数控机床的发展状况与应对政策

汪淑珍，贾 辉

(天水星火机床有限责任公司，甘肃 天水 310004)

1 机床的简介

现代机械制造中，精度要求较高和表面粗糙度要求较细的零件，一般都需在机床上用切削的方法进行最终加工，机床在国民经济现代化的建设中起着重大作用.

数字控制机床(Computer numerical control machine tools)即数控机床是一种装有程序控制系统的自动化机床.该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作数控折弯机并加工零件.20世纪中期，随着电子技术的发展，自动信息处理、数据处理以及电子计算机的出现，给自动化技术带来了新的概念，用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制，推动了机床自动化的发展.

与普通机床相比，数控机床加工精度高，具有稳定的加工质量;可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件;加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间;机床本身的精度高、刚性大，可选择有利的加工用量，生产率高，一般为普通机床的3～5倍;机床自动化程度高，可以减轻劳动强度;对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高［1］.

世界上第一台数控机床是1952年美国麻省理工学院研制出来的，迄今为止数控机床在制造工业，特别是在汽车、航空航天以及军事工业中被广泛地应用，数控技术无论在硬件和软件方面都有飞速发展.

2 国内外机床工业的发展情况

数控机床最早由美国制造出来.从1960年开始，一些工业国家，如德国、日本都陆续开发、生产及使用了数控机床.目前，欧、美、日等工业化国家已先后完成了数控机床产业化进程，而中国从20世纪80年代开始起步，仍处于发展阶段.

2.1 美国的数控发展史

美国政府重视机床工业，美国国防部等部门因其军事方面的需求而不断提出机床的发展方向、科研任务，并且提供充足的经费，网罗世界级人才，特别讲究“效率”与“创新”，注重基础科研.因而在机床技术上不断创新，如1952年研制出世界第一台数控机床、1958年创制出加工中心、70年代初研制成FMS、1987年首创开放式数控系统等.由于美国首先结合汽车、轴承生产需求，充分发展了大量大批生产自动化所需的自动线，而且电子、计算机技术在世界上领先，因此其数控机床的主机设计、制造及数控系统基础扎实，且一贯重视科研和创新，故其高性能数控机床技术在世界也一直领先.当今美国生产宇航路等使用的也是高性能数控机床.但其存在的教训是，偏重于基础科研，忽视应用技术，且在上世纪80年代政府一度放松了引导，致使数控机床产量增加缓慢，于1982年被后进的日本超过，并大量进口.从90年代起，纠正过去偏向数控机床技术转向实用，产量又逐渐上升［2］.

2.2 德国的数控发展史

德国政府一贯重视机床工业的重要战略地位，在多方面大力扶植，于1956年研制出第一台数控机床后，德国特别注重科学试验，理论与实际相结合，基础科研与应用技术科研并重.企业与大学科研部门紧密合作，对数控机床的共性和特性问题进行深入的研究，在质量上精益求精［3］.德国的数控机床质量及性能良好、先进实用、货真价实，出口遍及世界.尤其是大型、重型、精密数控机床.德国特别重视数控机床主机及配套件之先进实用，其机、电、液、气、光、刀具、测量、数控系统、各种功能部件，在质量、性能上居世界前列.如西门子公司之数控系统，均为世界闻名，竞相采用［4］.

2.3 日本的数控发展史

日本政府对机床工业之发展异常重视，通过规划、法规(如“机振法”、“机电法”、“机信法”等)引导发展.在重视人才及机床元部件配套上学习德国，在质量管理及数控机床技术上学习美国，甚至青出于蓝而胜于蓝.自1958年研制出第一台数控机床后，1978年产量(7，342台)超过美国(5，688台)，至今产量、出口量一直居世界首位(2001年产量 46，604台，出口27，409台，占59%).战略上先仿后创，先生产量大而广的中档数控机床，大量出口，占领世界广大市场.在上世纪80年开始进一步加强科研，向高性能数控机床发展.日本FANUC公司战略正确，仿创结合，针对性地发展市场所需各种低中高档数控系统，在技术上领先，在产量上居世界第一.该公司现有职工3，674人，科研人员超过600人，月产能力7，000套，销售额在世界市场上占50%，在国内约占70%，对加速日本和世界数控机床的发展起了重大促进作用［5］.

2.4 我国的数控发展情况

我国随着电子信息技术的发展，世界机床业已进入了以数字化制造技术为核心的机电一体化时代，其中数控机床就是代表产品之一.数控机床是制造业的加工母机和国民经济的重要基础.它为国民经济各个部门提供装备和手段，具有无限放大的经济与社会效应.“十五”期间，我国数控机床行业实现了超高速发展［6］.“十一五”期间，我国数控机床产业步入快速发展期，我国数控机床行业面临千载难逢的大好发展机遇.在“十一五”期间，我国数控机床行业突破了大量技术难关，取得了许多具有自主知识产权的重大科研成果.但我们仍应清楚地看到，我国数控机床行业与国际先进水平还存在着不小的差距.

长期以来，国产数控机床始终处于低档迅速膨胀，中档进展缓慢，高档依靠进口的局面，特别是国家重点工程需要的关键设备主要依靠进口，技术受制于人.究其原因，国内本土数控机床企业大多处于“粗放型”阶段，在产品设计水平、质量、精度、性能等方面与国外先进水平相比落后了5～10年;在高、精、尖技术方面的差距则达到了10～15年［7］.同时中国在应用技术及技术集成方面的能力也还比较低，相关的技术规范和标准的研究制定相对滞后，国产的数控机床还没有形成品牌效应.同时，我国的数控机床产业目前还缺少完善的技术培训、服务网络等支撑体系，市场营销能力和经营管理水平也不高.更重要原因是缺乏自主创新能力，完全拥有自主知识产权的数控系统少之又少，制约了数控机床产业的发展.

国外公司在我国数控系统销量中的80%以上是普及型数控系统.如果我们能在普及型数控系统产品快速产业化上取得突破，我国数控系统产业就有望从根本上实现战略反击.同时，还要建立起比较完备的高档数控系统的自主创新体系，提高我国的自主设计、开发和成套生产能力，创建国产自主品牌产品，提高我国高档数控系统总体技术水平［8］.

3 国家相关政策

国家对机床、工程机械和重型机械的扶持方向，主要体现在以下五个方面.

1)鼓励加快企业兼并重组促进产业结构优化升级.近年来，行业需求总量的快速增长掩盖了分散的行业结构带来的产能过剩隐忧.但在全球金融危机的背景下，行业需求出现疲软，迫切需要通过利用信贷、税收、资本市场等支持和优惠政策以及必要的行政协调，加快企业兼并重组，促进产业结构优化升级，实现产品的换代，支持骨干企业进行联合重组，通过整合提高机械行业的集中度，发展一批具有工程总承包，系统集成、国际贸易和融资能力的大型企业集团.

2)加大技术与研发投入力度增强企业自主创新能力.在目前我国机械行业高度分散的行业结构下，企业的业务与技术的深度和广度不足，由于在新产品开发和产品精细化程度上缺乏投入，企业之间的竞争以价格竞争为主，企业成长只能靠单一品种的销量增加，而在技术创新方面的增长后劲不足.这就造成了在行业景气度高时增收不增利，在行业景气度低迷时出现盈利下滑甚至亏损的现状.从此次振兴规划的出台，可以看出政府已经意识到技术与研发投入不足对行业及企业自主创新能力的不利影响，并在税收、财政拨款以及组织结构与形式方面给出相对具体的支持细则.

3)出口信贷支持出口风险补偿，鼓励使用国产设备，拟通过增加出口信贷额度，支持装备产品出口.此外，通过建立使用国产首台(套)装备风险补偿机制，鼓励国内用户使用国产设备.由于一直以来采购商对国产设备抱有不信任的态度，更多倾向于采购进口设备.此次风险补偿机制的建立，将直接提高客户对国产设备的采购力度，在一定程度上刺激对国货的需求，而扩大出口有利于平滑国内需求下降对企业的冲击.

4)依托国家重点建设工程实现重大技术装备国产化和自主化.振兴规划中提及依托煤炭与金属矿采掘、高速铁路和城市轨道交通等领域重点工程，实现重大技术装备的国产化和自主化.从中可以看出，这对铁路设备行业和重矿采掘设备行业具有方向性的指导意义.

5)夯实产业发展基础，提高基础配套件和基础工艺水平.由于基础材料、基础件的差距和工艺水平的落后，我国机械行业在高端产品的制造方面一直难有较大突破，作为整合机械行业的发展根基，基础配套件和基础工艺水平的提高迫不及待.此次振兴规划涉及细分子行业主要是大型铸锻件、基础部件、加工辅具、特种原材料等从事配套产品制造的细分行业.振兴规划明确提出，对部分确有必要进口的关键部件及原材料，免征关税和进口环节增值税，这将提升产品毛利率.

4 机床技术的发展趋势

高速、精密、复合、智能和绿色是数控机床技术发展的总趋势，近几年来，在实用化和产业化等方面取得可喜成绩.主要表现在:

1)机床复合技术进一步扩展.随着数控机床技术的进步，复合加工技术日趋成熟，包括铣－车复合、车铣复合、车－镗－钻－齿轮加工等复合、车磨复合、成形复合加工、特种复合加工等，复合加工的精度和效率大大提高.“一台机床就是一个加工厂”、“一次装卡，完全加工”等理念正在被更多人接受，复合加工机床发展正呈现多样化的态势［9］.

2)智能化技术有新突破.数控机床的智能化技术有新的突破，在数控系统的性能上得到了较多体现.如:自动调整干涉防碰撞功能、断电后工件自动退出安全区断电保护功能、加工零件检测和自动补偿学习功能、高精度加工零件智能化参数选用功能、加工过程自动消除机床震动等功能进入了实用化阶段，智能化提升了机床的功能和品质.

3)机器人使柔性化组合效率更高.机器人与主机的柔性化组合得到广泛应用，使得柔性线更加灵活、功能进一步扩展、柔性线进一步缩短、效率更高.机器人与加工中心、车铣复合机床、磨床、齿轮加工机床、工具磨床、电加工机床、锯床、冲压机床、激光加工机床、水切割机床等组成多种形式的柔性单元和柔性生产线已经开始应用.

4)精密加工技术有了新进展.数控金切机床的加工精度已从原来的丝级(0.01 mm)提升到目前的微米级(0.001 mm)，有些品种已达到0.05μm左右.超精密数控机床的微细切削和磨削加工，精度可稳定达到0.05μm左右，形状精度可达0.01μm左右.采用光、电、化学等能源的特种加工精度可达到纳米级(0.001μm).通过机床结构设计优化、机床零部件的超精加工和精密装配、采用高精度的全闭环控制及温度、振动等动态误差补偿技术，提高机床加工的几何精度，降低形位误差、表面粗糙度等，从而进入亚微米、纳米级超精加工时代.

5)功能部件性能不断提高.功能部件不断向高速度、高精度、大功率和智能化方向发展，并取得成熟的应用.全数字交流伺服电机和驱动装置，高技术含量的电主轴、力矩电机、直线电机，高性能的直线滚动组件，高精度主轴单元等功能部件推广应用，极大地提高了数控机床的技术水平.

数控机床领域取得的进步可以看出，其发展趋势主要有以下几点:

(1)高精度

当代工业产品对精度的要求越来越高，特别是在航空航天等行业体现尤为突出.在计算机技术发展的推动下，各种加工精度补偿技术得以发展和应用;机床主轴转速的提高，大大提升了加工表面质量;同时，各种高性能新型材料在机床结构制造中的使用，使得数控机床的各项精度显著提高［10］.

(2)高柔性

随着对产品多样化和个性化需求的体现，无形中提高了机床的柔性加工要求.例如，将各种加工功能集成在同一台机床上，这样就实现了在一台机床上只需一次装夹就能完成对零件的不同加工，不但有利于提高加工精度，而且提高了加工效率，充分展示了机床加工的柔性化发展趋势.

(3)高自动

传统的自动化仅限用于使用组合机床的大批量生产，而现在已逐步实现仅通过数控机床和加工中心，在大批量、小批量以及多品种产品加工中的自动化生产.

(4)高速度

提高生产效率是机床技术发展的永恒主题.随着数控设备高柔性化及高自动化的发展操作过程中，减少了“人”的介入，同时缩短了工件装夹时间、换刀时间和托盘交换时间等非切削时间，大幅提高了数控机床的加工效率.

(5)高人性化

对数控机床的改造，除完善其各项加工性能外，对外观、显示及操作人性化的设计同样不容忽视.从按键操作到菜单选择甚至对话框操作，从LED显示到TFT液晶显示，相关辅助设备的革新，使得机床操作越来越简单，显示信息越来越清晰、丰富.相信在不远的将来，随着数控技术及机床改造技术的发展，以数控机床为核心的柔性制造系统，甚至无人工厂必将逐步取代现有的生产模式，成为机械加工行业的主导力量.

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