中国机床工业到了向世界制造技术高峰冲锋的时候

恩宝贵

1 2005年以来国内机床工业发展很快

1.1 产值、产量增长声速

2005年以来国内机床工具产值、产量、数控机床产量均成倍增长（表1）。

表1 2005-2011年机床工具产值、产量

1.2 产品水平提高，产品结构优化

上世纪末我国重点骨干企业年开发新产品在400种以上，企业平均年开发新品4种以上，进入新世纪新品种开发速度加快，特别是重型机床行业，新产品数量增加、水平迅速提升，先后开发出规格参数世界第一、性能达到或接近世界先进水平。如新开发品种有镗杆直径Φ320 mm数控落地镗铣床，加工宽度11 m的数控龙门镗铣床，加工直径5 m、最大承重500 t的数控超重型车床，磨削直径2 500 mm的轧辊磨床，最大磨削宽度3 500 mm的数控龙门导轨磨床；多数重点骨干企业实现产品数控化，加快调结构、转方式的步伐取得优异成绩。

秦川机床工具集团研制成功数控蜗杆磨齿机，规格Φ10～500 mm，模数从0.4～8 mm，磨削精度GB/10085-2001标准四级，优化级达三级，部分指标达二级以上，国内市场占有率在90%以上，2009年获国家科技进步二等奖。该系列机床具有先进的传动和驱动系统，配以自动对刀、自动上下料、高速磨削技术，成为中国汽车企业的主要装备。如比亚迪在2010年一次订购YK7236磨齿机近两亿元。该集团历时两年研制成功Q5K002锥齿轮铣齿机、QMK009磨齿机及配套3 m测量仪，首创“数字铲形轮展成加工理论”。该集团还研制成功深孔加工数控钻床，钻孔深度2 500 mm，最大钻孔直径400 mm，最小钻孔直径1.6 mm，试切直径25 mm，长度为2 000 mm，圆柱度为0.3 mm，直线度为0.05 mm，达到国际先进水平。发挥自身优势发展齿轮变速箱，各种液压泵阀等产品，增加新的增长点。

秦川集团汉江机床公司全部产品实现数控化，为螺杆加工提供铣、磨、检测成套设备。近几年该公司在螺纹磨削加工精度控制与动态补偿技术、大型滚珠丝杠、梯形丝杠精度动态检测技术等方面取得突破。该公司研制成功丝杠磨系列新产品，SK7432×20、30、40系列，SK7450A 5 m和SK7450×100 10 m数控丝杠磨床，与之配套的HJY050 10 m丝杠动态测量仪；SK7732×15、20、30、40系列数控螺杆磨床，SK7763×40 4 m数控螺杆磨床；SK7140数控塞规磨床；SK7225数控丝锥磨床；SK7032×750、SK7032×12高精度数控螺杆磨床；SKR7620内螺纹磨削中心，以及SK6432螺杆铣床。为提高效率开发了旋风铣，并使其商品化。该公司还研制成功螺杆压缩机和导丝辊磨床、数控多线硅切割机、HJ080高速滚剪机等。

沈机集团昆明机床股份有限公司研制成功YHM46100高精度卧式加工中心，定位精度0.004 mm，重复定位精度0.002 mm，各项精度指标达到世界先进水平。该机整体采用龙门框架式箱中箱结构，电气控制集成热变形温度自动补偿、双电动机驱动、双光栅位置反馈同步、刀具自动管理、自动在线测量等。2008年昆机曾为齐重提供FMS1000和FMS2000大重型精密柔性自动生产线。昆机第一次为三一重工提供29台高档数控机床，第二次为三一重工昆山分厂提供53台高档数控机床，近期又为三一重工提供FMS2000和FMS1000柔性制造系统。

沈阳机床研制成功HTM40100h车铣复合加工中心，集三维防碰撞、刃具自动识别、动态误差补偿等先进技术，在高速电主轴、高速进给、零间隙驱动方面取得突破，主轴最高转速20 000 r/min，三直线轴快速进给50 m/min以上。沈阳机床2010年生产立式加工中心1 700台，2011年上半年生产1 200台，预计2011年全年将生产4 000台。通过建立技术、成本、专业化、质量等方面的联盟，研发出快速型（R系列）、经济型（E系列）、通用型（B系列）、强力型（S系列）和卓越型（P系列）5大系列立式加工中心。沈阳机床为轮毂加工提供自动识别、尺寸测量、气门孔加工前视觉识别系统，具备自动加工、搬运、清理、打号全过程自动化作业。沈阳机床新开发“3E”（经济、环保、便捷）新型数控车床，新研制的自动镗铣床，实现钻、镗、扩、铰、铣、锪多种加工于一体，床身采用四条等高导轨提高了韧性，解决了卧镗多年存在的缺陷。

济二多年来为中国汽车业提供了300多条冲压自动线，主要汽车厂都有济二的产品。冲压线从多边杆、数控伺服高速自动冲压线，到多工位自动冲压线，从2 000 t到5 000 t多工位冲压自动线，冲压效率从每分钟10几件到25件，从内销到出口美国等工业发达国家。济二的高速五轴加工中心，具备数控双摆角实现五轴联动，连续生产十余台。

武重研制成功CKX5680复合加工机床，加工螺旋浆直径8.5 m，可扩展到12.5 m，高度达3.3 m，工作台承重160 t，具有七轴控制、五轴联动、在线测量等功能，实现螺旋桨叶面重叠部分、非重叠部分、桨叶轮廓以及桨毂中孔等加工区域的全面精铣加工，达到车铣复合，一次装夹多平面加工，此产品已在用户使用3年，累计生产7台。该产品获2011年度中国机械工业科技进步一等奖。武重16 m立车生产近十台，该产品曾获国家科技进步一等奖，为中国水、火、核电装备制造提供了关键装备。

北一研制成功XKA28105×300数控重型桥式龙门五轴车铣复合加工机床。该机龙门宽度10.5 m，最大加工高度7.5 m，主轴功率105 kW、主轴最大扭矩9 500 kN，配有大功率、大扭矩A/C轴摆角铣头，五坐标联动，并配有9.5 m车铣双速数控转台，承重300 t。该机通过鉴定后，哈汽董事长兼总经理杨其国表示：“北一提供的这么先进、优秀的设备，为哈汽制造核电以及超大、超重、高精度零件提供了保障。”

上机研制成功世界规格最大的数控轧辊磨床MKA84250/1500-H，可磨工件重250 t，该机床有3项创新：一是研制超重型工件驱动系统，攻克了重载工件稳定驱动的关键技术；二是研制亚微米级砂轮进给系统，实现重型轧辊面磨削过程中的砂轮系统的高严谨微量进给，高精度、高刚度砂轮架静压主轴满足了高效、高精磨削的要求；三是研制了自动测量机构，解决了大直径工件在线测量，实现自动磨削。该公司还研制成功精密微型磨床，用于航空（天）超精密磨削，用于非球面光学元件制造，定位精度≤100 nm、重复定位精度≤50 nm，可磨削自由曲面、凹凸球面、圆环面等。

北京机床研究所研制成功NANO-TM500超精密纳米级车铣复合加工机床，最大加工直径500 mm，实现加工检测一体化。

大连机床集团缸盖加工机床，具有主轴浮动精密镗头结构，带刀补偿机构的镗杆设计与制造技术，缸件上口深度车削和控制技术、在线测量技术等。缸件三轴孔主轴尺寸精度1T6、粗糙度Ra0.8～1.6 μm、主轴孔同轴度Φ0.02 mm、端面销孔与主轴位置精度Φ0.06 mm。缸体缸盖五轴柔性单元具有温度补偿技术、X、Y、Z全闭环控制，定位精度≤0.01 mm，重复定位精度≤0.005 mm，主轴最高转速≥18 000 r/min，三轴快速移动速度60 m/min，配有A/C轴。DKX057发动机缸体柔性生产线，由精密卧式加工中心组成，年产发动机缸体7.5万件，生产节拍小于3.56 min，CPK值≤1.33。

三环黄锻研制成功D系列激光切割机，P系列数控转台冲床、PPS折弯机、3 600～6 000 t成形机、预弯机及合缝机组成的大直径油气轮气管成套设备，还有HGSK 169/3超宽台面数控液压剪板机和2-HPC 2400/85双台联动电液伺服折弯机、大型板材剪切折弯柔性加工生产线、13～25 mm数控板材剪切中心、200～800 t数控精冲机、800～1 600 t多工位数控精锻机、100～800 t数控肋骨冷弯成形机、2 000 t精整机、3 000 t全闭环高精度伺服折弯机等。

天锻依靠自主创新，为用户提供高效专门化产品，特色经营，到2011年拥有专利472项，其中发明专利141项，占同行业的80%，特色产品有为核电封头制造提供液压机、为高铁超长道叉提供5 000 t液压机、为环保节能提供闸板缸动式液压机、船体板材压制数控液压机生产线、为薄板洗衣机提供外壳全自动生产线、为渤海钢铁集团提供100 MN制坯机组，含10 000 t快速锻造液压机、800 t操作机。该设备能完成拔长、锻粗、冲孔、扩孔、芯棒拔长、扭转、弯曲、错移、剁切等工序。

在主机快速发展的同时，数控系统、功能部件也迅速发展。华中数控的华中8型全数字高档数控系统突破一些关键技术，掌握高速现场总线技术、多通道多轴联动技术、纳米插补技术、超前预读小线段高速平滑技术、双轴同步控制、对话式编程、远程故障诊断、数控机床快速调试等。该系统基于多处理器开放式软硬件体系结构和自主创新的总线技术、硬件跨平面、软件可置换、系统多层次开放功能。更可喜的是该系统已与国产数控机床配套，正常用在生产上。

秦川集团汉江机床在大型螺纹磨削、加工精度控制与动态补偿技术、大型滚珠丝杠和梯形丝杠精度动态检测技术等方面取得实质性进展。南京工艺装备在10 m大丝杠生产线上配置了CNC硬铣机床、中频淬火机、10 m激光导程测量仪等，大型重载滚珠丝杠已系列化生产，并已进入国际市场。该公司还研制成功直驱螺母旋转复合单元及旋转螺母组合单元等新产品。烟台环球研制成功浸油式数控回转工作台等。

2 国际机床工业已进入两化高度融合新纪元

2.1 高精高效

高精、高效是数控机床五十多年持续发展的基础，上世纪后五十年世界机床精度提高两个数量级，平均每8年加工误差缩小一半，1950-2000年切削速度提高了2.5倍，机床静刚度、抗振性能、金属切除率提升一倍以上。如今日本森精机高速卧加NHX1000快速进给50 m/min、圆度加工精度提高到2.1 μm。日本THK精密直线滚动导轨精度达23 nm/m，日本制造直线电动机快速进给达180 m/min。三井精机HPX63卧式加工中心，工作台尺寸630 mm×630 mm，主轴转速6 000 r/min，可选配15 000 r/min或25 000 r/min，定位精度3轴均为±0.001 mm。该公司HSD/H60超高精卧式加工中心，工作台尺寸750 mm×300 mm，三轴定位精度±0.000 7 mm。MAZAK提出了未来机床发展目标：主轴转速100 000 r/min，加速度8g，切削速度达2马赫，同步换刀，干切削，集车、铣、激光加工、磨、测量于一体。

2.2 复合化加速发展

如今数控机床从加工中心、柔性制造系统正向在一台机床上完成加工、检测、清洗、去毛刺和搬运全过程的方向发展。MAZAK Done in one以自动化为基础的网络化为用户提供全面服务的制造系统。GF阿奇夏米尔用3台机床“组合拳”从加工电极到电子元件精冲和精密注塑模等制造完整解决方案。DMG DMO 160是铣削和激光切削复合加工机床，复合机床已是数控机床重要发展方向之一。

2.3 智能化发展

自上世纪80年代提出自适应控制以来，到如今已成硕果累累的现实。MAZAK最新研制的机床具有7项智能化功能：动态摆动控制、智能化热屏蔽、智能化安全屏蔽、智能化主轴、MAZAK语音指南、智能化维修支持、智能化平衡分析。应用科学技术创新，减人或替代人脑（手）的功能将是今后两化高度融合的新趋势。

2.4 发展纳米技术

第一批纳米技术是在DVD、CD和MP3读取技术上得到应用，预计未来将有更多的纳米材料应用技术，几十年后纳米技术将在生活中多数产品中应用。现实精密及超精密加工，多工位级进模精度已达2 μm，塑料模具、IT业小型模具也已进入微米级。森精机采用直驱电动机回转机构精度从3.05 μm提高到0.96 μm。三井精机300G坐标磨床3轴定位精度均为±0.7 μm。机床行业要为IT业、医疗器械、仪器仪表业开发提供精密、超精密机床，为纳米技术提供装备。

2.5 绿色环保

机床发展不仅要提高经济效益指标，还要适应绿色环保的要求，要节能节材，应用干切削、少切削、新型复合材料等，达到节能、节材、绿色环保的目的。日本HORKOS CORP生产的无工作台NJ50加工中心，最高转速12 000 r/min，3轴移动量350 mm×350 mm，占地面积仅990 mm×2 170 mm，既省材料又减少占地面积。DMG与森精机最近联合开发的MILLTAP700高效钻铣中心，机床宽度减少了30%，占地面积减少了10%，能耗降低30%。

3 对今后机床工业发展的几点建议

3.1 从重数量向重品质转变

我国2005年金切机床产量45万台，到2011年达到85.99万台，产量世界第一。到2010年，我国金属加工机床消费额为283亿美元，也名列世界第一，占世界总消费额的1/2。然而2010年我国制造业产值仅占世界的19.8%，我国人均劳动生产率仅是美国的1/10。以2007年为例，当年我国车床产量为20.9万台，其中数控车床5.43万台，产量数控化率为25%，产量中3/4是低效的普车。到2011年11月，全国机床产量为79.6万台，数控机床为23.9万台，产量数控化率为30%，也就是到2011年仍生产55万台普通机床。本世纪初，全世界年产机床100万台，如今我国便生产85万台。现在发达国家只有日本还维持年产十万台机床的水平，其他国家都是年产几万台。我国普通机床产量多了，在数控机床产量中经济型数控机床也多了，造成人力和材料、能源的消耗过多。日本MAZAK，上世纪70年代末将普车分别转由我国“济一”和“沈一”贴牌生产，到80年代中后期这种OEM方式也停止了，MAZAK集中精力在数控车和加工中心的研制上。今天日本机床产量数控化率在80%左右，产值数控化率在90%以上。我国2010年加工中心消费量达57 381台，产量市场占有率为48%，产值数控化率约30%。2011年1-11月进口机床9.66万台，金额83.15亿美元，年均进口单价8.62万美元，说明进口机床有高档的，但多数是中档的。我国机床产量虽大，但连中档数控机床都挡不住进口。“十二五”期间殷望中国机床工业依靠重大专项推动全行业提高技术水平和竞争能力，使中国机床工业早日走上制造强国之列。要集中力量发展高端产品，也要重视量大的中端产品的发展，要减少普车、经济型数控车和线切割机等产品的产量，增加普及型数控车和加工中心等产品的产量，一减一加使中国机床到“十二五”末产量结构有明显的改善，实现对汽车等4个主要行业达到40%～70%的市场占有率目标，加工中心价值市场占有率从现在30%提高到50%以上。

2010年进口机床97 785台，金额94.2亿美元，平均单价9.57万美元；同期出口加工机床4 365 475台，价18.5亿美元，平均单价403美元。从数字看，进口是中高端产品，量少价高；出口是低端的，量大价低。国家统计局报告2010年金切机床产量是75万台，成形机床是26万台，两者合计不过101万台，与出口436万台机床相距甚远。数字说明出口机床中含台钻、砂轮机、抛光机、台式冲床等。长期大量出口耗能（材）高的低附加值产品不是长久之计，建议研究政策，逐步减少低附加值产品出口，增加高附加值产品出口。

我国重型和超重型机床本世纪初超高速发展，2002-2008年产值平均增速达到42.38%，2009年产值是2000年的13.7倍，年产重型和超重型机床2 000台以上。随着新建、扩建能力投产，产能将翻番。从2009年起，重型和超重型机床产值增速已趋缓，现有企业应做好迎接低潮的准备，继续提高产品性能和质量，增长扩大出口的能力，扩展再制造领域、增加相近工艺金属加工制造能力等，建议不再增加新生产点。

从上世纪后期起，欧洲兴起机床集团热，多见资本经营、财团扩张，未见、少见生产方式转变。近年森精机与DMG合作，据媒体报导，主要目的一是划分市场范围、二是强强合作开发新产品，提高竞争力。这种合作于双方均有利。一个国家有几个大型龙头企业是好事，但更多的企业应是各有特色的企业。肖勃灵虽小，但小型精密机床名扬天下；米克隆高速钻铣床世界有名，莫尔的坐标磨床，在中国模具制造中是看家的本领。小而专、小而精，小而特、小而强是好事。企业规模不要一味追全追大。建议有关部门对年产超过十万台的省进行调研，调研后提出调结构、转方式的意见，建议总结“济二”引进技术、消化吸收再创造攀登设计、制造、管理、服务高峰的经验，推而广之。

3.2 加强基础研究攀登机床设计制造高峰

纵观世界，按用户需求开展基础技术研发，设计制造新产品、自主创新是不断攀登技术高峰的基础。1952年麻省理工学院根据飞机叶片加工的需要研制成功数控铣床，开创了数控机床的新纪元。1958年美国KT公司研制成功加工中心，直到上世纪70年代美国占据着数控机床领头羊的位置之后又相继出现FMC、FMS。到上世纪80年代后日本MAZAK在复合化、智能化方面力拔头筹。我国重点骨干机床企业在“一五”期间引进苏联图纸，有了以1A62、6H82、3160A等工业化初期的机床。改革开放后，1979年济一首先按MAZAK图纸贴牌生产普通车床，掀起了合作生产与引进技术的高潮。在引进技术消化吸收方面取得突出成果的是济二。1980年济二引进美国维尔森机械压力机技术之后，便为上海大众提供了冲压自动线，之后又按用户要求吸收小松导检导柱技术融汇万家顿技术，使机械压力机冲压自动线进入了中国主要汽车厂。据用户对自动化要求，济二又引进美国ISI机器人技术，为中国汽车制造业提供全自动冲压自动线。进入新世纪，依靠自主创新，先后提供了多连杆冲压自动线、数控伺服高速高精冲压自动线、多工位冲压自动线，其产品不仅供应国内汽车厂还批量出口到国外。改革开放后取得突出进展的小行业是重型机床，通过引进技术、消化吸收，自主创新，逐步掌握了机械传动间隙消除和误差补偿技术，龙门移动同步技术、大跨距横梁移动补偿技术、镗铣床主轴悬臂位移补偿技术、超大载荷偏载卸荷技术、特大零件加工装配及精度保证、静压导轨和静压轴承技术，使产品水平不断提高，走上让用户逐步接受国产重型机床的新时代。

要肯定成绩，看到不足。尽管我国机床产量、产值世界第一，但机床进口额也在逐年增长。表2是2006-2011年机床进出口情况。

表2 2006-2011年机床进出口情况

要加强机床基础研究，加强管理，提高机床品质，减少逆差，提高国产机床自给率。

对基础性研究，建议高校有长期固定的研究方向，如动静刚度、热变形、纳米加工、新材料、新结构等。就重大项目、重点课题企业与院校合作。提倡机床制造业与用户合作，如济二为鞍钢重型机械集团提供双龙门五轴联动数控机床时，从设计之初便与用户沟通，了解用户的各项要求，制造中请用户到现场，用户提出问题共同进行工艺技术的整改，在双方共同努力下XKY2745×200双龙门五轴联动镗铣床按期按质提供用户。

加强基础研究，要加大科研投入。如济二年度科研经费达到销售额的5%以上。

3.3 发展高精高效专门化机床特色经营

我国已进入后工业时代，各行各业都在调结构，转方式提高经济效益，要求提供更具特色的机床。汽车及零部件制造的特点：批量大、专业化生产。摩托车、工程机械、轴承、油泵油嘴、航空航天、铁路机械、IT行业等都需要专门化机床、装配机（线）、插装机等。近些年杭机在高精度平磨基础上开发出满足不同行业需求的专门化机床，有炮闩磨床、叶片榫齿磨床、泵轮强力成形磨床、船舶叶轮磨床、直线滚动导轨磨床、摆线轮磨床、转子槽磨床、瓦楞辊磨床、博格板磨床等。多品种的基础是模块化设计，配以不同的磨具和夹具，满足用户高精高效的要求。专门化机床要具有加工同类零件的柔性。今后，即使开发通用机床，也要考虑某些行业特色功能的要求。今天重复生产严重的情况下，选择“以其不争，故天下莫能与之争”的策略是一种聪明的选择。盼望着早日出现能够提供内燃机、航天（空）、电站设备、船舶、IT业等成套加工、装配的世界级企业，从单纯提供装备向成套服务转变。

3.4 以可靠性为重点提高产品质量

提高可靠性是系统工程，要做“笨”工作，从设计、制造到装配、管理（含人才技术培训、管理制度、配套件采购、售前售中售后服务等），缺一不可。北一·大隈2011年对换刀机构进行200万次可靠性试验，逐个消除不可靠因素，直到通过200万次考验为止，矿日持久。普什宁江THMG350精密卧式加工中心试制时也对换刀机构、B轴进行可靠性试验，取得满意数据后方通过鉴定。从数控系统到其他配套体以及主机都要严格按标准检验合格后方能出厂。THK副总经理吴祖峰曾说：中国钢厂材料比日本材料便宜20%左右，但用中国材料制成的丝杠运回日本试验后发现，寿命仅相当于日本材料的1/3。建议机床制造业选择配套件供应商时，要象汽车行业那样，质量可靠性必须取得用户的认可，未经认可的配套件一律不能用在主机上。学习工业先进国家的经验，要在主要用户集中区建服务网，做到售前、中、后服务。普利森公司已在全国建13个服务站，一旦客户提出问题，快的一小时到现场，慢的半天。服务员实行卫星定位，接客户电话后，调配就近人员火速前往。数控系统制造厂可与主机厂建联合服务组为用户服务。

3.5 向智能网络化方向加快技术改造

我国机床制造业到上世纪末，有上海第四机床厂、济南第一机床厂、大连机床厂、北京机床研究所等应用FMS加工箱体、轴类零件，北京第一机床厂应用CIMS实现信息化设计、制造重型机床，上海机床厂以加工中心为主应用成组技术加工箱体类零件。进入新世纪，齐重数控应用由7台80把刀双交换工作台加工中心、一台中央控制计算机、一台工作台交换工作站和清洗站组成的全自动柔性生产线。大连机床组成装配自动线。齐二从2005年起，应用数控车建起旋转体零件加工生产线，2011年初建立以加工中心、数控铣、数控齿轮磨、数控立车组成的数控机床生产线等。2010年由工信部信息化推广司与中国机械工业联合会共同发布的《机床行业企业信息化和工业化融合发展水平评估报告》称，“机床行业两化融合就绪度情况较好。机床企业两化融合的单向应用情况较好，研究设计信息化、管理信息化情况良好，工艺设计信息化和制造信息化水平略有欠缺。”宁夏小巨人机床有限公司2000年诞生，该公司用传统制造技术（MT）和现代信息化技术（IT）完美结合，是中国首座智能网络化企业，大件加工、主轴箱加工实现16 h无人运转，干粉喷涂线、精密加工线、钣金加工线、立体仓库等，建企之初，年产数控机床400台，如今月产加工中心和数控车床200台以上，先进的产品、先进的加工管理手段，达到高效益。宁夏小巨人给我国机床企业树立了典范。

在技术改造中要注意应用信息技术开发制造产品与服务水平，要不断提高科技人员、管理人员、工人的技术水平。大连机床与天津轻工职业技术学院确立人才合作培训机制，大连机床建立数控机床展示、装配、调试、维修、营销人才培养的“校中厂”；天津轻工职业技术学院在大连机床厂区内建“厂中校”，承担实习培训以及继续教育、终身教育的任务。培养关键技术人才，如关键件加工、装配、调试的人才，设计人员、关键工序的把关人员。建议可根据个人身体情况放宽退休年龄，退休前做好接班人培养，避免人才断档。决窍可父传子，代代相伴。

总结经验，乘胜前进，沿着改革开放、自主创新之路调结构、转方式，中国机床工业由大变强的时候就要到了！