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無(wú)論是將一塊鋼板變成形狀復雜的齒輪，還是將高性能纖維材料做成流線(xiàn)型的車(chē)輛外殼，抑或只是對某種坯料進(jìn)行精細化切割，都離不開(kāi)機床。這種用來(lái)制造機器的機器被稱(chēng)為工業(yè)的“母機”，隨著(zhù)工業(yè)化進(jìn)程的發(fā)展，其控制方式實(shí)現了數字控制?？梢哉f(shuō)，數字機床是實(shí)現工業(yè)現代化的基石，其技術(shù)水平代表著(zhù)一個(gè)國家的綜合競爭力。
為了夯實(shí)我國的工業(yè)之基，縮小我國數控機床領(lǐng)域與國際上的差距，2009年，我國正式啟動(dòng)實(shí)施“高檔數控機床與基礎制造裝備”國家科技重大專(zhuān)項。8年多來(lái)，專(zhuān)項取得了豐碩成果，新增產(chǎn)值約706億元，我國高端數控機床技術(shù)水平不斷提高，重點(diǎn)領(lǐng)域國產(chǎn)制造裝備生產(chǎn)制造支撐強勁有力，高檔數控機床實(shí)現了國產(chǎn)化突圍。
制造能力顯著(zhù)提升
通過(guò)對進(jìn)口量大、市場(chǎng)需求面廣的數控車(chē)床進(jìn)行研發(fā)，我國機床企業(yè)擁有了可以與進(jìn)口設備比肩的自主研發(fā)產(chǎn)品，設計制造能力得到提升
“在一臺機床上，X軸的運動(dòng)可以加工線(xiàn)條，加上Y軸可以加工面，有了Z軸可以加工一個(gè)立體的東西，但是這還遠遠不夠。”機械科學(xué)研究總院院長(cháng)王德成告訴記者，“工業(yè)上往往要加工更為復雜的曲面，艦艇、飛機、火箭、衛星、飛船中許多關(guān)鍵零件的材料、結構、加工工藝都有一定的特殊性和加工難度，用傳統加工方法無(wú)法達到要求，必須采用多軸聯(lián)動(dòng)、高速、高精度的數控機床才能滿(mǎn)足加工要求”。
王德成所說(shuō)的多軸聯(lián)動(dòng)是數控機床中一項關(guān)鍵技術(shù)，它可以實(shí)現在一臺機床的多個(gè)坐標軸上同時(shí)運動(dòng)，刀具或工件可在數控系統控制下同時(shí)協(xié)調運動(dòng)，從而完成復雜形狀的加工。雖然我國是當今世界第一制造大國，但是這樣的高檔數控機床缺乏，導致我國在高端制造領(lǐng)域受制于人。
“以前我國做不了五軸聯(lián)動(dòng)機床，所使用的數控系統也是國外制造的。曾經(jīng)為了制造大型船只上的一個(gè)設備，許多廠(chǎng)商爭先恐后搶著(zhù)使用僅有的一臺進(jìn)口機床。而對于航空航天企業(yè)而言，國外高檔數控機床不僅對我們限制進(jìn)口，即使進(jìn)口了，其數控系統也留有信息后門(mén)，對于國防安全是一個(gè)很大的隱患。”專(zhuān)項技術(shù)總師、中國工程院院士盧秉恒說(shuō)。
隨著(zhù)我國航空航天、船舶制造、能源電力、國防軍工、汽車(chē)和工程機械等行業(yè)的迅猛發(fā)展，對大型、重型、復合、高精度高檔數控機床的需求急劇增加。改變高檔數控機床領(lǐng)域掣肘的現狀迫在眉睫。
對此，“高檔數控機床與基礎制造裝備”國家科技重大專(zhuān)項重點(diǎn)對進(jìn)口量大、市場(chǎng)需求面廣的加工中心和數控車(chē)床的研發(fā)進(jìn)行了部署。機床企業(yè)開(kāi)發(fā)出了一大批適應市場(chǎng)需求的新產(chǎn)品，龍門(mén)式加工中心、五軸聯(lián)動(dòng)加工中心等制造技術(shù)趨于成熟，重型鍛壓裝備性能接近國際先進(jìn)水平，精密臥式加工中心形成具有自主知識產(chǎn)權的柔性制造系統核心技術(shù)。至“十二五”時(shí)期末，我國機床企業(yè)的產(chǎn)品設計制造能力得到顯著(zhù)提升，高檔數控機床和裝備的國際競爭力不斷增強。
在高檔數控機床領(lǐng)域，我國終于擁有了可以與進(jìn)口設備比肩的自主研發(fā)的產(chǎn)品，8萬(wàn)噸大型模鍛壓力機和萬(wàn)噸級鋁板張力拉伸機等重型鍛壓及數控沖壓設備的成功研制，填補了國內航空領(lǐng)域大型整體成形技術(shù)空白；大型貯箱成套焊接裝備成功應用于長(cháng)征五號等新一代火箭研制，在航天領(lǐng)域建立了首條采用國產(chǎn)加工中心和數控車(chē)削中心的生產(chǎn)示范線(xiàn)，已應用于新一代運載火箭、對接機構、探月工程差動(dòng)機構等100余種、10000余件關(guān)鍵復雜零部件的加工，取得了顯著(zhù)的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益；數控鍛壓成形設備的產(chǎn)業(yè)化成效顯著(zhù)，其中汽車(chē)覆蓋件沖壓線(xiàn)國內市場(chǎng)占有率超過(guò)70%，全球市場(chǎng)占有率已超過(guò)30%，有力推動(dòng)國產(chǎn)汽車(chē)裝備自主化，并向美國成功出口9條汽車(chē)生產(chǎn)線(xiàn)。
技術(shù)標準逐步完善
我國機床行業(yè)形成一大批技術(shù)標準和規范，部分技術(shù)標準被列入國際標準，行業(yè)國際競爭優(yōu)勢顯著(zhù)增強，對產(chǎn)品研發(fā)提供有力支撐
“高檔數控機床與基礎制造裝備”國家科技重大專(zhuān)項實(shí)施以來(lái)，行業(yè)技術(shù)水平明顯提升。盧秉恒介紹，我國研制的精密臥式加工中心等30多類(lèi)重點(diǎn)產(chǎn)品達到國際先進(jìn)水平。其中，25米數控立柱移動(dòng)立式銑車(chē)床是國家重大工程項目建設的急需、替代進(jìn)口的高端產(chǎn)品，其技術(shù)參數、技術(shù)等級均處于世界領(lǐng)先地位，機床規格、承載重量世界最大，代表了國家高檔數控重型機床最高水平。
最值得一提的是，我國機床行業(yè)的自主創(chuàng )新和可靠性水平提升顯著(zhù)，標準和技術(shù)規范逐步完善。通過(guò)專(zhuān)項實(shí)施，推動(dòng)國內機床骨干企業(yè)聯(lián)合高校、用戶(hù)聯(lián)合開(kāi)發(fā)，積極組織數控機床可靠性評定國家/行業(yè)標準的編制并在機床行業(yè)內推廣應用。機床主機平均無(wú)故障時(shí)間從專(zhuān)項實(shí)施前的400到500小時(shí)已普遍提升至1200小時(shí)左右，部分產(chǎn)品已達到國際先進(jìn)的2000小時(shí)。
盧秉恒介紹，專(zhuān)項成果形成一大批技術(shù)標準和規范，部分技術(shù)標準受到國際同行重視，并被列入國際標準，行業(yè)國際競爭優(yōu)勢顯著(zhù)增強，對產(chǎn)品研發(fā)提供有力支撐，也對國家裝備制造業(yè)持續發(fā)展能力的提升起到保障作用。
2016年底，我國自主提出的用于檢測五軸聯(lián)動(dòng)機床精度的S形試件標準已通過(guò)國際標委會(huì )審定，成為我國在高檔數控機床設計、檢測領(lǐng)域的首項標準，實(shí)現了“零”的突破。
此外，專(zhuān)項實(shí)施8年多來(lái)，累計申請發(fā)明專(zhuān)利3956項，立項國家及行業(yè)標準407項，研發(fā)新產(chǎn)品、新技術(shù)2951項。在行業(yè)研究機構、重點(diǎn)企業(yè)建設了18項創(chuàng )新能力平臺、部署了70個(gè)示范工程，培養創(chuàng )新型人才5500余人。
國產(chǎn)“大腦”補齊短板
數控系統實(shí)現了從模擬式、脈沖式到全數字總線(xiàn)的跨越，初步具備與國外同類(lèi)產(chǎn)品的競爭能力，突破了制約我國數控機床行業(yè)發(fā)展的瓶頸
數控系統是機床裝備的“大腦”，是決定數控機床功能、性能、可靠性、成本價(jià)格的關(guān)鍵因素，也是制約我國數控機床行業(yè)發(fā)展的瓶頸。而基礎薄弱、“缺心少腦”一直是“中國制造”的短板。
專(zhuān)家表示，數控系統、伺服電機、伺服驅動(dòng)等是制造裝備最重要的關(guān)鍵基礎部件。要實(shí)現“中國制造2025”的目標，形成“中國智造”的核心競爭力，離不開(kāi)數控系統包括伺服驅動(dòng)、伺服電機等關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng )新。
為了補齊短板，“高檔數控機床與基礎制造裝備”國家科技重大專(zhuān)項部署實(shí)行全產(chǎn)業(yè)鏈布局，國產(chǎn)數控系統實(shí)現部分技術(shù)的原創(chuàng )超越。企業(yè)掌握了數控系統的軟硬件平臺設計與批量生產(chǎn)技術(shù)，在多通道、多軸聯(lián)動(dòng)、高速插補等關(guān)鍵技術(shù)指標方面達到國際主流產(chǎn)品技術(shù)水平。
通過(guò)專(zhuān)項的支持，我國數控系統實(shí)現了從模擬式、脈沖式到全數字總線(xiàn)的跨越，已初步具備與國外同類(lèi)產(chǎn)品的競爭能力。高檔數控系統、功能部件與主機產(chǎn)品配套研發(fā)，初步實(shí)現與高檔數控機床的批量配套。據工業(yè)和信息化部裝備工業(yè)司副司長(cháng)羅俊杰介紹，2016年，數控機床專(zhuān)項支持研發(fā)的高檔數控系統已累計銷(xiāo)售1000余套，國內市場(chǎng)占有率由專(zhuān)項啟動(dòng)前的不足1%提高到了5%左右。
目前，國產(chǎn)高檔數控系統已與10多類(lèi)600多臺高檔數控機床配套，開(kāi)始在航空航天重點(diǎn)企業(yè)示范應用。“功能部件企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量水平穩步提高，品種系列不斷完善，滾動(dòng)功能部件檢測裝備從無(wú)到有，靜剛度等關(guān)鍵技術(shù)指標和測試設備水平已躋身國際先進(jìn)行列。截至目前，滾動(dòng)功能部件在中高端數控機床市場(chǎng)占有率達20%，較2009年專(zhuān)項實(shí)施前提升4倍，品種滿(mǎn)足度為80%。”羅俊杰說(shuō)。
盧秉恒表示，我國數控機床將聚焦航空航天、汽車(chē)兩大重點(diǎn)用戶(hù)領(lǐng)域，共性技術(shù)研究和重點(diǎn)領(lǐng)域工藝驗證并重，關(guān)鍵核心部件研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展并行，加快創(chuàng )新能力平臺和示范工程建設，加強創(chuàng )新人才培養和高端人才引進(jìn)，著(zhù)力解決數控系統與功能部件、可靠性和精度保持性、加工效率與工藝水平提升等3方面問(wèn)題，實(shí)現專(zhuān)項成果在重點(diǎn)領(lǐng)域規?；?、成套化的示范應用，為全面實(shí)施“中國制造2025”提供支撐。
下一步，數控機床專(zhuān)項將與國家其它科技項目和地方科技項目緊密銜接、形成合力，共同致力于國家高檔數控機床及基礎制造裝備科技創(chuàng )新競爭力的跨越式發(fā)展。
