数控机床发展的昨天今天和明天

　　数控机床是机床工业的主流产品。“十一五”规划的经济发展重点在于实现经济增长方式的转变，先进制造业是传统制造业的改造方向，传统工业如汽车、机械、家电、纺织、农机、环保等行业的技术改造，对数控机床的需求继续攀升；电子信息、生物工程、新能源新材料等高新技术产业的发展又为精密、高效、专用数控机床开辟了新的需求；从地域发展分析，我国东部产业的升级、东北等老工业基地的振兴和中西部的开发加快步伐，为数控机床产业发展提供国内市场；经济全球化，国际资本和产业向中国的转移、国际技术和人才的交流、中国国际贸易的强劲发展等，为我国数控机床产业的发展提供了外部环境，使我们处于难得的战略发展期。

　　十一五数控机床成绩斐然

　　进入“十一五”以来，国家相继颁布了《加快振兴装备制造业的若干意见》和《国家中长期科学和技术发展规划》；2009年，为应对国际金融危机的冲击，国务院又出台了《国家装备制造业振兴规划》。在振兴装备制造业的国策之下，国家出台了一系列政策对行业进行大力扶持，产业政策、进出口政策、税收政策都极大地推动了机床行业近几年来的持续快速发展，其中的税收优惠政策给企业带来的实惠使企业的盈利大幅度增加。政策的大力扶持给予了行业特殊的优势，在一定程度上保证了行业的快速发展和较高的安全边际。

　　数控机床属于金属切削机床制造业。现代机械制造中加工机械零件的方法很多:除切削加工外，还有铸造、锻造、焊接、冲压、挤压等，但凡属精度要求较高和表面粗糙度要求较细的零件，一般都需在机床上用切削的方法进行最终加工。而金属切削机床是用切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器。中机联数据显示，2010年，数控金属切削机床增长突出，产量同比增长66.71%，增速比上年提高67.17个百分点。而在过去10年里，我国数控金属切削机床产量年均复合增长率也只有31.93％。2010年的增长数据意味着数控金属切削机床的发展已经步入新阶段。

　　过去5年我国数控机床产量的年均复合增长率为37.39%，过去10年年均复合增长29.94%，过去15年复合增长22.10%。在国家振兴装备制造业和国际产业转移的带动下，我国设备工具购置投资增长率在未来5～10年内将持续维持20%左右的水平，机床行业的需求仍将保持高速增长。国际模具及五金塑胶产业供应商协会负责人罗百辉表示，在需求的拉动下，我国数控机床产量保持高速增长，随着经济结构调整的深化，数控机床和数控系统设备类的上市公司的高成长有望延续。2010年数控机床消费超过60亿美元，台数超过10万台，表明了数控机床已成为机床消费的主流，我国未来数控机床市场巨大。

　　目前，沈阳机床、秦川发展是中国金属切削机床领域的龙头企业，切削机床市场的繁荣将直接提升其经营业绩。去年底，沈阳机床已经宣布业绩增长5倍以上。

　　中机联数据还显示，2010年数控机床需求的快速增长带来数控系统的巨大需求，全年数控系统设备同比增长一倍以上。数控系统设备行业的上市公司包括华东数控、昆明机床、法因数控、南通科技。

　　十二五数控机床发展迎春

　　2010年9月8日国务院召开常务会议审议并原则通过《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》，高端装备制造、节能环保、新一代信息技术、生物、新能源、新材料和新能源汽车七个产业作为重点领域将集中力量加快推进，国家将加强财税金融等政策扶持力度。国务院发展研究中心产业部部长冯飞预计，未来十年将是战略性新兴产业蓬勃 发展的十年，到2020年，战略性新兴产业占工业增加值比重可望达到20%以上。

　　机床工业由于技术含量和工艺要求极高，属于技术和资本密集型产业，行业壁垒很高，无论在国内还是全球范围内，行业格局变化都比较缓慢。机床本属于机械行业，而机械行业与下游行业固定资产投资密切相关。下游行业每年固定资产投资中，约60%用于购买机械产品。设备工器具购置在固定资产投资中的比例保持在20％左右，并长期保持稳定。因此在机床行业下游产业中，固定资产投资的主要部分都是用来购买装备制造工具——机床。通过统计发现，机床下游行业固定资产投资增速远快于全社会平均增速水平。数控机床的需求来自于下游的机械行业固定资产投资，2011年汽车及零部件、航空航天设备、高速列车、军工、电子信息、电力设备、船舶、工程机械、模具等高端装备业崛起，行业产能高速扩张，继续带动数控机床消费的高速增长。罗百辉表示，2011年高端装备自主创新势头将更为强劲，继续带动机械工业15%以上的增速。

　　目前我国正处于重化工业化时期，这个是超脱于经济短期波动、在近几十年里对中国经济产生巨大影响的因素，对我国机械工业的发展也一直起着促进作用。它与长期向好的中国宏观经济一样，成为机械工业近30年来持续快速发展的最好注解。所谓重化工业化时期，也就是工业化的中期，即从解决短缺为主的开放逐步向建设经济强国转变，煤炭、汽车、钢铁、房地产、建材、机械、电子、化工等一批以重工业为基础的高增长行业发展势头强劲，构成了对机床市场尤其是数控机床的巨大需求。中国已经超过德国，成为世界第一大机床市场。数控机床已成为机床消费的主流。预计2015年数控机床消费仍将超过60亿美元，台数将超过10万台。数控系统的发展趋势将是：①平台数字化。②运行高速化。③加工高精化。④功能复合化。⑤控制智能化。⑥伺服驱动高性能控制。中高档数控机床的比例会大幅增加，经济型数控机床的比例不会有太大变化，而非数控的普通机床的需求将会大幅度减少。

　　按照规划，2015年中档数控机床数控系统国产化率达到40％，2020年要提高到60％以上；高档数控机床数控系统国产化率分别达到10％和20％。而目前，我国国产中档数控机床中进口系统占80％、高档数控机床国外系统占98％份额。

　　数控机床技术发展需求分析

　　2010年7月在上海举办了“第12届上海国际机床展”（12thShanghaiInternationalMachineToolFair）展会上，展位面积最大的是沈阳机床集团（ShenyangMachineToolGroup，SYMG）*1。该集团目前拥有7个品牌，被认为是全球产量最大的机床企业。据罗百辉介绍，沈阳机床集团于1995年由中国多家机床企业合并而成。2004年将老牌企业德国希斯（Schiess）收归旗下，进一步扩大了规模。此次除低价通用立式MC及NC车床外，还展出了5轴控制MC及大型门式机床等高性能机床。沈阳机床集团的展示以5轴控制MC·VMC0656e为最大亮点。这是一款可通过A轴及C轴使工件旋转的机型，价格为260万元*2。VMC0656e虽然使用了日本制造的轴承，其他部分则大量采用了中国企业制造的部件。其中，NC装置配备的是沈阳机床集团品牌之一FIYANG（飞阳）的产品。该公司原来在NC装置方面全部采用海外企业的产品，但2009年开发出了自主产品*3。此次在可谓旗舰机型的5轴加工机上配备了自主NC装置进行展示，目的是为了展示其已经拥有对可谓机床心脏部分的NC装置进行 开发的能力。VMC0656e还可选择日本发那科（FANUC）、德国西门子（Siemens）、德国海德汉（Heidenhain）等海外企业制造的以及其他中国企业制造的NC装置。

　　中国机床企业通过与日本企业成立合资企业及展开技术合作，在高性能机床方面积累了技术经验，迄今已推出众多机床产品。但是，NC装置、主轴及轴承等主要部件大多仍采用进口产品，所以即便是中国企业，在降低价格方面也存在着极限。不过，今后通过主要部件转为自主制造或采用国产部件，中国机床企业很可能会不断推出低价位的5轴控制MC。

　　除了沈阳机床集团的产品，还有其他中国企业的产品也验证了这一可能性，这就是西安瑞特快速制造工程研究有限公司（XianRuiteRapidManufacturingEngineeringResearch）等开发的5轴控制MC·RM-LX720。价格为77万元，在中国企业中也属于相当便宜的产品*4。还开发完成了X轴的移动量为920mm、其他性能参数基本相同的RM-LX920（约100万元）。

　　西安瑞特快速开发了主轴，NC装置则采用武汉华中数控股份有限公司（WuhanHuazhongNumericalControl）的产品。该机床虽然将德国西门子NC装置等海外产主要部件作为选配，但不失为全部采用中国产部件的低价化范例之一。

　　四川长征机床集团有限公司（SichuanChangzhengMachineToolGroup）除了主轴及工件的直线移动与旋转运动相结合的普通5轴控制MC之外，还展出了采用并联机构的机床。用3根摇臂（X轴、Y轴、Z轴）支撑主轴单元，主轴单元内还具有可改变主轴方向的2个旋转机构。计划2010年内投产，预定价格约为200万元。采用并联机构时，主轴的移动速度比通过滚珠丝杠驱动时快。因此设想用于加工飞机及汽车等的大型部件。其原因在于，从某一加工位置到下一加工位置的距离较长时，可缩短加工时间。参展机床的各轴最大速度及加速度方面，X轴和Y轴为10万mm/min、29m/s2，Z轴为4万mm/min、10m/s2*5。A轴的最大速度为45rpm，最大加速度为40rad/s2，C轴的最大速度为35rpm，最大加速度为40rad/s2。在展示中，四川长征集团还进行了将该并联机构整个设置在直线导轨上做横向移动的演示，由此表明还可加工长达数m的工件。另外该公司还表示，虽然目前正在开发的机型其摇臂冲程仅为300mm，但同时也在开发冲程为600mm和900mm的机型。

　　在此次展会上，3轴控制MC方面也有很多以高精度为卖点的产品展出。比如，立场数控制设备有限公司（LeadYangIndustrial，HEFEI）展出了2009年开发的立式MCV10。定位精度为±3μm，反复定位精度为±2.5μm，规格颇高。V10配备日本发那科制造的NC装置。目前，中国企业制造的机床，尤其是5轴控制MC及高精度机床大多采用日本发那科、三菱电机及德国西门子等海外企业的NC装置。不过，像沈阳机床集团那样自主开发NC装置的中国机床企业以及专业从事NC装置的中国企业在逐渐增加。除了武汉华中数控股份有限公司之外，还有广州数控设备有限公司（GSKCNCEquipment）及上海开通数控有限公司（ShanghaiCapitalNumericalControl）等专业从事NC装置业务。

　　中国企业的装置虽说价格便宜，但在性能方面还存在不足之处。罗百辉表示，未来数控机床技术将朝数字化、高速 高精化、复合化、智能化等方向发展。

　　1、高速高精与多轴加工成为数控机床的主流，纳米控制成为高速高精加工的潮流。

　　2、多任务和多轴加工数控机床越来越多地应用到能源、航空航天等行业。

　　3、机床与机器人的集成应用日趋普及，且结构形式多样化，应用范围扩大化，运动速度高速化，多传感器融合技术实用化，控制功能智能化，多机器人协同普及化。

　　4、智能化加工与监测功能不断扩充，车间的加工监测与管理可实时获取机床本身的状态信息，分析相关数据，预测机床的状态，提前进行相关的维护，避免事故的发生，减少机床的故障率，提高机床的利用率。

　　5、最新的机床误差检测与补偿技术能够在较短的时间内完成对机床的补偿测量，与传统的激光干涉仪相比，对机床误差的补偿精度能够提高3～4倍，同时效率得到大幅度提升。

　　6、CAD/CAM技术为多轴多任务数控机床的加工提供强有力的支持，可以大幅度提高加工效率。

　　7、刀具技术发展迅速，众多刀具的设计涵盖了整个加工过程，并且新型刀具能够满足平稳加工以及抗振性能的要求。

　　十大制造行业对数控机床需求分析

　　1、航空工业，飞机机翼、机身、尾翼等和发动机零件的制造需要大批高速五轴加工中心、龙门移动式高速加工中心、精密数控车床、精密卧式加工中心、多坐标镗铣中心、精密齿轮和螺纹加工数控机床等。

　　2、航天工业需求大批精密、高速、中小型数控机床，如精密数控车床和车削中心、立卧转换五轴加工中心、高精度电加工机床、高精度万能磨床和坐标磨床等。

　　3、造船工业急需制造柴油机体的重型、超重型龙门铣镗床和重型数控落地镗铣床以及大型数控车床和车铣中心、大型数控磨齿机、曲轴镗铣床、大型曲轴车铣中心和曲轴磨床等。

　　4、汽车制造业是机床的需求大户，约占机床总消费的40%左右。汽车制造业需要大批高效、高性能、专用数控机床和柔性生产线，如用于发动机加工的以高速卧式加工中心为主的柔性生产线、曲轴加工专用数控机床等。汽车零配件生产需求大批数控车床、立卧式加工中心、数控高效磨床和数控齿轮加工机床等。

　　5、兵器制造业需求数控机床更是量大面广，要求数控机床可靠、稳定。兵器制造业需求大批数控车床、立卧加工中心、五轴加工中心、龙门镗铣床、镗铣加工中心、齿轮加工机床等。

　　6、发电设备制造行业需要重型数控龙门镗铣床、大型落地镗铣床、大型数控车床、叶根槽专用铣床和叶片数控加工机床等，输变电设备制造行业需要数控车床、加工中心、数控镗床等。

　　7、冶金设备制造业重点解决连铸连轧成套设备的制造，需求大型龙门铣床、大型数控车床等设备。我国黑色金属冶炼及延压加工、有色金属冶炼及延压加工生产规模近年来稳定快速增长，随着我国成为制造业大国，冶炼行业仍有不断增长趋势。

　　8、工程机械制造业需求大批中小型数控机床如数控车床、中型加工中心、数控铣床和齿轮加工机床等。

　　9、模具制造业需求高速数控铣床、三坐标测量机、精密电加工机床、高精度加工中心、精密磨床等。

　　10、电子信息设备制造行业需求大批小型精密数控机床：如高速铣削中心、高速加工中心、小型精密车床、小型精密冲床、精密和超精密加工专用数控机床及精密电加工机床等。