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高檔數控機床實現國產化突圍

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無論是將一塊鋼板變成形狀復雜的齒輪，還是將高性能纖維材料做成流線型的車輛外殼，抑或只是對某種坯料進行精細化切割，都離不開機床。這種用來制造機器的機器被稱為工業的“母機”，并且隨著工業化進程的發展，其控制方式實現了數字控制。可以說，數字機床是實現工業現代化的基石，其技術水平代表著一個國家的綜合競爭力。

為了夯實我國的工業之基，縮小我國數控機床領域與國際上的差距，2009年，我國正式啟動實施“高檔數控機床與基礎制造裝備”科技重大專項，8年來，專項取得了豐碩成果，新增產值約706億元，我國數字機床技術水平不斷提高，重點領域國產制造裝備生產制造支撐強勁有力，高檔數控機床實現了國產化突圍。

高檔數控機床打破國外壟斷

“在一臺機床上，X軸的運動可以加工線條，加上Y軸可以加工面，有了Z軸可以加工一個立體的東西，但是這還遠遠不夠。” 機械科學研究總院院長王德成告訴中國經濟網記者，“工業上往往要加工更為復雜的曲面，艦艇、飛機、火箭、衛星、飛船中許多關鍵零件的材料、結構、加工工藝都有一定的特殊性和加工難度，用傳統加工方法無法達到要求，必須采用多軸聯動、高速、高精度的數控機床才能滿足加工要求。”

王德成所說的多軸聯動是數控機床中一項關鍵技術，它可以實現在一臺機床的多個坐標軸上同時運動，刀具或工件可在數控系統控制下同時協調運動，從而完成復雜形狀的加工。雖然我國是當今世界第一制造大國，但是這樣的數控機床極端缺乏，導致我國在制造領域一直受制于人。

“以前我國做不了五軸聯動機床，所使用的數控系統也是國外制造的。曾經為了制造大型船只上的一個設備，許多廠商爭先恐后搶著使用僅有的一臺進口機床。而對于航空航天企業而言，國外高檔數控機床不僅對我們限制進口，即使進口了，其數控系統也留有信息后門，能對我們進行監控，對于國防安全是一個很大的隱患。” 專項技術總師、中國工程院院士盧秉恒說。

隨著我國航空航天、船舶制造、能源電力、國防軍工、汽車和工程機械等行業的迅猛發展，對大型、重型、復合、高精度高檔數控機床的需求急劇增加。改變高檔數控機床領域掣肘的現狀迫在眉睫。

對此，“高檔數控機床與基礎制造裝備”科技重大專項重點對進口量大、市場需求面廣的加工中心和數控車床的研發進行了部署。機床企業開發出了一大批適應市場需求的新產品，龍門式加工中心、五軸聯動加工中心等制造技術趨于成熟，重型鍛壓裝備性能接近國際先進水平，精密臥式加工中心形成具有自主知識產權的柔性制造系統核心技術。至“十二五”末期，我國機床企業的產品設計制造能力得到顯著提升，高檔數控機床和裝備的國際競爭力不斷增強。

在高檔數控機床領域，我國終于擁有了可以與進口設備比肩的自主研發的產品，8萬噸大型模鍛壓力機和萬噸級鋁板張力拉伸機等重型鍛壓及數控沖壓設備的成功研制，填補了國內航空領域大型關重件整體成形技術空白；大型貯箱成套焊接裝備成功應用于長征五號等新一代火箭研制，在航天領域建立了首條采用國產加工中心和數控車削中心的生產示范線，已應用于新一代運載火箭、對接機構、探月工程差動機構等100余種、10000余件關鍵復雜零部件的加工，取得了顯著的經濟效益與社會效益；數控鍛壓成形設備的產業化成效顯著，其中汽車覆蓋件沖壓線國內市場占有率超過70%，全球市場占有率已超過30%，有力地推動了國產汽車裝備自主化，并成功出口福特汽車美國本土9條生產線。

與此同時，我國重點領域裝備保障能力不斷提升。“以五軸加工中心為代表的高檔數控機床，在飛機典型結構件、航天復雜與精密結構件、飛航導彈發動機零部件等領域實現批量示范應用，為大飛機、新型戰機、探月工程等國家重大專項和重點工程提供了關鍵制造裝備。”

自主創新和可靠性水平顯著提升

數控機床專項自2009年實施以來，行業技術水平明顯提升，縮小了與國際先進水平的差距。盧秉恒介紹，我國研制的精密臥式加工中心等30多類重點產品達到國際先進水平。其中，25米數控立柱移動立式銑車床是國家重大工程項目建設的急需、替代進口的產品，其技術參數、技術等級均處于世界領先地位，機床規格、承載重量世界最大，代表了國家高檔數控重型機床最高水平。

最值得一提的，我國機床行業的自主創新和可靠性水平提升顯著，標準和技術規范逐步完善。通過專項實施，推動國內機床骨干企業聯合高校、用戶聯合開發，積極組織數控機床可靠性評定國家/行業標準的編制并在機床行業內推廣應用。機床主機平均無故障時間從專項實施前的400到500小時已普遍提升至1200小時左右，部分產品已達到2000小時以上，接近國際領先水平。

盧秉恒介紹，專項成果形成一大批技術標準和規范，機床行業標準和技術規范逐步完善，部分技術標準受到國際同行重視，并被列入國際標準，行業國際競爭優勢顯著增強，對產品研發形成有力支撐，也對國家裝備制造業持續發展能力的提升起到保障作用。

2016年底，我國自主提出的用于檢測五軸聯動機床精度的S形試件標準已通過國際標委會審定，成為我國在在高檔數控機床設計、檢測領域的首項標準，實現了“零”的突破。

此外，專項實施八年多來，累計申請發明專利3956項，立項國家及行業標準407項，研發新產品、新技術2951項，新增產值約706億元。在行業研究機構、重點企業建設了18項創新能力平臺、部署了70個示范工程，培養創新型人才5500余人。

國產“大腦”補齊中國制造短板

數控系統是機床裝備的“大腦”，是決定數控機床功能、性能、可靠性、成本價格的關鍵因素，也是制約我國數控機床行業發展的瓶頸。而基礎薄弱、“缺心少腦”一直是“中國制造”的短板。

專家表示，數控系統、伺服電機、伺服驅動等是制造裝備最重要的關鍵基礎部件。要實現“中國制造2025”的目標，形成“中國智造”的核心競爭力，離不開數控系統包括伺服驅動、伺服電機等關鍵技術的創新。

為了補齊“短板”，數控機床專項部署實行全產業鏈布局，國產數控系統實現部分技術的原創超越。企業掌握了數控系統的軟硬件平臺設計與批量生產技術，在多通道、多軸聯動、高速插補等關鍵技術指標方面達到國際主流產品技術水平。

通過數控機床專項的支持，我國數控系統實現了從模擬式、脈沖式到全數字總線的跨越，已初步具備與國外同類產品的競爭能力。高檔數控系統、功能部件與主機產品配套研發，初步實現與高檔數控機床的批量配套。據工業和信息化部裝備工業司副司長羅俊杰介紹，2016年，數控機床專項支持研發的高檔數控系統已累計銷售1000余套，國內市場占有率由專項啟動前的不足1%提高到了5%左右。

目前，國產高檔數控系統已與10多類600多臺高檔數控機床配套，開始在航空航天重點企業示范應用。“功能部件企業產品質量水平穩步提高，品種系列不斷完善，滾動功能部件檢測裝備從無到有，靜剛度等關鍵技術指標和測試設備水平已躋身國際先進行列。截至目前，滾動功能部件在中數控機床市場占有率20%，較2009年專項實施前提升4倍，品種滿足度為80%。” 羅俊杰說。

而中檔數控系統也實現了批量生產，國內市場占有率從10%提高到25%。形成了3家產業化生產基地，專項支持的數控系統合計已實現銷售近40億元。滾珠絲杠、導軌、動力刀架等關鍵功能部件在精度、可靠性等關鍵指標上已接近國際先進水平。

“路漫漫其修遠兮”，“將來我國數控機床將聚焦航空航天、汽車兩大重點用戶領域，共性技術研究和重點領域工藝驗證并重，關鍵核心部件研發與產業化發展并行，加快創新能力平臺和示范工程建設，加強創新人才培養和人才引進，著力解決數控系統與功能部件、可靠性和精度保持性、加工效率與工藝水平提升等三方面問題，實現專項成果在重點領域規模化、成套化的示范應用，為全面實施‘中國制造2025’提供支撐。”盧秉恒說，“另一方面，數控機床專項將與國家其它科技項目和地方科技項目緊密銜、形成合力，共同致力于國家高檔數控機床及基礎制造裝備科技創新競爭力的跨越式發展。”

中國機床及裝備產業的“航空母艦”已試水前行，假以時日，中國機床及裝備產業“巨艦”將在世界經濟的全球化大潮中迎風博浪。

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