滚动功能部件：发展中不能承受之轻——追本溯源话“滚动”

顾问/Consultant：黄祖尧/HUANG Zuyao

撰稿/Writer：谭弘颖/TAN Hongying

滚动功能部件产品包括：滚珠丝杠副（精密、高速、大导程、冷轧、重载、超大型、微型、行星滚珠等）；滚动直线导轨副（滚珠、滚柱、圆弧型滚子等）；滚动元部件（滚珠花键、滚珠蜗母条、十字坐标工作台、精密线性工作台、致动器等）以及外围配套元件（自锁器、制动器、联轴器、防护装置、高刚度专用轴承等）。在滚动功能部件中，又以滚珠丝杠副和滚动直线导轨副为主。滚珠丝杠副是螺旋传动副与滚动轴承融合而成，滚动直线导轨副则是直线滚动轴承蜕变而成，所以，从本质上来讲，滚动功能部件其实就是从滚动轴承衍生而来。

世界上早在19世纪末就发明了滚珠丝杠副，但因制造难度大，很长一段时间未能付诸实际。1940年，美国通用汽车公司最早使用滚珠丝杠副，它将滚珠丝杠副用于汽车的转向机构上，此后滚珠丝杠副的用途不断被拓展。精密螺纹磨床的出现使滚珠丝杠副在精度和性能上产生了较大的飞跃，使之开始在航空和机床行业中广泛应用；数控机床和各种自动化设备的发展，促进了滚珠丝杠副的研究和生产。早期拥有滚动功能部件生产能力的国家寥寥无几，如日本、美国、德国、意大利、法国、英国以及前苏联。从20世纪50年代开始，在工业发达国家中，滚珠丝杠副生产厂家如雨后春笋般迅速出现，例如：日本的NSK公司、THK公司以及TSUBAKI公司；美国的WARNER-BEAVER公司、GM－SAGINAW公司；德国的RACO公司；意大利的SKF公司；英国的ROTAX公司等。时至今日，这些老牌产品大多数传承至今、享誉海内外。

我国以滚珠丝杠副为代表的滚动功能部件产业起步于上世纪60年代，是伴随着我国精密机床、数控机床、机电一体化产品发展而逐渐成长起来的一个新兴产业。众所周知，数控机床主要由主机、数控系统以及功能部件3大部分构成。在我国，功能部件的称谓源于20世纪80年代，最早称之为“机床配套件”。数控机床的主体为功能部件提供了发挥其功能的平台，功能部件作为单元技术的载体，承担了既定的功能，通过主机的集成和CNC控制形成机床总体的性能和精度，正因如此，数控机床许多核心技术头体现在控制技术和功能部件上。装备制造业的强弱对一个国家的国民经济和国防建设的重要性毋庸置疑，数控机床是装备制造业发展的基础 ，那么功能部件的重要性不言而喻。纵观各国装备制造业的发展轨迹，先进工业国家之所以成为机床制造业强国，有一批高水平的数控机床功能部件专业化知名企业可以说是其必要条件。

筑巢引凤共发展

新中国建立之初，在机床行业里，随着国家建设的深入发展，不仅需要普通中小机，而且需要重型及高精度精密机床。高精度精密零部件是精密机床的核心，那时世界上只有瑞士、美国、英国、德国、苏联少数国家能生产。

1960年，正值新中国实施“二五”计划步入工业化初期，为响应毛主席号召“要自力更生，走自己工业发展的道路。”召开了高精度精密机床会议，决定成立中央6人领导小，由李富春副总理直接领导在一机部二局设立战役办公室，开展高精度精密机床战役，制定规划增加高精度精密机床生产能力（1960～1970年开发56种（后调整为46种）高精度精密机床，年产量700～800台），建设上海机床厂、昆明机床厂、北京精密机床零件厂（由北京机床研究所组建）和武汉重型机床厂恒温车间及增加关键加工与检测能力。“主机与精密零部件同步攻关、并行发展”的策略带动了一系列的调整。1964年，南京轴承厂更名为南京工艺装备制造厂，组建了我国第一个滚珠丝杠车间；1966年，山东济宁丝杠厂（现山东济宁博特精工股份有限公司）成立；1969年，响应国家支援西部建设的号召，上海机床厂第四车间连人带设备全部搬迁到陕西汉中成立汉江机床厂。在这样的背景下，一批先行者们“不依赖、不迷信”，集“研究、设计、生产”三结合，开展技术攻关，经过几年的努力，硬是攻克了关键技术，使之投入批量生产，为我国自主研发的第一代精密机床及时提供了关键零部件。如北京机床研究所研制的“0.5～1.0 μm/1 000 mm高精度金属线纹尺”、“1级/500 mm的调质车削丝杠副”；南京工艺装备制造厂研制出中国第一套滚珠丝杠，并应用于北京第一机床厂生产的铣床上等，而高精密精度机床的规划也得到了较好的履行（1970年，发展了35种高精密精度机床，年产量达到1 225台）。这个时期，无论是产品结构还是制造工艺，都是处于仿制阶段，尤其深受前苏联的影响，可以说是“百废待兴”。然而正是因为有了这次成功的“战役”，我国滚动功能部件始有雏形。

齐心协力绘蓝图

1972年春，在上海举行的日本机床展展出的9台数控机床引起了国内的注意，激发了开发数控机床的积极性。世界机床的发展潮流也有了变化，数控机床渐渐登上了舞台。一机部适时召开了“全国数控机床攻关”会议，安排了开发和生产任务，从主机到配套确定了生产点，拉开了“数控机床攻关战役”的序幕。“七五”期间国家安排了以引进技术消化吸收（包括5种主机、3种数控系统）为主要内容的“数控一条龙”项目，对数控机床关键功能部件的研究与开发也得到了同样的重视。在改革开放初期的这种“引进消化吸收”政策的指引下，我国从瑞士、德国、意大利引进了一批高精度螺纹磨床、导轨磨床和检测仪器，使得在滚动功能部件的“精密化”这个领域拥有了自己的优势，如北京机床研究所在国内首先研制成功的用于精密滚珠丝杠批量生产的S7420丝杠磨床激光反馈校正技术、汉江机床有限公司研创的用于在线测量的5 m丝杠激光动态测量仪等。而在工艺水平和产品质量上，南京工艺装备制造厂从德国引进的工程塑料返向器内循环滚珠丝杠副制造技术和CNC中频淬火机等关键设备也促进了整个行业的水平提高。

1973年，在原机械部机床局的直接指导下，国内首次召开了滚珠丝杠副系列化讲座谈会，第一个滚珠丝杠副的尺寸系列和精度等级规范（试行）产生了。北京机床研究所组织开展了与ISO标准的对口活动，1982年，我国加入了国际标准化组织下属滚珠丝杠工作组（ISO/TC39/WG7）。

1983年，根据机床局的委托，北京机床研究所在密云召开了“全国滚珠丝杠攻关协调会”，重点联合研发专业生产滚珠丝杠副的大型专用检测仪器，北京机床研究所、汉江机床厂、南京工艺装备厂、华中理工大学、华东工程学院（现南京理工大学）等单位产学研结合先后完成了滚珠丝杠副摩擦特性、传动效率、刚度、Coa、Ca、寿命的初步研究，研制成功了反向器新结构新曲线、第一代滚珠丝杠副的测量仪器，拿下了一批“七五”、“八五”攻关项目。

1987年，滚动功能部件协会成立。至此，研究和生产滚动功能部件的单位也由原来的几个增加到十几个。于我国滚动功能部件行业而言，由于经历过“精密机床战役”以及“数控机床攻关战役”的锤炼，一支数控功能部件攻关和生产团队渐渐成长起来；一个以“北京机床研究所、南京工艺装备厂、汉江机床厂”为代表的滚动功能部件小产业也开始形成。以此为基础，滚动功能部件行业初步形成跨部门、跨地区的横向联合体系。

百舸争流谋新篇

1988年3月，中国机床工具协会成立，滚动功能部件协会并入成为直属分会。这在某种意义上是行业大联合、标志着滚动功能部件行业更进一步走向成熟、稳定。

根据产业发展的需要，1990年10月，经国家技术监督局批准，全国金切机床标准化技术委员会正式成立滚动功能部件分会，这标志着我国滚动功能部件的标准化工作迈向一个新的台阶。国内从事滚珠丝杠副的骨干厂和科研单位纷纷投入力量开发高档次专用测量仪器，并取得了不错的成绩，比如：北京机床研究所在原JCS-014激光丝杠检查仪的基础上研制成功JCS-040三米双频激光滚珠丝杠副综合动态测量仪，汉江机床厂和上海科技大学合作在HJY025丝杠动态测量仪的基础上研制成功HJY028三米双频激光丝杠动态测量仪，华东理工大学研制成功滚珠丝杠副预紧力、动态预紧转矩和传动效率测量系统，北京机床研究所和南京工艺装备厂合作研制出三米滚珠丝杠副力矩测量仪，汉江机床厂也研制出力矩仪。这些专用监测仪器的诞生，使产品质量得到提高。

“八五”计划纲要将滚珠丝杠和滚动直线导轨列为重点振兴的“特定基础件产品”，以及随着我国加入WTO，我国滚动功能部件民族工业迎来了一场挑战和机遇并存的浪潮。由此，国家对原有骨干企业的支持力度进一步加大，比如南京工艺装备厂在这期间国家投资引进了一批先进设备，产品的品种、规格、系列和产量都有了很大提升；汉江机床厂则加盟秦川集团，从制造转向创造；济宁博特则通过产业调整，在政府的扶持和科研所的技术帮助下，旧貌换新颜；北京精密天工滚珠丝杠股份有限公司继承了北京机床研究所50多年的技术成果，改制面市。一批新生企业得以冒出，如1994年广东高新凯特精机股份有限公司的成立使我国滚动直线导轨副的专业生产向高起点迈出了一大步；2005年由大连机床集团和华中科技大学产学研结合组建的大连高金数控集团公司的成立则厚积薄发，成为行业中的后起之秀。

在经历了“八五”、“九五”、“十五”的技术攻关和改造后，行业中的重点骨干企业无论是装备水平、生产能力或是产品规格品种、技术水平都处于国际中上水平，少数产品达到国际先进水平。随着数控技术成为我国机床行业主导性技术之后，对装备制造业包括机床行业的支持，不仅有宏观方面的支持，也有了一些细化的具体措施。

2006年，这对我国装备行业来说是一个不同凡响、具有重要意义的一年。因为“十一五”规划启动了，《国务院关于加快振兴装备制造业的若干意见》（简称《若干意见》也终于正式发布了。在“十一五”规划中，“数控机床发展专项规划”选择了包括中高档数控系统、滚珠丝杠副、滚动直线导轨副、电主轴及伺服单元、直线电机、数控转台等9种数控功能部件作为发展的重点，高速加工功能部件的开发、高速驱动技术、精密加工技术等列为需要重点解决的关键技术，要求在“十一五”末，功能部件配套齐全；在《若干意见》中，把发展数控装备、数控系统和关键功能部件作为振兴我国装备制造业的16个重点领域之一，发展“大型、精密、高速”数控装备和数控系统及功能部件，改变大型、高精度数控机床大部分依赖进口的现状，满足机械、航空航天、国际军工等工业发展的需要。在此之前，其实我国滚动功能部件行业包括传承几十年的精密螺纹制造技术、从国外引进的高端设备、重点骨干企业都有自己的滚研所与研发中心等等，几十年的沉淀已够新一轮爆发，“十一五”规划和《若干意见》的实施，使其迈出了可喜的一步，迎来了疾速发展的时期。2009年初，国务院常务会议通过的《装备制造业调整振兴规划（2009—2011）》（以下简称“三年规划”）指出，加快振兴装备制造业，必须依托国家重点建设工程，大规模开展重大技术装备自主化工作；通过加大技术改造投入，增强企业自主创新能力，大幅度提高基础配套件和基础工艺水平，促进产业结构优化升级。“三年规划”的提出，再一次彰显了滚动功能部件的重要性。据统计，在“十一五”期间，滚动功能部件行业工业总产值年平均增长水平达到51.5%。中国滚动功能部件经过2009及近两年重大专项的实施，产品有了长足的进步，10 m以内的滚珠丝杠对于我们许多功能部件生产企业来讲已经不再是什么是难题，高速重载滚动丝杠和直线导轨已经频频亮相国际国内重大展会。

2010年10月，山东博特精工股份有限公司、陕西汉江机床有限公司、南京工艺装备制造有限公司和广东高新凯特精密机械有限公司等单位参加了中国机床工具协会在北京召开的第6届常务理事（扩大）会议暨2010年第二次秘书长工作会议，参与讨论和编制了功能部件“十二五”发展规划。机床工具行业“十二五”发展规划指出重点发展中高档数控机床急需的高速、高效、高精度、高可靠性功能部件和机床附件（双摆角数控万能铣头、滚珠丝杠副、滚动直线导轨副、主轴单元、刀库及自动换刀装置、数控刀架、数控回转工作台、数控平旋盘、动力卡盘、电永磁吸盘、高速防护装置、液压配套件等），开展基础、共性（CAD/CAE/CAM技术研究；提高机床可靠性及使用寿命研究；机床静态动态测量技术研究、机床热变形及补偿技术研究、数控机床制造工艺及装备研究）以及关键技术研究（直接驱动技术研究；高速加工技术研究；精密加工技术研究；多轴联动与复合加工技术研究、智能化技术开发、网络制造技术应用吸收和再创新，提高了技术水平和自主创新能力，如提高了技术水平，拓宽了销售渠道。如北京第一机床等），强调全力实施结构调整工程、技术创新工程、两化融合工程、品牌建设工程、绿色制造工程、人才培育工程。

2011年，我们欣喜地看到：（1）行业中的龙头企业在国家科技重大专项的支持下，在向精密、高速、大型重载等高档产品进军中取得了可喜成就。南京工艺装备厂、陕西汉江机床有限公司、山东博特精工股份有限公司、大连高金数控集团有限公司、北京精密天工滚珠丝杠有限公司等研发成功精密高速滚珠丝杠副及高速精密综合检测仪取得重大进展，其产品已开始在部分国产中高档高速数控机床、加工中心中采用。（2）一大批中小民营企业在迅速成长，这些民营企业摆脱了传统的手工操作等落后工艺，采用了最新工艺及设备。如江苏启东润泽机床附件有限公司、深圳威远精密技术有限公司、浙江得利亚自动化制造有限公司、广州敏佳制造技术有限公司等。（3）中国滚动功能部件产业链随之亦得到完善，产品、市场多元化，在螺纹制造技术、高档螺纹磨床以及用于滚动功能部件的关键、大型、动态检测仪器都有了很高水平的突破。

教学相长知不足

50多年里，我国滚动功能部件产业从无到有，规模从小到大。制造技术由试制、模仿到自主开发；产品由单一品种到多品种、全系列；生产规模由小批量、单件生产到大规模专业生产。可以说是集结了几代人的心血，正朝着专业化、产业化方向阔步前进。在这50多年里，大浪淘沙，我国滚动功能部件生产企业也从最早伴随我国精密机床、数控机床发展成长起来的骨干企业一枝独秀，到如今与外资或合资企业、民营企业为主体的新生企业并存的局面，且就企业的数量而言是规模很大的。据统计，2011年，滚动功能部件分会共37家会员单位，约占全行业企业数的50%。然而，我国滚动功能部件行业的优点和缺点都是显而易见的，都颇具中国特色。它的历史，是波澜壮阔的我国机床行业历史不可或缺的一部分，有着同样的雄奇变化的同时，还矫矫不群、自为风气。了解这段历史，与我们而言，只是“知不足，然后能自反，继而能自强”的第一步。