無論是將一塊鋼板變成形狀復(fù)雜的齒輪，還是將高性能纖維材料做成流線型的車輛外殼，抑或只是對(duì)某種坯料進(jìn)行精細(xì)化切割，都離不開機(jī)床。這種用來制造機(jī)器的機(jī)器被稱為工業(yè)的“母機(jī)”，隨著工業(yè)化進(jìn)程的發(fā)展，其控制方式實(shí)現(xiàn)了數(shù)字控制。可以說，數(shù)控機(jī)床是實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化的基石，其技術(shù)水平代表著一個(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(shù)控機(jī)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(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”國家科技重大專項(xiàng)。8年多來，專項(xiàng)取得了豐碩成果，新增產(chǎn)值約706億元，我國高端數(shù)控機(jī)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(qiáng)勁有力，高檔數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化突圍。

制造能力顯著提升

通過對(duì)進(jìn)口量大、市場需求面廣的數(shù)控車床進(jìn)行研發(fā)，我國機(jī)床企業(yè)擁有了可以與進(jìn)口設(shè)備比肩的自主研發(fā)產(chǎn)品，設(shè)計(jì)制造能力得到提升。

“在一臺(tái)機(jī)床上，X軸的運(yùn)動(dòng)可以加工線條，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(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。”機(jī)械科學(xué)研究總院院長王德成告訴記者，“工業(yè)上往往要加工更為復(fù)雜的曲面，艦艇、飛機(jī)、火箭、衛(wèi)星、飛船中許多關(guān)鍵零件的材料、結(jié)構(gòu)、加工工藝都有一定的特殊性和加工難度，用傳統(tǒng)加工方法無法達(dá)到要求，必須采用多軸聯(lián)動(dòng)、高速、高精度的數(shù)控機(jī)床才能滿足加工要求”。

王德成所說的多軸聯(lián)動(dòng)是數(shù)控機(jī)床中一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，它可以實(shí)現(xiàn)在一臺(tái)機(jī)床的多個(gè)坐標(biāo)軸上同時(shí)運(yùn)動(dòng)，刀具或工件可在數(shù)控系統(tǒng)控制下同時(shí)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，從而完成復(fù)雜形狀的加工。雖然我國是當(dāng)今世界第一制造大國，但是這樣的高檔數(shù)控機(jī)床缺乏，導(dǎo)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(jī)床，所使用的數(shù)控系統(tǒng)也是國外制造的。曾經(jīng)為了制造大型船只上的一個(gè)設(shè)備，許多廠商爭先恐后搶著使用僅有的一臺(tái)進(jìn)口機(jī)床。而對(duì)于航空航天企業(yè)而言，國外高檔數(shù)控機(jī)床不僅對(duì)我們限制進(jìn)口，即使進(jìn)口了，其數(shù)控系統(tǒng)也留有信息后門，對(duì)于國防安全是一個(gè)很大的隱患。”專項(xiàng)技術(shù)總師、中國工程院院士盧秉恒說。

隨著我國航空航天、船舶制造、能源電力、國防軍工、汽車和工程機(jī)械等行業(yè)的迅猛發(fā)展，對(duì)大型、重型、復(fù)合、高精度高檔數(shù)控機(jī)床的需求急劇增加。改變高檔數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域掣肘的現(xiàn)狀迫在眉睫。

對(duì)此，“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”國家科技重大專項(xiàng)重點(diǎn)對(duì)進(jìn)口量大、市場需求面廣的加工中心和數(shù)控車床的研發(fā)進(jìn)行了部署。機(jī)床企業(yè)開發(fā)出了一大批適應(yīng)市場需求的新產(chǎn)品，龍門式加工中心、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(shí)產(chǎn)權(quán)的柔性制造系統(tǒng)核心技術(shù)。至“十二五”時(shí)期末，我國機(jī)床企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造能力得到顯著提升，高檔數(shù)控機(jī)床和裝備的國際競爭力不斷增強(qiáng)。

在高檔數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域，我國終于擁有了可以與進(jìn)口設(shè)備比肩的自主研發(fā)的產(chǎn)品，8萬噸大型模鍛壓力機(jī)和萬噸級(jí)鋁板張力拉伸機(jī)等重型鍛壓及數(shù)控沖壓設(shè)備的成功研制，填補(bǔ)了國內(nèi)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(yīng)用于長征五號(hào)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(shù)控車削中心的生產(chǎn)示范線，已應(yīng)用于新一代運(yùn)載火箭、對(duì)接機(jī)構(gòu)、探月工程差動(dòng)機(jī)構(gòu)等100余種、10000余件關(guān)鍵復(fù)雜零部件的加工，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益；數(shù)控鍛壓成形設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化成效顯著，其中汽車覆蓋件沖壓線國內(nèi)市場占有率超過70%，全球市場占有率已超過30%，有力推動(dòng)國產(chǎn)汽車裝備自主化，并向美國成功出口9條汽車生產(chǎn)線。

技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)逐步完善

我國機(jī)床行業(yè)形成一大批技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，部分技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)被列入國際標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)國際競爭優(yōu)勢(shì)顯著增強(qiáng)，對(duì)產(chǎn)品研發(fā)提供有力支撐。

“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”國家科技重大專項(xiàng)實(shí)施以來，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多類重點(diǎn)產(chǎn)品達(dá)到國際先進(jìn)水平。其中，25米數(shù)控立柱移動(dòng)立式銑車床是國家重大工程項(xiàng)目建設(shè)的急需、替代進(jìn)口的高端產(chǎn)品，其技術(shù)參數(shù)、技術(shù)等級(jí)均處于世界領(lǐng)先地位，機(jī)床規(guī)格、承載重量世界最大，代表了國家高檔數(shù)控重型機(jī)床最高水平。

最值得一提的是，我國機(jī)床行業(yè)的自主創(chuàng)新和可靠性水平提升顯著，標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范逐步完善。通過專項(xiàng)實(shí)施，推動(dòng)國內(nèi)機(jī)床骨干企業(yè)聯(lián)合高校、用戶聯(lián)合開發(fā)，積極組織數(shù)控機(jī)床可靠性評(píng)定國家/行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的編制并在機(jī)床行業(yè)內(nèi)推廣應(yīng)用。機(jī)床主機(jī)平均無故障時(shí)間從專項(xiàng)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(dá)到國際先進(jìn)的2000小時(shí)。

盧秉恒介紹，專項(xiàng)成果形成一大批技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，部分技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)受到國際同行重視，并被列入國際標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)國際競爭優(yōu)勢(shì)顯著增強(qiáng)，對(duì)產(chǎn)品研發(fā)提供有力支撐，也對(duì)國家裝備制造業(yè)持續(xù)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(jī)床精度的S形試件標(biāo)準(zhǔn)已通過國際標(biāo)委會(huì)審定，成為我國在高檔數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)、檢測領(lǐng)域的首項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了“零”的突破。

此外，專項(xiàng)實(shí)施8年多來，累計(jì)申請(qǐng)發(fā)明專利3956項(xiàng)，立項(xiàng)國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)407項(xiàng)，研發(fā)新產(chǎn)品、新技術(shù)2951項(xiàng)。在行業(yè)研究機(jī)構(gòu)、重點(diǎn)企業(yè)建設(shè)了18項(xiàng)創(chuàng)新能力平臺(tái)、部署了70個(gè)示范工程，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才5500余人。

國產(chǎn)“大腦”補(bǔ)齊短板

數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了從模擬式、脈沖式到全數(shù)字總線的跨越，初步具備與國外同類產(chǎn)品的競爭能力，突破了制約我國數(shù)控機(jī)床行業(yè)發(fā)展的瓶頸。

數(shù)控系統(tǒng)是機(jī)床裝備的“大腦”，是決定數(shù)控機(jī)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(shù)控機(jī)床行業(yè)發(fā)展的瓶頸。而基礎(chǔ)薄弱、“缺心少腦”一直是“中國制造”的短板。

專家表示，數(shù)控系統(tǒng)、伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)等是制造裝備最重要的關(guān)鍵基礎(chǔ)部件。要實(shí)現(xiàn)“中國制造2025”的目標(biāo)，形成“中國智造”的核心競爭力，離不開數(shù)控系統(tǒng)包括伺服驅(qū)動(dòng)、伺服電機(jī)等關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新。

為了補(bǔ)齊短板，“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”國家科技重大專項(xiàng)部署實(shí)行全產(chǎn)業(yè)鏈布局，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)部分技術(shù)的原創(chuàng)超越。企業(yè)掌握了數(shù)控系統(tǒng)的軟硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)與批量生產(chǎn)技術(shù)，在多通道、多軸聯(lián)動(dòng)、高速插補(bǔ)等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)方面達(dá)到國際主流產(chǎn)品技術(shù)水平。

通過專項(xiàng)的支持，我國數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了從模擬式、脈沖式到全數(shù)字總線的跨越，已初步具備與國外同類產(chǎn)品的競爭能力。高檔數(shù)控系統(tǒng)、功能部件與主機(jī)產(chǎn)品配套研發(fā)，初步實(shí)現(xiàn)與高檔數(shù)控機(jī)床的批量配套。據(jù)工業(yè)和信息化部裝備工業(yè)司副司長羅俊杰介紹，2016年，數(shù)控機(jī)床專項(xiàng)支持研發(fā)的高檔數(shù)控系統(tǒng)已累計(jì)銷售1000余套，國內(nèi)市場占有率由專項(xiàng)啟動(dòng)前的不足1%提高到了5%左右。

目前，國產(chǎn)高檔數(shù)控系統(tǒng)已與10多類600多臺(tái)高檔數(shù)控機(jī)床配套，開始在航空航天重點(diǎn)企業(yè)示范應(yīng)用。“功能部件企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量水平穩(wěn)步提高，品種系列不斷完善，滾動(dòng)功能部件檢測裝備從無到有，靜剛度等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)和測試設(shè)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(shù)控機(jī)床市場占有率達(dá)20%，較2009年專項(xiàng)實(shí)施前提升4倍，品種滿足度為80%。”羅俊杰說。

盧秉恒表示，我國數(shù)控機(jī)床將聚焦航空航天、汽車兩大重點(diǎn)用戶領(lǐng)域，共性技術(shù)研究和重點(diǎn)領(lǐng)域工藝驗(yàn)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(tái)和示范工程建設(shè)，加強(qiáng)創(chuàng)新人才培養(yǎng)和高端人才引進(jìn)，著力解決數(shù)控系統(tǒng)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方面問題，實(shí)現(xiàn)專項(xiàng)成果在重點(diǎn)領(lǐng)域規(guī)模化、成套化的示范應(yīng)用，為全面實(shí)施“中國制造2025”提供支撐。

下一步，數(shù)控機(jī)床專項(xiàng)將與國家其它科技項(xiàng)目和地方科技項(xiàng)目緊密銜接、形成合力，共同致力于國家高檔數(shù)控機(jī)床及基礎(chǔ)制造裝備科技創(chuàng)新競爭力的跨越式發(fā)展。