數控加工技術的現狀和發展趨勢
一、數控是現代機床的核心技術
傳統的機床延伸了人的體力,成為工作母機,而數控技術賦予機床一個大腦,使機床變得越來越“聰明”。數控技術已經從被動執行運動指令發展到能夠“感知”機床的溫度、振動、能耗等工況并加以調整和控制,在線測量工件尺寸、刀具破損和預測刀具壽命,以及防止刀具和運動部件干涉,甚至為操作者進行語音導航或發送短消息。數控機床具備智能化功能可以保證機床自動適應加工環境的變化,從而使機床操作更加便利,精度更加穩定,效率更加提升。
五軸聯動大大拓展了機床的加工范圍,使得復雜形狀和空間曲面零件的加工成為可能,為各類產品的結構創新和優化提供了廣闊的前景和空間。復合加工可以將復雜零件在一臺機床全部加工完成,避免了工序間的工件搬運和多次裝夾,縮短了加工鏈,提高了加工質量。
高速加工大幅度提高了加工效率,高效加工除了關注高效率外,還考慮高能效和高效益?;遄詣咏粨Q、機器人裝卸、柔性制造單元和系統等自動化系統集成是進一步提高勞動生產率重要措施,是機床產業可持續發展的重要途徑。
直線電動機和直接驅動大大簡化了機床的機械傳動結構。機床運動部件的移動和轉動都直接由伺服電動機提供,明顯提高了機床的動態性能,使“零傳動”機床成為現實,更加能夠適應高速、高精加工需要。
數控系統的前瞻控制和軌跡平滑處理技術、位置與速度精確控制技術、工廠總線和網絡技術顯著提高了系統動態性能和控制精度,保證了數控機床的高速化、高精度和多軸聯動的穩定性和可靠性。
二、我國數控加工技術的現狀
近年來,我國數控加工技術發展迅速,國產數控車床已完全能滿足國內市場需要。高性能的臥式車削中心和車銑復合中心,通過合資、引進技術和自主開發,某些產品已能滿足部分國內高端用戶要求。但是,臥式車銑復合加工中心、帶Y軸或C軸的臥式車削中心、雙主軸臥式車削中心和高精度臥式車削中心仍然主要依靠進口。
國產立式加工中心在技術上比較成熟,技術性能與國際水平接近,生產廠家較多并具有一定批量,得到了國內用戶認可。由于在性價比上具有優勢,保質期過后維修服務費用較低,基本可以滿足國內市場的需要。當前的關鍵是大力提高產品的質量和可靠性,加強售前和售后服務。
國產臥式加工中心雖能滿足市場部分需要,但在精度和性能上與國外同類產品相比還有一定差距。國外臥式加工中心大多都裝有溫度補償系統,定位精度較高,而且精度保持性好。因此,近年臥式加工中心進口較多。在高速加工中心、五軸加工中心方面,國內各企業都開發出不少新產品。但是多數產品還沒有經過嚴格的生產考驗,難以取得用戶的普遍認可,僅個別品種進入企業生產現場。關鍵在于需要經過不同類型用戶的生產考核,并加以不斷改進和完善。高精度(亞微米級和納米級)加工中心我國基本上處于空白狀態,絕大部分依賴國外進口。
國產數控齒輪機床的性能已與國際水平大體相當,除個別高精度數控齒輪加工機床(DIN 5~6級)和高精度數控齒輪磨床(DIN 2~3級)仍需進口外,已能大部分替代進口產品。
電加工機床,除精密電加工機床外,能滿足市場需要。數控電加工機床在加工精度、加工表面粗糙度、加工方式、軟件等方面還有差距。
國產數控磨床基本上可以滿足國內市場需要。但是,數控磨床中某些高精度的、高效的、復合的數控磨床還要依賴進口,如近年來數控精密萬能外圓磨床、數控精密成形平面磨床、數控曲軸磨床、數控凸輪軸磨床、大型數控外圓磨床和各種數控高效專用磨床等產品進口較多。
國產數控重型金切機床在價格上具有很大優勢,售價僅為國外同類產品的一半左右,通過近幾年的自主開發和實際生產應用和考核,除個別超重型的、多軸控制的、精密的國內還沒有商品外,多數已得到國內發電、冶金、礦山等設備制造企業的認可。
總的來說,國產數控機床的市場滿足度還不高,低端混戰,高端失守。2009年,進口機床仍高達59億美元,其中金切機床45.6億美元,金屬成形機床13.4億美元。進口的幾乎都是高檔數控機床和自動線。
三、與國外的差距
1. 經營理念的差距
國內某些企業的“市場導向”觀念是短視的、狹隘的,僅僅局限于產品的銷路好壞,簡單地賣產品,所謂的售后服務就是修機床。以客戶為中心、聚焦客戶需求,提供解決方案,為客戶創造價值,從產品競爭轉向服務競爭還沒有成為企業的核心經營理念。特別是對高端客戶的需求,國內機床企業往往所供非所需,所需不能供。目前情況雖有所改善,但仍然沒有從根本上改變。
國內某些企業忽視技術集成的重要性,把自己局限在生產機床設備的范疇,沒有認識到軟、硬件集成會給客戶帶來創造價值的巨大潛力。國外領先的機床企業普遍將軟、硬件集成作為產品結構調整的重要途徑。例如,德馬吉公司的Power Tool軟件包,馬扎克公司的Cyber Production管理系統,GF阿奇夏米爾公司的Smart Machine過程監控系統,西門子公司828D的ShopMill和Program Guide編程軟件等。
2. 關鍵技術的差距
與機床制造強國相較,我國數控機床在結構、技術水平、創新和研發能力等方面都還存在明顯的差距?;A技術、關鍵技術和共性技術尚未完全掌握。聚焦客戶需求,研發個性化的產品,開發專門化的數控機床,為用戶提供全面解決方案的能力薄弱。
特別是高性能數控系統和核心功能部件的發展滯后于主機,市場占有率很低,已成為制約我國數控機床產業發展的主要瓶頸。
關鍵技術的差距最終反映在國產數控機床產品的可靠性和精度穩定性。即使數量較大的、我國能生產的、技術比較成熟的數控機床,如立式加工中心、中小規格臥式加工中心、數控車床等產品的市場由于可靠性和精度保持性等方面略遜一籌,外國公司也因而占有相當市場份額。
3.發展戰略的差距
國內企業在制定發展戰略時往往是以開發某種產品成為主線,大多數是一種跟隨和模仿外國領先企業產品的策略。有競爭力的企業應該將視線越過競爭對手而移向客戶的隱現和潛在需求,跨越現有的競爭邊界,從既定市場結構下的定位選擇向改變市場結構轉型,即“引導市場”。引導市場是一種積極主動的戰略,其特征是以自主原創的新技術、新產品引導并滿足市場不斷發展的需求,提升客戶的技術水平,為客戶追求利潤最大化,為自身開拓新的利潤空間。它將改變市場的結構,向市場提供超前的新產品,引導客戶認識新產品,使用新產品,受惠于新產品。
四、邁向機床強國之路
我國機床產業要實現由大而不強向既強又大轉變,成為世界機床強國的基本途徑是:轉變發展方式,調整產業和產品結構,實現產業升級。
隨著中國從“制造大國”向“制造強國”的轉變,國民經濟重點行業核心制造領域對數控機床產品的需求結構和水平將發生較大變化。汽車、高速鐵路、航空航天、能源和船舶制造業都需要高精度、高效率、自動化和節能減排的新一代數控機床,我國數控機床產業的升級有巨大的空間,特別是高端數控機床。
我們應該清楚地認識到,中國要成為機床強國,其他國家不會坐視,技術獲得的途徑必將遇到新的封鎖。從現在開始必須依靠自主創新。建立以企業為主體,產學研用相結合,開放的、社會化的研發體系。
創新離不開人才,邁向機床強國更需要一代人的艱苦奮斗。高端人才匱乏,尤其是缺少高端數控機床設計、數控系統和功能部件研發的領軍人才,以及缺少高級技工和缺少具有國際化視野的復合型管理人才。高端人才不足,已成為制約我國數控機床產業快速、可持續發展的深層次原因。
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