（dàng）數控機床的發展往（wǎng）往由被（bèi）加工對象的加工（gōng）工藝及用（yòng）戶生產需求拉動，飛機結構件作為飛機的主承力部件，具有形（xíng）狀複雜、加工精度要求高、材料利用率低等特點，需要五軸聯動加工，一直是高檔數控機床研（yán）製和應（yīng）用的主要落地對（duì）象。隨著現代飛機（jī）性能的不（bú）斷提升，飛機零件正朝著（zhe）整體化、大型化、複雜化、高精（jīng）度（dù）、新材料大量應用等方向發展，同（tóng）時，數字化製造（zào）技術在航空製造企業應用逐步深入，產品加工需求及用戶企業的技術發展對數控（kòng）機床提（tí）出了新需求：
（1）大（dà）型高精度數控機床及五軸聯動（dòng）臥式加工機床。當前，部分（fèn）大型飛機結構件（jiàn）的長度已（yǐ）接近20m，零件表麵精度達到Ra1.6，促（cù）使加工設備向著大型化、高精度方向發展。德國DST公司的（de）FOGS係列高精度五坐（zuò）標數（shù）控龍門銑床，基於西門子（zǐ）840D sl係統開發了用於機（jī）床空間誤差（chà）的自（zì）動檢測及補償的KMS（Kinematic Management System）係（xì）統，並對機床工作區域恒溫控製，使機床在2.5m×9m×1.5m的工作空間內定位精度達到（dào）1.6μm/m3。此外，飛機結構件加工的材（cái）料去除率達（dá）95%以上（shàng），立式加工時（shí），高速切削產生的大量切屑極易堆積在零（líng）件表麵，造成零件的二次切削，影響零件加工質量，臥式機床以其排屑性好、具備（bèi）FMC（柔性製造單元）功能等特點（diǎn），在飛機結構件加工中的應用已越來越多，未來飛機（jī）結構件加工中臥式機床所占的比例將進一步提（tí）高。
（2）鈦合金高效及複合材料加工機床。目前，鈦合金和以碳纖（xiān）維為代表的複合材料在現代飛機中所占的比（bǐ）例大幅提（tí）高，如A350、波音787的複（fù）合（hé）材料比（bǐ）例已經超過50%。在鋁合（hé）金高速加工已基本解決的情況下，鈦合金、複合材料加工將成為未來航空製造企業的主要任（rèn）務。由於切削性能差，鈦合金的切削效率一直（zhí）很低，如何實現鈦合金的高（gāo）效加工是當前航空製造企業麵（miàn）臨的一大難題，需要在高效加工設備、刀具、工藝（yì）方案等多方麵入手（shǒu），而高效加工設備是基礎。複合材料加工主要需解決汙染問題，與金屬材料不同，複合材料（如（rú）碳纖維、蜂（fēng）窩等）在高速切削時會產生大量粉塵，對人體及機（jī）床造成傷害，因此，航（háng）空製造企業適於複合材料加工、防護性能良好的數控加工設備有著迫切的需求。
（3）自動化生產係統以及（jí）滿足數字化製造需求的設備新功能。為提高（gāo）生產效率、降低零件加工質量風險，包含運輸（shū）、加工、清洗、烘幹（gàn）及測（cè）量（liàng）等功能的自動化生產係（xì）統已出現（xiàn）。目前國（guó）外航空製造企業已大量應用柔性生產線，國外部分航空製造企（qǐ）業在碳纖（xiān）維蒙皮加工中已采用集成傳輸、加工、清洗、烘幹（gàn）及測量等（děng）功能於一體的自動化生產係統，大幅提高了零件加（jiā）工效率，保證了零件加工質量。此外，數字化製造需要實時監控機床狀態，從機床實時（shí）采（cǎi）集零件加工及（jí）機床狀態數據，這（zhè）要（yào）求機床具備刀具（jù）自動（dòng）測量、狀（zhuàng）態自動監控、零件在線測量等功能，並可與用戶企業網絡互聯互通。
上述目標的實現都離不開機床（chuáng）企業和用戶企業的密切合作，需要繼續（xù）堅持04專項提倡的產學研（yán）用研發模式，尤其是示範應用的（de）方式（圖4）。通過梳理專項前期重點成果，根據市場需求（qiú）集中力量在重點用戶建立應用（yòng）示範基地，充分發揮用戶的數控加工工（gōng）藝技術優勢（shì）以及設備應用經（jīng）驗，彌補我國機床企業在這些（xiē）方麵的不足，以在用戶實際生產現場應用的方式驗證（zhèng）並開發適應（yīng）於用戶需求的新功（gōng）能，***終達到完善專項成果，推進國產（chǎn）高（gāo）檔數控機床在******重點行（háng）業批量應用，提高國產高檔（dàng）數控機床市場占有率的目（mù）的。
結束語
高檔數（shù）控機床技術含量（liàng）高、附加值高（gāo），已成為我國機床行業現階段產業結構（gòu）調整及轉型升級的優選方向。目前（qián）我國高檔數控機床整體上已有較大提升，整機、數（shù）控係統及部分（fèn）關鍵功能部件已接近國（guó）際******水平（píng），並在航空航天、船舶等高端（duān）製造企業小（xiǎo）批量應用。在當前國產高（gāo）檔數控機床的產（chǎn）業化階段，推動（dòng）其在******重點行業的（de）推廣應（yīng）用（yòng）是關鍵，需要我國機床企業、科研院所及機床用戶緊密合作，緊跟用戶***新需求，堅持產學（xué）研用的合作模式，***終通過（guò）用（yòng）驗證並解決國產機床存在的問題，實現（xiàn） 04專項提出的國產高（gāo）檔數控機床取代進口的目標。
作者（zhě）：劉（liú）大煒 湯立民
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