機(jī)床作為當(dāng)前機(jī)械加工產(chǎn)業(yè)的主要設(shè)備，其技術(shù)發(fā)展已經(jīng)成為國內(nèi)機(jī)械加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展標(biāo)志。數(shù)控機(jī)床是制造裝備業(yè)的工作母機(jī)，是先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)和軍工現(xiàn)代化的戰(zhàn)略裝備。

高檔數(shù)控機(jī)床是指具有高速、精密、智能、復(fù)合、多軸聯(lián)動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)通信等功能的數(shù)字化數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)。高檔數(shù)控機(jī)床作為世界先進(jìn)機(jī)床設(shè)備的代表，其發(fā)展象征著國家目前的機(jī)床制造業(yè)占全世界機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展的先進(jìn)階段，因此國際上把五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床等高檔機(jī)床技術(shù)作為一個(gè)國家工業(yè)化的重要標(biāo)志。

高檔數(shù)控機(jī)床在傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)上，能完成一個(gè)自動(dòng)化生產(chǎn)線的工作效率，是科技速度發(fā)展的產(chǎn)物，而對(duì)于國家來講這是機(jī)床制造行業(yè)本質(zhì)上的一種進(jìn)步。高檔數(shù)控機(jī)床集多種高端技術(shù)于一體，應(yīng)用于復(fù)雜的曲面和自動(dòng)化加工，在航空航天、船舶、機(jī)械制造、高精密儀器、軍工、醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)等多種領(lǐng)域的設(shè)備制造業(yè)有著非常緊密的關(guān)系。

《中國制造“2025”》將數(shù)控機(jī)床和基礎(chǔ)制造裝備列為“加快突破的戰(zhàn)略必爭領(lǐng)域”，其中提出要加強(qiáng)前瞻部署和關(guān)鍵技術(shù)突破，積極謀劃搶占未來科技和產(chǎn)業(yè)競爭制造點(diǎn)，提高國際分工層次和話語權(quán)。

一、國內(nèi)外高檔數(shù)控機(jī)床發(fā)展現(xiàn)狀

美、德、日三國事當(dāng)今世上在數(shù)控機(jī)床科研、設(shè)計(jì)、制作和應(yīng)用上,技巧最先進(jìn)、經(jīng)驗(yàn)最多的國家。

美國的特點(diǎn)是:政府器重機(jī)床工業(yè)，美國國防部等部門不斷提出機(jī)床的發(fā)展方向、科研任務(wù)和供給充分的經(jīng)費(fèi)，且網(wǎng)羅世界人才，特別講究“效率”和“創(chuàng)新”，重視基礎(chǔ)科研。哈斯自動(dòng)化公司是全球最大的數(shù)控機(jī)床制造商之一，在北美洲的市場占有率大約為40%，所有機(jī)床完全在美國加州工廠生產(chǎn)，擁有近百個(gè)型號(hào)的CNC立式和臥式加工中心、CNC車床、轉(zhuǎn)臺(tái)和分度器。哈斯致力于打造精確度更高、重復(fù)性更好、經(jīng)久耐用，而且價(jià)格合理的機(jī)床產(chǎn)品。

德國數(shù)控機(jī)床在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)制造技術(shù)和先進(jìn)工藝基礎(chǔ)上，不斷采用先進(jìn)電子信息技術(shù)，在加強(qiáng)科研的基礎(chǔ)上自行創(chuàng)新開發(fā)。德國數(shù)控機(jī)床主機(jī)配套件，機(jī)、電、液、氣、光、刀具、測量、數(shù)控系統(tǒng)等各種功能部件在質(zhì)量、性能上居世界前列。代表大型龍門加工中心最高水平的是德國瓦德里希?科堡公司(WALDRICH COBURG)的產(chǎn)品，國內(nèi)北一機(jī)床采用的就是德國瓦德里希?科堡的技術(shù)。

日本政府通過規(guī)劃和制訂法規(guī)以及提供充足研發(fā)經(jīng)費(fèi)，鼓勵(lì)科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)大力發(fā)展數(shù)控機(jī)床。在機(jī)床部件配套方面，日本學(xué)習(xí)德國;在數(shù)控技術(shù)和數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)研究方面，學(xué)習(xí)美國，改進(jìn)和發(fā)展了兩國的成果取得很大成效。日本機(jī)床也應(yīng)為日本精密制造而聞名世界。

國內(nèi)產(chǎn)品與國外產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)上的差別并不大，采用的新技術(shù)也相差無幾，但在先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用和制造工藝水平上與世界先進(jìn)國家還有一定差距。新產(chǎn)品開發(fā)能力和制造周期還滿足不了國內(nèi)用戶需要，零部件制造精度和整機(jī)精度保持性、可靠性尚需很大提高，尤其是在與大型機(jī)床配套的數(shù)控系統(tǒng)、功能部件，如刀庫、機(jī)械手和兩坐標(biāo)銑頭等部件，還需要境外廠家配套滿足。國內(nèi)大型機(jī)床制造企業(yè)的制造能力很強(qiáng)，但大而不精，其主要原因還是加工設(shè)備落后，數(shù)控化率很低，尤其是缺乏高精水平的加工設(shè)備。同時(shí)，國內(nèi)企業(yè)普遍存在自主創(chuàng)新能力不足，因?yàn)榇笮蜋C(jī)床單件小批量的市場需求特點(diǎn)，決定了對(duì)技術(shù)創(chuàng)新的要求更高。

二、國內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

經(jīng)過持久研發(fā)和創(chuàng)新，德、美、日等國已基本掌握了數(shù)控系統(tǒng)的領(lǐng)先技術(shù)。目前，在數(shù)控技術(shù)研究應(yīng)用領(lǐng)域主要有兩大陣營:一個(gè)是以發(fā)那科(FANUC)、西門子(SIEMENS)為代表的專業(yè)數(shù)控系統(tǒng)廠商;另一個(gè)是以山崎馬扎克(MAZAK)、德瑪吉(DMG)為代表，自主開發(fā)數(shù)控系統(tǒng)的大型機(jī)床制造商。

雖然國產(chǎn)高端數(shù)控系統(tǒng)與國外相比在功能、性能和可靠性方面仍存在一定差距，但近年來華中數(shù)控、航天數(shù)控、北京機(jī)電院、北京精雕等單位在多軸聯(lián)動(dòng)控制、功能復(fù)合化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和開放性等領(lǐng)域也取得了一定成績。

三、國內(nèi)外高檔數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢

目前，數(shù)控機(jī)床及系統(tǒng)的發(fā)展日新月異，作為智能制造領(lǐng)域的重要裝備，除了實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的智能化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化外，高速化、高精度化、復(fù)合化、開放化、并聯(lián)驅(qū)動(dòng)化、綠色化等也已成為高檔數(shù)控機(jī)床未來重點(diǎn)發(fā)展的技術(shù)方向。

1、高速化

隨著汽車、國防、航空、航天等工業(yè)的高速發(fā)展以及鋁合金等新材料的應(yīng)用，對(duì)數(shù)控機(jī)床加工的高速化要求越來越高。

2、新型功能部件應(yīng)用

為了提高數(shù)控機(jī)床各方面的性能，具有高精度和高可靠性的新型功能部件的應(yīng)用成為必然。

近年來，直線電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用日益廣泛，如：西門子公司生產(chǎn)的1FN1系列三相交流永磁式同步直線電動(dòng)機(jī)已開始廣泛應(yīng)用于高速銑床、加工中心、磨床、并聯(lián)機(jī)床以及動(dòng)態(tài)性能和運(yùn)動(dòng)精度要求高的機(jī)床等;德國EX-CELL-O公司的XHC臥式加工中心三向驅(qū)動(dòng)均采用兩個(gè)直線電動(dòng)機(jī)。

3、高可靠性

五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床能夠加工復(fù)雜的曲面，并能夠保證平均無故障時(shí)間在20000h以上，這是一種對(duì)產(chǎn)品和原材料的高效使用，在其內(nèi)部具有多種的報(bào)警措施能夠使操作者及時(shí)處理問題，還擁有超級(jí)安全的防護(hù)措施，這是對(duì)產(chǎn)品的一種保障，更是對(duì)操作工人和社會(huì)的一種保障。機(jī)床的高可靠性使機(jī)床在生產(chǎn)時(shí)更放心，更能節(jié)約企業(yè)原材料和人工，這是對(duì)社會(huì)資源的一種節(jié)約，然而在外國，設(shè)備平均的無故障時(shí)間在30000h以上，存在的差距促使我國數(shù)控機(jī)床企業(yè)多借鑒國外技術(shù)，還要更加仔細(xì)的研究出更加完美的高檔數(shù)控機(jī)床。

4、高精度

高檔數(shù)控機(jī)床之所以能夠反映一個(gè)國家的工業(yè)制造業(yè)的水準(zhǔn)，正是因?yàn)槠涓呔�度特點(diǎn)。隨著CAM(計(jì)算機(jī)輔助制造)系統(tǒng)的發(fā)展，高檔數(shù)控機(jī)床不但能夠高速度、高效率、最重要的是加工精度由絲級(jí)精度進(jìn)化為微米級(jí)精度，其特有的往復(fù)運(yùn)動(dòng)單元能夠極其細(xì)致的加工凹槽處理; 采用光、電化學(xué)等能源的特種加工精度可達(dá)到納米級(jí)。同時(shí)，再進(jìn)行結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和優(yōu)化后，還能將五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的加工精度進(jìn)入亞微米甚至是納米的超精時(shí)代。

5、復(fù)合化

隨著市場的需求不斷變換，制造業(yè)的競爭日趨激烈，這就對(duì)機(jī)床的要求不只進(jìn)行單件的大批量生產(chǎn)，更要能夠完成小批量多品種的生產(chǎn)，這對(duì)機(jī)床的要求更高，機(jī)械化生產(chǎn)更個(gè)性。開發(fā)出復(fù)合程度更高的復(fù)合機(jī)床，使其能夠生產(chǎn)多種大、小批量的類似生產(chǎn)機(jī)型，這是對(duì)高檔數(shù)控機(jī)床的一種新式要求，在未來的發(fā)展中，也定占據(jù)主導(dǎo)地位，這將會(huì)是新型數(shù)控機(jī)床所要完成的新任務(wù)。

6、加工過程綠色化

隨著日趨嚴(yán)格的環(huán)境與資源約束，制造加工的綠色化越來越重要，而中國的資源、環(huán)境問題尤為突出。因此，近年來不用或少用冷卻液、實(shí)現(xiàn)干切削、半干切削節(jié)能環(huán)保的機(jī)床不斷出現(xiàn)，并在不斷發(fā)展當(dāng)中。在21世紀(jì)，綠色制造的大趨勢將使各種節(jié)能環(huán)保機(jī)床加速發(fā)展，占領(lǐng)更多的世界市場。

四、我國高檔數(shù)控機(jī)床發(fā)展途徑分析

我國機(jī)床行業(yè)在世界機(jī)床工業(yè)體系和全球機(jī)床市場中占有重要地位，但目前仍然不能算作機(jī)床強(qiáng)國。與世界機(jī)床強(qiáng)國相比，我國機(jī)床行業(yè)仍具有一定差距，尤其表現(xiàn)在中高檔機(jī)床競爭力不強(qiáng)。此外，受到國內(nèi)外復(fù)雜經(jīng)濟(jì)形勢的影響，我國機(jī)床行業(yè)發(fā)展回歸新常態(tài)，產(chǎn)業(yè)向中高端轉(zhuǎn)型升級(jí)的要求迫切。

我國已連續(xù)多年成為世界最大的機(jī)床裝備生產(chǎn)國、消費(fèi)國和進(jìn)口國。未來10年，電子與通訊設(shè)備、航空航天裝備、軌道交通裝備、電力裝備、汽車、船舶、工程機(jī)械與農(nóng)業(yè)機(jī)械等。

重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展以及新材料、新技術(shù)的不斷進(jìn)步將對(duì)數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)裝備提出新的戰(zhàn)略性需求和轉(zhuǎn)型挑戰(zhàn)。對(duì)數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備的需求將由中低襠向高檔轉(zhuǎn)變、由單機(jī)向包括機(jī)器人上下料和在線檢測功能的制造單元和成套系統(tǒng)轉(zhuǎn)變、由數(shù)字化向智能化轉(zhuǎn)變、由通用機(jī)床向量體裁衣的個(gè)性化機(jī)床轉(zhuǎn)變，電子與通訊設(shè)備制造裝備將是新的需求熱點(diǎn)。

1、在重點(diǎn)產(chǎn)品上

將重點(diǎn)針對(duì)航空航天裝備、汽車、電子信息設(shè)備等重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要，幵發(fā)高檔數(shù)控機(jī)床、先進(jìn)成形裝備及成組工藝生產(chǎn)線。包括：電子信息設(shè)備加工裝備、航空航天裝備大型結(jié)構(gòu)件制造與裝配裝備、航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造關(guān)鍵裝備、船舶及海洋工程裝備關(guān)鍵制造裝備、軌道交通裝備關(guān)鍵零部件成套加工裝備、汽車關(guān)鍵零部件加工成套裝備及生產(chǎn)線、汽車4大工藝總成生產(chǎn)線、大容量電力裝備制造裝備、工程及農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)線等產(chǎn)品。

2、高檔數(shù)控系統(tǒng)方面

重點(diǎn)開發(fā)多軸、多通道、高精度插補(bǔ)、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償和智能化編程、具有自監(jiān)控、維護(hù)、優(yōu)化、重組等功能的智能型數(shù)控系統(tǒng);提供標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)平臺(tái)，允許開發(fā)商、不同軟硬件模塊介入，具有標(biāo)準(zhǔn)接口、模塊化、可移植性、可擴(kuò)展性及可互換性等功能的開放型數(shù)控系統(tǒng)。

3、關(guān)鍵共性技術(shù)上

近年來，機(jī)床制造基礎(chǔ)和共性技術(shù)研究不斷加強(qiáng)，產(chǎn)品開發(fā)與技術(shù)研究同步推進(jìn)。機(jī)床產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)與性能試驗(yàn)技術(shù)、多軸聯(lián)動(dòng)加工技術(shù)等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的成熟度有了很大提升。數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)研究成果在高精度數(shù)控坐標(biāo)鏜床、立式加工中心等產(chǎn)品設(shè)計(jì)上進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用;多誤差實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)綜合補(bǔ)償和嵌入式數(shù)控系統(tǒng)誤差補(bǔ)償?shù)溶浻布�系統(tǒng)在多個(gè)企業(yè)、多個(gè)產(chǎn)品上進(jìn)行了示范應(yīng)用，使數(shù)控機(jī)床精度得到了明顯提升。

未來將重點(diǎn)攻克數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)及3D/4D全制造流程仿真技術(shù)、精密及超精密機(jī)床的可靠性及精度保持技術(shù)、復(fù)雜型面和難加工材料高效加工及成形技術(shù)、100%在線檢測技術(shù)。

4、在應(yīng)用示范工程方面

將開展國家科技重大專項(xiàng)“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”智能化升級(jí)工程、航空航天高端制造裝備應(yīng)用示范工程、汽車輕量化材質(zhì)關(guān)鍵部件及總成新工藝裝備應(yīng)用示范工程、艦船平面/ 曲面智能化加工流水線應(yīng)用示范工程。

5、在戰(zhàn)略支撐與保障方面建議：

一是組建國家數(shù)控機(jī)床共性技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，集中解決數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)、動(dòng)靜熱特性試驗(yàn)技術(shù)以及可靠性、精度保持性等制約性關(guān)鍵技術(shù);

二是組建國家先進(jìn)成形工藝創(chuàng)新中心、推進(jìn)制造工藝與制造裝備的緊密結(jié)合。