科 技 发 展 研 究 第 16 期 ( 总 第 267 期 ) 上 海 科 技 发 展 研 究 中 心 2011 年 9 月 22 日 编 者 按 : 装 备 制 造 业 被 誉 为 工 业 母 机, 是 一 个 国 家 和 区 域 现 代 制 造 业 发 展 的 重 要 基 石 其 中, 作 为 该 领 域 的 主 流 加 工 设 备, 高 档 数 控 机 床 已 成 为 装 备 制 造 业 的 竞 争 热 点, 高 档 数 控 机 床 和 基 础 制 造 装 备 是 我 国 十 六 个 科 技 重 大 专 项 之 一 本 文 在 分 析 高 档 数 控 机 床 国 内 外 发 展 趋 势 的 基 础 上, 提 出 对 中 国 及 上 海 高 档 数 控 机 床 产 业 发 展 的 几 点 思 考 与 建 议, 供 参 考 高 档 数 控 机 床 技 术 及 产 业 发 展 态 势 分 析 随 着 世 界 科 技 进 步 和 机 床 工 业 的 发 展, 数 控 机 床 已 成 为 实 现 装 备 制 造 业 现 代 化 的 关 键 设 备, 其 性 能 质 量 和 拥 有 量 被 作 为 当 今 衡 量 一 个 国 家 和 区 域 工 业 化 水 平 综 合 国 力 的 重 要 标 志 根 据 数 控 机 床 的 性 能, 可 以 分 为 三 类 : 经 济 型 数 控 机 床 中 档 数 控 机 床 和 高 档 数 控 机 床 国 家 科 技 重 大 专 项 高 档 数 控 机 床 与 基 础 制 造 装 备 明 确 将 瞄 准 航 空 航 天 船 舶 汽 车 和 发 电 设 备 四 大 行 业, 并 提 出 了 主 机 牵 引, 加 强 基 础 ; 跟 踪 跨 越, 集 成 创 新 ; 掌 握 核 心 技 术, 提 升 创 新 能 力 ; 鼓 励 使 用, 需 求 拉 动 的 实 施 原 则 和 技 术 路 线 一 领 域 发 展 特 点 1
从 产 品 技 术 来 看, 数 控 机 床 具 有 以 下 特 点 : 一 是 数 字 化 数 控 机 床 利 用 二 进 制 数 字 方 式 输 入, 加 工 过 程 可 任 意 编 程, 且 能 实 现 多 坐 标 联 动, 易 加 工 杂 曲 面 加 工 对 象 可 易 变 多 变 善 变, 换 批 调 整 方 便, 可 实 现 杂 件 多 品 种 中 小 批 柔 性 生 产, 适 应 产 品 多 样 化 的 需 求 二 是 组 合 化 数 控 机 床 利 用 硬 件 和 软 件 相 组 合, 能 实 现 信 息 反 馈 补 偿 自 动 加 减 速 等 功 能, 提 高 机 床 的 加 工 精 度 效 率 自 动 化 程 度 三 是 柔 性 化 数 控 机 床 是 以 电 子 控 制 为 主 的 机 电 一 体 化 机 床, 具 有 信 息 化 智 能 化 网 络 化 等 特 点, 可 实 现 柔 性 制 造, 较 易 组 成 各 种 先 进 制 造 系 统, 如 柔 性 制 造 系 统 (Flexible Manufacturing System, 简 称 FMS) 柔 性 生 产 线 (Flexible Transfer Line, 简 称 FTL) 工 厂 自 动 化 (Factory Automatization, 简 称 FA), 甚 至 将 来 的 计 算 机 集 成 制 造 系 统 (Computer Integrated Manufacturing Systems, 简 称 CIMS) 四 是 高 素 质 化 对 操 作 人 员 的 素 质 要 求 较 高, 对 维 修 人 员 的 技 术 要 求 更 高 从 产 品 领 域 来 看, 目 前 高 档 数 控 机 床 主 要 包 括 高 速 精 密 复 合 数 控 金 切 机 床 重 型 数 控 金 切 机 床 数 控 特 种 加 工 机 床 大 型 数 控 成 形 冲 压 设 备 等, 为 汽 车 军 工 等 行 业 提 供 基 本 生 产 设 备, 具 体 情 况 见 表 1 表 1 高 档 数 控 机 床 的 主 要 产 品 领 域 产 品 领 域 重 型 数 控 金 切 机 床 类 数 控 机 床 车 床 类 和 加 工 中 心 类 功 能 需 求 满 足 船 舶 发 电 设 备 和 大 型 飞 机 对 超 重 型 和 重 型 零 件 的 复 杂 高 效 复 合 加 工 的 需 求 满 足 航 空 航 天 船 舶 发 电 设 备 和 汽 车 制 造 等 行 业 对 高 速 精 密 复 合 加 工 的 需 求 数 控 磨 床 类 满 足 航 空 船 舶 发 电 设 备 和 汽 车 制 造 等 行 业 对 高 速 精 密 复 合 磨 削 加 工 需 求 齿 轮 加 工 满 足 大 型 矿 山 设 备 大 型 船 用 变 速 箱 和 风 电 设 备 等 大 型 精 密 齿 轮 加 工 要 求 电 加 工 机 床 大 型 数 控 成 形 设 备 满 足 航 空 模 具 和 家 电 等 行 业 对 特 殊 加 工 的 需 求 满 足 汽 车 船 舶 发 电 设 备 和 家 电 等 行 业 对 金 属 成 型 加 2
工 的 需 求 二 国 际 发 展 趋 势 20 世 纪 80 年 代 以 后, 各 工 业 发 达 国 家 和 地 区 在 数 控 机 床 方 面 加 速 发 展 美 国 注 重 基 础 科 研 与 创 新, 在 数 控 机 床 的 主 机 设 计 制 造 及 数 控 系 统 方 面 基 础 扎 实, 处 于 世 界 领 先 地 位 日 本 讲 求 先 仿 后 创, 突 出 发 展 数 控 系 统 ; 并 通 过 规 划 法 规 ( 如 机 振 法 机 电 法 机 信 法 等 ) 引 导 产 业 发 展 欧 盟 在 多 项 研 究 计 划 中 都 包 含 机 床 内 容 加 拿 大 韩 国 中 国 台 湾 等 国 家 或 地 区 也 日 益 重 视 数 控 机 床 的 发 展 国 外 数 控 机 床 技 术 及 产 业 发 展 主 要 呈 现 以 下 特 点 : 一 是 技 术 创 新 加 快 突 破, 总 体 呈 现 两 高 两 化 的 趋 势 数 控 机 床 是 技 术 集 成 性 较 强 的 设 备, 在 产 业 链 上 游, 其 技 术 突 破 主 要 体 现 在 新 材 料 新 结 构 的 应 用, 控 制 系 统 软 件 刀 具 测 量 等 方 面 的 改 进 ; 在 产 业 链 下 游, 其 技 术 创 新 则 主 要 体 现 在 根 据 客 户 定 制 需 求, 提 供 不 同 种 类 的 产 品 两 高 两 化 的 趋 势 表 现 为 : 高 精 度 高 效 率, 直 线 电 机 及 其 驱 动 控 制 技 术 在 机 床 进 给 驱 动 上 的 应 用, 使 机 床 传 动 结 构 出 现 了 重 大 变 化, 并 使 机 床 性 能 有 了 新 飞 跃 ; 在 生 产 过 程 监 控 测 量 自 适 应 技 术 新 材 料 新 结 构 建 模 仿 真 方 面 的 创 新, 不 断 提 高 数 控 机 床 的 精 度 和 效 率 绿 色 化 智 能 化, 减 少 机 床 使 用 过 程 中 能 源 的 消 耗 减 少 对 工 作 环 境 和 自 然 环 境 造 成 直 接 或 间 接 的 污 染, 大 幅 度 提 高 工 作 效 率 和 工 作 舒 适 度 安 全 性, 是 数 控 机 床 的 研 究 热 点 目 前 数 控 机 床 技 术 的 重 点 突 破 在 于 :1 新 型 功 能 部 件 的 开 发 与 应 用, 例 如 高 频 电 主 轴 直 线 电 机 电 滚 珠 丝 杆 的 应 用 ;2 驱 动 并 联 化 结 构 的 设 计, 实 现 多 坐 标 联 动 数 控 加 工 装 配 和 测 量 多 种 功 能 ;3 智 能 化 的 控 制 系 统, 例 如 加 工 过 程 自 适 应 控 制 技 术 加 工 参 数 的 智 能 优 化 与 选 择 智 能 故 障 自 诊 断 与 自 修 复 和 仿 真 技 术 智 能 化 交 流 伺 服 驱 3
动 装 置 等 ;4 绿 色 化 的 加 工 过 程, 例 如 不 用 或 少 用 冷 却 液 实 现 干 切 削 半 干 切 削 节 能 环 保 的 机 床 ;5 极 端 化 的 应 用 产 品 设 计, 例 如 适 用 于 国 防 能 源 等 基 础 产 业 装 备 的 大 型 高 性 能 的 数 控 机 床, 适 用 于 微 小 型 尺 寸 和 微 纳 米 加 工 的 微 切 削 机 床 二 是 产 业 规 模 迅 速 发 展, 市 场 需 求 量 大 2010 年 度 世 界 机 床 生 产 和 消 费 调 查 显 示, 全 球 金 属 加 工 机 床 制 造 业 总 体 已 走 出 衰 退 2010 年, 由 于 主 要 机 床 生 产 国 家 和 地 区 经 济 逐 渐 复 苏, 全 球 机 床 制 造 业 总 产 值 达 到 663 亿 美 元, 同 比 增 长 21%, 机 床 消 费 同 比 增 长 22% 其 中 中 国 作 为 最 大 的 机 床 生 产 国 进 口 国,2010 年 机 床 消 费 同 比 增 长 38%, 达 到 272.8 亿 美 元 ( 表 2), 占 世 界 28 个 主 要 机 床 生 产 国 家 和 地 区 消 费 总 和 的 46% 表 2 2010 年 世 界 机 床 消 费 前 10 名 排 名 ( 单 位 : 百 万 美 元 ) 排 名 国 家 / 地 区 2010 年 ( 估 算 ) 2009 年 ( 修 正 ) 同 比 1 中 国 27280.00 19790.00 38% 2 德 国 5033.90 5798.40-13% 3 日 本 4445.30 3239.50 37% 4 韩 国 4264.00 2679.00 59% 5 意 大 利 2768.70 2799.10-1% 6 美 国 2752.30 3245.60-15% 7 印 度 1740.00 1205.00 44% 8 中 国 台 湾 1505.50 867.50 74% 9 巴 西 u1488.30 1488.30 0% 10 俄 罗 斯 1243.00 1189.00 5% 合 计 52521.00 42301.40 24% (u= 上 年 数 据 按 当 年 汇 率 折 算 ), 摘 自 :GARDNER 国 际 统 计 数 据 交 流 系 统 三 是 各 主 要 生 产 国 纷 纷 出 台 政 策 法 规, 助 推 机 床 产 业 发 展 在 大 4
量 市 场 需 求 刺 激 下, 各 国 纷 纷 出 台 相 关 政 策 法 规, 助 推 机 床 产 业 的 发 展 美 国 推 出 的 制 造 业 促 进 法 案 中, 对 某 些 制 造 设 备 延 长 了 两 年 免 税 期 ( 至 2012 年 12 月 31 日 ), 如 用 于 加 工 铁 或 钢 线, 经 认 证 用 于 非 高 速 公 路 用 且 轮 辋 直 径 在 63.5 厘 米 及 以 上 的 辐 射 轮 胎 的 数 控 机 床 及 其 零 部 件 等 这 些 措 施 能 降 低 企 业 的 成 本, 有 助 于 提 高 其 市 场 竞 争 力 欧 盟 在 欧 盟 第 七 框 架 计 划 (FP7) 专 题 网 络 制 造 技 术 (MANTYS) 和 下 一 代 生 产 系 统 (NEXT Generation Production System) 等 研 究 计 划 中, 均 部 署 实 施 了 数 控 机 床 的 研 究 任 务 印 度 制 定 了 未 来 5 年 内 使 印 度 机 床 国 产 化 率 提 升 至 50%, 到 2020 年 提 升 至 67%, 未 来 10 年 行 业 复 合 年 增 长 率 (CAGR) 达 到 25% 的 发 展 目 标 三 国 内 发 展 现 状 十 一 五 期 间, 随 着 我 国 的 高 档 数 控 机 床 与 基 础 制 造 装 备 重 大 专 项 重 点 任 务 陆 续 完 成, 国 产 机 床 数 控 化 率 由 十 五 末 的 35.5% 提 高 到 十 一 五 的 51.9% 十 二 五 期 间, 我 国 将 继 续 大 力 发 展 高 端 装 备 制 造, 力 争 到 2015 年, 高 端 装 备 的 销 售 产 值 占 装 备 制 造 业 的 比 例 要 达 到 20% 以 上 ; 到 2020 年, 高 端 装 备 制 造 业 成 为 国 民 经 济 的 支 柱 产 业, 销 售 产 值 占 装 备 制 造 业 的 比 例 大 于 30% 以 上, 高 端 装 备 国 内 市 场 满 足 率 超 过 25% 我 国 高 档 数 控 机 床 发 展 主 要 呈 以 下 特 点 : 一 是 高 档 数 控 机 床 技 术 已 实 现 局 部 突 破 经 过 多 年 的 技 术 攻 关 和 市 场 培 育, 产 品 技 术 水 平 和 制 造 能 力 有 了 很 大 提 高 例 如 : 立 式 铣 车 床, 已 经 开 发 和 制 造 出 世 界 规 格 最 大 的 加 工 直 径 25 米 数 控 铣 车, 目 前 正 在 开 发 加 工 直 径 达 29 米 具 有 五 轴 联 动 的 超 重 型 世 界 之 最 的 立 式 铣 车 床 重 型 数 控 立 式 车 床 系 列 产 品, 已 经 完 全 满 足 自 我 需 要, 并 实 现 部 分 出 口 重 型 数 控 卧 式 车 床, 已 经 开 发 和 生 产 出 加 工 直 径 5 米 加 工 长 度 20 米 承 载 重 量 达 500 吨 的 超 重 型 数 控 卧 车, 为 世 界 之 最 ; 5
已 经 可 以 生 产 加 工 最 大 直 径 为 6.4 米 的 数 控 卧 式 车 床 落 地 式 数 控 铣 镗 床 系 列 产 品, 已 经 开 发 生 产 出 镗 杆 直 径 为 φ320 mm 的 世 界 最 大 规 格 的 重 型 数 控 落 地 铣 镗 床 二 是 总 体 技 术 差 距 仍 然 较 大, 高 端 产 品 主 要 依 靠 进 口 从 总 体 来 看, 我 国 数 控 机 床 的 技 术 开 发 能 力 和 技 术 基 础 依 然 薄 弱, 在 开 发 周 期 性 能 可 靠 性 等 方 面 与 国 外 同 类 产 品 差 距 较 大 从 具 体 的 技 术 参 数 来 看, 主 轴 转 速 方 面, 国 外 先 进 水 平 已 发 展 到 最 高 达 3000~4000 r/min, 而 国 内 主 要 徘 徊 在 800~1500 r/min; 快 速 进 给 方 面, 国 外 先 进 水 平 达 20000~30000 mm/min, 而 国 内 主 要 在 6000~10000 mm/min; 精 度 方 面, 国 外 先 进 水 平 定 位 精 度 0.015/1000 mm, 重 复 定 位 精 度 0.003~0.007 mm; 国 内 产 品 定 位 精 度 0.025/1000 mm, 重 复 定 位 精 度 0.01~0.015 mm 关 键 技 术 的 缺 失, 使 得 数 控 机 床 进 口 产 品 占 有 国 内 高 档 机 床 市 场 份 额 高 达 85%, 在 数 控 系 统 方 面,95% 以 上 需 要 进 口, 高 档 功 能 部 件 的 国 内 市 场 占 有 率 更 低 高 档 数 控 系 统 和 产 品 高 度 依 赖 国 外 的 现 状 已 经 严 重 制 约 我 国 高 档 数 控 机 床 产 业 的 发 展 三 是 产 业 集 聚 特 色 日 益 明 显, 企 业 主 体 加 快 成 长 我 国 数 控 机 床 产 业 在 区 域 分 布 上 形 成 了 一 定 的 集 聚 态 势 主 要 的 六 大 发 展 区 域 特 色 和 代 表 企 业 如 表 3 所 示 沈 阳 机 床 昆 明 机 床 秦 川 发 展 天 马 股 份 华 东 数 控 和 法 因 数 控 六 家 公 司 已 在 国 内 A 股 上 市 表 3 我 国 机 床 六 大 发 展 区 域 区 域 代 表 企 业 及 研 究 机 构 发 展 特 色 东 北 地 区 沈 阳 机 床 大 连 机 床 齐 重 数 控 齐 齐 哈 尔 二 机 床 哈 尔 滨 量 具 刃 具 和 哈 尔 滨 第 一 工 具 长 江 三 角 洲 上 海 机 床 厂 杭 州 机 床 无 锡 开 源 机 床 济 南 捷 迈 数 控 机 械 济 南 一 机 床 和 威 海 华 东 数 控 上 海 工 具 厂 我 国 数 控 机 床 ( 数 控 车 床 加 工 中 心 重 型 机 床 和 锻 压 设 备 ) 量 刃 具 的 主 要 开 发 生 产 区 磨 床 ( 数 控 磨 床 ) 电 加 工 机 床 板 材 加 工 设 备 工 具 和 机 床 功 能 部 件 ( 滚 珠 丝 杠 和 直 线 导 轨 副 ) 主 要 生 产 基 地 6
西 部 重 庆 机 床 成 都 宁 江 机 床 成 量 工 具 厂 和 成 都 工 具 所 宝 鸡 机 床 厂 宁 夏 银 川 大 河 数 控 机 床 青 海 一 机 数 控 机 床 汉 川 机 床 西 南 地 区 重 点 发 展 齿 轮 加 工 机 床 小 型 机 床 专 用 生 产 线 以 及 工 具 ; 西 北 地 区, 主 要 发 展 齿 轮 磨 床 数 控 车 床 和 加 工 中 心 工 具 和 功 能 部 件 中 部 地 区 武 汉 重 型 机 床 武 汉 华 中 数 控 主 要 发 展 重 型 机 床 和 数 控 系 统 环 渤 海 北 京 第 一 机 床 厂 北 京 机 电 院 高 技 术 北 京 二 机 床 厂 北 京 凯 恩 帝 机 电 技 术 北 京 发 那 科 机 电 北 京 航 天 数 控 ; 天 津 第 一 机 床 厂 天 津 精 诚 数 控 机 床 和 天 津 市 天 锻 压 力 机 北 京 主 要 发 展 加 工 中 心 数 控 精 密 专 用 磨 床 重 型 数 控 龙 门 铣 床 和 数 控 系 统 ; 天 津 主 要 发 展 锥 齿 轮 加 工 机 床 和 各 种 液 压 压 力 机 珠 江 三 角 洲 广 州 机 床 工 具 有 限 公 司 广 州 数 控 设 备 有 限 公 司 广 东 高 新 凯 特 精 密 机 械 有 限 公 司 形 成 数 控 车 床 和 数 控 系 统 功 能 部 件 生 产 基 地 四 是 上 海 数 控 机 床 产 业 规 模 已 趋 落 后, 但 研 发 基 础 和 产 业 基 础 较 强 目 前, 上 海 在 数 控 机 床 的 企 业 规 模 和 产 品 种 类 方 面 不 占 据 优 势, 主 要 企 业 为 上 海 机 床 厂, 其 主 要 特 色 是 数 控 磨 床 2008 年, 全 国 金 属 切 削 机 床 产 量 71.73 万 台, 而 上 海 为 1.643 万 台, 所 占 比 重 仅 为 2.3% 但 是, 上 海 发 展 数 控 机 床 具 有 一 定 的 研 发 基 础 和 产 业 基 础 上 海 重 点 发 展 的 汽 车 制 造 业 精 品 钢 材 制 造 业 成 套 设 备 制 造 业 等 产 业, 特 别 是 临 港 开 发 区 高 端 装 备 制 造 业 的 布 局, 大 飞 机 总 装 制 造 中 心 中 航 商 用 飞 机 发 动 机 徐 工 工 程 机 械 中 船 柴 油 机 配 套 园 三 一 能 源 重 工 映 瑞 光 电 二 期 等 项 目 落 户, 更 是 为 相 应 的 数 控 机 床 发 展 提 供 了 重 要 的 市 场 空 间 同 时, 上 海 已 经 具 备 研 制 高 档 数 控 磨 床 的 能 力,2006 年 上 海 机 床 厂 为 上 海 重 型 机 器 厂 签 约 制 造 世 界 最 大 的 数 控 轧 辊 磨 床 MKA84250/15000 H, 该 磨 床 最 大 磨 削 直 径 为 2500 mm, 有 效 磨 削 工 件 长 度 为 15 米, 最 大 磨 削 工 件 重 量 250 吨 四 几 点 思 考 十 二 五 期 间, 国 内 机 床 行 业 要 努 力 实 现 四 个 转 变 : 从 普 通 机 床 经 济 型 数 控 为 主, 向 发 展 中 高 档 数 控 机 床 转 变 ; 从 以 主 机 生 产 为 7
主, 向 主 机 和 功 能 部 件 协 调 发 展 转 变 ; 从 单 机 供 应 市 场 向 提 供 完 全 的 解 决 方 案 转 变 ; 从 满 足 国 内 需 求 为 主, 向 走 向 国 际 市 场 转 变 现 对 上 海 及 我 国 高 档 数 控 机 床 产 业 发 展 提 出 以 下 几 点 思 考 和 建 议 : 一 是 优 化 产 业 技 术 布 局, 加 快 重 点 突 破 我 国 正 处 于 对 传 统 生 产 方 式 进 行 现 代 化 改 进 阶 段, 需 要 大 量 的 高 档 数 控 机 床 因 此, 首 先 要 聚 焦 重 点 用 户 的 需 求, 跟 踪 国 外 领 先 技 术, 注 重 集 成 创 新, 加 快 推 进 数 控 系 统 主 轴 丝 杠 电 机 功 能 配 套 部 件 等 数 控 机 床 共 性 关 键 技 术 的 攻 关 和 功 能 部 件 的 开 发, 形 成 具 有 稳 定 性 和 可 靠 性 的 产 品, 着 力 完 善 数 控 机 床 的 产 业 链 二 是 加 强 产 学 研 合 作, 提 高 企 业 创 新 能 力 发 展 高 档 数 控 机 床 技 术 及 产 业, 必 须 以 机 床 制 造 企 业 为 主 体, 联 合 有 实 力 的 高 等 院 校 和 科 研 机 构, 构 建 以 企 业 的 发 展 需 要 和 各 方 的 共 同 利 益 为 基 础, 以 提 升 产 业 创 新 能 力 为 目 标, 针 对 高 档 数 控 机 床 制 造 中 的 共 性 基 础 技 术 和 高 速 加 工 高 精 加 工, 多 轴 复 合 以 及 数 控 机 床 功 能 部 件 开 发 等 共 性 关 键 技 术, 加 快 组 建 中 国 数 控 机 床 行 业 技 术 创 新 战 略 联 盟 三 是 关 注 市 场 用 户 需 求, 开 创 产 业 新 业 务 模 式 机 床 的 用 户 希 望 机 床 供 应 商 能 够 提 供 全 生 命 周 期 的 服 务, 这 些 需 求 可 以 促 进 最 终 用 户 和 机 床 制 造 商 之 间 的 全 面 合 作 关 系, 从 而 促 使 机 床 制 造 商 提 供 强 有 力 的 新 的 业 务 模 式 在 数 控 机 床 的 发 展 过 程 中, 上 海 乃 至 我 国 的 一 些 下 游 企 业 可 以 充 分 发 挥 产 业 推 动 者 的 作 用, 在 全 生 命 周 期 服 务 的 过 程 中 提 出 需 求, 开 创 新 的 业 务 模 式, 从 而 促 进 本 土 数 控 机 床 产 业 的 发 展 执 笔 人 : 陆 娇 江 洪 波 责 任 编 辑 : 王 冰 编 辑 : 孙 中 峰 联 系 电 话 :64311988-705 传 真 :64315005 地 址 : 淮 海 中 路 1634 号 410 室 邮 政 编 码 :200031 电 子 邮 件 :wangbing@stcsm.gov.cn 8