為國家重點工程提供關(guān)鍵制造裝備

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，抑或只是對某種坯料進(jìn)行精細(xì)化切割，都離不開機床。這種用來制造機器的機器被稱為工業(yè)的“母機”，隨著工業(yè)化進(jìn)程的發(fā)展，其控制方式實現(xiàn)了數(shù)字控制。可以說，數(shù)字機床是實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化的基石，其技術(shù)水平代表著一個國家的綜合競爭力。

為了夯實我國的工業(yè)之基，縮小我國數(shù)控機床領(lǐng)域與國際上的差距，2009年，我國正式啟動實施“高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備”國家科技重大專項。8年多來，專項取得了豐碩成果，新增產(chǎn)值約706億元，我國高端數(shù)控機床技術(shù)水平不斷提高，重點領(lǐng)域國產(chǎn)制造裝備生產(chǎn)制造支撐強勁有力，高檔數(shù)控機床實現(xiàn)了國產(chǎn)化突圍。

制造能力顯著提升

通過對進(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)計制造能力得到提升

“在一臺機床上，X軸的運動可以加工線條，加上Y軸可以加工面，有了Z軸可以加工一個立體的東西，但是這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。”機械科學(xué)研究總院院長王德成告訴筆者，“工業(yè)上往往要加工更為復(fù)雜的曲面，艦艇、飛機、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、高速、高精度的數(shù)控機床才能滿足加工要求。”

王德成所說的多軸聯(lián)動是數(shù)控機床中一項關(guān)鍵技術(shù)，它可以實現(xiàn)在一臺機床的多個坐標(biāo)軸上同時運動，刀具或工件可在數(shù)控系統(tǒng)控制下同時協(xié)調(diào)運動，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)動機床，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設(shè)備，許多廠商爭先恐后搶著使用僅有的一臺進(jìn)口機床。而對于航空航天企業(yè)而言，國外高檔數(shù)控機床不僅對我們限制進(jìn)口，即使進(jìn)口了，其數(shù)控系統(tǒng)也留有信息后門，對于國防安全是一個很大的隱患。”專項技術(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、汽車和工程機械等行業(yè)的迅猛發(fā)展，對大型、重型、復(fù)合、高精度高檔數(shù)控機床的需求急劇增加。改變高檔數(shù)控機床領(lǐng)域掣肘的現(xiàn)狀迫在眉睫。

對此，“高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備”國家科技重大專項重點對進(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產(chǎn)權(quán)的柔性制造系統(tǒng)核心技術(shù)。至“十二五”時期末，我國機床企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計制造能力得到顯著提升，高檔數(shù)控機床和裝備的國際競爭力不斷增強。

在高檔數(shù)控機床領(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和萬噸級鋁板張力拉伸機等重型鍛壓及數(shù)控沖壓設(shè)備的成功研制，填補了國內(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)用于新一代運載火箭、對接機構(gòu)、探月工程差動機構(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)濟效益和社會效益；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)勢顯著增強，對產(chǎn)品研發(fā)提供有力支撐

“高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備”國家科技重大專項實施以來，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多類重點產(chǎn)品達(dá)到國際先進(jìn)水平。其中，25米數(shù)控立柱移動立式銑車床是國家重大工程項目建設(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)等級均處于世界領(lǐng)先地位，機床規(guī)格、承載重量世界最大，代表了國家高檔數(shù)控重型機床最高水平。

最值得一提的是，我國機床行業(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。通過專項實施，推動國內(nèi)機床骨干企業(yè)聯(lián)合高校、用戶進(jìn)行開發(fā)，積極組織數(shù)控機床可靠性評定國家/行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的編制并在機床行業(yè)內(nèi)推廣應(yīng)用。機床主機平均無故障時間從專項實施前的400～500小時已普遍提升至1200小時左右，部分產(chǎn)品已達(dá)到國際先進(jìn)的2000小時。

盧秉恒介紹，專項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)勢顯著增強，對產(chǎn)品研發(fā)提供有力支撐，也對國家裝備制造業(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)動機床精度的S形試件標(biāo)準(zhǔn)已通過國際標(biāo)委會審定，成為我國在高檔數(shù)控機床設(shè)計、檢測領(lǐng)域的首項標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)了“零”的突破。

此外，專項實施8年多來，累計申請發(fā)明專利3956項，立項國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)407項，研發(fā)新產(chǎn)品、新技術(shù)2951項。在行業(yè)研究機構(gòu)、重點企業(yè)建設(shè)了18項創(chuàng)新能力平臺、部署了70個示范工程，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才5500余人。

國產(chǎn)“大腦”補齊短板

數(shù)控系統(tǒng)實現(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)控機床行業(yè)發(fā)展的瓶頸

數(shù)控系統(tǒng)是機床裝備的“大腦”，是決定數(shù)控機床功能、性能、可靠性、成本價格的關(guān)鍵因素，也是制約我國數(shù)控機床行業(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、伺服驅(qū)動等是制造裝備最重要的關(guān)鍵基礎(chǔ)部件。要實現(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、伺服電機等關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新。

為了補齊短板，“高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備”國家科技重大專項部署實行全產(chǎn)業(yè)鏈布局，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)部分技術(shù)的原創(chuàng)超越。企業(yè)掌握了數(shù)控系統(tǒng)的軟硬件平臺設(shè)計與批量生產(chǎn)技術(shù)，在多通道、多軸聯(lián)動、高速插補等關(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。

通過專項的支持，我國數(shù)控系統(tǒng)實現(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)、功能部件與主機產(chǎn)品配套研發(fā)，初步實現(xiàn)與高檔數(shù)控機床的批量配套。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)控機床專項支持研發(fā)的高檔數(shù)控系統(tǒng)已累計銷售1000余套，國內(nèi)市場占有率由專項啟動前的不足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多臺高檔數(shù)控機床配套，開始在航空航天重點企業(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，滾動功能部件在中高端數(shù)控機床市場占有率達(dá)20%，較2009年專項實施前提升4倍，品種滿足度為80%。”羅俊杰說。

盧秉恒表示，我國數(shù)控機床將聚焦航空航天、汽車兩大重點用戶領(lǐng)域，共性技術(shù)研究和重點領(lǐng)域工藝驗證并重，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)新能力平臺和示范工程建設(shè)，加強創(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，實現(xiàn)專項成果在重點領(lǐng)域規(guī)模化、成套化的示范應(yīng)用，為全面實施“中國制造2025”提供支撐。

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