我国数控机床发展现状综述
1301111 36 肖雯宝
摘 要:简述数控技术的发展历程, 归纳目前数控技术的发展趋
势, 分析我国数控技术及其产业的现状, 并提出要从战略
高度上重视数控标准的建设和数控功能部件的发展。
关键词:数控技术; 数控系统; 发展趋势
一、我国数控机床取得了一定成绩
1、产业规模日益扩大
近年来，国内功能部件企业纷纷知难而上、苦练内功，并取得了良好的效果。2001 年，我国机床工业产值已进入世界第5 名。2001 年国内数控金切机床产量已达1.8 万台，比上年增长28.5%。金切机床行业产值数控化率从2000年的17.4%提高到2001年的22.7%。
分析表明, 中国机床市场目前仍分为中低端和高端两个领域。众多中国企业, 通常是国有企业占据低端市场, “低端混战”愈演愈烈, 但高端市场则主要由外国制造商, 特别是被欧洲、日本的制造商垄断。我国汽车、航空和航天、发电、船舶, 特别是军工等行业急需的高技术数控机床75%甚至100%依赖进口。部分高档数控机床仍然被作为战略物资在国际市场上受到禁运限制[ 1] 。这种局面成为我国机床工业挥之不去的“隐痛”。“低端混战”、“高端失守”是近年来中国机床工业现状的真实写照, 而造成中国机床工业这种现状的根源就在于本土企业缺乏核心技术和自有品牌, 缺乏具有竞争力的商业模式和产业链。
2、数控技术的发展趋势
随着数控技术的不断进步, 应用领域已不仅局限于传统制造业, 应用领域扩大, 对国计民生的一些重要行业( IT、汽车、轻工、医疗等) 的发展起着越来越重要的作用。目前世界上数控技术主要向以下几个方面发展。
2. 1 数控技术向高速高精度方向发展
速度和精度是数控系统的2个重要技术指标, 直接关系到加工效率和产品质量。近年来, 高速数控加工已成为国际制造业最热门的话题之一。据有关资料介绍, 国外高档数控机床主轴转速最高已达100000r /m in , 快速进给最快已达200m /m in, 进给速度达到60 m /m in, 加速度达0. 5 ～ 2g, 换刀时间为0. 6 ～ 1 s; 在精度方面, 普通数控机床的加工精度已由0.01mm 提高到0. 005mm, 超精度加工已达0. 01μm , 进入到纳米级。国产高速数控机床主轴转速大都在10000 r /m in以上, 最高达到40000 r /m in, 换刀时间为1. 5s;在精度方面, 普通数控机床已达到0. 01mm, 超精密加工也进入到纳米级, 如:北京机床研究所生产的NAM - 800 纳米型数控车床, 分辨率为5nm, 尺寸精度已达±10nm 。
2. 2 向多轴联动和功能复合方向发展
在零件加工过程中, 大量的时间消耗在工件搬运、上下料、安装调整、换刀和主轴的升降速上, 为尽可能的降低这些无用时间, 人们将不同的加工功能整合在同1 台机床上, 这样, 数控系统就向功能复合方向发展。一机多功能的数控系统, 可以最大限度的提高设备利用率, 加工精度和效率。同时, 数控系统向多轴联动方向发展。多轴联动的数控机床是国民经济建设和国防尖端科技的主要设备, 通常被作为战略物资。目前, 国外已经在研究6 轴以上联动的数控机床; 我国也已有多家企业能够生产5轴联动的数控机床。
2. 3 智能化
数控系统应用高科技的重要目标就是智能化。主要体现在以下几个方面:①在数控系统中引入自适应控制(AdaptiveCon tro l) 技术, 多种参数进行自动测量, 使得在保证产品质量的前提下, 加工成本最低或生产率最高; ②附加人机对话和自动编程功能; ③增设设备故障自诊断功
能; ④引进模式识别技术, 应用图像识别和声控技术, 使机器自己识别图样, 按照自然语音命令加工。
2. 4 提高可靠性
数控系统比较贵重, 为了满足长时间无人操作的需要, 要求数控系统和数控装置必须有较高的可靠性。国外, 数控系统的M TBF已在30000h 以上, 最高已达到80000h ;国内, 数控系统的M TBF大都在10000h 以上。
2. 5 小型化
蓬勃发展的机电一体化设备, 对数控系统提出了小型化的要求。数控系统小型化, 将极大的缩小系统的占用空间, 这样, 就能方便的将机电装置揉合为一体。
2. 6 向网络化方向发展
网络化数控装备是近几年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求, 也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。数控技术向网络化方向发展, 使得制造业可以利用广泛分布的Inte rne t网络, 将分散在不同地理位置, 具有不同制造资源的企业动态连接起来, 从而不受距离和时间的限制, 完成产品的设计与加工。
发展思路与发展战略
1、国内机床装备制造企业市场意识的强化与核心技术的发展, 只能通过进一步开放市场来解决, 在竞争中培育成长。开放式自主发展既是促进自身快速成长的必要途径, 又是打造高端品牌的战略选择。企业也要从主观上重视开发投入。但提高开发能力并非易事。就数控系统来说, 现在西方大的公司对我们采取封锁加倾销的市场战略。先是封锁, 封锁不成就倾销。将数控系统在中国市场以十分昂贵的价格出售, 获取高额利润。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。
2、我国机床产业结构中的一个问题, 就是主机厂多, 关键功能部件专业生产厂少且弱。以数控系统来说, 我们的数控系统80%以上是进口的。不仅价格高, 进口周期也不能满足主机厂的要求。而且使用进口的东西组装起来的机床, 可靠性和质量也会受到影响。国家要扶持建立完善的数控机床配套服务体系。
3、扶持中国数控机床的龙头企业通过跨国并购实现高端突破, 走出国门。
三、如何加快我国数控机床的发展
我国发展机床业有得天独厚的市场空间。特别是未来几年，汽车、信息和高新技术等产业在我国将会强劲发展。以汽车工业为代表的机电装备工业对机床工业提出了更高的要求。据三大汽车和九个骨
干厂的统计，2003年投入技术改造资金261亿元，而汽车零部件的技术改造投入也将近73亿元，其中与机床工具工业有关的有42 亿元。专家指出，以我国目前高档数控机床和成套成线设备的开发、生产能力，在品种、质量和数量上还不能适应市场需要，必须加快我国数控机床的发展。
1、生产专业化
由于历史原因，我国机床工具行业千余家企业在国内的产业布局趋同，导致生产总量不小，低水平重复建设严重：“大而全”、“小而全”普遍存在，规模效益难以释放; 企业内部自我配套意识浓厚，生产周期过长; 成本居高不下，整机性能及可靠性无法保证; 对市场需求反应迟钝，竞争乏力。以西部某省机床工具行业的产业布局为例：该省现有机床企业12家，分布在省内4个地级城市，资产存量较大，近20亿元，从业人员超过二万人，生产产品门类齐全。包括车床、镗床、剪切机床、滚齿机、磨齿机、电火花加工机床、外圆磨、内圆磨、平面磨、工具磨以及各种金属切削工具、铸件等。从全省范围看，各厂产品虽然相互竞争度
低，互补性强，但工艺装备趋同，各厂几乎都有铸造、热处理、机加工、装配能力。“全而不专”，“专而不精”、“散、乱、小”的产业劣势一览无余，其中只有两家企业的主营销售收入达到2亿元。由此可以看出，该省每一个企业在国内机床市场上（不用说在国际市场上）占有份额很小，影响甚微，根本谈不上竞争优势，无法与国外同行相抗衡。
2、提高新产品研发能力
当前需要特别注意的是，必须快速提高数控机床产品的自主开发、制造能力。为此，要建立有效的数控技术开发中心，加强对重点工艺的研究、试验，形成成套开发能力。实践证明，联合研发是提高我国新产品研发能力的有效途径，不仅能解决关键技术，保证所研发的产品在技术性能上满足生产的实际需求，而且能为用户提供商品化的产品和服务。要做到自主开发与引进国外技术相结合，这样不仅技术起点高，而且开发周期大大缩短。如大连大森公司抓住机遇，采取数控系统设计国际化，器件选购全球化，组装生产社会化，提高了产品质量，一举改变了国产数控系统可靠性差的形象。2002 年，大连大森公司共销售数控系统2200 多台。
3、加快技术引进与合作
为了更快得到最新技术，企业可直接与国内外科研院所“联姻”，通过国际合作生产、合资经营，实现主流产品生产的高起点、成批量、专业化。2003年10 月，北一大隈（北京）有限责任公司在北京林河工业正式投产。作为一个国家装备制造业水平标志的数控机床产业基地，这家总投资达3.3亿元人民币的中日合资企业，通过引进世界先进的五面加工机、卧式加工中心柔性生产线及立卧加工中心构成一个全柔性的加工系统，形成年产1000台数控机床的生产能力，将成为中国规模最大的数控机床制造基地。
结 语
现代数控技术将机械制造技术, 计算机技术, 成组技术与现代控制技术, 传感检测技术, 信息处理技术, 网络通信技术, 液压气动技术, 光机电技术集于一体的技术, 是现代制造技术的基础, 其水平的先进与否直接关系到国家的战略地位和综合国力水平。近十几年来, 由于计算机技术的飞速发展及其它数控相关技术的进步, 推动了数控技术向多个方向发展。因此, 应该及时把握数控技术的发展趋势, 探索发展数控技术的各种有效途径并实施, 从而提高我国的数控技术水平。
参考文献:
[1] 胡兴军, 屈 平. 我国数控机床产业发展现状综述[ J] .精
密制造与自动化, 2004(2):4 -6
[2] 核心技术打破封锁--数控机床科技攻关取得重要成果. 中
国工业报，2003年11月03日.
[3] 杨 永. 现代数控系统的动向[ J] .广东技术师范学院学报,
我国数控机床发展现状综述
1301111 36 肖雯宝
摘 要:简述数控技术的发展历程, 归纳目前数控技术的发展趋
势, 分析我国数控技术及其产业的现状, 并提出要从战略
高度上重视数控标准的建设和数控功能部件的发展。
关键词:数控技术; 数控系统; 发展趋势
一、我国数控机床取得了一定成绩
1、产业规模日益扩大
近年来，国内功能部件企业纷纷知难而上、苦练内功，并取得了良好的效果。2001 年，我国机床工业产值已进入世界第5 名。2001 年国内数控金切机床产量已达1.8 万台，比上年增长28.5%。金切机床行业产值数控化率从2000年的17.4%提高到2001年的22.7%。
分析表明, 中国机床市场目前仍分为中低端和高端两个领域。众多中国企业, 通常是国有企业占据低端市场, “低端混战”愈演愈烈, 但高端市场则主要由外国制造商, 特别是被欧洲、日本的制造商垄断。我国汽车、航空和航天、发电、船舶, 特别是军工等行业急需的高技术数控机床75%甚至100%依赖进口。部分高档数控机床仍然被作为战略物资在国际市场上受到禁运限制[ 1] 。这种局面成为我国机床工业挥之不去的“隐痛”。“低端混战”、“高端失守”是近年来中国机床工业现状的真实写照, 而造成中国机床工业这种现状的根源就在于本土企业缺乏核心技术和自有品牌, 缺乏具有竞争力的商业模式和产业链。
2、数控技术的发展趋势
随着数控技术的不断进步, 应用领域已不仅局限于传统制造业, 应用领域扩大, 对国计民生的一些重要行业( IT、汽车、轻工、医疗等) 的发展起着越来越重要的作用。目前世界上数控技术主要向以下几个方面发展。
2. 1 数控技术向高速高精度方向发展
速度和精度是数控系统的2个重要技术指标, 直接关系到加工效率和产品质量。近年来, 高速数控加工已成为国际制造业最热门的话题之一。据有关资料介绍, 国外高档数控机床主轴转速最高已达100000r /m in , 快速进给最快已达200m /m in, 进给速度达到60 m /m in, 加速度达0. 5 ～ 2g, 换刀时间为0. 6 ～ 1 s; 在精度方面, 普通数控机床的加工精度已由0.01mm 提高到0. 005mm, 超精度加工已达0. 01μm , 进入到纳米级。国产高速数控机床主轴转速大都在10000 r /m in以上, 最高达到40000 r /m in, 换刀时间为1. 5s;在精度方面, 普通数控机床已达到0. 01mm, 超精密加工也进入到纳米级, 如:北京机床研究所生产的NAM - 800 纳米型数控车床, 分辨率为5nm, 尺寸精度已达±10nm 。
2. 2 向多轴联动和功能复合方向发展
在零件加工过程中, 大量的时间消耗在工件搬运、上下料、安装调整、换刀和主轴的升降速上, 为尽可能的降低这些无用时间, 人们将不同的加工功能整合在同1 台机床上, 这样, 数控系统就向功能复合方向发展。一机多功能的数控系统, 可以最大限度的提高设备利用率, 加工精度和效率。同时, 数控系统向多轴联动方向发展。多轴联动的数控机床是国民经济建设和国防尖端科技的主要设备, 通常被作为战略物资。目前, 国外已经在研究6 轴以上联动的数控机床; 我国也已有多家企业能够生产5轴联动的数控机床。
2. 3 智能化
数控系统应用高科技的重要目标就是智能化。主要体现在以下几个方面:①在数控系统中引入自适应控制(AdaptiveCon tro l) 技术, 多种参数进行自动测量, 使得在保证产品质量的前提下, 加工成本最低或生产率最高; ②附加人机对话和自动编程功能; ③增设设备故障自诊断功
能; ④引进模式识别技术, 应用图像识别和声控技术, 使机器自己识别图样, 按照自然语音命令加工。
2. 4 提高可靠性
数控系统比较贵重, 为了满足长时间无人操作的需要, 要求数控系统和数控装置必须有较高的可靠性。国外, 数控系统的M TBF已在30000h 以上, 最高已达到80000h ;国内, 数控系统的M TBF大都在10000h 以上。
2. 5 小型化
蓬勃发展的机电一体化设备, 对数控系统提出了小型化的要求。数控系统小型化, 将极大的缩小系统的占用空间, 这样, 就能方便的将机电装置揉合为一体。
2. 6 向网络化方向发展
网络化数控装备是近几年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求, 也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。数控技术向网络化方向发展, 使得制造业可以利用广泛分布的Inte rne t网络, 将分散在不同地理位置, 具有不同制造资源的企业动态连接起来, 从而不受距离和时间的限制, 完成产品的设计与加工。
发展思路与发展战略
1、国内机床装备制造企业市场意识的强化与核心技术的发展, 只能通过进一步开放市场来解决, 在竞争中培育成长。开放式自主发展既是促进自身快速成长的必要途径, 又是打造高端品牌的战略选择。企业也要从主观上重视开发投入。但提高开发能力并非易事。就数控系统来说, 现在西方大的公司对我们采取封锁加倾销的市场战略。先是封锁, 封锁不成就倾销。将数控系统在中国市场以十分昂贵的价格出售, 获取高额利润。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。
2、我国机床产业结构中的一个问题, 就是主机厂多, 关键功能部件专业生产厂少且弱。以数控系统来说, 我们的数控系统80%以上是进口的。不仅价格高, 进口周期也不能满足主机厂的要求。而且使用进口的东西组装起来的机床, 可靠性和质量也会受到影响。国家要扶持建立完善的数控机床配套服务体系。
3、扶持中国数控机床的龙头企业通过跨国并购实现高端突破, 走出国门。
三、如何加快我国数控机床的发展
我国发展机床业有得天独厚的市场空间。特别是未来几年，汽车、信息和高新技术等产业在我国将会强劲发展。以汽车工业为代表的机电装备工业对机床工业提出了更高的要求。据三大汽车和九个骨
干厂的统计，2003年投入技术改造资金261亿元，而汽车零部件的技术改造投入也将近73亿元，其中与机床工具工业有关的有42 亿元。专家指出，以我国目前高档数控机床和成套成线设备的开发、生产能力，在品种、质量和数量上还不能适应市场需要，必须加快我国数控机床的发展。
1、生产专业化
由于历史原因，我国机床工具行业千余家企业在国内的产业布局趋同，导致生产总量不小，低水平重复建设严重：“大而全”、“小而全”普遍存在，规模效益难以释放; 企业内部自我配套意识浓厚，生产周期过长; 成本居高不下，整机性能及可靠性无法保证; 对市场需求反应迟钝，竞争乏力。以西部某省机床工具行业的产业布局为例：该省现有机床企业12家，分布在省内4个地级城市，资产存量较大，近20亿元，从业人员超过二万人，生产产品门类齐全。包括车床、镗床、剪切机床、滚齿机、磨齿机、电火花加工机床、外圆磨、内圆磨、平面磨、工具磨以及各种金属切削工具、铸件等。从全省范围看，各厂产品虽然相互竞争度
低，互补性强，但工艺装备趋同，各厂几乎都有铸造、热处理、机加工、装配能力。“全而不专”，“专而不精”、“散、乱、小”的产业劣势一览无余，其中只有两家企业的主营销售收入达到2亿元。由此可以看出，该省每一个企业在国内机床市场上（不用说在国际市场上）占有份额很小，影响甚微，根本谈不上竞争优势，无法与国外同行相抗衡。
2、提高新产品研发能力
当前需要特别注意的是，必须快速提高数控机床产品的自主开发、制造能力。为此，要建立有效的数控技术开发中心，加强对重点工艺的研究、试验，形成成套开发能力。实践证明，联合研发是提高我国新产品研发能力的有效途径，不仅能解决关键技术，保证所研发的产品在技术性能上满足生产的实际需求，而且能为用户提供商品化的产品和服务。要做到自主开发与引进国外技术相结合，这样不仅技术起点高，而且开发周期大大缩短。如大连大森公司抓住机遇，采取数控系统设计国际化，器件选购全球化，组装生产社会化，提高了产品质量，一举改变了国产数控系统可靠性差的形象。2002 年，大连大森公司共销售数控系统2200 多台。
3、加快技术引进与合作
为了更快得到最新技术，企业可直接与国内外科研院所“联姻”，通过国际合作生产、合资经营，实现主流产品生产的高起点、成批量、专业化。2003年10 月，北一大隈（北京）有限责任公司在北京林河工业正式投产。作为一个国家装备制造业水平标志的数控机床产业基地，这家总投资达3.3亿元人民币的中日合资企业，通过引进世界先进的五面加工机、卧式加工中心柔性生产线及立卧加工中心构成一个全柔性的加工系统，形成年产1000台数控机床的生产能力，将成为中国规模最大的数控机床制造基地。
结 语
现代数控技术将机械制造技术, 计算机技术, 成组技术与现代控制技术, 传感检测技术, 信息处理技术, 网络通信技术, 液压气动技术, 光机电技术集于一体的技术, 是现代制造技术的基础, 其水平的先进与否直接关系到国家的战略地位和综合国力水平。近十几年来, 由于计算机技术的飞速发展及其它数控相关技术的进步, 推动了数控技术向多个方向发展。因此, 应该及时把握数控技术的发展趋势, 探索发展数控技术的各种有效途径并实施, 从而提高我国的数控技术水平。
参考文献:
[1] 胡兴军, 屈 平. 我国数控机床产业发展现状综述[ J] .精
密制造与自动化, 2004(2):4 -6
[2] 核心技术打破封锁--数控机床科技攻关取得重要成果. 中
国工业报，2003年11月03日.
[3] 杨 永. 现代数控系统的动向[ J] .广东技术师范学院学报,