新时代我国数控机床产业回顾与展望

崔 锟，卫江红，李 泽

(德州学院 机电工程学院 ，山东 德州 253023)

随着国家综合国力的不断提升，我国的社会主义建设取得了世界瞩目的历史性成就，2014年我国首次超过美国成为世界第一大经济体这标志着我国已经进入了一个新的发展阶段。在这些成绩的背后我们可以看到三大产业的发展在这中间起到了至关重要的作用，其中以装备制造重工业为代表的第二产业在2017年国内生产总值中占到40.5%工业增加值达到278328亿元成为国家发展的重要组成部分。工业发展是世界各国都在紧张进行的重点任务，我国的工业发展由于历史原因较国外来说起步较晚在很多关键的工业领域与国外还有一段差距，这其中数控机床产业尤为突出。

数控机床是数字化控制机床(Computer numerical control machine tools)的简称又被称为“工业母机”是生产其他工业产品的基础，利用自动控制装置实现对加工零件的高精度化、高效率化生产保证加工零件的尺寸要求和精度要求的参数化控制。同时数控机床也是机电一体化发展的主要体现，集生产制造、信息采集、传感监控、微电子、人机交互、自动控制技术于一体以机械加工制造业为中心向多维度产业辐射，数控机床的广泛应用不仅减少了人力的输出而且大大提高了生产效率大力推动了我国装备制造业的发展，成为设备生产自动化以及制造信息采集集成化不可或缺的技术工具。为进一步加强数控机床产业的发展我国相继发起了包括国家专项课题研究、产业培养激励等在内的一系列支持政策，在国家“十二五”规划纲要中也提出要深化产业改革实现产品的数控化、生产的绿色化重点发展基础制造设备。数控机床作为工业生产的基础，其发展的先进化程度已经成为当今衡量一个国家综合实力的重要指标之一。因此，在当前国家发展的关键时期回顾与梳理我国数控机床产业的行业现状深入探究国内数控机床发展的突出问题，为实现产业的改革以及世界制造强国的目标做出规划展望同时也为下一步的发展方向提供理论借鉴。

1 我国数控机床的发展现状

在现代装备制造业的发展中并不全是我们传统观念中大批量的零件生产，在很多的场合中很多种机械零件需要进行小批量、高精度、高难度的生产加工，例如航空航天领域以及军工领域的一些特殊构件的加工，这些零件加工的难度比一般的零件要超出很多所以对加工技术工具的要求也就更高，在这样的生产需求下就迫切的需要一种适应性更好自动化程度更高的数控机床来完成加工任务。1952年在美国政府与军方的支持下Parsons(帕森斯)公司联合科研高校共同推出了世界上的第一台数控机床，数控机床的出现在很大程度上保证了生产制造的效率与精度之间的矛盾关系[1]。相较于普通机床数控机床的适应性能有了很大的提高，美国、德国、日本等都是最早进行数控机床开发的国家，数控技术的产业化转变对这些国家的军事与民用制造业起到了重要的推动作用。

我国自近代以来国家发展就陷入困局，对于制造业的重视程度并不高。所以导致国家的机床产业发展缓慢，总的来说国内数控机床的发展可以分为三个阶段。

1.1 封闭探索阶段

数控机床作为高端装备制造业的基础是关系到整个国家发展的核心机密，对于刚刚摆脱战争困扰的新中国来说很难通过国际合作得到相关的技术支持，20世纪50年代清华大学与北京第一机床厂在国家的支持下开始国产数控机床的开发研究，1958年经过反复的实践论证第一台国产数控机床正是下线这标志着这我国初步具有了数控机床开发与设计的能力[2]。但是国产的第一代数控机床使用性能与国外数控机床相比依然具有不小的差距，自动化程度偏低。

1.2 交流借鉴阶段

第一台国产数控机床的问世极大地鼓舞了国内机床产业的发展，20世纪70年代通过进口的数控机床的技术分析与原先的设计进行比较，寻找国产数控机床的设计缺陷。同时聘请相关的国外专家进行技术研讨，1980年左右国产的系列数控机床正是面向市场，虽然设备的先进程度与发达国家相比还有一定距离但是已经可以达到一般的发展水平。

1.3 创新发展阶段

2000年以来国家相继设立数控机床研究专项计划，通过项目研究带动数控机床产业发展。鼓励各大企业、高校以及科研院所投入到数控机床的研发设计中来，国产数控机床的创新化发展正在稳步前进，一大批先进的研究成果落地转化到目前为止我国已经成为世界上仅次于美国、日本的机床生产大国。根据国家统计部门数据显示我国的金属切削机床的年均产量增长率保持在18%左右，同期的数控机床年均产量增长率保持在30%左右，并且呈逐年上升态势。

2 国内数控机床发展存在的不足与问题

从数控产业的发展速度上来看我国可以说是世界上产业与技术发展最快的国家，从无到有、从有到全、从全到精仅仅几十年的时间就已经达到发达国家的普通发展水平。但是我们也应该清醒的认识到尽管发展的速度较快，我国的数控机床生产还是主要以中低端产品为主。我国的高端数控机床市场占有率较低，机床的使用性能、精度、可靠性等要素与国外同类产品差距较为明显。现阶段我国数控机床的发展存在的问题主要是以下几个方面。

2.1 尚未掌握核心技术重要部件主要依赖进口

目前国内的数控机床市场处于高端产品空白中低端产品竞争激烈的状态，国内的生产制造厂家为争夺市场资源大多会放弃高端产品的研发，以价格战为导向挤占市场份额[3]。这就很大程度上制约了数控机床的产品革新，在高端数控机床的制造上关键的部件主要通过进口的方式在国内进行组装调试完全处于被动状态。尤其是在我国经济从高速发展阶段转向中高速发展阶段以来，这段时期内国内制造企业的业绩大多处于下滑状态进口的零部件与国内自行生产相比成本较低在短时间内可以产生一定的效益刺激企业的发展。所以一些国内企业仅仅只是承担数控机床的床身、立柱以及机床的辅助零件的生产，包括数控系统、滚珠丝杠、驱动装置、伺服系统、转向部件等机床关键组成部分全部依赖于进口[4]。国内的机床企业只是负责组装、销售、以及普通维护，对于关键部件的维修还需要借助国外企业进行技术支持，国内高端数控机床核心技术处于空白。在整个数控机床制造中数控系统的开发是重中之重，目前国际上主要是日本的FANUC和德国的SIMENES两家公司从事数控系统的研发，国内大部分的高端机床也是搭载这两家企业的数控系统。虽然国产的华中系统、广数系统在性价比上占有优势但是系统的稳定性以及准确性还与高端机床的要求存在差距，严重影响数控机床制造的产品质量。国内的数控机床制造企业还处于生产周期的下游阶段，更为严峻的是国外的先进机床产品很多已经禁止对我国出口，产品的维护也禁止国内技术人员的参加，数控机床的发展进入瓶颈期。

2.2 缺乏设计经验技术创新能力有待提高

数控机床的整个设计制造周期主要是分为三个主要步骤，包括理论设计、试制加工、生产使用。作为一种工程应用制造，数控机床的设计需要结合大量的经验公式进行模拟计算例如动刚度、静刚度等参数。经验公式的选择以及相关系数的选择直接决定了理论设计的准确程度，在这一方面由于国内数控机床的设计制造发展较短积累的设计经验不足在理论设计阶段许多模拟量的运算与实际的理想状态存在偏差，这就导致在开发的过程中需要进行反复的修改。仅仅是理论设计国内的研发周期就是国外相关企业开发的多倍，加上制造以及调试使用所需的时间国内的产品更新远远落后于国外。还有就是装配工艺的创新能力不足，机床各个部件或是零件在加工完成后要想完全的在机床上发挥功能很大一部分依赖于最后的装配技术，国内的装配技术没有形成自己的创新体系，传统的装配技术对于高端机床的组装会产生很大的负向影响机床的加工精度与预期差距也会在这个阶段产生。针对一些核心的部件国内虽有少量的厂家在生产但是也只是做到了形似的程度，对于内部的运行机理都处于摸索阶段国外的相关参考几乎都对我国进行封锁。国内的机床生产缺乏定量化的生产指导准则，同一条生产线的数控机床每一台在性能上都存在差距其动态特性明显，生产制造的精度很难保持一致加上制造过程的规范操作没有形成体系，有很大一部分依赖生产员工的经验与技术水平，产品的加工质量与理想状态总会或多或少的存在偏差这就形成了造不出“好机床”的困境。

3 数控机床产业的发展展望

“中国制造2025”为我国今后制造业的发展指明了方向，同时随着中国在国际地位的不断提高越来越多的国际机床制造商在中国建立分部，这就为学习国外的先进技术提供了可能。结合现在的发展状况以及存在的问题今后我国的数控机床产业将会朝着“四高”方向发展即“高精度、高速度、高可靠性、高质量”，其中高速、高精度是工业制造永恒的追求，数控车床采用电主轴取消了皮带、带轮和齿轮等环节，大大减少了主传动的转动惯量，提高了主轴动态响应速度和工作精度，彻底解决了主轴高速运转时皮带和带轮等传动的振动和噪声问题。其次数控机床产业也在朝着智能化、网络化、复合化、绿色化的方向上不断努力，尤其是近年来我国不断加强对环境的保护作为装备制造业的一部分数控机床产业也进行环保升级，在生产使用的全周期内将可能的污染控制到最低水平打造“绿色工业”典范。

我国数控产业的发展成就有目共睹在一些方面确实已经取得了突破性的进展，但是在许多核心领域依然受制于人技术的创新一刻都不能停止。新时代是我国数控机床发展新的历史时期，抓住挑战与机遇打破国外的技术垄断，加强对自主知识产权技术开发的，在基本满足国内市场的前提下走向国际，缩小国际技术差距打造中国数控机床品牌。