结合CIMT2011探讨机床发展的新动向

沈福金

金融危机曾给作为制造业基础的机床工业造成重挫，除中国外，世界机床市场都很低迷。2009年是世界机床工业最困难的一年。唯有中国，由于政府及时采取措施，出台了一系列应对金融危机的方针政策，使中国机床工业受金融危机的影响最小，一直保持了较好的发展势头，这是值得庆幸的。

在金融危机面前，各国机床行业的制造企业并没有气馁，而是趁生产负荷不满的空隙，加速新技术的应用和新产品研发。随着世界经济的缓慢复苏，2010年，世界机床工业也呈现了全面恢复的势头。急于寻找市场的各国机床制造企业，自然会把目光投向市场容量最大、最活跃的中国机床市场，更关注CIMT2011中国国际机床展。

由中国机床工具工业协会主办的第12届中国国际机床展览会（CIMT2011）已经成功落幕，有来自28个国家和地区的1 400多家厂商踊跃参展。在12 000 m2的展览面积上，各国参展商都竞相展示了他们开发的最新产品和技术，有些还是首次在我国展出，性能先进，技术含量明显提高。参观展览的观众也十分踊跃，商贸洽谈和信息交流都很活跃。展会规模之大和参展商数量之多以及展品技术水平之高，均创历届CIMT展之最。显然，CIMT2011展览会取得了圆满成功。

CIMT2011举办于我国“十二五”规划开局之年，时机很好。国家“十二五”规划已启动实施，按照“转方式、调结构、促发展”等规划精神，业界正在考虑和关注中国机床工业向何处发展和如何发展的问题。而作为世界机床技术发展风向标的这届CIMT2011展览会，荟萃了国内、外机床工业发展的最新成果，给我们带来了很多世界机床工业发展的信息。希望这些信息对考虑我国机床工业的发展问题能有所借鉴和启迪。因此，我根据从CIMT2011展会得到信息，并综合近年来国外大量报道的机床技术发展和新产品开发等情况，就世界机床技术快速发展过程中出现的新变化、新动向，归纳、分析如下，供业界在考虑我国机床工业该如何发展的问题时作参考。

1 节能环保型机床发展势头强劲，绿色制造是大势所趋

大家知道，节能环保是现在各国都很关心的问题，欧、美、日本和我国等都有相应的绿色环保规划要求，机床行业也不例外。一些机床制造强国早就有所动作，如2007年欧洲国际机床展（EMO2007）期间，在他们举办的技术讲座中，有一个内容就是关于降低机床能耗问题，提出要制定标准来限定机床的空载功率。这是欧盟要用技术标准限制高能耗机床进入欧盟的信号。这事关我国机床出口，所以当年我们就在《WMEM》杂志上通报了这一信息。现在，机床的能效问题已受到普遍重视，并纷纷研究和落实提高机床能效的各种措施。如2010年11月3-4日，在德国Schmalkalden举行了两年一次讨论刀具技术的例会，围绕“刀具技术向何处发展”这个主题发表了22篇报告，主要内容有：为高能效和省资源的加工过程开发刀具和工艺；新材料和功能材料的切削加工；集成了测量技术以及传感器和执行原件技术的刀具；用于高速切削的刀具新材料及其应用；创新的刀具涂层和刀具结构等等。刀具的需求每年增加3%，所以，从切削刀具入手来提高机床的加工能效，作用也很大。因此，刀具发展加快，高效组合刀具、适合强力切削的耐高温、耐磨损的新涂层刀具、能进行复合铣的行星式铣刀等一大批新刀具问世，使切削效率成倍提高。

去年德国还专门召开了会议来讨论提高资源利用效率的生产技术问题。希望促成用户和设备制造商共同来关注和解决生产能效问题。阿亨大学的WZL通过紧密合作，参与优化这些生产过程的研究工作。这些都说明，德国不仅认识到机床能效问题的重要性，而且已经有人和机构在进行具体的研究，在斯图加特的AMB 2010展会上就有一批高能效机床展出。

在今年北京的CIMT2011展会上，展出的高能效的节能环保型机床就更多了。如，日本森精机公司刚在去年JIMTOF2010展会上重点推出的用于替代N系列4个主力机型的X级机床（NLX、NVX、NHX、NTX）首次集体亮相CIMT2011。这种X级机床就是结构更紧凑的节能环保型机床。为了节省能源和资源，他们对原有的N系列的4个主力机型的机床结构分别进行了重新设计，并在尽可能保留DCG驱动优点的前提下，重新设计了驱动轴的位置，使驱动轴尽可能靠近运动部件的重心，从而变双驱动为单驱动，这样一个直线坐标就省去一台伺服驱动电机；在NHX系列机床上配用新开发的链式直接交换式刀库，又可省去ATC刀柄驱动用伺服电机；还有，使运动部件轻量化，在液压装置上安装蓄能器，并采用LED照明等。通过这些措施，最终使X级机床节能30%～40%，占地减少20%，润滑油消耗节省约15%，节能环保性能非常突出。

日本牧野（MAKINO）公司展出的J3系列小型高速加工中心具有高速度和高加速度性能，非切削时间减少40%，循环时间缩短20%，因结构紧凑而节省空间45%。随着加工时间的缩短以及采取自动切断电源和集中供应冷却液等节电措施，可减少CO2排放22%，所以环保性能也大有改善。

MAZAK公司也积极推动节能环保型机床的研发，如在机床的生产工序中采取节能、节省资源等措施；在产品开发中,考虑使用可重复利用的材料及采取相应的技术措施开发节省能源的新机型和新功能等。如配有六项智能功能的INTEGREX i-150和配备了五项智能功能的INTEGREX j系列复合加工机床。用MAZATROL CNC装置可进行对话式编程，从准备到加工完成整个生产过程的时间可缩短约82%，成效非常可观。

我国沈阳机床集团按节能环保理念自主开发的新HTC系列、新HMC系列、新VMC系列、新ETC系列和新AH/AF系列等五类产品都具有国际先进水平，也是更新换代产品。这些新一代高效复合机床的加工效率和节能环保等技术性能都有提高，也是环保型产品，如HTC2050i新型车削中心就实现了高效节能，在同等切削条件下可省电2.5 kW。

大连光洋自主研制的GDPS系列数控智能电源也是首次展出的“十一五”成果，采用三相全桥受控整流和逆变专利技术，在改善供电质量和控制质量的同时，实现了高功率因素和能量回馈，提高了电能利用率，可使数控机床节能25%，这是一项很有环保意义的创新成果。

凡此种种，足以说明，节能环保型机床发展势头强劲，绿色制造是大势所趋,这是今后机床技术发展的一大趋势，我国机床行业必须尽快跟上。

2 多工艺完全加工机床发展迅速，渐成主要发展机种

机械零件由于结构不同，加工的复杂程度也不同。有些零件的全部加工只要车削和铣削就够了，而另一些零件除一般车、铣加工外，还需经过硬车削、镗孔、制齿、磨削甚至辊压等多种不同工艺的加工工序才能完成。大家知道，在一台机床上一次装卡进行多工序完全加工能为用户带来提高加工效率、降低零件加工成本和提高加工精度等好处，所以，这种多工艺完全加工机床一经问世，就很受用户欢迎，发展迅速。现在，国外一些机床制造商都把机床能实现多工艺完全加工功能作为卖点之一而大力宣传。

在CIMT2011展会上，日本MAZAK公司展出了多台能实现一台机床一次装卡完成全部加工（DONE IN ONE）的紧凑型机床，如配有六项智能功能的INTEGREX i-150和配备了五项智能功能的INTEGREX j系列复合加工机床都具有完全加工功能。日本牧野（MAKINO）公司展出的机内装有机器人的J3i加工中心，工件的自动装、卸以及清洗、去毛刺等工序均有机器人完成，是真正实现了一台机床完成全套加工（ALL IN ONE）的生产系统。森精机的X级机床和DMG展出的多台新机床都声称具有完全加工功能。我国沈阳机床集团也展出了一台集车、铣、磨、淬火于一体的VTM 350140lg大型车-铣复合中心，这也是一台真正的多工艺完全加工机床，可实现对大型零件整体复合加工。

在EMO 2009展会上，日本大隈等公司的展出重点是完全加工；日本森精机公司展出的铣-车加工中心聚焦于完全加工。德国AMB2010展会的主题就是完全加工和柔性自动化。在这个展会主题下，有一批完全加工机床登场，如Winema公司展出了刚改进的用于完全加工的多工位机床RV20；MAG展出了一台带滚铣单元、可用于齿轮完全加工VDM1000H型立式加工中心，等等。

《WB》杂志近年来报道多工艺完全加工机床的文章很多，涉及的机床种类也较广。凡加工效率高、精度好、技术先进的新机床，无论是立式、卧式加工中心，还是数控磨床、齿轮加工机床等，几乎都可以具有完全加工的功能。可见，在中、高端机床领域，开发具有多工艺完全加工功能的机床是国外机床制造企业竞相发展的主要机床品种。现在我国也已经有了良好开端，发展具有多工艺完全加工功能的高端机床，我国也绝不能滞后。

3 机床结构设计模块化趋势明显, 发展前景看好

随着技术的快速发展，产品的生命周期越来越短，许多机床用户希望，当需要加工的零件发生变化时，旧机床稍加改装就能适应不同零件的加工，这样既节省用户的投资，又减少了资源浪费，还符合环保要求，一举多得，何乐而不为。这就是机床可重构问题的由来。德国卡斯鲁尔研究中心在进行可重构机床的实用性研究中，就是对机床主机和配套的功能部件进行模块化划分，并统一相应接口的标准，使整套机床模块或坐标轴能实现互换。这样就能按零件特点，用相应的功能模块构建最适合零件加工需要的机床，使通用机床具有专机那样的加工效率和加工质量，大大扩展了多工艺完全加工机床的适应能力，深得用户欢迎。

在CIMT2011展会上，模块化结构的机床展品虽不多，但也显现了发展势头。MAZAK首次展出一条由1台精密卧加和一条有6个托盘的物流传输线构成的可长期实现无人化加工的加工单元e-BOT CELL，通过先进的模块化的PALLETECH单元系统，可以随生产量的变化简单而灵活地配置最符合用户需求的柔性加工系统（FMS）。他们声称，机床可以不停机地连续工作720 h，可对多个品种的工件进行加工。沈阳机床集团展出的 GTC系列大型数控立车，就采用了模块化结构设计。观众对这些展品都很感兴趣。

近年来国外关于模块化的完全加工机床的报道很多，展会上也出现了越来越多的模块化的机床展品，如在METAV2010展会上，德国Pittler公司展出一台模块化机床，可实现全部加工。德国Pittler T&S公司对所有结构系列的机床都进行模块化设计。这些结构系列的机床有丰富的组合部件模块，可为用户提供由用户确定的个性化的机床。瑞士雷斯豪尔（Reishauer）公司开发新一代齿轮磨床RZ260蜗杆砂轮磨齿机时，为了能最大限度地适合用户企业的条件，考虑采用了模块化的机床方案。为此开发了很多任选部件，以优化机床配置。还有一些著名的机床制造商，如Hueller Hille，Hessapp或Boehringer等都出现了柔性的模块化机床产品。德国斯莱福临集团的美格勒（Maegerle）公司把大型磨削中心开发成模块化机床，有许多模块化功能部件单元，能向市场提供符合用户个性化需求的专用机床而又不增加多少成本。这种兼具完全加工功能又是模块化结构的机床，颇受用户青睐，而且更符合绿色制造的理念。因此，模块化机床今后的发展前景看好。我国有设计和生产组合机床的经验，发展模块化结构的机床是有基础的。

4 服务已成为市场竞争的焦点之一，营销方式在变

现在，机床生产厂家为机床用户服务的理念普遍加强，营销模式都在变，即由过去单纯的产品销售改为服务、销售一体化，特别强调了服务意识。除销售本厂产品、做好用户培训外，必要时还能为用户考虑加工工艺流程，帮助机床用户用好机床。此外，还能成套地承包生产工程。也就是说，可以根据用户的具体加工任务需要，为用户选配包括本厂产品在内的各种设备，向用户提供成套生产系统。这种自觉为用户着想的服务和营销方式，深受用户欢迎和好评，已逐渐成市场竞争的焦点之一。我国机床制造企业的营销方式也正在转变之中。

5 数控技术综合性发展趋势增强，联合研发优势凸现

现在的数控机床是集多学科新技术于一体的产品。所以，单靠一个企业，即使是技术力量雄厚的企业，开发新产品的速度也常常难以适应市场需求的多变、快变。 在遭遇金融危机侵袭、市场萎缩、资金紧缺的困难时期，为尽快推出新产品以摆脱困境，国外很多企业采取联合或合作研发新产品的现象增多。如德国ELB-Schliff公司与阿亨工业大学的WZL紧密合作开发了一种创新的多工艺机床MultiTec 8。这种机床加工效率更高，能有效降低生产成本。

还有MAG公司在AMB 2010展会上展出的带滚铣单元的VDM1000H型立式车削中心, 就是MAG和Samputensili公司最近合作开发的第一个成果。在滚铣时，其功能和操作界面用了Samputensili的软件，并集成在CNC控制软件中，提高了机床的完全加工潜力。

再如德国Pittler公司开发完全加工机床所需要的控制技术和驱动技术，是与西门子紧密合作，发挥各自技术优势，很快取得成功的。

德国GFM测量技术公司有基于光学扫描的3D传感器技术，装在刀具上能获取刀具是否锋利或刀刃几何形状等信息。Zoller公司是专门从事非接触刀具测量和检验的公司。他们在生产过程的测量领域进行合作，把GFM的3D光学传感器和Zoller公司的高精度轴向控制技术相结合，开发了在刀具制造过程中的3D数字化测量仪。

国外这样的合作例子还有很多，最典型的是德国DMG集团和日本森精机公司的深度融合。他们这两家企业都是世界著名的机床制造商，技术实力也都比较雄厚。在缺少合同、生产负荷不满的最困难的2009年3月，为携手应对金融危机，双方相互交叉参股，实行了强强联合。合作范围包括生产、采购、研究和开发以及营销和服务，在产品层面上进行了协调和整合，并对国际市场也进行了分工、协调，可以说是全方位的深度合作。据说，合作使他们双方的竞争力都比单个企业时期有了明显提高。

这种取长补短，联合开发新产品成功的例子我国也有。去年在沈阳制博会上首次展出的具有世界先进水平的HMT 50200型异型石材车铣加工中心就是由沈阳建筑大学与沈阳机床集团等多家单位联合攻关完成的。现在，沈阳机床集团采用产、学、研、用相结合的方式，组成了由高校、机床配套件企业和用户参加的产品研发团队，也加速了新产品开发速度。这次在CIMT2011展会上，沈阳机床集团能展出这么多新产品就是合作优势的明证。

此外，我们从“十一五”科技成果展上也可以看到，我国在“十一五”期间取得的一批重大成果，也都是不同部门、不同地区协同攻关的结果。事实证明，开展协作能有效加速新技术应用和新产品的开发进程。所以，在数控机床科技重大专项立题研究中，早就提倡了产、学、研、用相结合的正确方式，应继续坚持。

综上所述，在世界机床工业不断发展的过程中出现了一些新变化、新动向，应引起我们的关切。因为，在我国机床工业快速发展的进程中，以上几方面虽都有进展，但还有差距，现在提出来，便于我们对照了解自己。我国机床工业发展的条件和基础都较好，上有政府支持，下有企业努力，我们只要能做到知己知彼，有针对性地努力缩短差距，中国机床制造的强国梦就一定能早日实现。

沈福金，中国机械工程学会高级会员，北京机床研究所原总工程师。