中國為什麼製造數控機床

Ⅰ 數控機床有什麼發展趨勢

數控機床有什麼發展趨勢

中國力爭早日實現數控機床產品從低端到高端、從初級產品加工到高精尖產品製造的轉變，實現從中國製造到中國創造、從製造大國到製造強國的轉變。下面，我為大家講講數控機床有什麼發展趨勢，希望對大家有所幫助!

功能復合化

復合機床的含義是指在一台機床上實現或盡可能完成從毛坯至成品的多種要素加工。根據其結構特點可分為工藝復合型和工序復合型兩類。工藝復合型機床如鏜銑鑽復合——加工中心、車銑復合——車削中心、銑鏜鑽車復合——復合加工中心等;工序復合型機床如多面多軸聯動加工的復合機床和雙主軸車削中心等。採用復合機床進行加工，減少了工件裝卸、更換和調整刀具的輔助時間以及中間過程中產生的誤差，提高了零件加工精度，縮短了產品製造周期，提高了生產效率和製造商的市場反應能力，相對於傳統的工序分散的生產方法具有明顯的優勢。

加工過程的復合化也導致了機床向模塊化、多軸化發展。德國Index公司最新推出的車削加工中心是模塊化結構，該加工中心能夠完成車削、銑削、鑽削、滾齒、磨削、激光熱處理等多種工序，可完成復雜零件的全部加工。隨著現代機械加工要求的不斷提高，大量的多軸聯動數控機床越來越受到各大企業的歡迎。在2005年中國國際機床展覽會(CIMT2005)上，國內外製造商展出了形式各異的多軸加工機床(包括雙主軸、雙刀架、9軸控制等)以及可實現4～5軸聯動的五軸高速門式加工中心、五軸聯動高速銑削中心等。

控制智能化

隨著人工智慧技術的發展，為了滿足製造業生產柔性化、製造自動化的發展需求，數控機床的智能化程度在不斷提高。具體體現在以下幾個方面：

(1)加工過程自適應控制技術：通過監測加工過程中的切削力、主軸和進給電機的功率、電流、電壓等信息，利用傳統的或現代的演算法進行識別，以辯識出刀具的受力、磨損、破損狀態及機床加工的穩定性狀態，並根據這些狀態實時調整加工參數(主軸轉速、進給速度)和加工指令，使設備處於最佳運行狀態，以提高加工精度、降低加工表面粗糙度並提高設備運行的安全性;

(2)加工參數的智能優化與選擇：將工藝專家或技師的經驗、零件加工的一般與特殊規律，用現代智能方法，構造基於專家系統或基於模型的「加工參數的智能優化與選擇器」，利用它獲得優化的加工參數，從而達到提高編程效率和加工工藝水平、縮短生產准備時間的目的;

(3)智能故障自診斷與自修復技術：根據已有的故障信息，應用現代智能方法實現故障的快速准確定位;

(4)智能故障回放和故障模擬技術：能夠完整記錄系統的各種信息，對數控機床發生的各種錯誤和事故進行回放和模擬，用以確定錯誤引起的原因，找出解決問題的辦法，積累生產經驗;

(5)智能化交流伺服驅動裝置：能自動識別負載，並自動調整參數的智能化伺服系統，包括智能主軸交流驅動裝置和智能化進給伺服裝置。這種驅動裝置能自動識別電機及負載的轉動慣量，並自動對控制系統參數進行優化和調整，使驅動系統獲得最佳運行;

(6)智能4M數控系統：在製造過程中，加工、檢測一體化是實現快速製造、快速檢測和快速響應的有效途徑，將測量(Measurement)、建模(Modelling)、加工(Manufacturing)、機器操作(Manipulator)四者(即4M)融合在一個系統中，實現信息共享，促進測量、建模、加工、裝夾、操作的一體化。

高速化

隨著汽車、國防、航空、航天等工業的高速發展以及鋁合金等新材料的應用，對數控機床加工的高速化要求越來越高。

(1)主軸轉速：機床採用電主軸(內裝式主軸電機)，主軸最高轉速達200000r/min;

(2)進給率：在解析度為0.01μm時，最大進給率達到240m/min且可獲得復雜型面的精確加工;

(3)運算速度：微處理器的迅速發展為數控系統向高速、高精度方向發展提供了保障，開發出CPU已發展到32位以及64位的數控系統，頻率提高到幾百兆赫、上千兆赫。由於運算速度的極大提高，使得當解析度為0.1μm、0.01μm時仍能獲得高達24～240m/min的進給速度;

(4)換刀速度：目前國外先進加工中心的刀具交換時間普遍已在1s左右，高的已達0.5s。德國Chiron公司將刀庫設計成籃子樣式，以主軸為軸心，刀具在圓周布置，其刀到刀的換刀時間僅0.9s。

高精度化

數控機床精度的要求現在已經不局限於靜態的幾何精度，機床的運動精度、熱變形以及對振動的監測和補償越來越獲得重視。

(1)提高CNC系統控制精度：採用高速插補技術，以微小程序段實現連續進給，使CNC控制單位精細化，並採用高解析度位置檢測裝置，提高位置檢測精度(日本已開發裝有106脈沖/轉的內藏位置檢測器的交流伺服電機，其位置檢測精度可達到0.01μm/脈沖)，位置伺服系統採用前饋控制與非線性控制等方法;

(2)採用誤差補償技術：採用反向間隙補償、絲桿螺距誤差補償和刀具誤差補償等技術，對設備的熱變形誤差和空間誤差進行綜合補償。研究結果表明，綜合誤差補償技術的應用可將加工誤差減少60%～80%;

(3)採用網格檢查和提高加工中心的運動軌跡精度，並通過模擬預測機床的加工精度，以保證機床的定位精度和重復定位精度，使其性能長期穩定，能夠在不同運行條件下完成多種加工任務，並保證零件的加工質量。

德體系開放化

(1)向未來技術開放：由於軟硬體介面都遵循公認的標准協議，只需少量的重新設計和調整，新一代的通用軟硬體資源就可能被現有系統所採納、吸收和兼容，這就意味著系統的開發費用將大大降低而系統性能與可靠性將不斷改善並處於長生命周期;

(2)向用戶特殊要求開放：更新產品、擴充功能、提供硬軟體產品的各種組合以滿足特殊應用要求;

(3)數控標準的建立：國際上正在研究和制定一種新的CNC系統標准ISO14649(STEP-NC)，以提供一種不依賴於具體系統的中性機制，能夠描述產品整個生命周期內的統一數據模型，從而實現整個製造過程乃至各個工業領域產品信息的標准化。標准化的編程語言，既方便用戶使用，又降低了和操作效率直接有關的勞動消耗。

加工過程綠色化

隨著日趨嚴格的環境與資源約束，製造加工的綠色化越來越重要，而中國的資源、環境問題尤為突出。因此，近年來不用或少用冷卻液、實現干切削、半干切削節能環保的機床不斷出現，並在不斷發展當中。在21世紀，綠色製造的大趨勢將使各種節能環保機床加速發展，佔領更多的世界市場。

多媒體技術的應用

多媒體技術集計算機、聲像和通信技術於一體，使計算機具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力，因此也對用戶界面提出了圖形化的要求。合理的人性化的用戶界面極大地方便了非專業用戶的使用，人們可以通過窗口和菜單進行操作，便於藍圖編程和快速編程、三維彩色立體動態圖形顯示、圖形模擬、圖形動態跟蹤和模擬、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實現。

除此以外，在數控技術領域應用多媒體技術可以做到信息處理綜合化、智能化，應用於實時監控系統和生產現場設備的故障診斷、生產過程參數監測等，因此有著重大的應用價值。

國產數控機床缺乏核心技術，從高性能數控系統到關鍵功能部件基本都依賴進口，即使近幾年有些國內製造商艱難地創出了自己的品牌，但其產品的功能、性能的可靠性仍然與國外產品有一定差距。近幾年國產數控機床製造商通過技術引進、海內外並購重組以及國外采購等獲得了一些先進數控技術，但缺乏對機床結構與精度、可靠性、人性化設計等基礎性技術的研究，忽視了自主開發能力的培育，國產數控機床的技術水平、性能和質量與國外還有較大差距，同樣難以得到大多數用戶的認可。

一些國產數控機床製造商不夠重視整體工藝與製造水平的提高，加工手段基本以普通機床與低效刀具為主，裝配調試完全靠手工，加工質量在生產進度的緊逼下不能得到穩定與提高。另外很多國產數控機床製造商的生產管理依然沿用原始的手工台賬管理方式，工藝水平和管理效率低下使得企業無法形成足夠生產規模。如國外機床製造商能做到每周裝調出產品，而國內的生產周期過長且很難控制。因此我們在引進技術的同時應注意加強自身工藝技術改造和管理水平的提升。

由於數控機床產業發展迅速，一部分企業不顧長遠利益，對提高自身的綜合服務水平不夠重視，甚至對服務缺乏真正的理解，只注重推銷而不注重售前與售後服務。有些企業派出的人員對生產的數控機床缺乏足夠了解，不會使用或使用不好數控機床，更不能指導用戶使用好機床;有的對先進高效刀具缺乏基本了解，不能提供較好的工藝解決方案，用戶自然對製造商缺乏信心。

製造商的服務應從研究用戶的加工產品、工藝、生產類型、質量要求入手，幫助用戶進行設備選型，推薦先進工藝與工輔具，配備專業的培訓人員和良好的培訓環境，幫助用戶發揮機床的最大效益、加工出高質量的最終產品，這樣才能逐步得到用戶的認同，提高國產數控機床的市場佔有率。

驅動並聯化

並聯運動機床克服了傳統機床串聯機構移動部件質量大、系統剛度低、刀具只能沿固定導軌進給、作業自由度偏低、設備加工靈活性和機動性不夠等固有缺陷，在機床主軸(一般為動平台)與機座(一般為靜平台)之間採用多桿並聯聯接機構驅動，通過控制桿系中桿的長度使桿系支撐的平台獲得相應自由度的運動，可實現多坐標聯動數控加工、裝配和測量多種功能，更能滿足復雜特種零件的加工，具有現代機器人的模塊化程度高、重量輕和速度快等優點。

並聯機床作為一種新型的加工設備，已成為當前機床技術的一個重要研究方向，受到了國際機床行業的高度重視，被認為是「自發明數控技術以來在機床行業中最有意義的進步」和「21世紀新一代數控加工設備」。

極端化(大型化和微型化)

國防、航空、航天事業的發展和能源等基礎產業裝備的大型化需要大型且性能良好的數控機床的支撐。而超精密加工技術和微納米技術是21世紀的`戰略技術，需發展能適應微小型尺寸和微納米加工精度的新型製造工藝和裝備，所以微型機床包括微切削加工(車、銑、磨)機床、微電加工機床、微激光加工機床和微型壓力機等的需求量正在逐漸增大。

信息交互網路化

對於面臨激烈競爭的企業來說，使數控機床具有雙向、高速的聯網通訊功能，以保證信息流在車間各個部門間暢通無阻是非常重要的。既可以實現網路資源共享，又能實現數控機床的遠程監視、控制、培訓、教學、管理，還可實現數控裝備的數字化服務(數控機床故障的遠程診斷、維護等)。

例如，日本Mazak公司推出新一代的加工中心配備了一個稱為信息塔(e-Tower)的外部設備，包括計算機、手機、機外和機內攝像頭等，能夠實現語音、圖形、視像和文本的通信故障報警顯示、在線幫助排除故障等功能，是獨立的、自主管理的製造單元。

新型功能部件

為了提高數控機床各方面的性能，具有高精度和高可靠性的新型功能部件的應用成為必然。具有代表性的新型功能部件包括：

(1)高頻電主軸：高頻電主軸是高頻電動機與主軸部件的集成，具有體積小、轉速高、可無級調速等一系列優點，在各種新型數控機床中已經獲得廣泛的應用;

(2)直線電動機：近年來，直線電動機的應用日益廣泛，雖然其價格高於傳統的伺服系統，但由於負載變化擾動、熱變形補償、隔磁和防護等關鍵技術的應用，機械傳動結構得到簡化，機床的動態性能有了提高。如：西門子公司生產的1FN1系列三相交流永磁式同步直線電動機已開始廣泛應用於高速銑床、加工中心、磨床、並聯機床以及動態性能和運動精度要求高的機床等;德國EX-CELL-O公司的XHC卧式加工中心三向驅動均採用兩個直線電動機;

(3)電滾珠絲桿：電滾珠絲桿是伺服電動機與滾珠絲桿的集成，可以大大簡化數控機床的結構，具有傳動環節少、結構緊湊等一系列優點。

高可靠性

數控機床與傳統機床相比，增加了數控系統和相應的監控裝置等，應用了大量的電氣、液壓和機電裝置，易於導致出現失效的概率增大;工業電網電壓的波動和干擾對數控機床的可靠性極為不利，而數控機床加工的零件型面較為復雜，加工周期長，要求平均無故障時間在2萬小時以上。為了保證數控機床有高的可靠性，就要精心設計系統、嚴格製造和明確可靠性目標以及通過維修分析故障模式並找出薄弱環節。

國外數控系統平均無故障時間在7～10萬小時以上，國產數控系統平均無故障時間僅為10000小時左右，國外整機平均無故障工作時間達800小時以上，而國內最高只有300小時。

數控機床發展前景

近年來，我國的數控機床無論從產品種類、技術水平、質量和產量上都取得高速發展，在一些關鍵技術方面也已取得重大突破。自從我國數控機床的技術發展到了成熟期以後，各個領域都開始了對於數控機床的廣泛關注。然而，與快速發展的數控機床行業相比，我國從事數控機床行業的技能人才始終供不應求，據權威部門統計，當前我國製造業十大重點領域對人才需求量較大，預計到2020年，高檔數控機床和機器人領域人才缺口為300萬人。

如今，製造業對數控機床人才的需求大大增加，就業待遇優厚。很多企業反映，數控機床人才「一將難求」，因為搶手，數控機床人才的身價持續上漲，月收入都在1.5萬元以上。據我了解，河北省邯鄲市曲周縣職教中心已經把數控機床專業作為重點發展專業，勢必做強做大該專業，為中國製造輸送一批批技能人才。

當下，數控機床作為工業4.0重要發展領域，已經成為主要工業國家重點競爭領域。中國數控機床產業在國家戰略的支持下，近年來呈現出快速發展態勢，技術追趕勢頭不可阻擋。在新一輪產業發展周期中，中國有望通過加大技術研發實現數控機床產業的彎道超車。因此，在產業發展大好的優勢下，數控機床人才的就業前景將是一片光明。

高檔數控機床發展前景

當前機床行業下游用戶需求結構出現高端化發展態勢，多個行業都將進行大范圍、深層次的結構調整和升級改造，對於高質量、高技術水平機床產品需求迫切，總體上來說，中高檔數控機床市場需求上升較快，用戶需要更多高速、高精度、復合、柔性、多軸聯動、智能、高剛度、大功率的數控機床，發展前景廣闊。例如，汽車行業表現出生產大批量、多品種、車型更新快的發展趨勢，新能源汽車發展加速，從而要求加工設備朝著精密、高效、智能化方向不斷發展。在航空航天產業領域，隨著民用飛機需求量的劇增以及軍用飛機的跨代發展，新一代飛機朝著輕質化、高可靠性、長壽命、高隱身性、多構型、快速響應及低成本製造等方向發展，新一代技術急切需要更先進的加工裝備來承載，航空製造裝備朝著自動化、柔性化、數字化和智能化等方向發展。例如，在「兩機專項」致力於突破的飛機發動機製造中，發動機葉片、整機機匣和葉盤等典型零件逐漸向尺寸大型化、型面復雜化、結構輕量化和製造精密化發展，尤其是高強度的高溫耐熱合金等新型輕質材料的大量應用，這些整體結構件的幾何構型復雜且難加工，對大扭矩、高精度數控機床提出新的更高要求。燃氣輪機的大型結構件和大型設備異地維修所需的便攜性或可移動式多軸聯動數控裝備，這種用無固定基座、可重構拼組的小機床加工大型工件的加工方式對新型數控裝備的結構設計、工藝規格和高能效加工技術提出更大挑戰。

數控機床專業就業方向

我國製造企業已普遍運用先進的數控技術，隨之而來的是對數控人才的大量需求。 數控就業前景美妙在興旺國度中，數控機床曾經大量普遍運用。我國製造業與國際先進工業國度相比存在著很大的差距，機床數控化率還不到2%關於目前我國現有的有限數量的數控機床(大局部為進口產品)也未能充沛應用。原因是多方面的，數控就業人才的匾乏無疑是主要緣由之一、由於數控技術是最典型的、應用最普遍的機電光一體化綜合技術，我國迫切需求大量的從研討開發到運用維修的各個層次的數控技術人才。

一、數控就業的人才需求主要集中在以下的企業和地域：

1、國有大中型企業，特別是目前經濟效益較好的軍工企業和國度嚴重配備製造企業。軍工製造業是我國數控技術的主要應用對象. 有很大的數控就業空間。杭州發電設備廠用6000元月薪招不到數控技術工。

2、隨著民營經濟的飛速開展，我國沿海經濟興旺地域(如廣東，浙江、江蘇、山東)，數控就業人才更是供不應求，主要集中在模具製造企業和汽車零部件製造企業。具有數控學問的模具技工的年薪已開到了30萬元，超越了「博士」。

二、數控人才的學問構造—數控就業技藝需求：

另一個來源就是從企業現有員工中選擇人員參與不同層次的數控技術中、短期培訓，以順應企業對數控人才的急需。這些人員普通具有企業所需的工藝背景、比擬豐厚的理論經歷，但是他們大局部是傳統的機類或電類專業的各級畢業生，學問面較窄，特別是對計算機應用技術和計算機數控系統不太理解。

就業方向

在工業企業，從事數控程序編制、數控設備的使用、維護與技術管理，數控設備銷售與售後服務等工作。數控技術專業在主要面向機械、模具、電子、電氣、輕工等行業，可從事產品設計與加工、數控編程、數控機床操作、數控常用CAM軟體多軸加工、數控設備調試與維修等相關工作。數控技術應用專業的畢業生分配單位的性質分布如下：三資企業佔58%，國有企業佔26%，民營企業佔9%，其他佔5%。數控技術應用專業的畢業生所從事的工作性質分布如下：操作佔55.7%，編程佔13.4%，維修佔9.4%，工藝佔8.0%，生產管理佔7.1%，質量檢測佔4.5%，綜合佔1.2%，營銷佔1.7%，行政管理佔1.4%，其他佔5.5%。

就業前景

數控技術專業是一種集機、電、液、光、計算機、自動控制技術為一體的知識密集型技術,它是製造業實現現代化、柔性化、集成化生產的基礎,同時也是提高產品質量,提高生產率必不可少的物質手段。日本、美國、德國等工業發達國家採用數控技術所獲取經濟效益大致為：操作人員減少50%,成本降低60%,機床利用率達60%--80%,機床台數減少50%,生產面積減少40%。世界製造業由於數控技術的廣泛應用,普通機械逐漸被高效率、高精度的數控設備所替代。數控技術在機械製造業的廣泛應用,已成為國民經濟發展的強大動力。加入世貿組織後,隨著經濟的快速發展,中國正逐步成為「世界製造中心」,數控化率已成為衡量一個國家或企業製造技術水平和經濟實力的重要指標之一(數控化率：設備擁有量中數控設備所佔的比例)。目前我國機床的數控化率僅為1.9%,而日本高達30%,美國超過了40%。在發達國家數控機床已經普遍大量使用,而我國數控技術應用推廣同發達國家相比差距很大。我國數年內將增加40-50萬台數控機床,相應需要60-80萬數控專業技術人才。

Ⅱ 我國的高端機床製造技術與德國日本究竟有著怎樣的差別

如果說製造業是國家的基礎和命脈，那機床則是製造業的重中之重。沒有機床，就沒有電掣風馳的高鐵；沒有機床，就沒有鷹擊長空的戰斗機；沒有機床，就沒有飄洋遠行的航母。

這十八家企業默默支撐著我國當時整個裝備製造業乃至工業的發展，到1965年底，這些企業累計掌握的高精度精密機床品種達26種。

到了改革開放以後，先進的技術和機床流入中國，受外來技術的沖擊，原本落後的機床技術已經不能滿足生產需要。十八家企業經歷了破產、兼並、重組，外資企業在中國建廠，民營機床企業也正式進入市場。

事實上，雖然這些機床產業發達的國家在中國賺的盆滿缽滿，但是真正的核心技術卻一直禁止出口到中國。比如用於加工哈勃太空望遠鏡鏡面的超精密機床，1990年已經製造出來，而這種機床對於加工航空發動機葉面卓卓有餘，然而20年後的今天，中國企業還在苦苦探索。

再比如控制器，控制器是數控機床的核心，相當於電腦的CPU，是製造數控機床的關鍵技術。然而目前，以日本FANUC和德國SIEMENS為首的控制器巨頭的產品壟斷市場80%以上，高端產品不僅壟斷，而且限制中國進口。日本人稱「沒有日本的機床，中國的汽車產業將寸步難行。中國對日本的依賴只會越來越加強而不會越來越削弱。這就意味著「日本越來越有能力控制中國」。這些話雖然有些狂妄，但中國在工業產生領域的弱項卻是事實。

這些國家還有一些慣用套路，在中國還生產不出五軸機床的時候，只在中國賣三軸機床，當中國研發出五軸機床的時候，他們的五軸機床立刻在中國傾銷。這樣一來既禁止了高端機床技術進入中國，又阻礙了中國機床企業的發展。

二、

可以說，中國機床企業一直在夾縫中生存。不僅高端機床和技術被限制進口，而且市場也在被外來企業不斷蠶食中。

中國的高端機床市場，一直被日本的FANUC、MAZAK、大隈、牧野，德國的DMG、哈默，美國的哈斯這樣的國際一線機械生產企業憑借著頂級的技術和一流的品質牢牢把控；而在中低端市場，台灣地區的麗馳、友嘉、東台、台中精機等又成為大陸企業最強的對手。

大量的國產企業因為缺少技術只能淪為最低端機床的生產商，機床價格低廉、品質規范化管理方面差、故障率高，甚至有一些企業只是代裝組裝機床，用戶自行購買光機、數控系統、絲桿、刀庫等部件。

而這些問題的出現正是因為雖然我們的機床產業發展迅速，但是在核心技術上仍然受制於人，只能憑借著相對低廉的價格來吸引用戶。比如數控系統，我國高端機床的數控系統大部分來自於日本FANUC、德國西門子、德國海德漢等企業。雖然我國也有華中數控、廣州數控等企業研發國產數控系統，但實用性、可靠性、兼容性以及穩定性等方面始終有所差距。

而在基礎材料科學、工藝、設計上的差距，則使國產機床的絲杠、導軌、伺服電機、力矩電機、電主軸、編碼器，這些主要功能部件大部分還主要依賴於國外產品。以絲杠為例，雖然我國是世界上最大的鋼產國，但是在基礎材料科學上的差距，國內根本生產不出製作優秀絲杠的鋼材。

「高端機床製造技術，我們與德國、日本的差距有15到20年。」一位知名國產機床企業的負責人曾說道，「和國外設備比，國產機床在穩定性、可靠性、效率等方面差距明顯。國外機床可以24小時不停機，國產設備不行；國外機床1秒可以加工1個零件，國產設備可能要1.5秒。雖然近幾年國內企業也開始做高端機床的集成，但核心技術如數控系統主要還掌握在德國、日本等少數企業手裡。」