高端轴承装备制造业的发展机遇

张俊江

(中轴协技委会 工艺与装备专业委员会， 河南 洛阳 471039)

1 回顾与展望

经过60多年的发展，我国的轴承工业已具备了较强的技术实力和生产能力。全国规模以上轴承制造企业已发展到近2 000余家，轴承年产量从1949年的13.8万套增加到2010年的150亿套。我国出口轴承产品达到40亿套，创汇31亿美元，其中微小型轴承产量世界第一；轴承产量年平均增长速度为18%，可生产从微型到特大型各种类型各种精度等级的轴承及轴承单元，形成了产品门类齐全，生产布局基本合理，具有大中小企业相结合、科研生产相结合、内销出口相结合、各种所有制相结合等特点的较完整的工业体系。

“十二五” 期间我国轴承行业将延续稳步增长的态势，主要有4个影响因素：(1)轴承是消耗性的机械基础件，除新增项目和新增机械产品将拉动轴承需求外，机械产品保有量的增加和利用率的提高都会增加对轴承的消耗；(2)随着自动化程度不断提高，对主机要求将越来越高，从而对轴承的性能、技术要求也会越来越高，新产品层出不穷，需求量也会不断加大；(3)随着我国轴承产品质量的不断提高，涌现一批精品轴承生产企业，其产品质量已与国际知名品牌相当，出口规模将不断扩大；(4)国家不断加大节能减排力度，建设节约型社会，必然加速传统产业节能降耗改造进程，同时促进新型能源产业的飞速发展，将会给轴承行业的发展带来新的机遇。因此，未来轴承行业将持续快速发展[1]。

“十二五” 期间扩大内需、改善提高人民生活水平将是国家的一项战略。这必将带动家电工业、日用工业、汽车工业、轨道交通工业及建筑工业等的快速发展。节能减排、可持续发展战略将带动矿山冶金机械、建筑工程机械、港口造船机械、通用机械和精密机床等更新换代。新能源战略促进风力发电、太阳能发电等工业的快速发展。制造业的快速发展必将带动轴承工业的快速发展，微小型轴承将伴随家电工业、日用工业发展而迅速发展，中小型轴承将伴随汽车工业、机床工业和产业机械发展而发展。中大型轴承、特大型轴承将随着矿山冶金、能源工业、港口造船工业的发展而发展。与此同时，节能减排、绿色消费对轴承质量和性能提出了前所未有的高要求，低振动、低噪声、长寿命、高载荷能力、高可靠性已成为滚动轴承的最基本要求。“十一五” 期间出现的并购重组，提高了产业集中度发展的态势将在“十二五”期间进一步延续。劳动成本的持续提高将加速大规模自动化生产甚至是无人化生产模式的发展与推广。

国际方面，2010年8月11日，奥巴马签署了《美国制造业促进法案》，旨在重建一个更加强大的美国经济的核心，就是“美国制造”。制造业促进法案是美国政府重振“美国制造”一揽子计划的一部分，包括大规模投资清洁能源、道路交通，改善宽带服务等，总投资达170亿美元。美国是当今世界制造业头号大国，也是我国轴承出口的第一大国，该法案的实施标志着国际新一轮大规模的产业升级拉开序幕，将对基础装备制造业产生深远影响。轴承作为机械工业的重要机械基础件，也必将迎来新的发展机遇[1]。

欧洲作为传统的高端制造业基地，在航空航天、冶金矿山、精密机床、轨道交通和汽车制造等领域必将加速更新换代步伐。但是作为劳动密集型和技术密集型相结合的轴承制造业，美欧在产业转型与升级过程中向中国、印度等发展中国家转移产能的步伐在逐步加快。

国际轴承跨国公司SKF，Scheaffler，NSK，Timken，NTN，JTEKT，Nachi及NMB等本着降低成本和“零距离”接触市场的原则，瞄准中国近年制造业的飞速发展所带来的巨大商机，大规模向中国转移部分业务，纷纷在我国建立合资或独资生产工厂，仅2010年就有日本NTN公司与洛阳LYC轴承有限公司合资投入10亿元在洛阳建厂；日本JTEKT公司与瓦轴集团合资投入10亿元在大连建厂；日本NSK公司投资近7亿元在沈阳建立大型轴承生产基地；美国Timken公司与湘电集团投资近3亿元在湘潭建立铁姆肯湘电(湖南)轴承有限公司；SKF公司收购Peer在华主要业务和生产基地等。这些公司均为生产高端轴承，意在迅速抢占我国高端装备主机配套轴承市场，这必将加剧国内高端轴承市场的激烈竞争[2]。

外资轴承企业的大规模登陆，无疑会形成“鲶鱼效应”，促进国内轴承企业加速产品升级的进程，缩小与外资企业产品的质量差距，实现轴承行业的健康、快速发展。可喜的是，经过近几年的发展，国内已有20多家轴承企业从产品设计入手，通过选择优质原材料、采用先进的成套制造装备、严格工艺规范等技术手段，已经掌握了微小型精品轴承的批量生产技术，其产品精度及寿命可靠性有较大的提高，完全可以替代进口轴承[1]。

中国轴承工业协会《全国轴承行业“十二五”发展规划》编制说明中提出，到2015年我国轴承产量达到280亿套，年均增长13.3%；主营业务收入达到2 220亿元，年均增长11.99%；工业增加值700亿元，年均增长14.22%；利润额130亿元，年均增长14.87%[3]。总的来说，“十二五” 期间国内轴承生产和需求量会进一步增加，轴承行业产品将会进一步优化，在高端轴承和精品轴承制造方面加大技改力度，出现质和量同步提高的良好局面，高附加值轴承产品所占比例将逐步增加。

2 工艺装备技术水平比肩国际

轴承制造主要工艺过程包括套圈锻造、车削、热处理、磨削及轴承装配等工序。轴承套圈各部位的磨削加工、滚道表面的超精研加工以及滚动体的加工是轴承生产过程中的关键工序，其质量直接影响产品的精度、动态性能及使用寿命。用于这些工序的加工设备约占整个轴承生产设备的40%以上，且以轴承专用设备为主。

20世纪80年代以前，我国轴承装备制造水平比较低，很难满足轴承行业的要求，很多轴承厂家依靠进口或自制专用机床进行生产。进入90年代后，通过引进消化吸收及大量的改进，轴承装备制造逐步实现专业化、批量化生产，诞生了一批专业化的轴承装备制造企业。其中轴承套圈精加工装备出现了基于PC控制的液压驱动自动化磨削、超精加工机床，使轴承套圈精加工生产初步实现自动化，加工效率有所提升。但由于液压系统的自身属性，决定了机床的进给平稳性和可控性较差，与当时国际先进水平相差甚远。在钢球加工方面，则瞄准当时国际钢球最先进的质量水平，开发钢球加工新工艺，推广钢球树脂砂轮磨研(以磨代研)新工艺，国内主要钢球生产企业开始采用树脂砂轮磨研钢球并实现了批量生产。河南新机研制出的3M77系列适合树脂砂轮磨研工艺的研磨机，使钢球批质量稳定性大幅度提高，表面质量明显改善，钢球单粒振动进一步降低且轴承合套率明显提高，特别是在消除轴承异常声方面效果明显。钢球几何精度达到国际先进水平，真正实现了G5钢球的批量生产[4]。

进入21世纪以来，随着电子技术的快速发展和机械基础件与液压气动零件质量和可靠性的提高，轴承行业开始逐步采用数控化装备和自动化联线装备，轴承磨加工、超精加工装备基本实现数控化、自动化，产业集中度进一步提高。轴承磨超装备市场得到迅速发展，轴承磨超装备精度得到了迅速提高。我国中小规格轴承套圈磨超加工设备的加工精度和效率接近国外同类设备，一些精度指标已达到或接近国外先进水平，但是在加工的稳定性方面与国外设备仍有差距。

现阶段，我国轴承设备实际使用情况有一定的跨越性和层次性，即同时存在手动轴承生产设备、普通轴承生产设备、单机自动化及自动化生产线。下个阶段待轴承生产向精品轴承倾斜时，自动线将得到普及，可能的发展趋势是单机自动化、自动化生产线、自动化工段和自动化工厂等。

1996年日本NSK公司在江苏昆山投资建厂，成立昆山NSK轴承工厂，建立了小型深沟球轴承生产线，月生产能力达50万套，该线共有12台磨加工和超精加工设备组成，并有两台机外检测仪器。其中内圈7台(2台内径磨床、3台内滚道磨床、2台内滚道超精机)，外圈5台(3台外滚道磨床、2台外滚道超精机)。同时磨削液和超精油压力循环集中过滤。这种加长线(或称复线)使得轴承的生产节拍恰到好处，加之稳定的机床性能，高效的冷却液过滤系统，最终确保产品质量稳定，体现出当时较先进的轴承生产方式[5]。

目前国内大部分生产企业的深沟球轴承磨超短线基本上是由5台设备组成，其中外圈2台(磨沟和超精)、内圈3台(磨内径、磨内沟和超精)。期中的匹配节奏、生产效率都有较大的差距，部分机床的效能不能充分体现，造成产能的浪费，且产品质量不稳定。针对这种情况，新乡日升数控轴承装备股份有限公司已经成功开发出数控复合轴承磨加工设备，采用同一台双工机床位实现粗、精磨削，解决了该类自动生产线上外圈沟道和内径加工节奏较慢的问题，使整条自动生产线的各工序加工节奏更加协调一致。

同时，国内轴承装备制造企业也在不断探索长线(复线)组合技术，已有部分精品轴承生产企业采用与NSK公司类似的长线或复线生产。先后出现了9台机床、15台机床、21台机床、25台机床等组合形成的磨超自动生产线，其内圈内沟磨床、内径磨床、内沟超精机、机外检测机、外沟磨床、外沟超精机台数分别为1，2，2，1，2，1；2，3，3，2，3，2；3，4，4，3，4，3和4，5，5，3，5，3。其组线方式已初具自动化生产工段的雏形，标志着我国轴承制造工艺水平又上了一个新台阶，已初步实现从自动化生产线向自动化生产工段过渡，并且国产高档轴承装备的稳定性显著提高，与国际先进水平差距进一步缩小。

大规格轴承加工设备起步较晚，但也取得了良好的业绩，研制出一批高精度数控车床，数控磨床等关键加工设备。如新乡日升数控轴承装备股份有限公司研制成功的Φ2 500 mm高精度立式车床，加工的约Φ2 000 mm的风电变桨轴承套圈滚道跳动(淬硬软带区除外)<0.004 mm，表达粗糙度Ra=0.4 μm，尺寸差±0.005 mm，达到精密磨削的加工效果；还有天津市第二机床有限公司、无锡市明鑫机床有限公司、杭州机床集团股份有限公司等生产的数控立式磨床，如无锡明鑫研制的Φ1 600 mm数控立式磨床工作精度：端面平面度0.01 mm，端面对内、外圆垂直度0.015 mm，端面表面粗糙度Ra=0.8 μm，内、外圆圆度0.006 mm，内、外圆表面粗糙度Ra=0.4 μm。这些设备的成功研制，打破了国外在该类高、精、尖设备方面的垄断局面，将有力地推动我国在大型、特大型精密、超精密轴承制造领域的快速发展，为国防工业、风力发电、工程机械、矿山设备、大型医疗设备等行业提供高端轴承产品，进一步优化我国轴承产业结构。

国内的钢球生产设备与国际水平已经相当接近，已经能够加工Φ1～75 mm尺寸段的全规格精密钢球产品，中小球精度可达G5～G3。在替代进口设备方面取得了骄人的业绩，几乎全部实现国产化，已完全替代进口产品，且实现了批量出口，生产的钢球尺寸精度和振动及稳定性，与国外公司的产品质量相当。除了国内主要钢球生产企业以外，日本椿中岛、日本AKS、美国NN等公司在我国组建钢球厂，为世界著名的轴承公司提供钢球产品，其光、磨、研设备也基本上是采用我国内资企业生产的成套设备。近年来由于滚子轴承的精度、寿命要求越来越高，带有凸度的圆锥滚子、带有凸度的圆柱滚子、球面滚子的加工设备也有较大的发展，已能够批量加工Ⅱ级精度的滚子。

由于国内轴承磨削加工设备水平的提高，在中小型、中型及中大型轴承零件加工方面，围绕轴承典型零件套圈的平面、外径、“两沟一孔”和钢球、滚子精密加工，产生了一批轴承装备核心制造企业。例如无锡机床股份有限公司无心磨床产量较大，其中有50%左右的产品进入轴承行业，占据轴承行业50%以上的中高档无心磨床市场；新乡日升数控轴承装备股份有限公司占据着50%以上的中高档钢球制造设备和平面研磨机市场；而轴承套圈“两沟一孔”中高档数控磨超机床和自动化生产线市场份额的50%以上，则被新乡日升数控轴承装备股份有限公司、无锡机床股份有限公司及上海莱必泰数控机床股份有限公司等所占据。

轴承磨削机床水平的提高，促进了轴承产品质量的提高。目前，白色家电、摩托车、电动机等行业所用的国产低噪声、低振动轴承已达到国际水平，如不考虑国产品牌的认知度问题，国产轴承可以替代国际跨国公司的产品。截至2009年底，国内轴承行业已有近20个厂家的产品达到了精品轴承的质量标准，而这些厂家无一例外地采用了上述企业生产的高档数控轴承磨削装备。

3 中高档磨削装备需求剧增

3.1 轴承套圈磨削工艺装备

轴承产量的快速增加带动了轴承磨削工艺装备的快速发展，轴承行业的发展趋势为轴承工艺装备的发展指明方向。随着高端和精品轴承生产技术的不断推广、普及和人力成本的增加，技术先进、性能稳定、自动化程度高的数控轴承成套设备越来越受到青睐。最具有代表性的就是轴承磨超自动化生产线，自国内开发成功以来，一直高速发展，尤其是进入21世纪以来，发展势头十分迅猛，市场供不应求。2006—2010年轴承产量年平均增速达到18%以上，轴承磨削装备总体保有量年均增长8%以上，考虑到一部分落后装备的报废，实际年均增长达10%以上。而中高档轴承磨超装备需求增速，在全球金融危机爆发之后的两年，由于市场竞争的日趋激烈，加上工艺装备自动化水平、生产效率、技术水平的不断提高，轴承中档磨超装备逐步下移占领低端轴承装备市场，轴承中高档磨超装备年均增长速度达15%左右。

根据《轴承行业经济年报》数据，结合代表企业磨削机床拥有量与轴承产量、重量之间关系的分析、测算，2005年全行业共生产轴承60亿套，轴承质量110万吨，磨削机床拥有量为8.21万台，其中微型轴承(外径<26 mm)磨削机床(台式)拥有量为2.27万台，小型以上轴承(外径>28 mm)磨削机床拥有量为5.94万台；在“十一五”期间，轴承专用设备效率、技术水平大幅提高，加上轴承企业管理水平的提升，到2010年，轴承行业共生产轴承150亿套，轴承质量达到210万吨。磨削机床生产效率年均提升5%，磨削机床拥有量达到12.28万台，其中微型轴承磨削机床拥有量3.4万台，较2009年增加了0.59万台，小型轴承以上磨床较2009年增加1.06万台。根据轴承行业“十二五”规划，到2015年，轴承产量将达到280亿套，质量365万吨。轴承磨削机床拥有量将达到19.01万台，其中微型轴承磨削机床将达到5.11万台，5年将增加1.71万台，平均每年增加0.34万台；小型轴承以上磨床将达到13.9万台，5年将增加5.02万台，平均每年增加1万多台，中高档磨削机床将占到磨削机床总量的50%。数据汇总见表1。

表1 数据汇总表

国际著名轴承公司SKF，Scheaffler，NSK，Timken，NTN，JTEKT，Nachi，NMB等则纷纷在我国投资建厂，且不断扩大规模，并推行本土化战略[2]。考虑到降低成本和国内轴承装备制造技术日益成熟，其中高档数控轴承设备也立足于本地化采购，按其投资力度及轴承行业固定资产投资中设备所占一般比例估算，在华外资轴承企业在下一阶段将有不低于1 000台的中高档轴承设备需求。由于国内轴承加工设备水平的提高，在小型、中小型、中型及中大型轴承零件加工方面加工精度已接近或达到国际先进水平，价格只是同类进口产品的20%～30%；在配件供应和售后服务方面更是有先天的优势；唯一的不足是受国内基础件的质量影响，产品的稳定性和精度保持性与国外高端产品还存在较大的差距，但可通过及时的售后服务和廉价的配件供应加以弥补，因此，出口份额将不断增加，预计今后5年，年出口量将达到150台以上。

2010年，新增小型以上轴承套圈磨超设备约10 000台，其中中高档轴承设备达5 000台以上。按照轴承行业通常的匹配比例，轴承套圈前磨设备(包括外圆无心磨床、双端面磨床、端面研磨机床等)与后序磨超设备的比例一般在1∶8左右，达1 250台左右。

3.2 滚动体磨削工艺装备

国内的钢球生产设备供应客户群，除了国内主要钢球生产企业以外，还包括日本椿中岛、日本AKS、美国NN公司在我国组建的钢球厂(为世界著名的轴承公司提供钢球产品)，因此，高档钢球设备的需求量也会随着轴承产量的增长而增加。据统计，“十一五”期间我国轴承产量年均增长20%以上，相应钢球需求量也将大幅提升。据《我国钢球加工工艺设备的发展》一文中介绍，2009年国内新增中高档钢球设备近1 000余台套。2010年我国轴承产量较上年增长36.4%，由于钢球作为下游产品对轴承行业需求的滞后性，2010年国内新增中高档钢球设备数量增长超过30%，达到1 300余台套。今后几年中高档钢球设备的增长幅度会略低于轴承产量的增幅，按年均增长10%计算，“十二五” 末，国内年新增中高档钢球设备将达到2 100台左右[4]。随着汽车轮毂、变速箱、机床主轴、铁路客货车轴箱、矿山冶金设备等行业滚子轴承用量的不断扩大。高精度滚子的年需求增量超过20亿粒。按每台滚子磨削、超精研机床年产500万粒计算，每年新增中高档滚子加工设备将超过1 000台。预期到2015年，全行业需新增滚动体高档加工设备3 100台以上，按每台设备单价17万元计算，中高档滚动体设备市场规模约达5亿元以上。

3.3 中高档数控磨削工艺装备“十二五”展望

“十一五”期间，国内轴承磨削装备年增长10%以上，同期轴承产量年均增长18%以上；如果轴承行业“十二五”发展规划得以实现，轴承产量年均增长13.3%。虽然低于“十一五” 期间的年均增幅，但未来5年由于产品结构优化调整，质和量同步增长，高附加值轴承产品在轴承营业额中所占的比例将会逐步增加；该类轴承由于规格较大或制造工艺复杂，且普遍为多品种、小批量生产，其单件生产节奏相对较慢，这将大大增加单位产能的机床使用量。因此“十二五”期间，我国轴承行业轴承磨削装备年需求增长率不会低于“十一五”期间的增长水平，将达到10%左右，其中中高档轴承装备的需求量增速将达到20%以上，低档轴承装备会出现负增长。受我国轴承企业发展和跨国轴承公司向中国转移产能的双重影响，中高档数控轴承设备已出现供不应求的局面，而且将持续相当长一段时间[1]。

由于微小型轴承和中大型轴承制造产业集中度迅速提高，家电轴承和汽车轴承需求持续快速增长，战略性新兴产业带动中高档轴承需求旺盛，持续带动轴承装备制造业快速发展。产业集中度将进一步提高，由3～5家技术实力优、开发能力强、设备品种全、制造基础好的企业占领着国内70%以上中高端轴承装备的市场。预计到“十二五” 末，中高端轴承装备年新增需求将达到1.5万台左右，以每台20万元计算，其市场规模达30亿元。其中，前磨设备约2 000台/年，达4.8亿。而一些小型轴承装备制造企业，在绿色制造、节能减排方面找到了新的生存发展机遇，用新技术改造传统设备，对目前行业有较大存量的手动、半自动设备进行数控化改造以及大修等，达到提高设备精度和效率，降低能耗，节约人工成本的目的。这部分中低端轴承装备市场需求仍将维持一定规模，每年达5亿元左右。

“十二五”是我国轴承装备制造业的黄金时期，到2015年，我国轴承磨加工设备的市场容量预计将达到40亿元的规模，其大致分布情况见表2。

表2 “十二五”轴承磨加工设备需求量预测

4 结束语

对装备制造企业而言，要以提高成套技术和自动化生产线供货能力为中心，努力培育系统的总成商、工程总承包商、整体技术解决方案和制造系统专家等。具体而言，就是企业要全面提升服务质量和范围，把服务渗透到各个环节中，包括在技术咨询、客户培训、物流工作、产品技术服务、协助客户进行二次开发，最大限度满足客户的个性化需求。为轴承行业提供更为先进的中高档数控轴承套圈和滚动体制造成套工艺装备，成为我国轴承行业健康、快速发展的坚强后盾。