數控機床在各行業的應用

雖然我們在日常生活中很少見到機床，但它卻與我們的生活息息相關。比如手機的金屬外殼、屏幕和攝像頭鏡片，汽車的發動機缸體、缸蓋、曲軸等，都是用數控機床加工出來的。又如航空、航天、船舶等領域的關鍵零件需要使用高端數控機床進行制造?？梢哉f，沒有高端數控機床，就不會有鷹擊長空的殲—20，不會有巨如鯤鵬的運—20、C919，更不會有劈波斬浪的國產航母。

數控機床由主機、數控裝置、伺服單元、伺服電機等組成。主機是機床的“軀干”，包括床身、立柱、工作臺、主軸、進給機構等機械部件，是實現加工的主體；數控裝置相當于數控機床的“大腦”，控制機床主機的運動；伺服單元和伺服電機分別是數控機床的“神經”和“肌肉”，傳遞控制信號并驅動主機運動部件。相較于普通數控機床，高端數控機床控制的軸數更多，運動精度和效率更高，也更智能，能夠實現零點幾個微米以下的定位控制，加工精度能夠達到微米級甚至更高。

在船舶制造中，關鍵動力零件——螺旋槳的制造對技術要求很高。如何制造直徑十幾米的超大型螺旋槳？如何保證螺旋槳復雜弧度、曲面的加工精度？如何保證螺旋槳葉片的光潔度？這些問題不僅與動力大小、壽命長短有關，也與其降噪能力有關。高端多軸聯動數控機床是加工大型螺旋槳的關鍵裝備。我國已經研制出能夠加工8米巨型螺旋槳的七軸五聯動車銑復合立式加工中心，助推更多大型船舶、高端艦艇駛向深藍。

核電是我國清潔能源發展重點之一。作為核電站常規島中關鍵的設備之一，核電汽輪機的制造至關重要。它在構造上包括低壓內缸和高壓外缸等部件，這些部件尺寸大、結構復雜，其結構和加工精度直接影響汽輪機安全系數和使用性能，需要使用高端多軸聯動數控機床進行加工。我國研制的數控重型橋式龍門五軸聯動車銑復合機床，是目前世界較大規格的龍門機床之一，滿足了大型核電站常規島設備制造和超重型零件制造的設備需求。

日本機床生產商、世界大龍門加工中心生產商、百年機床制造經驗的日本大隈機床是日本及世界上較大的數控機床制造廠之一，至今已有100多年歷史，特點是，剛性好、切削效率高、精度高、壽命長、操作方便，實現了機電一體化。

近年來，我國在高端數控機床的發展中取得長足進步，助力航空、船舶、能源等多個領域取得突破，但總體技術水平與國際先進水平仍存在一定差距。在機床制造的上游，高端功能部件配套能力不足，精度及精度保持性、批量制造的產品質量穩定性與可靠性等指標上還有提升空間。在機床的應用方面，往往需要大量零件加工的適應性驗證，才能形成與工藝深度結合的、穩定高效滿足加工質量要求的機床產品。目前，機床制造企業還要進一步拓展對工藝的認知，爭取更多循環迭代機會，不斷豐富產品功能，提升產品性能和可靠性。

新中國成立初期，由于缺少工業母機，飛機、坦克等國防武器裝備制造極其困難，民用卡車、拖拉機等運輸工具生產也大受限制。為此，我國在“一五”計劃期間籌建了18家骨干機床企業，同時也建立了“七所一院”等機床工具研究機構，大力發展工業母機，由此誕生了首臺車床、首臺大中型龍門刨床、首臺磨床等。上世紀70年代中后期，我國啟動了數控機床研制生產，誕生了首臺數控龍門式銑床。改革開放后，數控機床進入新的發展時期，初步建立產業體系并推進產業化，形成數控車床、加工中心、數控磨床、數控鍛壓機床和數控重型機床等主機批量生產能力和關鍵配套能力，數控技術得到了快速提升和普及。

國內高端數控機床國產化率較低主要系海外的高端產品技術對國內實行限制，國內企業技術的突破將助力高端產品國產化率的提升，國產替代空間巨大。

70多年來，從新中國成立初期的百廢待興到全數字化高速高精運動控制多軸聯動關鍵核心技術的突破，從首臺機床的制造到“高檔數控機床與基礎制造裝備”科技重大專項等的實施，我國科技工作者從無到有、從點到面、從低到高，打開了通往制造強國的大門。如今，我國工業母機可以滿足國內重點行業對制造裝備的基本需求。汽車沖壓生產線國內和全球新增市場占有率分別達到80%和40%；發電設備制造領域實現了由進口為主到走向出口的轉變；成功研制船用重型曲軸所需的車銑加工中心，掌握了自主制造船舶大型零部件的能力，等等。

然而中國生產的機床總額雖大，卻多為中低檔產品，二手數控機床回收高檔產品還是很依賴進口。2018年我國低檔數控機床國產化率為82%，中檔數控機床國產化率為65%，表現還可以，但到了高檔數控機床，國產化率僅為6%，沒了進口還真不行。

激光干涉儀、精密自動轉臺、球桿儀和機床測頭測量四件套旨在保證數控機床精度，改善數控機床性能，提高數控機床效率。為機械制造工業提供序前和序中檢測的質量保證手段。

工欲善其事，必先利其器。工業母機的發展直接影響高端制造業的發展，其中又以高端數控機床較為重要。為了實現以科技發展帶動生產力跨越發展，滿足國內主要行業對裝備制造的基本需求，助力制造業實現轉型升級、邁上新臺階，我國將“高檔數控機床與基礎制造裝備”列為科技重大專項。經過十余年的攻堅克難，我國已在工業母機的多項核心技術和產品上取得突破。

工業母機未來可期。工業母機將持續向著高性能化方向發展，以研制高速、高效、超高精度數控機床為目標，滿足航空、航天等重點領域產品高速發展和新材料應用的需求；向著復合化方向發展，促進高精尖復雜零件制造成本的降低，以及加工質量、生產效率的提升；向著智能化方向發展，機床產品與工業互聯網、大數據、新一代人工智能技術等加速融合，實現自感知、自學習、自適應、自組織和自決策，支撐智能制造系統；向著綠色化方向發展，突破輕量化設計、新型材料及環保介質應用、綠色制造工藝、低碳排放控制、綜合能耗降低和能量回收利用等技術，助力“雙碳”目標的實現。

點評：工業母機制造是整個工業體系的基石和搖籃，也是一個國家制造業水平高低的象征。根據高層規劃，到2025年，我國高檔數控機床與基礎制造裝備國內市場占有率目標將超過80％，高檔數控機床與基礎制造裝備總體進入世界強國行列。這意味著未來幾年將是我國數控機床行業國產化替代的關鍵時期。

從機床數控化率角度看，國外發達國家機床數控化率較高，日本機床數控化率維持80%以上，德國和美國機床數控化率均超過70%。

在機電一體化經濟時代，數控機床的使用中國已成為一種社會趨勢。過去，數控機床的使用網絡技術和空間進行環境問題并不具有十分需要完善，但今天的工業企業發展方面取得了很好的效果，機電一體化的推廣方式已經開始進入到了一個比較成熟的領域。行星減速機作為我國數控機床中重要的傳動裝置，在數控機床領域經歷了從研究到開發再到成熟領域的太多起伏，但前景是光明的。