挑战关键技术与创新能力不足_技术专家热议我国数控加工技术现状

2010年第20期18冷加工产业论坛原名《机械工人》IndustrialForum主持人：朱光明挑战关键技术与创新能力不足我国研制运用各种先进的数控加工技术起步稍晚，多年来一直处于中、低端水平徘徊不前，多以原材料价格和人力成本低来维持加工技术的不足。近年来，特别是在金融危机之后，我们惊喜地发现，中国机床正在向中高端阔步迈进，先进的数控加工技术多有涉及，给加工业带来了可喜的变化。为此，本期以探讨我国先进的数控加工技术为题，邀请了国内行业各大机床企业行业专家，分析我国数控加工技术的现状，以及和国外的差距，以便进一步了解国内数控加工技术所处的水平及今后发展的方向。张文桥：武汉重型机床集团有限公司总质量师，总工艺师，副总工程师。正高级工程师，享受国务院政府津贴袁安平：陕西秦川机械发展股份有限公司技术科长白迪：山东鲁南机床有限公司技术部部长王晓慧：四川长征机床集团有限公司研发部部长狄素华：宁波海天精工机械有限公司研发部副部长苟卫东：青海一机数控机床有限责任公司总工程师——技术专家热议我国数控加工技术现状2010年第20期19冷加工产业论坛原名《机械工人》IndustrialForum我国现阶段数控加工技术的现状张文桥：我国的数控加工技术现在正处在快速发展的阶段，数控加工能力不断提高，比起十年前，进步还是很明显的，数控加工普及程度提高，加工效率高，加工质量好，用数控机床能加工出很多普通机床难以加工的高精度高难度的零件。由于我国数控加工起步较晚，整体技术水平还不高，具体因素主要有三方面：（1）机床的数控化率不高由于各种原因，很多企业特别是历史悠久的一些企业，其加工设备中数控机床占有率并不高，像武重现在加工设备中数控机床占有率达90%的企业不多，而数控加工技术的发展有赖于数控机床使用的普遍性，没有这样一个环境，可能在各地区数控技术的水平差别就会比较大。数控机床的性能也制约数控加工技术的发展，国产的数控机床在性能上与发达国家的数控机床还有一定的差距，如国产机床上的刀库换刀可靠性差，导致机床不能完整方便地数控加工。（2）先进刀具应用较少数控加工现在的发展方向是高速超高速加工、高效加工、复合加工，对切削刀具的要求很高，超硬刀具如聚晶金刚石（PCD）、立方氮化硼（CBN）、氮化硅（Si3N4）陶瓷材料刀具是主要的切削刀具，我国虽在超硬加工刀具制造技术方面有一定的研究，但与国外先进水平相比，其发展规模较小，且离实际应用还有很大的距离。刀具的配套跟不上，有些国内刀具厂家产品也做的非常好，但市场推广宣传力度不够，国外刀具太贵，有些厂家不愿多花钱，数控技术的发展也受此限制。（3）操作者的技术素质不高数控加工操作人员是复合型人才，必须具备丰富的加工工艺方面的经验，要掌握数控机床操作使用和维护的技术，在我国，高端的数控技术人才还很缺乏，操作者以青工为主，有的缺乏专业的技能，单件生产有的不愿用数控加工，把数控机床当普通机床用。有些厂家分配机制有待改进，数控机床干的是精加工的零件，责任大，难度高，操作者收入比普通机床操作者收入低。袁安平：近年来，我国数控加工技术得到了飞速的发展。各种新技术在机床上得到了广泛的应用，像多轴联动、复合加工、直接驱动技术、重心驱动技术、在线检测与监测、变形补偿等，几乎是国际上出现了什么新技术的应用，过不了多久我们就有类似的产品出现。数控机床在市场上的销售份额逐年攀升，但是，热闹的表象却无法掩盖这样的事实：由于在关键技术、核心技术上与国外有较大差距，中高端市场上，数控机床进口依赖度较高，航空航天、风电核电装备制造等，其生产线上的关键设备中，国产机床确属凤毛麟角。而且，中高端国产机床所采用的数控系统、伺服驱动、位置测量反馈元件、高速精密主轴单元，甚至刀库、刀架以及直线导轨、丝杆、轴承等功能部件，也以进口为主；在机加工领域，高端的切削刀具及数控测量仪器，也几乎是进口品牌一统天下。对进口技术与产品的高依存度，不能不说已成为我国数控产业进一步发展的瓶颈和产业安全的主要隐患。虽说国际化分工是大势所趋，但我们没有一定的核心技术突破将很难对抗别人的漫天要价，也无法使产业真正步入健康的、可持续的发展轨道。白迪：国内数控加工的水平参差不齐，个人认为主要原因在于所使用的加工设备状况、操作人员的水平能力和所加工对象的要求（精度、效率、表面质量等）差别较大。整体水平较工业发达国家低，差距大。国内不乏国际顶级加工设备，大多束之高阁或不会使用，甚至用不起。王晓慧：我国数控加工技术的现状从三方面看：（1）在数控加工设备上加工低端产品全部采用的是国产主机配国产数控系统；加工中端产品基本采用的是国产主机配国外或少数国产数控系统；加工高端、具有五轴联动的产品基本采用的国外设备或少数国产主机配国外高档数控系统。（2）在数控加工工艺上五轴联动以上的加工软件基本上全是国外进口的，三到四轴联动的加工采用所配的数控系统编程完成。刀具的采用上，零件精度和工序能力指数要求高的基本上采用进口刀具，国产刀具一般用于加工低、中端产品。（3）在采用的关键技术上初步采用了机床热变形及补偿技术、机床振动技术及补偿、直接驱动技术、高速、精密加工技术等。狄素华：现阶段我国数控机床行业发展迅猛，承载诸多先进技术的数控加工中心像雨后春笋一样层出不穷，也将每届机床展会推向一个、又一个的高潮。其中为了配合我国大飞机项目，正在兴起、并且日斟成熟的五轴联动高速加工中心，算是一个先进的数控加工技术的典型代表。此类机床，如双驱同步技术、热变形控制与补偿、直线电机驱动、多轴多通道及多轴联动控制、前瞻控制及轨迹平滑处理、在线测量、智能控制等先进技术方面都有涉及到，有些还在高速机床的安全、环保2010年第20期20冷加工产业论坛原名《机械工人》IndustrialForum以及人性化操作方面溶入了全新的设计理念，算是国际水平了。同时也要看到，我国目前的高档数控系统配置近乎是依赖于进口。特别是技术含量密集的多轴复合、高速高精加工中心，其高昂的数控系统价格与低成本消费的国内机床市场一直存在强烈的反差，在一定程度上也是阻碍国产高档数控机床发展的一大要素。近几年来，我国政府对国产数控系统产业已高度重视，各大数控机床生产企业与数控系统企业也有积极合作，纷纷研制系统功能强大的高速、高精以及五轴联动的国产化高档数控机床，虽然目前这些机床在许多方面还不尽人意，但是，凭着国产数控系统的积极介入和发展决心，昀终提高系统稳定性、完善机床性能指日可待。到那时，这些国产高档数控系统的低价位、高配置必将推动国产高档数控加工技术的快速发展。苟卫东：数控机床的水平、品种和生产能力反映了一个国家的装备制造技术实力和综合国力，发展高档（高速、高精度）加工中心是先进制造技术的核心，是实现自主创新的关键。以主要的代表行业来说：目前在轿车领域中，年产30万辆的生产节拍是40s/辆，而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一，但是国内数控机床应用的很少，尤其是高速精密的后道工序加工机床几乎都被国外占领，仅是在一些产品试制、配件制造过程中应用国产机床。近来由于汽车行业竞争的加剧，国产汽车为了降低成本，用了一些国产加工中心，主要问题在于在这个行业中一是要求高生产效率，二是要求高可靠性，需要组线加工，不能在自动线上出现过多的停机维修，这些都是国产机床的“软肋”；在航空航天工业领域，其加工的零部件多为薄壁和薄肋，刚度差，材料为铝或铝合金，只有在高切削速度和切削力很小的情况下，才能对这些肋、壁进行加工。近年来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件以替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联接方式拼装，使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。而我国这种切削速度高（是常规切削速度的5～10倍），进给/快移速度快（达40～180m/min），加减速度大（多为1～2g），材料去除率是常规切削加工的3～6倍，而且还包含有刀具和或工件交换的时间短（在数秒至1s以内），并具有多轴联动功能等特点的高速加工机床在整个机床行业中未实现有效的供给。主要原因是热变形控制与补偿技术、直线电机驱动技术、多轴多通道及多轴联动控制技术、前瞻控制及轨迹平滑处理技术、速度前馈位置与速度的精准控制技术、自动平衡与自动校正技术、在线测量技术、智能控制技术、柔性制造技术等似乎国产机床已经具备，但本人认为还是处于摸索阶段，没有形成真正的工程化，大部分属于高校试验室技术，而有些虽然引进了国外的一些先进技术，基本上处于按图制造过程，没有进行吸收、消化、再创新，有些企业对新技术、新工艺研究连基本的试验条件都不具备，仅忙于生存，普遍缺乏深入、系统的科研工作，更没有做到数控机床生产一代、研制一代、预研一代。另外，正是这个原因很多企业对产品的设计还是处于三维画图阶段（基本不具备数字化设计、分析手段），远远落后于汽车行业，工艺方法落后，没有形成一种规范的工艺方法，在精度方面还有一些检测手段，在有些物理量的检测方面基本是凭感觉、定性而不定量测量，所生产的设备的性能取决于员工的技术水平，关键的工序因此在这些行业中几乎没有国产设备，高端机床市场被国外垄断。数控技术的发展对机床工业发展的推动作用张文桥：数控技术的发展极大的推动了机床工业的发展。首先，数控技术的发展带动机床工业快速增长，数控技术需要数控机床做支撑，近几年来，随着数控技术在我国广泛使用，我国对数控机床的需求量大大增加，这就加快机床工业的发展。其次，数控技术的发展也代表了机床业技术的发展，先进的数控加工技术对机床技术的发展提出要求，数控机床的高精度化、高速化、柔性智能化、多轴联动复合化都是为了满足新的数控加工技术发展的需要，提高了数控机床的竞争力。袁安平：每一项关键数控技术的突破，都给机床的生产带来革命性的进步：（1）结构简单化使原来需要通过复杂结构方可实现的功能得以简单化，比如伺服电动机的应用，使机床摆脱了齿轮、带轮变速的羁绊，使结构大大简化。直线电机与转矩电动机的应用又使机床几乎实现了零传动，进一步简化了结构。（2）柔性化如多轴联动插补功能替代了过去的凸轮、靠模板等的复杂结构，又有很大的柔性。（3）高精度像执行件位置反馈功能、精度误差2010年第20期21冷加工产业论坛原名《机械工人》IndustrialForum的补偿功能、高精度插补功能等技术的应用，使得机床加工精度得以大幅度提高。（4）高速高效直线电机和电主轴的应用使位移速度和切削速度的提高突飞猛进，而工作台、动力头、刀具等的自动交换功能等则昀大限度地减少了非切削时间，加上镗铣复合、车铣复合、车磨复合等复合机床所拥有的工序集中的优势，使机床的生产效率大大提高。白迪：数控技术的发展可直接推动机床工业的发展和提升，目前制约机床工业发展的主要因素除功能部件外，就是数控技术远远落后发达国家，集全国的能力尚打拼不过日本FANUC昀低端的数控系统。王晓慧：随着数控技术的发展，推动数控机床向高速、高精度、多轴联动和复合化加工的方向发展，主要体现在从机床结构上突破传统的机床结构，出现了一大批新结构的机床，同时促进了国产高档数控系统的研发；促进国产功能部件的开发的生产；加快了新技术、新材料、新工艺在机床制造上的应用。我国现在数控加工技术与国外的差距张文桥：我国已成为世界机床制造使用大国和出口大国，已形成了一批著名机床及机械加工企业，由于基础研究薄弱，与国外相比我国的数控加工技术有一定差距：创新能力不强，效率较低，信息化程度不足；用于新产品、新工艺研发的投入不足；编程技术中新功能运用不够；先进刀具应用不够普及，工装设计陈旧；操作者的技术素质和精益求精的素养有待进一步提高；部分数控机床的功能、效率也没有得到昀大发挥。袁安平：我国数控机床行业总体的技术基础薄弱，自主开发与创新能力不足。与国外相比，国产机床的差距几乎是全方位的：（1）精度无论是绝对精度还是精度的稳定性、持久性