中国为什么制造数控机床

Ⅰ 数控机床有什么发展趋势

数控机床有什么发展趋势

中国力争早日实现数控机床产品从低端到高端、从初级产品加工到高精尖产品制造的转变，实现从中国制造到中国创造、从制造大国到制造强国的转变。下面，我为大家讲讲数控机床有什么发展趋势，希望对大家有所帮助!

功能复合化

复合机床的含义是指在一台机床上实现或尽可能完成从毛坯至成品的多种要素加工。根据其结构特点可分为工艺复合型和工序复合型两类。工艺复合型机床如镗铣钻复合——加工中心、车铣复合——车削中心、铣镗钻车复合——复合加工中心等;工序复合型机床如多面多轴联动加工的复合机床和双主轴车削中心等。采用复合机床进行加工，减少了工件装卸、更换和调整刀具的辅助时间以及中间过程中产生的误差，提高了零件加工精度，缩短了产品制造周期，提高了生产效率和制造商的市场反应能力，相对于传统的工序分散的生产方法具有明显的优势。

加工过程的复合化也导致了机床向模块化、多轴化发展。德国Index公司最新推出的车削加工中心是模块化结构，该加工中心能够完成车削、铣削、钻削、滚齿、磨削、激光热处理等多种工序，可完成复杂零件的全部加工。随着现代机械加工要求的不断提高，大量的多轴联动数控机床越来越受到各大企业的欢迎。在2005年中国国际机床展览会(CIMT2005)上，国内外制造商展出了形式各异的多轴加工机床(包括双主轴、双刀架、9轴控制等)以及可实现4～5轴联动的五轴高速门式加工中心、五轴联动高速铣削中心等。

控制智能化

随着人工智能技术的发展，为了满足制造业生产柔性化、制造自动化的发展需求，数控机床的智能化程度在不断提高。具体体现在以下几个方面：

(1)加工过程自适应控制技术：通过监测加工过程中的切削力、主轴和进给电机的功率、电流、电压等信息，利用传统的或现代的算法进行识别，以辩识出刀具的受力、磨损、破损状态及机床加工的稳定性状态，并根据这些状态实时调整加工参数(主轴转速、进给速度)和加工指令，使设备处于最佳运行状态，以提高加工精度、降低加工表面粗糙度并提高设备运行的安全性;

(2)加工参数的智能优化与选择：将工艺专家或技师的经验、零件加工的一般与特殊规律，用现代智能方法，构造基于专家系统或基于模型的“加工参数的智能优化与选择器”，利用它获得优化的加工参数，从而达到提高编程效率和加工工艺水平、缩短生产准备时间的目的;

(3)智能故障自诊断与自修复技术：根据已有的故障信息，应用现代智能方法实现故障的快速准确定位;

(4)智能故障回放和故障仿真技术：能够完整记录系统的各种信息，对数控机床发生的各种错误和事故进行回放和仿真，用以确定错误引起的原因，找出解决问题的办法，积累生产经验;

(5)智能化交流伺服驱动装置：能自动识别负载，并自动调整参数的智能化伺服系统，包括智能主轴交流驱动装置和智能化进给伺服装置。这种驱动装置能自动识别电机及负载的转动惯量，并自动对控制系统参数进行优化和调整，使驱动系统获得最佳运行;

(6)智能4M数控系统：在制造过程中，加工、检测一体化是实现快速制造、快速检测和快速响应的有效途径，将测量(Measurement)、建模(Modelling)、加工(Manufacturing)、机器操作(Manipulator)四者(即4M)融合在一个系统中，实现信息共享，促进测量、建模、加工、装夹、操作的一体化。

高速化

随着汽车、国防、航空、航天等工业的高速发展以及铝合金等新材料的应用，对数控机床加工的高速化要求越来越高。

(1)主轴转速：机床采用电主轴(内装式主轴电机)，主轴最高转速达200000r/min;

(2)进给率：在分辨率为0.01μm时，最大进给率达到240m/min且可获得复杂型面的精确加工;

(3)运算速度：微处理器的迅速发展为数控系统向高速、高精度方向发展提供了保障，开发出CPU已发展到32位以及64位的数控系统，频率提高到几百兆赫、上千兆赫。由于运算速度的极大提高，使得当分辨率为0.1μm、0.01μm时仍能获得高达24～240m/min的进给速度;

(4)换刀速度：目前国外先进加工中心的刀具交换时间普遍已在1s左右，高的已达0.5s。德国Chiron公司将刀库设计成篮子样式，以主轴为轴心，刀具在圆周布置，其刀到刀的换刀时间仅0.9s。

高精度化

数控机床精度的要求现在已经不局限于静态的几何精度，机床的运动精度、热变形以及对振动的监测和补偿越来越获得重视。

(1)提高CNC系统控制精度：采用高速插补技术，以微小程序段实现连续进给，使CNC控制单位精细化，并采用高分辨率位置检测装置，提高位置检测精度(日本已开发装有106脉冲/转的内藏位置检测器的交流伺服电机，其位置检测精度可达到0.01μm/脉冲)，位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制等方法;

(2)采用误差补偿技术：采用反向间隙补偿、丝杆螺距误差补偿和刀具误差补偿等技术，对设备的热变形误差和空间误差进行综合补偿。研究结果表明，综合误差补偿技术的应用可将加工误差减少60%～80%;

(3)采用网格检查和提高加工中心的运动轨迹精度，并通过仿真预测机床的加工精度，以保证机床的定位精度和重复定位精度，使其性能长期稳定，能够在不同运行条件下完成多种加工任务，并保证零件的加工质量。

德体系开放化

(1)向未来技术开放：由于软硬件接口都遵循公认的标准协议，只需少量的重新设计和调整，新一代的通用软硬件资源就可能被现有系统所采纳、吸收和兼容，这就意味着系统的开发费用将大大降低而系统性能与可靠性将不断改善并处于长生命周期;

(2)向用户特殊要求开放：更新产品、扩充功能、提供硬软件产品的各种组合以满足特殊应用要求;

(3)数控标准的建立：国际上正在研究和制定一种新的CNC系统标准ISO14649(STEP-NC)，以提供一种不依赖于具体系统的中性机制，能够描述产品整个生命周期内的统一数据模型，从而实现整个制造过程乃至各个工业领域产品信息的标准化。标准化的编程语言，既方便用户使用，又降低了和操作效率直接有关的劳动消耗。

加工过程绿色化

随着日趋严格的环境与资源约束，制造加工的绿色化越来越重要，而中国的资源、环境问题尤为突出。因此，近年来不用或少用冷却液、实现干切削、半干切削节能环保的机床不断出现，并在不断发展当中。在21世纪，绿色制造的大趋势将使各种节能环保机床加速发展，占领更多的世界市场。

多媒体技术的应用

多媒体技术集计算机、声像和通信技术于一体，使计算机具有综合处理声音、文字、图像和视频信息的能力，因此也对用户界面提出了图形化的要求。合理的人性化的用户界面极大地方便了非专业用户的使用，人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。

除此以外，在数控技术领域应用多媒体技术可以做到信息处理综合化、智能化，应用于实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、生产过程参数监测等，因此有着重大的应用价值。

国产数控机床缺乏核心技术，从高性能数控系统到关键功能部件基本都依赖进口，即使近几年有些国内制造商艰难地创出了自己的品牌，但其产品的功能、性能的可靠性仍然与国外产品有一定差距。近几年国产数控机床制造商通过技术引进、海内外并购重组以及国外采购等获得了一些先进数控技术，但缺乏对机床结构与精度、可靠性、人性化设计等基础性技术的研究，忽视了自主开发能力的培育，国产数控机床的技术水平、性能和质量与国外还有较大差距，同样难以得到大多数用户的认可。

一些国产数控机床制造商不够重视整体工艺与制造水平的提高，加工手段基本以普通机床与低效刀具为主，装配调试完全靠手工，加工质量在生产进度的紧逼下不能得到稳定与提高。另外很多国产数控机床制造商的生产管理依然沿用原始的手工台账管理方式，工艺水平和管理效率低下使得企业无法形成足够生产规模。如国外机床制造商能做到每周装调出产品，而国内的生产周期过长且很难控制。因此我们在引进技术的同时应注意加强自身工艺技术改造和管理水平的提升。

由于数控机床产业发展迅速，一部分企业不顾长远利益，对提高自身的综合服务水平不够重视，甚至对服务缺乏真正的理解，只注重推销而不注重售前与售后服务。有些企业派出的人员对生产的数控机床缺乏足够了解，不会使用或使用不好数控机床，更不能指导用户使用好机床;有的对先进高效刀具缺乏基本了解，不能提供较好的工艺解决方案，用户自然对制造商缺乏信心。

制造商的服务应从研究用户的加工产品、工艺、生产类型、质量要求入手，帮助用户进行设备选型，推荐先进工艺与工辅具，配备专业的培训人员和良好的培训环境，帮助用户发挥机床的最大效益、加工出高质量的最终产品，这样才能逐步得到用户的认同，提高国产数控机床的市场占有率。

驱动并联化

并联运动机床克服了传统机床串联机构移动部件质量大、系统刚度低、刀具只能沿固定导轨进给、作业自由度偏低、设备加工灵活性和机动性不够等固有缺陷，在机床主轴(一般为动平台)与机座(一般为静平台)之间采用多杆并联联接机构驱动，通过控制杆系中杆的长度使杆系支撑的平台获得相应自由度的运动，可实现多坐标联动数控加工、装配和测量多种功能，更能满足复杂特种零件的加工，具有现代机器人的模块化程度高、重量轻和速度快等优点。

并联机床作为一种新型的加工设备，已成为当前机床技术的一个重要研究方向，受到了国际机床行业的高度重视，被认为是“自发明数控技术以来在机床行业中最有意义的进步”和“21世纪新一代数控加工设备”。

极端化(大型化和微型化)

国防、航空、航天事业的发展和能源等基础产业装备的大型化需要大型且性能良好的数控机床的支撑。而超精密加工技术和微纳米技术是21世纪的`战略技术，需发展能适应微小型尺寸和微纳米加工精度的新型制造工艺和装备，所以微型机床包括微切削加工(车、铣、磨)机床、微电加工机床、微激光加工机床和微型压力机等的需求量正在逐渐增大。

信息交互网络化

对于面临激烈竞争的企业来说，使数控机床具有双向、高速的联网通讯功能，以保证信息流在车间各个部门间畅通无阻是非常重要的。既可以实现网络资源共享，又能实现数控机床的远程监视、控制、培训、教学、管理，还可实现数控装备的数字化服务(数控机床故障的远程诊断、维护等)。

例如，日本Mazak公司推出新一代的加工中心配备了一个称为信息塔(e-Tower)的外部设备，包括计算机、手机、机外和机内摄像头等，能够实现语音、图形、视像和文本的通信故障报警显示、在线帮助排除故障等功能，是独立的、自主管理的制造单元。

新型功能部件

为了提高数控机床各方面的性能，具有高精度和高可靠性的新型功能部件的应用成为必然。具有代表性的新型功能部件包括：

(1)高频电主轴：高频电主轴是高频电动机与主轴部件的集成，具有体积小、转速高、可无级调速等一系列优点，在各种新型数控机床中已经获得广泛的应用;

(2)直线电动机：近年来，直线电动机的应用日益广泛，虽然其价格高于传统的伺服系统，但由于负载变化扰动、热变形补偿、隔磁和防护等关键技术的应用，机械传动结构得到简化，机床的动态性能有了提高。如：西门子公司生产的1FN1系列三相交流永磁式同步直线电动机已开始广泛应用于高速铣床、加工中心、磨床、并联机床以及动态性能和运动精度要求高的机床等;德国EX-CELL-O公司的XHC卧式加工中心三向驱动均采用两个直线电动机;

(3)电滚珠丝杆：电滚珠丝杆是伺服电动机与滚珠丝杆的集成，可以大大简化数控机床的结构，具有传动环节少、结构紧凑等一系列优点。

高可靠性

数控机床与传统机床相比，增加了数控系统和相应的监控装置等，应用了大量的电气、液压和机电装置，易于导致出现失效的概率增大;工业电网电压的波动和干扰对数控机床的可靠性极为不利，而数控机床加工的零件型面较为复杂，加工周期长，要求平均无故障时间在2万小时以上。为了保证数控机床有高的可靠性，就要精心设计系统、严格制造和明确可靠性目标以及通过维修分析故障模式并找出薄弱环节。

国外数控系统平均无故障时间在7～10万小时以上，国产数控系统平均无故障时间仅为10000小时左右，国外整机平均无故障工作时间达800小时以上，而国内最高只有300小时。

数控机床发展前景

近年来，我国的数控机床无论从产品种类、技术水平、质量和产量上都取得高速发展，在一些关键技术方面也已取得重大突破。自从我国数控机床的技术发展到了成熟期以后，各个领域都开始了对于数控机床的广泛关注。然而，与快速发展的数控机床行业相比，我国从事数控机床行业的技能人才始终供不应求，据权威部门统计，当前我国制造业十大重点领域对人才需求量较大，预计到2020年，高档数控机床和机器人领域人才缺口为300万人。

如今，制造业对数控机床人才的需求大大增加，就业待遇优厚。很多企业反映，数控机床人才“一将难求”，因为抢手，数控机床人才的身价持续上涨，月收入都在1.5万元以上。据我了解，河北省邯郸市曲周县职教中心已经把数控机床专业作为重点发展专业，势必做强做大该专业，为中国制造输送一批批技能人才。

当下，数控机床作为工业4.0重要发展领域，已经成为主要工业国家重点竞争领域。中国数控机床产业在国家战略的支持下，近年来呈现出快速发展态势，技术追赶势头不可阻挡。在新一轮产业发展周期中，中国有望通过加大技术研发实现数控机床产业的弯道超车。因此，在产业发展大好的优势下，数控机床人才的就业前景将是一片光明。

高档数控机床发展前景

当前机床行业下游用户需求结构出现高端化发展态势，多个行业都将进行大范围、深层次的结构调整和升级改造，对于高质量、高技术水平机床产品需求迫切，总体上来说，中高档数控机床市场需求上升较快，用户需要更多高速、高精度、复合、柔性、多轴联动、智能、高刚度、大功率的数控机床，发展前景广阔。例如，汽车行业表现出生产大批量、多品种、车型更新快的发展趋势，新能源汽车发展加速，从而要求加工设备朝着精密、高效、智能化方向不断发展。在航空航天产业领域，随着民用飞机需求量的剧增以及军用飞机的跨代发展，新一代飞机朝着轻质化、高可靠性、长寿命、高隐身性、多构型、快速响应及低成本制造等方向发展，新一代技术急切需要更先进的加工装备来承载，航空制造装备朝着自动化、柔性化、数字化和智能化等方向发展。例如，在“两机专项”致力于突破的飞机发动机制造中，发动机叶片、整机机匣和叶盘等典型零件逐渐向尺寸大型化、型面复杂化、结构轻量化和制造精密化发展，尤其是高强度的高温耐热合金等新型轻质材料的大量应用，这些整体结构件的几何构型复杂且难加工，对大扭矩、高精度数控机床提出新的更高要求。燃气轮机的大型结构件和大型设备异地维修所需的便携性或可移动式多轴联动数控装备，这种用无固定基座、可重构拼组的小机床加工大型工件的加工方式对新型数控装备的结构设计、工艺规格和高能效加工技术提出更大挑战。

数控机床专业就业方向

我国制造企业已普遍运用先进的数控技术，随之而来的是对数控人才的大量需求。 数控就业前景美妙在兴旺国度中，数控机床曾经大量普遍运用。我国制造业与国际先进工业国度相比存在着很大的差距，机床数控化率还不到2%关于目前我国现有的有限数量的数控机床(大局部为进口产品)也未能充沛应用。原因是多方面的，数控就业人才的匾乏无疑是主要缘由之一、由于数控技术是最典型的、应用最普遍的机电光一体化综合技术，我国迫切需求大量的从研讨开发到运用维修的各个层次的数控技术人才。

一、数控就业的人才需求主要集中在以下的企业和地域：

1、国有大中型企业，特别是目前经济效益较好的军工企业和国度严重配备制造企业。军工制造业是我国数控技术的主要应用对象. 有很大的数控就业空间。杭州发电设备厂用6000元月薪招不到数控技术工。

2、随着民营经济的飞速开展，我国沿海经济兴旺地域(如广东，浙江、江苏、山东)，数控就业人才更是供不应求，主要集中在模具制造企业和汽车零部件制造企业。具有数控学问的模具技工的年薪已开到了30万元，超越了“博士”。

二、数控人才的学问构造—数控就业技艺需求：

另一个来源就是从企业现有员工中选择人员参与不同层次的数控技术中、短期培训，以顺应企业对数控人才的急需。这些人员普通具有企业所需的工艺背景、比拟丰厚的理论经历，但是他们大局部是传统的机类或电类专业的各级毕业生，学问面较窄，特别是对计算机应用技术和计算机数控系统不太理解。

就业方向

在工业企业，从事数控程序编制、数控设备的使用、维护与技术管理，数控设备销售与售后服务等工作。数控技术专业在主要面向机械、模具、电子、电气、轻工等行业，可从事产品设计与加工、数控编程、数控机床操作、数控常用CAM软件多轴加工、数控设备调试与维修等相关工作。数控技术应用专业的毕业生分配单位的性质分布如下：三资企业占58%，国有企业占26%，民营企业占9%，其他占5%。数控技术应用专业的毕业生所从事的工作性质分布如下：操作占55.7%，编程占13.4%，维修占9.4%，工艺占8.0%，生产管理占7.1%，质量检测占4.5%，综合占1.2%，营销占1.7%，行政管理占1.4%，其他占5.5%。

就业前景

数控技术专业是一种集机、电、液、光、计算机、自动控制技术为一体的知识密集型技术,它是制造业实现现代化、柔性化、集成化生产的基础,同时也是提高产品质量,提高生产率必不可少的物质手段。日本、美国、德国等工业发达国家采用数控技术所获取经济效益大致为：操作人员减少50%,成本降低60%,机床利用率达60%--80%,机床台数减少50%,生产面积减少40%。世界制造业由于数控技术的广泛应用,普通机械逐渐被高效率、高精度的数控设备所替代。数控技术在机械制造业的广泛应用,已成为国民经济发展的强大动力。加入世贸组织后,随着经济的快速发展,中国正逐步成为“世界制造中心”,数控化率已成为衡量一个国家或企业制造技术水平和经济实力的重要指标之一(数控化率：设备拥有量中数控设备所占的比例)。目前我国机床的数控化率仅为1.9%,而日本高达30%,美国超过了40%。在发达国家数控机床已经普遍大量使用,而我国数控技术应用推广同发达国家相比差距很大。我国数年内将增加40-50万台数控机床,相应需要60-80万数控专业技术人才。

Ⅱ 我国的高端机床制造技术与德国日本究竟有着怎样的差别

如果说制造业是国家的基础和命脉，那机床则是制造业的重中之重。没有机床，就没有电掣风驰的高铁；没有机床，就没有鹰击长空的战斗机；没有机床，就没有飘洋远行的航母。

这十八家企业默默支撑着我国当时整个装备制造业乃至工业的发展，到1965年底，这些企业累计掌握的高精度精密机床品种达26种。

到了改革开放以后，先进的技术和机床流入中国，受外来技术的冲击，原本落后的机床技术已经不能满足生产需要。十八家企业经历了破产、兼并、重组，外资企业在中国建厂，民营机床企业也正式进入市场。

事实上，虽然这些机床产业发达的国家在中国赚的盆满钵满，但是真正的核心技术却一直禁止出口到中国。比如用于加工哈勃太空望远镜镜面的超精密机床，1990年已经制造出来，而这种机床对于加工航空发动机叶面卓卓有余，然而20年后的今天，中国企业还在苦苦探索。

再比如控制器，控制器是数控机床的核心，相当于电脑的CPU，是制造数控机床的关键技术。然而目前，以日本FANUC和德国SIEMENS为首的控制器巨头的产品垄断市场80%以上，高端产品不仅垄断，而且限制中国进口。日本人称“没有日本的机床，中国的汽车产业将寸步难行。中国对日本的依赖只会越来越加强而不会越来越削弱。这就意味着“日本越来越有能力控制中国”。这些话虽然有些狂妄，但中国在工业产生领域的弱项却是事实。

这些国家还有一些惯用套路，在中国还生产不出五轴机床的时候，只在中国卖三轴机床，当中国研发出五轴机床的时候，他们的五轴机床立刻在中国倾销。这样一来既禁止了高端机床技术进入中国，又阻碍了中国机床企业的发展。

二、

可以说，中国机床企业一直在夹缝中生存。不仅高端机床和技术被限制进口，而且市场也在被外来企业不断蚕食中。

中国的高端机床市场，一直被日本的FANUC、MAZAK、大隈、牧野，德国的DMG、哈默，美国的哈斯这样的国际一线机械生产企业凭借着顶级的技术和一流的品质牢牢把控；而在中低端市场，台湾地区的丽驰、友嘉、东台、台中精机等又成为大陆企业最强的对手。

大量的国产企业因为缺少技术只能沦为最低端机床的生产商，机床价格低廉、品质规范化管理方面差、故障率高，甚至有一些企业只是代装组装机床，用户自行购买光机、数控系统、丝杆、刀库等部件。

而这些问题的出现正是因为虽然我们的机床产业发展迅速，但是在核心技术上仍然受制于人，只能凭借着相对低廉的价格来吸引用户。比如数控系统，我国高端机床的数控系统大部分来自于日本FANUC、德国西门子、德国海德汉等企业。虽然我国也有华中数控、广州数控等企业研发国产数控系统，但实用性、可靠性、兼容性以及稳定性等方面始终有所差距。

而在基础材料科学、工艺、设计上的差距，则使国产机床的丝杠、导轨、伺服电机、力矩电机、电主轴、编码器，这些主要功能部件大部分还主要依赖于国外产品。以丝杠为例，虽然我国是世界上最大的钢产国，但是在基础材料科学上的差距，国内根本生产不出制作优秀丝杠的钢材。

“高端机床制造技术，我们与德国、日本的差距有15到20年。”一位知名国产机床企业的负责人曾说道，“和国外设备比，国产机床在稳定性、可靠性、效率等方面差距明显。国外机床可以24小时不停机，国产设备不行；国外机床1秒可以加工1个零件，国产设备可能要1.5秒。虽然近几年国内企业也开始做高端机床的集成，但核心技术如数控系统主要还掌握在德国、日本等少数企业手里。”