高端軸承裝備制造業的發展機遇

張俊江

(中軸協技委會 工藝與裝備專業委員會， 河南 洛陽 471039)

1 回顧與展望

經過60多年的發展，我國的軸承工業已具備了較強的技術實力和生產能力。全國規模以上軸承制造企業已發展到近2 000余家，軸承年產量從1949年的13.8萬套增加到2010年的150億套。我國出口軸承產品達到40億套，創匯31億美元，其中微小型軸承產量世界第一；軸承產量年平均增長速度為18%，可生產從微型到特大型各種類型各種精度等級的軸承及軸承單元，形成了產品門類齊全，生產布局基本合理，具有大中小企業相結合、科研生產相結合、內銷出口相結合、各種所有制相結合等特點的較完整的工業體系。

“十二五” 期間我國軸承行業將延續穩步增長的態勢，主要有4個影響因素：(1)軸承是消耗性的機械基礎件，除新增項目和新增機械產品將拉動軸承需求外，機械產品保有量的增加和利用率的提高都會增加對軸承的消耗；(2)隨著自動化程度不斷提高，對主機要求將越來越高，從而對軸承的性能、技術要求也會越來越高，新產品層出不窮，需求量也會不斷加大；(3)隨著我國軸承產品質量的不斷提高，涌現一批精品軸承生產企業，其產品質量已與國際知名品牌相當，出口規模將不斷擴大；(4)國家不斷加大節能減排力度，建設節約型社會，必然加速傳統產業節能降耗改造進程，同時促進新型能源產業的飛速發展，將會給軸承行業的發展帶來新的機遇。因此，未來軸承行業將持續快速發展[1]。

“十二五” 期間擴大內需、改善提高人民生活水平將是國家的一項戰略。這必將帶動家電工業、日用工業、汽車工業、軌道交通工業及建筑工業等的快速發展。節能減排、可持續發展戰略將帶動礦山冶金機械、建筑工程機械、港口造船機械、通用機械和精密機床等更新換代。新能源戰略促進風力發電、太陽能發電等工業的快速發展。制造業的快速發展必將帶動軸承工業的快速發展，微小型軸承將伴隨家電工業、日用工業發展而迅速發展，中小型軸承將伴隨汽車工業、機床工業和產業機械發展而發展。中大型軸承、特大型軸承將隨著礦山冶金、能源工業、港口造船工業的發展而發展。與此同時，節能減排、綠色消費對軸承質量和性能提出了前所未有的高要求，低振動、低噪聲、長壽命、高載荷能力、高可靠性已成為滾動軸承的最基本要求。“十一五” 期間出現的并購重組，提高了產業集中度發展的態勢將在“十二五”期間進一步延續。勞動成本的持續提高將加速大規模自動化生產甚至是無人化生產模式的發展與推廣。

國際方面，2010年8月11日，奧巴馬簽署了《美國制造業促進法案》，旨在重建一個更加強大的美國經濟的核心，就是“美國制造”。制造業促進法案是美國政府重振“美國制造”一攬子計劃的一部分，包括大規模投資清潔能源、道路交通，改善寬帶服務等，總投資達170億美元。美國是當今世界制造業頭號大國，也是我國軸承出口的第一大國，該法案的實施標志著國際新一輪大規模的產業升級拉開序幕，將對基礎裝備制造業產生深遠影響。軸承作為機械工業的重要機械基礎件，也必將迎來新的發展機遇[1]。

歐洲作為傳統的高端制造業基地，在航空航天、冶金礦山、精密機床、軌道交通和汽車制造等領域必將加速更新換代步伐。但是作為勞動密集型和技術密集型相結合的軸承制造業，美歐在產業轉型與升級過程中向中國、印度等發展中國家轉移產能的步伐在逐步加快。

國際軸承跨國公司SKF，Scheaffler，NSK，Timken，NTN，JTEKT，Nachi及NMB等本著降低成本和“零距離”接觸市場的原則，瞄準中國近年制造業的飛速發展所帶來的巨大商機，大規模向中國轉移部分業務，紛紛在我國建立合資或獨資生產工廠，僅2010年就有日本NTN公司與洛陽LYC軸承有限公司合資投入10億元在洛陽建廠；日本JTEKT公司與瓦軸集團合資投入10億元在大連建廠；日本NSK公司投資近7億元在沈陽建立大型軸承生產基地；美國Timken公司與湘電集團投資近3億元在湘潭建立鐵姆肯湘電(湖南)軸承有限公司；SKF公司收購Peer在華主要業務和生產基地等。這些公司均為生產高端軸承，意在迅速搶占我國高端裝備主機配套軸承市場，這必將加劇國內高端軸承市場的激烈競爭[2]。

外資軸承企業的大規模登陸，無疑會形成“鯰魚效應”，促進國內軸承企業加速產品升級的進程，縮小與外資企業產品的質量差距，實現軸承行業的健康、快速發展。可喜的是，經過近幾年的發展，國內已有20多家軸承企業從產品設計入手，通過選擇優質原材料、采用先進的成套制造裝備、嚴格工藝規范等技術手段，已經掌握了微小型精品軸承的批量生產技術，其產品精度及壽命可靠性有較大的提高，完全可以替代進口軸承[1]。

中國軸承工業協會《全國軸承行業“十二五”發展規劃》編制說明中提出，到2015年我國軸承產量達到280億套，年均增長13.3%；主營業務收入達到2 220億元，年均增長11.99%；工業增加值700億元，年均增長14.22%；利潤額130億元，年均增長14.87%[3]。總的來說，“十二五” 期間國內軸承生產和需求量會進一步增加，軸承行業產品將會進一步優化，在高端軸承和精品軸承制造方面加大技改力度，出現質和量同步提高的良好局面，高附加值軸承產品所占比例將逐步增加。

2 工藝裝備技術水平比肩國際

軸承制造主要工藝過程包括套圈鍛造、車削、熱處理、磨削及軸承裝配等工序。軸承套圈各部位的磨削加工、滾道表面的超精研加工以及滾動體的加工是軸承生產過程中的關鍵工序，其質量直接影響產品的精度、動態性能及使用壽命。用于這些工序的加工設備約占整個軸承生產設備的40%以上，且以軸承專用設備為主。

20世紀80年代以前，我國軸承裝備制造水平比較低，很難滿足軸承行業的要求，很多軸承廠家依靠進口或自制專用機床進行生產。進入90年代后，通過引進消化吸收及大量的改進，軸承裝備制造逐步實現專業化、批量化生產，誕生了一批專業化的軸承裝備制造企業。其中軸承套圈精加工裝備出現了基于PC控制的液壓驅動自動化磨削、超精加工機床，使軸承套圈精加工生產初步實現自動化，加工效率有所提升。但由于液壓系統的自身屬性，決定了機床的進給平穩性和可控性較差，與當時國際先進水平相差甚遠。在鋼球加工方面，則瞄準當時國際鋼球最先進的質量水平，開發鋼球加工新工藝，推廣鋼球樹脂砂輪磨研(以磨代研)新工藝，國內主要鋼球生產企業開始采用樹脂砂輪磨研鋼球并實現了批量生產。河南新機研制出的3M77系列適合樹脂砂輪磨研工藝的研磨機，使鋼球批質量穩定性大幅度提高，表面質量明顯改善，鋼球單粒振動進一步降低且軸承合套率明顯提高，特別是在消除軸承異常聲方面效果明顯。鋼球幾何精度達到國際先進水平，真正實現了G5鋼球的批量生產[4]。

進入21世紀以來，隨著電子技術的快速發展和機械基礎件與液壓氣動零件質量和可靠性的提高，軸承行業開始逐步采用數控化裝備和自動化聯線裝備，軸承磨加工、超精加工裝備基本實現數控化、自動化，產業集中度進一步提高。軸承磨超裝備市場得到迅速發展，軸承磨超裝備精度得到了迅速提高。我國中小規格軸承套圈磨超加工設備的加工精度和效率接近國外同類設備，一些精度指標已達到或接近國外先進水平，但是在加工的穩定性方面與國外設備仍有差距。

現階段，我國軸承設備實際使用情況有一定的跨越性和層次性，即同時存在手動軸承生產設備、普通軸承生產設備、單機自動化及自動化生產線。下個階段待軸承生產向精品軸承傾斜時，自動線將得到普及，可能的發展趨勢是單機自動化、自動化生產線、自動化工段和自動化工廠等。

1996年日本NSK公司在江蘇昆山投資建廠，成立昆山NSK軸承工廠，建立了小型深溝球軸承生產線，月生產能力達50萬套，該線共有12臺磨加工和超精加工設備組成，并有兩臺機外檢測儀器。其中內圈7臺(2臺內徑磨床、3臺內滾道磨床、2臺內滾道超精機)，外圈5臺(3臺外滾道磨床、2臺外滾道超精機)。同時磨削液和超精油壓力循環集中過濾。這種加長線(或稱復線)使得軸承的生產節拍恰到好處，加之穩定的機床性能，高效的冷卻液過濾系統，最終確保產品質量穩定，體現出當時較先進的軸承生產方式[5]。

目前國內大部分生產企業的深溝球軸承磨超短線基本上是由5臺設備組成，其中外圈2臺(磨溝和超精)、內圈3臺(磨內徑、磨內溝和超精)。期中的匹配節奏、生產效率都有較大的差距，部分機床的效能不能充分體現，造成產能的浪費，且產品質量不穩定。針對這種情況，新鄉日升數控軸承裝備股份有限公司已經成功開發出數控復合軸承磨加工設備，采用同一臺雙工機床位實現粗、精磨削，解決了該類自動生產線上外圈溝道和內徑加工節奏較慢的問題，使整條自動生產線的各工序加工節奏更加協調一致。

同時，國內軸承裝備制造企業也在不斷探索長線(復線)組合技術，已有部分精品軸承生產企業采用與NSK公司類似的長線或復線生產。先后出現了9臺機床、15臺機床、21臺機床、25臺機床等組合形成的磨超自動生產線，其內圈內溝磨床、內徑磨床、內溝超精機、機外檢測機、外溝磨床、外溝超精機臺數分別為1，2，2，1，2，1；2，3，3，2，3，2；3，4，4，3，4，3和4，5，5，3，5，3。其組線方式已初具自動化生產工段的雛形，標志著我國軸承制造工藝水平又上了一個新臺階，已初步實現從自動化生產線向自動化生產工段過渡，并且國產高檔軸承裝備的穩定性顯著提高，與國際先進水平差距進一步縮小。

大規格軸承加工設備起步較晚，但也取得了良好的業績，研制出一批高精度數控車床，數控磨床等關鍵加工設備。如新鄉日升數控軸承裝備股份有限公司研制成功的Φ2 500 mm高精度立式車床，加工的約Φ2 000 mm的風電變槳軸承套圈滾道跳動(淬硬軟帶區除外)<0.004 mm，表達粗糙度Ra=0.4 μm，尺寸差±0.005 mm，達到精密磨削的加工效果；還有天津市第二機床有限公司、無錫市明鑫機床有限公司、杭州機床集團股份有限公司等生產的數控立式磨床，如無錫明鑫研制的Φ1 600 mm數控立式磨床工作精度：端面平面度0.01 mm，端面對內、外圓垂直度0.015 mm，端面表面粗糙度Ra=0.8 μm，內、外圓圓度0.006 mm，內、外圓表面粗糙度Ra=0.4 μm。這些設備的成功研制，打破了國外在該類高、精、尖設備方面的壟斷局面，將有力地推動我國在大型、特大型精密、超精密軸承制造領域的快速發展，為國防工業、風力發電、工程機械、礦山設備、大型醫療設備等行業提供高端軸承產品，進一步優化我國軸承產業結構。

國內的鋼球生產設備與國際水平已經相當接近，已經能夠加工Φ1～75 mm尺寸段的全規格精密鋼球產品，中小球精度可達G5～G3。在替代進口設備方面取得了驕人的業績，幾乎全部實現國產化，已完全替代進口產品，且實現了批量出口，生產的鋼球尺寸精度和振動及穩定性，與國外公司的產品質量相當。除了國內主要鋼球生產企業以外，日本椿中島、日本AKS、美國NN等公司在我國組建鋼球廠，為世界著名的軸承公司提供鋼球產品，其光、磨、研設備也基本上是采用我國內資企業生產的成套設備。近年來由于滾子軸承的精度、壽命要求越來越高，帶有凸度的圓錐滾子、帶有凸度的圓柱滾子、球面滾子的加工設備也有較大的發展，已能夠批量加工Ⅱ級精度的滾子。

由于國內軸承磨削加工設備水平的提高，在中小型、中型及中大型軸承零件加工方面，圍繞軸承典型零件套圈的平面、外徑、“兩溝一孔”和鋼球、滾子精密加工，產生了一批軸承裝備核心制造企業。例如無錫機床股份有限公司無心磨床產量較大，其中有50%左右的產品進入軸承行業，占據軸承行業50%以上的中高檔無心磨床市場；新鄉日升數控軸承裝備股份有限公司占據著50%以上的中高檔鋼球制造設備和平面研磨機市場；而軸承套圈“兩溝一孔”中高檔數控磨超機床和自動化生產線市場份額的50%以上，則被新鄉日升數控軸承裝備股份有限公司、無錫機床股份有限公司及上海萊必泰數控機床股份有限公司等所占據。

軸承磨削機床水平的提高，促進了軸承產品質量的提高。目前，白色家電、摩托車、電動機等行業所用的國產低噪聲、低振動軸承已達到國際水平，如不考慮國產品牌的認知度問題，國產軸承可以替代國際跨國公司的產品。截至2009年底，國內軸承行業已有近20個廠家的產品達到了精品軸承的質量標準，而這些廠家無一例外地采用了上述企業生產的高檔數控軸承磨削裝備。

3 中高檔磨削裝備需求劇增

3.1 軸承套圈磨削工藝裝備

軸承產量的快速增加帶動了軸承磨削工藝裝備的快速發展，軸承行業的發展趨勢為軸承工藝裝備的發展指明方向。隨著高端和精品軸承生產技術的不斷推廣、普及和人力成本的增加，技術先進、性能穩定、自動化程度高的數控軸承成套設備越來越受到青睞。最具有代表性的就是軸承磨超自動化生產線，自國內開發成功以來，一直高速發展，尤其是進入21世紀以來，發展勢頭十分迅猛，市場供不應求。2006—2010年軸承產量年平均增速達到18%以上，軸承磨削裝備總體保有量年均增長8%以上，考慮到一部分落后裝備的報廢，實際年均增長達10%以上。而中高檔軸承磨超裝備需求增速，在全球金融危機爆發之后的兩年，由于市場競爭的日趨激烈，加上工藝裝備自動化水平、生產效率、技術水平的不斷提高，軸承中檔磨超裝備逐步下移占領低端軸承裝備市場，軸承中高檔磨超裝備年均增長速度達15%左右。

根據《軸承行業經濟年報》數據，結合代表企業磨削機床擁有量與軸承產量、重量之間關系的分析、測算，2005年全行業共生產軸承60億套，軸承質量110萬噸，磨削機床擁有量為8.21萬臺，其中微型軸承(外徑<26 mm)磨削機床(臺式)擁有量為2.27萬臺，小型以上軸承(外徑>28 mm)磨削機床擁有量為5.94萬臺；在“十一五”期間，軸承專用設備效率、技術水平大幅提高，加上軸承企業管理水平的提升，到2010年，軸承行業共生產軸承150億套，軸承質量達到210萬噸。磨削機床生產效率年均提升5%，磨削機床擁有量達到12.28萬臺，其中微型軸承磨削機床擁有量3.4萬臺，較2009年增加了0.59萬臺，小型軸承以上磨床較2009年增加1.06萬臺。根據軸承行業“十二五”規劃，到2015年，軸承產量將達到280億套，質量365萬噸。軸承磨削機床擁有量將達到19.01萬臺，其中微型軸承磨削機床將達到5.11萬臺，5年將增加1.71萬臺，平均每年增加0.34萬臺；小型軸承以上磨床將達到13.9萬臺，5年將增加5.02萬臺，平均每年增加1萬多臺，中高檔磨削機床將占到磨削機床總量的50%。數據匯總見表1。

表1 數據匯總表

國際著名軸承公司SKF，Scheaffler，NSK，Timken，NTN，JTEKT，Nachi，NMB等則紛紛在我國投資建廠，且不斷擴大規模，并推行本土化戰略[2]。考慮到降低成本和國內軸承裝備制造技術日益成熟，其中高檔數控軸承設備也立足于本地化采購，按其投資力度及軸承行業固定資產投資中設備所占一般比例估算，在華外資軸承企業在下一階段將有不低于1 000臺的中高檔軸承設備需求。由于國內軸承加工設備水平的提高，在小型、中小型、中型及中大型軸承零件加工方面加工精度已接近或達到國際先進水平，價格只是同類進口產品的20%～30%；在配件供應和售后服務方面更是有先天的優勢；唯一的不足是受國內基礎件的質量影響，產品的穩定性和精度保持性與國外高端產品還存在較大的差距，但可通過及時的售后服務和廉價的配件供應加以彌補，因此，出口份額將不斷增加，預計今后5年，年出口量將達到150臺以上。

2010年，新增小型以上軸承套圈磨超設備約10 000臺，其中中高檔軸承設備達5 000臺以上。按照軸承行業通常的匹配比例，軸承套圈前磨設備(包括外圓無心磨床、雙端面磨床、端面研磨機床等)與后序磨超設備的比例一般在1∶8左右，達1 250臺左右。

3.2 滾動體磨削工藝裝備

國內的鋼球生產設備供應客戶群，除了國內主要鋼球生產企業以外，還包括日本椿中島、日本AKS、美國NN公司在我國組建的鋼球廠(為世界著名的軸承公司提供鋼球產品)，因此，高檔鋼球設備的需求量也會隨著軸承產量的增長而增加。據統計，“十一五”期間我國軸承產量年均增長20%以上，相應鋼球需求量也將大幅提升。據《我國鋼球加工工藝設備的發展》一文中介紹，2009年國內新增中高檔鋼球設備近1 000余臺套。2010年我國軸承產量較上年增長36.4%，由于鋼球作為下游產品對軸承行業需求的滯后性，2010年國內新增中高檔鋼球設備數量增長超過30%，達到1 300余臺套。今后幾年中高檔鋼球設備的增長幅度會略低于軸承產量的增幅，按年均增長10%計算，“十二五” 末，國內年新增中高檔鋼球設備將達到2 100臺左右[4]。隨著汽車輪轂、變速箱、機床主軸、鐵路客貨車軸箱、礦山冶金設備等行業滾子軸承用量的不斷擴大。高精度滾子的年需求增量超過20億粒。按每臺滾子磨削、超精研機床年產500萬粒計算，每年新增中高檔滾子加工設備將超過1 000臺。預期到2015年，全行業需新增滾動體高檔加工設備3 100臺以上，按每臺設備單價17萬元計算，中高檔滾動體設備市場規模約達5億元以上。

3.3 中高檔數控磨削工藝裝備“十二五”展望

“十一五”期間，國內軸承磨削裝備年增長10%以上，同期軸承產量年均增長18%以上；如果軸承行業“十二五”發展規劃得以實現，軸承產量年均增長13.3%。雖然低于“十一五” 期間的年均增幅，但未來5年由于產品結構優化調整，質和量同步增長，高附加值軸承產品在軸承營業額中所占的比例將會逐步增加；該類軸承由于規格較大或制造工藝復雜，且普遍為多品種、小批量生產，其單件生產節奏相對較慢，這將大大增加單位產能的機床使用量。因此“十二五”期間，我國軸承行業軸承磨削裝備年需求增長率不會低于“十一五”期間的增長水平，將達到10%左右，其中中高檔軸承裝備的需求量增速將達到20%以上，低檔軸承裝備會出現負增長。受我國軸承企業發展和跨國軸承公司向中國轉移產能的雙重影響，中高檔數控軸承設備已出現供不應求的局面，而且將持續相當長一段時間[1]。

由于微小型軸承和中大型軸承制造產業集中度迅速提高，家電軸承和汽車軸承需求持續快速增長，戰略性新興產業帶動中高檔軸承需求旺盛，持續帶動軸承裝備制造業快速發展。產業集中度將進一步提高，由3～5家技術實力優、開發能力強、設備品種全、制造基礎好的企業占領著國內70%以上中高端軸承裝備的市場。預計到“十二五” 末，中高端軸承裝備年新增需求將達到1.5萬臺左右，以每臺20萬元計算，其市場規模達30億元。其中，前磨設備約2 000臺/年，達4.8億。而一些小型軸承裝備制造企業，在綠色制造、節能減排方面找到了新的生存發展機遇，用新技術改造傳統設備，對目前行業有較大存量的手動、半自動設備進行數控化改造以及大修等，達到提高設備精度和效率，降低能耗，節約人工成本的目的。這部分中低端軸承裝備市場需求仍將維持一定規模，每年達5億元左右。

“十二五”是我國軸承裝備制造業的黃金時期，到2015年，我國軸承磨加工設備的市場容量預計將達到40億元的規模，其大致分布情況見表2。

表2 “十二五”軸承磨加工設備需求量預測

4 結束語

對裝備制造企業而言，要以提高成套技術和自動化生產線供貨能力為中心，努力培育系統的總成商、工程總承包商、整體技術解決方案和制造系統專家等。具體而言，就是企業要全面提升服務質量和范圍，把服務滲透到各個環節中，包括在技術咨詢、客戶培訓、物流工作、產品技術服務、協助客戶進行二次開發，最大限度滿足客戶的個性化需求。為軸承行業提供更為先進的中高檔數控軸承套圈和滾動體制造成套工藝裝備，成為我國軸承行業健康、快速發展的堅強后盾。