数控加工技术的现状和发展趋势


数控加工技术的现状和发展趋势

一、数控是现代机床的核心技术

  传统的机床延伸了人的体力,成为工作母机,而数控技术赋予机床一个大脑,使机床变得越来越“聪明”。数控技术已经从被动执行运动指令发展到能够“感知”机床的温度、振动、能耗等工况并加以调整和控制,在线测量工件尺寸、刀具破损和预测刀具寿命,以及防止刀具和运动部件干涉,甚至为操作者进行语音导航或发送短消息。数控机床具备智能化功能可以保证机床自动适应加工环境的变化,从而使机床操作更加便利,精度更加稳定,效率更加提升。

  五轴联动大大拓展了机床的加工范围,使得复杂形状和空间曲面零件的加工成为可能,为各类产品的结构创新和优化提供了广阔的前景和空间。复合加工可以将复杂零件在一台机床全部加工完成,避免了工序间的工件搬运和多次装夹,缩短了加工链,提高了加工质量。

  高速加工大幅度提高了加工效率,高效加工除了关注高效率外,还考虑高能效和高效益。滑板自动交换、机器人装卸、柔性制造单元和系统等自动化系统集成是进一步提高劳动生产率重要措施,是机床产业可持续发展的重要途径。

  直线电动机和直接驱动大大简化了机床的机械传动结构。机床运动部件的移动和转动都直接由伺服电动机提供,明显提高了机床的动态性能,使“零传动”机床成为现实,更加能够适应高速、高精加工需要。

  数控系统的前瞻控制和轨迹平滑处理技术、位置与速度精确控制技术、工厂总线和网络技术显著提高了系统动态性能和控制精度,保证了数控机床的高速化、高精度和多轴联动的稳定性和可靠性。

  二、我国数控加工技术的现状

  近年来,我国数控加工技术发展迅速,国产数控车床已完全能满足国内市场需要。高性能的卧式车削中心和车铣复合中心,通过合资、引进技术和自主开发,某些产品已能满足部分国内高端用户要求。但是,卧式车铣复合加工中心、带Y轴或C轴的卧式车削中心、双主轴卧式车削中心和高精度卧式车削中心仍然主要依靠进口。

  国产立式加工中心在技术上比较成熟,技术性能与国际水平接近,生产厂家较多并具有一定批量,得到了国内用户认可。由于在性价比上具有优势,保质期过后维修服务费用较低,基本可以满足国内市场的需要。当前的关键是大力提高产品的质量和可靠性,加强售前和售后服务。

  国产卧式加工中心虽能满足市场部分需要,但在精度和性能上与国外同类产品相比还有一定差距。国外卧式加工中心大多都装有温度补偿系统,定位精度较高,而且精度保持性好。因此,近年卧式加工中心进口较多。在高速加工中心五轴加工中心方面,国内各企业都开发出不少新产品。但是多数产品还没有经过严格的生产考验,难以取得用户的普遍认可,仅个别品种进入企业生产现场。关键在于需要经过不同类型用户的生产考核,并加以不断改进和完善。高精度(亚微米级和纳米级)加工中心我国基本上处于空白状态,绝大部分依赖国外进口。
  国产数控齿轮机床的性能已与国际水平大体相当,除个别高精度数控齿轮加工机床(DIN 5~6级)和高精度数控齿轮磨床(DIN 2~3级)仍需进口外,已能大部分替代进口产品。

  电加工机床,除精密电加工机床外,能满足市场需要。数控电加工机床在加工精度、加工表面粗糙度、加工方式、软件等方面还有差距。

  国产数控磨床基本上可以满足国内市场需要。但是,数控磨床中某些高精度的、高效的、复合的数控磨床还要依赖进口,如近年来数控精密万能外圆磨床、数控精密成形平面磨床、数控曲轴磨床、数控凸轮轴磨床、大型数控外圆磨床和各种数控高效专用磨床等产品进口较多。

  国产数控重型金切机床在价格上具有很大优势,售价仅为国外同类产品的一半左右,通过近几年的自主开发和实际生产应用和考核,除个别超重型的、多轴控制的、精密的国内还没有商品外,多数已得到国内发电、冶金、矿山等设备制造企业的认可。

  总的来说,国产数控机床的市场满足度还不高,低端混战,高端失守。2009年,进口机床仍高达59亿美元,其中金切机床45.6亿美元,金属成形机床13.4亿美元。进口的几乎都是高档数控机床和自动线。

  三、与国外的差距

  1. 经营理念的差距

  国内某些企业的“市场导向”观念是短视的、狭隘的,仅仅局限于产品的销路好坏,简单地卖产品,所谓的售后服务就是修机床。以客户为中心、聚焦客户需求,提供解决方案,为客户创造价值,从产品竞争转向服务竞争还没有成为企业的核心经营理念。特别是对高端客户的需求,国内机床企业往往所供非所需,所需不能供。目前情况虽有所改善,但仍然没有从根本上改变。

  国内某些企业忽视技术集成的重要性,把自己局限在生产机床设备的范畴,没有认识到软、硬件集成会给客户带来创造价值的巨大潜力。国外领先的机床企业普遍将软、硬件集成作为产品结构调整的重要途径。例如,德马吉公司的Power Tool软件包,马扎克公司的Cyber Production管理系统,GF阿奇夏米尔公司的Smart Machine过程监控系统,西门子公司828D的ShopMill和Program Guide编程软件等。

  2. 关键技术的差距

  与机床制造强国相较,我国数控机床在结构、技术水平、创新和研发能力等方面都还存在明显的差距。基础技术、关键技术和共性技术尚未完全掌握。聚焦客户需求,研发个性化的产品,开发专门化的数控机床,为用户提供全面解决方案的能力薄弱。

  特别是高性能数控系统和核心功能部件的发展滞后于主机,市场占有率很低,已成为制约我国数控机床产业发展的主要瓶颈。

  关键技术的差距最终反映在国产数控机床产品的可靠性和精度稳定性。即使数量较大的、我国能生产的、技术比较成熟的数控机床,如立式加工中心、中小规格卧式加工中心、数控车床等产品的市场由于可靠性和精度保持性等方面略逊一筹,外国公司也因而占有相当市场份额。

  3.发展战略的差距

  国内企业在制定发展战略时往往是以开发某种产品成为主线,大多数是一种跟随和模仿外国领先企业产品的策略。有竞争力的企业应该将视线越过竞争对手而移向客户的隐现和潜在需求,跨越现有的竞争边界,从既定市场结构下的定位选择向改变市场结构转型,即“引导市场”。引导市场是一种积极主动的战略,其特征是以自主原创的新技术、新产品引导并满足市场不断发展的需求,提升客户的技术水平,为客户追求利润最大化,为自身开拓新的利润空间。它将改变市场的结构,向市场提供超前的新产品,引导客户认识新产品,使用新产品,受惠于新产品。

  四、迈向机床强国之路

  我国机床产业要实现由大而不强向既强又大转变,成为世界机床强国的基本途径是:转变发展方式,调整产业和产品结构,实现产业升级。

  随着中国从“制造大国”向“制造强国”的转变,国民经济重点行业核心制造领域对数控机床产品的需求结构和水平将发生较大变化。汽车、高速铁路、航空航天、能源和船舶制造业都需要高精度、高效率、自动化和节能减排的新一代数控机床,我国数控机床产业的升级有巨大的空间,特别是高端数控机床。

  我们应该清楚地认识到,中国要成为机床强国,其他国家不会坐视,技术获得的途径必将遇到新的封锁。从现在开始必须依靠自主创新。建立以企业为主体,产学研用相结合,开放的、社会化的研发体系。

  创新离不开人才,迈向机床强国更需要一代人的艰苦奋斗。高端人才匮乏,尤其是缺少高端数控机床设计、数控系统和功能部件研发的领军人才,以及缺少高级技工和缺少具有国际化视野的复合型管理人才。高端人才不足,已成为制约我国数控机床产业快速、可持续发展的深层次原因。

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