崔 錕，衛(wèi)江紅，李 澤

(德州學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院 ，山東 德州 253023)

隨著國家綜合國力的不斷提升，我國的社會主義建設(shè)取得了世界矚目的歷史性成就，2014年我國首次超過美國成為世界第一大經(jīng)濟(jì)體這標(biāo)志著我國已經(jīng)進(jìn)入了一個新的發(fā)展階段。在這些成績的背后我們可以看到三大產(chǎn)業(yè)的發(fā)展在這中間起到了至關(guān)重要的作用，其中以裝備制造重工業(yè)為代表的第二產(chǎn)業(yè)在2017年國內(nèi)生產(chǎn)總值中占到40.5%工業(yè)增加值達(dá)到278328億元成為國家發(fā)展的重要組成部分。工業(yè)發(fā)展是世界各國都在緊張進(jìn)行的重點(diǎn)任務(wù)，我國的工業(yè)發(fā)展由于歷史原因較國外來說起步較晚在很多關(guān)鍵的工業(yè)領(lǐng)域與國外還有一段差距，這其中數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)尤為突出。

數(shù)控機(jī)床是數(shù)字化控制機(jī)床(Computer numerical control machine tools)的簡稱又被稱為“工業(yè)母機(jī)”是生產(chǎn)其他工業(yè)產(chǎn)品的基礎(chǔ)，利用自動控制裝置實(shí)現(xiàn)對加工零件的高精度化、高效率化生產(chǎn)保證加工零件的尺寸要求和精度要求的參數(shù)化控制。同時數(shù)控機(jī)床也是機(jī)電一體化發(fā)展的主要體現(xiàn)，集生產(chǎn)制造、信息采集、傳感監(jiān)控、微電子、人機(jī)交互、自動控制技術(shù)于一體以機(jī)械加工制造業(yè)為中心向多維度產(chǎn)業(yè)輻射，數(shù)控機(jī)床的廣泛應(yīng)用不僅減少了人力的輸出而且大大提高了生產(chǎn)效率大力推動了我國裝備制造業(yè)的發(fā)展，成為設(shè)備生產(chǎn)自動化以及制造信息采集集成化不可或缺的技術(shù)工具。為進(jìn)一步加強(qiáng)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展我國相繼發(fā)起了包括國家專項(xiàng)課題研究、產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)激勵等在內(nèi)的一系列支持政策，在國家“十二五”規(guī)劃綱要中也提出要深化產(chǎn)業(yè)改革實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的數(shù)控化、生產(chǎn)的綠色化重點(diǎn)發(fā)展基礎(chǔ)制造設(shè)備。數(shù)控機(jī)床作為工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，其發(fā)展的先進(jìn)化程度已經(jīng)成為當(dāng)今衡量一個國家綜合實(shí)力的重要指標(biāo)之一。因此，在當(dāng)前國家發(fā)展的關(guān)鍵時期回顧與梳理我國數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的行業(yè)現(xiàn)狀深入探究國內(nèi)數(shù)控機(jī)床發(fā)展的突出問題，為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)的改革以及世界制造強(qiáng)國的目標(biāo)做出規(guī)劃展望同時也為下一步的發(fā)展方向提供理論借鑒。

1 我國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀

在現(xiàn)代裝備制造業(yè)的發(fā)展中并不全是我們傳統(tǒng)觀念中大批量的零件生產(chǎn)，在很多的場合中很多種機(jī)械零件需要進(jìn)行小批量、高精度、高難度的生產(chǎn)加工，例如航空航天領(lǐng)域以及軍工領(lǐng)域的一些特殊構(gòu)件的加工，這些零件加工的難度比一般的零件要超出很多所以對加工技術(shù)工具的要求也就更高，在這樣的生產(chǎn)需求下就迫切的需要一種適應(yīng)性更好自動化程度更高的數(shù)控機(jī)床來完成加工任務(wù)。1952年在美國政府與軍方的支持下Parsons(帕森斯)公司聯(lián)合科研高校共同推出了世界上的第一臺數(shù)控機(jī)床，數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)在很大程度上保證了生產(chǎn)制造的效率與精度之間的矛盾關(guān)系[1]。相較于普通機(jī)床數(shù)控機(jī)床的適應(yīng)性能有了很大的提高，美國、德國、日本等都是最早進(jìn)行數(shù)控機(jī)床開發(fā)的國家，數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)變對這些國家的軍事與民用制造業(yè)起到了重要的推動作用。

我國自近代以來國家發(fā)展就陷入困局，對于制造業(yè)的重視程度并不高。所以導(dǎo)致國家的機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢，總的來說國內(nèi)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展可以分為三個階段。

1.1 封閉探索階段

數(shù)控機(jī)床作為高端裝備制造業(yè)的基礎(chǔ)是關(guān)系到整個國家發(fā)展的核心機(jī)密，對于剛剛擺脫戰(zhàn)爭困擾的新中國來說很難通過國際合作得到相關(guān)的技術(shù)支持，20世紀(jì)50年代清華大學(xué)與北京第一機(jī)床廠在國家的支持下開始國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的開發(fā)研究，1958年經(jīng)過反復(fù)的實(shí)踐論證第一臺國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床正是下線這標(biāo)志著這我國初步具有了數(shù)控機(jī)床開發(fā)與設(shè)計的能力[2]。但是國產(chǎn)的第一代數(shù)控機(jī)床使用性能與國外數(shù)控機(jī)床相比依然具有不小的差距，自動化程度偏低。

1.2 交流借鑒階段

第一臺國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的問世極大地鼓舞了國內(nèi)機(jī)床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，20世紀(jì)70年代通過進(jìn)口的數(shù)控機(jī)床的技術(shù)分析與原先的設(shè)計進(jìn)行比較，尋找國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的設(shè)計缺陷。同時聘請相關(guān)的國外專家進(jìn)行技術(shù)研討，1980年左右國產(chǎn)的系列數(shù)控機(jī)床正是面向市場，雖然設(shè)備的先進(jìn)程度與發(fā)達(dá)國家相比還有一定距離但是已經(jīng)可以達(dá)到一般的發(fā)展水平。

1.3 創(chuàng)新發(fā)展階段

2000年以來國家相繼設(shè)立數(shù)控機(jī)床研究專項(xiàng)計劃，通過項(xiàng)目研究帶動數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展。鼓勵各大企業(yè)、高校以及科研院所投入到數(shù)控機(jī)床的研發(fā)設(shè)計中來，國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的創(chuàng)新化發(fā)展正在穩(wěn)步前進(jìn)，一大批先進(jìn)的研究成果落地轉(zhuǎn)化到目前為止我國已經(jīng)成為世界上僅次于美國、日本的機(jī)床生產(chǎn)大國。根據(jù)國家統(tǒng)計部門數(shù)據(jù)顯示我國的金屬切削機(jī)床的年均產(chǎn)量增長率保持在18%左右，同期的數(shù)控機(jī)床年均產(chǎn)量增長率保持在30%左右，并且呈逐年上升態(tài)勢。

2 國內(nèi)數(shù)控機(jī)床發(fā)展存在的不足與問題

從數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度上來看我國可以說是世界上產(chǎn)業(yè)與技術(shù)發(fā)展最快的國家，從無到有、從有到全、從全到精僅僅幾十年的時間就已經(jīng)達(dá)到發(fā)達(dá)國家的普通發(fā)展水平。但是我們也應(yīng)該清醒的認(rèn)識到盡管發(fā)展的速度較快，我國的數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)還是主要以中低端產(chǎn)品為主。我國的高端數(shù)控機(jī)床市場占有率較低，機(jī)床的使用性能、精度、可靠性等要素與國外同類產(chǎn)品差距較為明顯?，F(xiàn)階段我國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展存在的問題主要是以下幾個方面。

2.1 尚未掌握核心技術(shù)重要部件主要依賴進(jìn)口

目前國內(nèi)的數(shù)控機(jī)床市場處于高端產(chǎn)品空白中低端產(chǎn)品競爭激烈的狀態(tài)，國內(nèi)的生產(chǎn)制造廠家為爭奪市場資源大多會放棄高端產(chǎn)品的研發(fā)，以價格戰(zhàn)為導(dǎo)向擠占市場份額[3]。這就很大程度上制約了數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)品革新，在高端數(shù)控機(jī)床的制造上關(guān)鍵的部件主要通過進(jìn)口的方式在國內(nèi)進(jìn)行組裝調(diào)試完全處于被動狀態(tài)。尤其是在我國經(jīng)濟(jì)從高速發(fā)展階段轉(zhuǎn)向中高速發(fā)展階段以來，這段時期內(nèi)國內(nèi)制造企業(yè)的業(yè)績大多處于下滑狀態(tài)進(jìn)口的零部件與國內(nèi)自行生產(chǎn)相比成本較低在短時間內(nèi)可以產(chǎn)生一定的效益刺激企業(yè)的發(fā)展。所以一些國內(nèi)企業(yè)僅僅只是承擔(dān)數(shù)控機(jī)床的床身、立柱以及機(jī)床的輔助零件的生產(chǎn)，包括數(shù)控系統(tǒng)、滾珠絲杠、驅(qū)動裝置、伺服系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向部件等機(jī)床關(guān)鍵組成部分全部依賴于進(jìn)口[4]。國內(nèi)的機(jī)床企業(yè)只是負(fù)責(zé)組裝、銷售、以及普通維護(hù)，對于關(guān)鍵部件的維修還需要借助國外企業(yè)進(jìn)行技術(shù)支持，國內(nèi)高端數(shù)控機(jī)床核心技術(shù)處于空白。在整個數(shù)控機(jī)床制造中數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)是重中之重，目前國際上主要是日本的FANUC和德國的SIMENES兩家公司從事數(shù)控系統(tǒng)的研發(fā)，國內(nèi)大部分的高端機(jī)床也是搭載這兩家企業(yè)的數(shù)控系統(tǒng)。雖然國產(chǎn)的華中系統(tǒng)、廣數(shù)系統(tǒng)在性價比上占有優(yōu)勢但是系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及準(zhǔn)確性還與高端機(jī)床的要求存在差距，嚴(yán)重影響數(shù)控機(jī)床制造的產(chǎn)品質(zhì)量。國內(nèi)的數(shù)控機(jī)床制造企業(yè)還處于生產(chǎn)周期的下游階段，更為嚴(yán)峻的是國外的先進(jìn)機(jī)床產(chǎn)品很多已經(jīng)禁止對我國出口，產(chǎn)品的維護(hù)也禁止國內(nèi)技術(shù)人員的參加，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展進(jìn)入瓶頸期。

2.2 缺乏設(shè)計經(jīng)驗(yàn)技術(shù)創(chuàng)新能力有待提高

數(shù)控機(jī)床的整個設(shè)計制造周期主要是分為三個主要步驟，包括理論設(shè)計、試制加工、生產(chǎn)使用。作為一種工程應(yīng)用制造，數(shù)控機(jī)床的設(shè)計需要結(jié)合大量的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行模擬計算例如動剛度、靜剛度等參數(shù)。經(jīng)驗(yàn)公式的選擇以及相關(guān)系數(shù)的選擇直接決定了理論設(shè)計的準(zhǔn)確程度，在這一方面由于國內(nèi)數(shù)控機(jī)床的設(shè)計制造發(fā)展較短積累的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)不足在理論設(shè)計階段許多模擬量的運(yùn)算與實(shí)際的理想狀態(tài)存在偏差，這就導(dǎo)致在開發(fā)的過程中需要進(jìn)行反復(fù)的修改。僅僅是理論設(shè)計國內(nèi)的研發(fā)周期就是國外相關(guān)企業(yè)開發(fā)的多倍，加上制造以及調(diào)試使用所需的時間國內(nèi)的產(chǎn)品更新遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國外。還有就是裝配工藝的創(chuàng)新能力不足，機(jī)床各個部件或是零件在加工完成后要想完全的在機(jī)床上發(fā)揮功能很大一部分依賴于最后的裝配技術(shù)，國內(nèi)的裝配技術(shù)沒有形成自己的創(chuàng)新體系，傳統(tǒng)的裝配技術(shù)對于高端機(jī)床的組裝會產(chǎn)生很大的負(fù)向影響機(jī)床的加工精度與預(yù)期差距也會在這個階段產(chǎn)生。針對一些核心的部件國內(nèi)雖有少量的廠家在生產(chǎn)但是也只是做到了形似的程度，對于內(nèi)部的運(yùn)行機(jī)理都處于摸索階段國外的相關(guān)參考幾乎都對我國進(jìn)行封鎖。國內(nèi)的機(jī)床生產(chǎn)缺乏定量化的生產(chǎn)指導(dǎo)準(zhǔn)則，同一條生產(chǎn)線的數(shù)控機(jī)床每一臺在性能上都存在差距其動態(tài)特性明顯，生產(chǎn)制造的精度很難保持一致加上制造過程的規(guī)范操作沒有形成體系，有很大一部分依賴生產(chǎn)員工的經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)水平，產(chǎn)品的加工質(zhì)量與理想狀態(tài)總會或多或少的存在偏差這就形成了造不出“好機(jī)床”的困境。

3 數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展展望

“中國制造2025”為我國今后制造業(yè)的發(fā)展指明了方向，同時隨著中國在國際地位的不斷提高越來越多的國際機(jī)床制造商在中國建立分部，這就為學(xué)習(xí)國外的先進(jìn)技術(shù)提供了可能。結(jié)合現(xiàn)在的發(fā)展?fàn)顩r以及存在的問題今后我國的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)將會朝著“四高”方向發(fā)展即“高精度、高速度、高可靠性、高質(zhì)量”，其中高速、高精度是工業(yè)制造永恒的追求，數(shù)控車床采用電主軸取消了皮帶、帶輪和齒輪等環(huán)節(jié)，大大減少了主傳動的轉(zhuǎn)動慣量，提高了主軸動態(tài)響應(yīng)速度和工作精度，徹底解決了主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)時皮帶和帶輪等傳動的振動和噪聲問題。其次數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)也在朝著智能化、網(wǎng)絡(luò)化、復(fù)合化、綠色化的方向上不斷努力，尤其是近年來我國不斷加強(qiáng)對環(huán)境的保護(hù)作為裝備制造業(yè)的一部分?jǐn)?shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)也進(jìn)行環(huán)保升級，在生產(chǎn)使用的全周期內(nèi)將可能的污染控制到最低水平打造“綠色工業(yè)”典范。

我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展成就有目共睹在一些方面確實(shí)已經(jīng)取得了突破性的進(jìn)展，但是在許多核心領(lǐng)域依然受制于人技術(shù)的創(chuàng)新一刻都不能停止。新時代是我國數(shù)控機(jī)床發(fā)展新的歷史時期，抓住挑戰(zhàn)與機(jī)遇打破國外的技術(shù)壟斷，加強(qiáng)對自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)開發(fā)的，在基本滿足國內(nèi)市場的前提下走向國際，縮小國際技術(shù)差距打造中國數(shù)控機(jī)床品牌。