無(wú)論是將一塊鋼板變成形狀復(fù)雜的齒輪,還是將高性能纖維材料做成流線型的車(chē)輛外殼,抑或只是對(duì)某種坯料進(jìn)行精細(xì)化切割,都離不開(kāi)
機(jī)床。這種用來(lái)制造機(jī)器的機(jī)器被稱(chēng)為工業(yè)的“母機(jī)”,隨著工業(yè)化進(jìn)程的發(fā)展,其控制方式實(shí)現(xiàn)了數(shù)字控制。可以說(shuō),數(shù)字機(jī)床是實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化的基石,其技術(shù)水平代表著一個(gè)國(guó)家的綜合競(jìng)爭(zhēng)力。
為了夯實(shí)我國(guó)的工業(yè)之基,縮小我國(guó)數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域與國(guó)際上的差距,2009年,我國(guó)正式啟動(dòng)實(shí)施“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)。8年多來(lái),專(zhuān)項(xiàng)取得了豐碩成果,新增產(chǎn)值約706億元,我國(guó)高端數(shù)控機(jī)床技術(shù)水平不斷提高,重點(diǎn)領(lǐng)域國(guó)產(chǎn)制造裝備生產(chǎn)制造支撐強(qiáng)勁有力,高檔數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化突圍。
制造能力顯著提升
通過(guò)對(duì)進(jìn)口量大、市場(chǎng)需求面廣的數(shù)控車(chē)床進(jìn)行研發(fā),我國(guó)機(jī)床企業(yè)擁有了可以與進(jìn)口設(shè)備比肩的自主研發(fā)產(chǎn)品,設(shè)計(jì)制造能力得到提升
“在一臺(tái)機(jī)床上,X軸的運(yùn)動(dòng)可以加工線條,加上Y軸可以加工面,有了Z軸可以加工一個(gè)立體的東西,但是這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。”機(jī)械科學(xué)研究總院院長(zhǎng)王德成告訴記者,“工業(yè)上往往要加工更為復(fù)雜的曲面,艦艇、飛機(jī)、火箭、衛(wèi)星、飛船中許多關(guān)鍵零件的材料、結(jié)構(gòu)、加工工藝都有一定的特殊性和加工難度,用傳統(tǒng)加工方法無(wú)法達(dá)到要求,必須采用多軸聯(lián)動(dòng)、高速、高精度的數(shù)控機(jī)床才能滿足加工要求”。
王德成所說(shuō)的多軸聯(lián)動(dòng)是數(shù)控機(jī)床中一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),它可以實(shí)現(xiàn)在一臺(tái)機(jī)床的多個(gè)坐標(biāo)軸上同時(shí)運(yùn)動(dòng),刀具或工件可在數(shù)控系統(tǒng)控制下同時(shí)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng),從而完成復(fù)雜形狀的加工。雖然我國(guó)是當(dāng)今世界第一制造大國(guó),但是這樣的高檔數(shù)控機(jī)床缺乏,導(dǎo)致我國(guó)在高端制造領(lǐng)域受制于人。
“以前我國(guó)做不了五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床,所使用的數(shù)控系統(tǒng)也是國(guó)外制造的。曾經(jīng)為了制造大型船只上的一個(gè)設(shè)備,許多廠商爭(zhēng)先恐后搶著使用僅有的一臺(tái)進(jìn)口機(jī)床。而對(duì)于航空航天企業(yè)而言,國(guó)外高檔數(shù)控機(jī)床不僅對(duì)我們限制進(jìn)口,即使進(jìn)口了,其數(shù)控系統(tǒng)也留有信息后門(mén),對(duì)于國(guó)防安全是一個(gè)很大的隱患。”專(zhuān)項(xiàng)技術(shù)總師、中國(guó)工程院院士盧秉恒說(shuō)。
隨著我國(guó)航空航天、船舶制造、能源電力、國(guó)防軍工、汽車(chē)和工程機(jī)械等行業(yè)的迅猛發(fā)展,對(duì)大型、重型、復(fù)合、高精度高檔數(shù)控機(jī)床的需求急劇增加。改變高檔數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域掣肘的現(xiàn)狀迫在眉睫。
對(duì)此,“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)重點(diǎn)對(duì)進(jìn)口量大、市場(chǎng)需求面廣的加工中心和數(shù)控車(chē)床的研發(fā)進(jìn)行了部署。機(jī)床企業(yè)開(kāi)發(fā)出了一大批適應(yīng)市場(chǎng)需求的新產(chǎn)品,龍門(mén)式加工中心、五軸聯(lián)動(dòng)加工中心等制造技術(shù)趨于成熟,重型鍛壓裝備性能接近國(guó)際先進(jìn)水平,精密臥式加工中心形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的柔性制造系統(tǒng)核心技術(shù)。至“十二五”時(shí)期末,我國(guó)機(jī)床企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造能力得到顯著提升,高檔數(shù)控機(jī)床和裝備的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力不斷增強(qiáng)。
在高檔數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域,我國(guó)終于擁有了可以與進(jìn)口設(shè)備比肩的自主研發(fā)的產(chǎn)品,8萬(wàn)噸大型模鍛壓力機(jī)和萬(wàn)噸級(jí)鋁板張力拉伸機(jī)等重型鍛壓及數(shù)控沖壓設(shè)備的成功研制,填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)航空領(lǐng)域大型整體成形技術(shù)空白;大型貯箱成套焊接裝備成功應(yīng)用于長(zhǎng)征五號(hào)等新一代火箭研制,在航天領(lǐng)域建立了首條采用國(guó)產(chǎn)加工中心和數(shù)控車(chē)削中心的生產(chǎn)示范線,已應(yīng)用于新一代運(yùn)載火箭、對(duì)接機(jī)構(gòu)、探月工程差動(dòng)機(jī)構(gòu)等100余種、10000余件關(guān)鍵復(fù)雜零部件的加工,取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益;數(shù)控鍛壓成形設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化成效顯著,其中汽車(chē)覆蓋件沖壓線國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率超過(guò)70%,全球市場(chǎng)占有率已超過(guò)30%,有力推動(dòng)國(guó)產(chǎn)汽車(chē)裝備自主化,并向美國(guó)成功出口9條汽車(chē)生產(chǎn)線。
技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)逐步完善
我國(guó)機(jī)床行業(yè)形成一大批技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,部分技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)被列入國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),行業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)顯著增強(qiáng),對(duì)產(chǎn)品研發(fā)提供有力支撐
“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)實(shí)施以來(lái),行業(yè)技術(shù)水平明顯提升。盧秉恒介紹,我國(guó)研制的精密臥式加工中心等30多類(lèi)重點(diǎn)產(chǎn)品達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。其中,25米數(shù)控立柱移動(dòng)立式銑車(chē)床是國(guó)家重大工程項(xiàng)目建設(shè)的急需、替代進(jìn)口的高端產(chǎn)品,其技術(shù)參數(shù)、技術(shù)等級(jí)均處于世界領(lǐng)先地位,機(jī)床規(guī)格、承載重量世界最大,代表了國(guó)家高檔數(shù)控重型機(jī)床最高水平。
最值得一提的是,我國(guó)機(jī)床行業(yè)的自主創(chuàng)新和可靠性水平提升顯著,標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范逐步完善。通過(guò)專(zhuān)項(xiàng)實(shí)施,推動(dòng)國(guó)內(nèi)機(jī)床骨干企業(yè)聯(lián)合高校、用戶聯(lián)合開(kāi)發(fā),積極組織數(shù)控機(jī)床可靠性評(píng)定國(guó)家/行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的編制并在機(jī)床行業(yè)內(nèi)推廣應(yīng)用。機(jī)床主機(jī)平均無(wú)故障時(shí)間從專(zhuān)項(xiàng)實(shí)施前的400到500小時(shí)已普遍提升至1200小時(shí)左右,部分產(chǎn)品已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)的2000小時(shí)。
盧秉恒介紹,專(zhuān)項(xiàng)成果形成一大批技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,部分技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)受到國(guó)際同行重視,并被列入國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),行業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)顯著增強(qiáng),對(duì)產(chǎn)品研發(fā)提供有力支撐,也對(duì)國(guó)家裝備制造業(yè)持續(xù)發(fā)展能力的提升起到保障作用。
2016年底,我國(guó)自主提出的用于檢測(cè)五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床精度的S形試件標(biāo)準(zhǔn)已通過(guò)國(guó)際標(biāo)委會(huì)審定,成為我國(guó)在高檔數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)、檢測(cè)領(lǐng)域的首項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn),實(shí)現(xiàn)了“零”的突破。
此外,專(zhuān)項(xiàng)實(shí)施8年多來(lái),累計(jì)申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利3956項(xiàng),立項(xiàng)國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)407項(xiàng),研發(fā)新產(chǎn)品、新技術(shù)2951項(xiàng)。在行業(yè)研究機(jī)構(gòu)、重點(diǎn)企業(yè)建設(shè)了18項(xiàng)創(chuàng)新能力平臺(tái)、部署了70個(gè)示范工程,培養(yǎng)創(chuàng)新型人才5500余人。
國(guó)產(chǎn)“大腦”補(bǔ)齊短板
數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了從模擬式、脈沖式到全數(shù)字總線的跨越,初步具備與國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力,突破了制約我國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)發(fā)展的瓶頸
數(shù)控系統(tǒng)是機(jī)床裝備的“大腦”,是決定數(shù)控機(jī)床功能、性能、可靠性、成本價(jià)格的關(guān)鍵因素,也是制約我國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)發(fā)展的瓶頸。而基礎(chǔ)薄弱、“缺心少腦”一直是“中國(guó)制造”的短板。
專(zhuān)家表示,數(shù)控系統(tǒng)、伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)等是制造裝備最重要的關(guān)鍵基礎(chǔ)部件。要實(shí)現(xiàn)“中國(guó)制造2025”的目標(biāo),形成“中國(guó)智造”的核心競(jìng)爭(zhēng)力,離不開(kāi)數(shù)控系統(tǒng)包括伺服驅(qū)動(dòng)、伺服電機(jī)等關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新。
為了補(bǔ)齊短板,“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)部署實(shí)行全產(chǎn)業(yè)鏈布局,國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)部分技術(shù)的原創(chuàng)超越。企業(yè)掌握了數(shù)控系統(tǒng)的軟硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)與批量生產(chǎn)技術(shù),在多通道、多軸聯(lián)動(dòng)、高速插補(bǔ)等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)方面達(dá)到國(guó)際主流產(chǎn)品技術(shù)水平。
通過(guò)專(zhuān)項(xiàng)的支持,我國(guó)數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了從模擬式、脈沖式到全數(shù)字總線的跨越,已初步具備與國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力。高檔數(shù)控系統(tǒng)、功能部件與主機(jī)產(chǎn)品配套研發(fā),初步實(shí)現(xiàn)與高檔數(shù)控機(jī)床的批量配套。據(jù)工業(yè)和信息化部裝備工業(yè)司副司長(zhǎng)羅俊杰介紹,2016年,數(shù)控機(jī)床專(zhuān)項(xiàng)支持研發(fā)的高檔數(shù)控系統(tǒng)已累計(jì)銷(xiāo)售1000余套,國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率由專(zhuān)項(xiàng)啟動(dòng)前的不足1%提高到了5%左右。
目前,國(guó)產(chǎn)高檔數(shù)控系統(tǒng)已與10多類(lèi)600多臺(tái)高檔數(shù)控機(jī)床配套,開(kāi)始在航空航天重點(diǎn)企業(yè)示范應(yīng)用。“功能部件企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量水平穩(wěn)步提高,品種系列不斷完善,滾動(dòng)功能部件檢測(cè)裝備從無(wú)到有,靜剛度等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)和測(cè)試設(shè)備水平已躋身國(guó)際先進(jìn)行列。截至目前,滾動(dòng)功能部件在中高端數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)占有率達(dá)20%,較2009年專(zhuān)項(xiàng)實(shí)施前提升4倍,品種滿足度為80%。”羅俊杰說(shuō)。
盧秉恒表示,我國(guó)數(shù)控機(jī)床將聚焦航空航天、汽車(chē)兩大重點(diǎn)用戶領(lǐng)域,共性技術(shù)研究和重點(diǎn)領(lǐng)域工藝驗(yàn)證并重,關(guān)鍵核心部件研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展并行,加快創(chuàng)新能力平臺(tái)和示范工程建設(shè),加強(qiáng)創(chuàng)新人才培養(yǎng)和高端人才引進(jìn),著力解決數(shù)控系統(tǒng)與功能部件、可靠性和精度保持性、加工效率與工藝水平提升等3方面問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)專(zhuān)項(xiàng)成果在重點(diǎn)領(lǐng)域規(guī)?;?、成套化的示范應(yīng)用,為全面實(shí)施“中國(guó)制造2025”提供支撐。
下一步,數(shù)控機(jī)床專(zhuān)項(xiàng)將與國(guó)家其它科技項(xiàng)目和地方科技項(xiàng)目緊密銜接、形成合力,共同致力于國(guó)家高檔數(shù)控機(jī)床及基礎(chǔ)制造裝備科技創(chuàng)新競(jìng)爭(zhēng)力的跨越式發(fā)展。