中国数控机床的发展与未来

1、中国数控机床的发展与未来随着电子信息技术的发展，世界机床业已进入了以数字化制造技 术为核心的机电一体化时代， 其中数控机床就是代表产品之一。 数控 机床是制造业的加工母机和国民经济的重要基础。由于机床下游行业固定资产投资连续几年快速增长，国内机电产 品市场需求年均增长 30，带动了机床市场需求 30以上的增长。 从 2002 年开始，我国就成为世界第一机床消费大国。 2004 年，国产 金属切削机床年产量达到 38.94 万台、数控机床产量 5.19 万台；2005 年前三季度，我国金属切削机床和数控机床产量分别达到 34.08 万台 和 4.33 万台。从机床结构看， 2001 年以来，金属

2、切削机床产量快速增长，增长 态势呈现出明显的倒U形，年均增长21.23 %（算术平均）；而同期数 控机床产量高速增长， 年增长速度基本保持稳定， 没有出现比较大的 振幅，年算术平均增长率更是高达 34.60，明显快于普通金属切削 机床的增长速度。由于数控机床的增长速度明显快于普通金属切削机床，数控机床 在金属加工机床总量中的比重逐年上升， 我国机床的数控化率逐年提 高。2001 年，机床数控化率为 9.68， 2004年上升为 13.32， 2005 年前三季度机床数控化率保持在 12.72的水平。 另外，我国机床 出口增长较快。 2001 年我国出口金属加工机床 4.55 万台，金额 2.9

3、0 亿美元； 2004年出口 6.19 万台，价值 5.40 亿美元。 2005 年前三季 度，出口分别达到 4.86 万台和 5.69 亿美元，同比增长 10.6 、54.8 。 过去 5 年我国机床出口数量和金额年均增速分别达到 9.74 、 24.74 。但值得注意的是，高档数控机床仍大量进口。从 2001 年开始， 我国就成为世界上最大的机床进口国。 最近 5 年，我国用于机床进口 的外汇高速增长，进口用汇是出口收汇的近 10 倍。2004 年，我国进 口金属加工机床 12.78 万台，价值 59.16 亿美元，同比分别增长 2.7 和 43.3 ；2005 年前三季度，进口量达 8.

4、75 万台，价值 49.29 亿美 元。我国数控机床的发展经历了 30 年的跌宕起伏，已经由成长期进入 成熟期。 2002-2008 年，我国金属切削机床产量年均增长 18.58 ； 而同期数控机床产量年算术平均增长率更是高达 33.22 ，明显快于 普通金属切削机床的增长速度。 同时，数控机床在金属加工机床总量 中的比重逐年上升， 我国机床的数控化率逐年提高。 机床的产量数控 化率从 2001年的 9.12 上升为 2008年的 19.79 ，同时产值数控化 率也从 37.8 提高到 2008 年的 48.6 。 2009年行业重点企业机床 产值数控化率达到 50以上。行业规模不断壮大，国产

5、高档数控机床明显进步，国产中高档数 控系统取得重大突破， 这些都充分说明， 中国数控机床整体水平全面 提升。在数量持续增长的同时， 数控机床的质量也在追赶世界的进程 中不断加速。 同时，作为数控机床核心技术的国产数控系统同样取得重大突破。装备制造业是为国民经济发展和国防建设提供技术装备的基础 性产业。 2009年初，国家发布并实施装备制造业调整振兴规划， 这给机床工具行业的调整振兴指明了方向。 为我国机床工具工业的战 略调整和产业升级提供了难得的历史机遇。2009 年通过技术创新和一批新产品的推出，重点企业产品结构 调整取得较大进展。 为适应金融危机以来的市场需求变化， 许多企业 压缩了低档、

6、普通产品生产，加快经济型数控机床升级换代步伐，着 力发展中高档数控机床及生产线等。为贯彻落实振兴规划， 机床工具行业提出了三年振兴目标。 2009 年2011年机床工具全行业销售产值平均年增长率达到 15%，以适 应装备制造业调整振兴规划和国民经济GDP三年增长目标的要求。 行业骨干企业基本形成数控机床的产业化制造体系， 产业布局进一步 合理化，形成 35 家在国际上具有较强竞争力的大型数控机床制造 集团和一批“精、特、专”小巨人企业。为了满足市场和科学技术发展的需要，为了达到现代制造技术对 数控技术提出的更高的要求，数控未来仍然继续向开放式、基于 PC 的第六代方向、高速化和高精度化、智能化

7、等方向发展。1 、开放式为适应数控进线、联网、普及型个性化、多品种、小批量、柔性化及数控迅速发展的要求，最重要的发展趋势是体系结构的开放性， 设计生产开放式的数控系统， 例如美国、 欧共体及日本发展开放式数 控的计划等。2、基于PC的第六代方向基于PC所具有的开放性、低成本、软硬件资源丰富等特点，更 多的数控系统生产厂家会走上这条道路。至少采用PC机作为它的前端机，来处理人机界面、编程、联网通信等问题，由原有的系统承担 数控的任务。PC机所具有的友好的人机界面，将普及到所有的数控 系统。远程通讯，远程诊断和维修将更加普遍。3、高速化、高效化机床向高速化方向发展， 可充分发挥现代刀具材料的性能，

8、 不但 可大幅度提高加工效率、 降低加工成本， 而且还可提高零件的表面加 工质量和精度。超高速加工技术对制造业实现高效、优质、低成本生 产有广泛的适用性。 90 年代以来，随着超高速切削机理、超硬耐磨 长寿命刀具材料和磨料磨具，大功率高速电主轴、高加 / 减速度直线 电机驱动进给部件以及高性能控制系统 （含监控系统） 和防护装置等 一系列技术领域中关键技术的解决，欧、美、日各国争相开发应用新 一代高速数控机床，加快机床高速化发展步伐。高速主轴单元（电主轴，转速 15000r/min ）、高速且高加 / 减速度的进给运动部件（快 移速度60120m/min,切削进给速度高达60m/min）、高性

9、能数控和 伺服系统以及数控工具系统都出现了新的突破，达到了新的技术水 平。根据高效率、 大批量生产需求和电子驱动技术的飞速发展, 高速 直线电机的推广应用, 开发出一批高速、 高效的高速响应的数控机床 以满足汽车、农机等行业的需求。还由于新产品更新换代周期加快, 模具、航空、军事等工业的加工零件不但复杂而且品种增多。4、高精度化精密化是为了适应高新技术发展的需要, 也是为了提高普通机电 产品的性能、 质量和可靠性, 减少其装配时的工作量从而提高装配效 率的需要。从精密加工发展到超精密加工（特高精度加工）,是世界 各工业强国致力发展的方向。 其精度从微米级到亚微米级, 乃至纳米 级（10nm，其

10、应用范围日趋广泛。超精密加工主要包括超精密切 削（车、铣）、超精密磨削、 超精密研磨抛光以及超精密特种加工 （三 束加工及微细电火花加工、微细电解加工和各种复合加工等）。随着 现代科学技术的发展, 对超精密加工技术不断提出了新的要求。 新材 料及新零件的出现,更高精度要求的提出等都需要超精密加工工艺, 发展新型超精密加工机床, 完善现代超精密加工技术, 以适应现代科 技的发展。随着高新技术的发展和对机电产品性能与质量要求的提高， 机床 用户对机床加工精度的要求也越来越高。为了满足用户的需要，近 10多年来，普通级数控机床的加工精度已由士10 a m提高到士 5卩m精密级加工中心的加工精度则从士

11、 35卩m提高到士 11.5 a m。5、高可靠性数控系统的可靠性要高于被控设备的可靠性在一个数量级以上， 但也不是可靠性越高越好，仍然是适度可靠，因为是商品，受性能价 格比的约束。对于每天工作两班的无人工厂而言，如果要求在16小时内连续正常工作，无故障率 P(t) = 99%以上的话，则数控机床的平 均无故障运行时间 MTBF就必须大于3000小时。MTBF大于3000小时, 对于由不同数量的数控机床构成的无人化工厂差别就大多了， 我们只 对一台数控机床而言， 如主机与数控系统的失效率之比为 10：1 的话 (数控的可靠比主机高一个数量级)。此时数控系统的MTBF就要大于33333.3小时，而其中的数控装置、主轴及驱动等的MTBF就必须大于 10 万小时。6、智能化随着人工智能在计算机领域的不断渗透和发展， 数控系统的智能化程度将不断提高，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面。（1）应用自适应控制技术数控系统能检测过程中一些重要信息， 并自动调整系统的有关参 数，达到改进系统运行状态的目的。（2）引入专家系统指导加工将熟练工人和专家的经验， 加工的一般规律和特殊规律存入系统中，以工艺参数数据库为支撑，建立具有人工智能的专家系统。（3）引入故障诊断专家系统（4）智能化数字伺服驱动装置可以通过自动识别负载， 而自动调整参数， 使驱动系统获得最佳 的运行。可以通过自