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高端产品进口率过半 数控机床不能成为受“控”
近日,一条“中国已经有五轴联动数控机床技术”的消息着实让军事迷们兴奋了一把。说起以前的采购历史,专家们都是一把辛酸泪:五轴联动等高端数控机床因其对飞机、核潜艇等军事装备的关键作用,一直被外国禁止向中国军工企业销售;即便是采购作为民用,也需承诺终生接受外国厂商的监督和跟踪。

“近些年,随着数控机床和基础制造装备行业技术的不断提升,我国的高端数控技术突飞猛进,不仅是五轴联动,许多其他关键技术都已经实现突破。”国家重大专项“高档数控机床与基础制造装备”专项(04专项)专家组成员王永(化名)告诉科技日报记者,“但同时也要看到,我国的产品在精度、耐用度等方面还与世界最先进的水平有较大差距。整个机床行业,特别是高端数控产品的进口率依然很高。”

目前正处于产业化和市场推广应用阶段

数控机床是装备制造业的“工作母机”,一个国家的机床行业技术水平和产品质量,是衡量其装备制造业发展水平的重要标志。唯有拥有坚实的基础制造能力,才有可能生产出先进的装备产品,从而实现高价值产品的生产。我国发布的《“中国制造”2025》已将高档数控机床列为中国制造业发展的战略十大重点领域之一。

王永认为,从2009年启动04专项,瞄准的是航空航天、发电、汽车、造船四个重点领域,现在看,几个领域都取得了相关成绩。


以汽车制造领域来说,大型快速高效数控全自动冲压生产线在与世界一流企业的国际竞标中,赢得美国汽车本土工厂生产线的批量订单。目前,汽车覆盖件冲压线国内市场占有率超过70%,全球市场占有率已超过30%,有力地推动了国产汽车装备自主化。

在航空制造装备领域,自主研制了800MN大型模锻压机、120MN铝合金板张力拉伸机等重型锻压设备,填补了国内航空领域大型关键件成形装备技术空白,为我国飞机制造能力的提升提供了强有力的保障。一批重大专项的科研成果已经应用到生产中。


业内专家认为,这几年机床产品的可靠性设计与性能试验技术、多轴联动加工技术等多项关键技术的成熟度有了很大提升,国产高档五轴联动机床开始进入市场。

中国机床工具工业协会副秘书长郭长城告诉记者,自04专项实施以来,整个行业取得了较大的发展。表现在:一批关键核心技术取得突破,自主创新能力得到提高,数控机床的整体设计、制造能力和水平都得到有效提升,目前正处在产业化和市场推广应用的攻坚阶段。

被封锁,数控领域的“憋屈”往事

说起来,五轴联动技术之所以特别牵动大家的神经,与三十多年前的一次著名政治事件相关。对于数控机床领域的专家来说,很少有哪件事比发生在1983年的“东芝机床事件”更让他们刻骨铭心。

这一年,日本东芝公司卖给前苏联几台五轴联动数控铣床,前苏联将其用于制造核潜艇推进螺旋桨,由于加工精度提高,使得螺旋桨在水中转动时噪声大为下降,以至于美国的声纳无法侦测到前苏联潜艇的动向,苏军潜艇能很好地隐藏于海底。该数控机床的销售,也使得苏联的装备制造业上了一个档次,时至今日,美军的声纳也难以监听到俄军的潜艇。为此,美国国防部展开调查,并最终将东芝公司相关高层都送进了监狱。并且禁止东芝公司向任何社会主义国家出口任何货物一年。那一年,我国无法买到东芝电器,甚至一节东芝电池。

彼时,中国机床制造业又是什么状况?我国能制造的主要是普通机床,数控机床研究生产才刚刚起步,数控系统基本依靠国外技术,不能独立发展,与国际前沿差距太大。

王永说,直到今天,美国、日本等国家仍然禁止向中国出售高技术制造装备,包括五轴联动数控机床等高端数控装备。

尚有不少“短板”要克服

值得一提的是,尽管成绩令人瞩目,但国产数控产品尚有不少“短板”需要克服。产品可靠性不高,寿命偏短,控制系统不稳定,服务质量也有待进一步提高……这些都被许多人诟病。

一方面,我国数控机床还主要以中低端产品为主,高端数控机床主要依赖于进口。中国工程院院士柳百成曾经表示,“大而不强”是中国制造业的现实。现在,国内整个机床消费中进口量仍占三分之一左右。高端数控机床在精度和速度上跟国际前沿技术有较大差距,对进口的依赖更大。据相关行业报告显示,高端数控产品的进口率达80%。

另一方面,数控系统和功能部件发展严重滞后也困扰着整个行业。王永在采访中也向科技日报强调,这些年重大专项的实施推动了行业技术进步,但必须看到,相比主机技术的快速发展,高档数控系统和配套件的研发和生产还处于一个相对落后的境况。此外,还有不少科研成果停留在高校和研究院所,离真正产业化和应用还有较长的路要走。

郭长城表示,与发达国家相比,我国机床行业起步晚,发展时间较短,技术相对落后。产业规模虽然位居世界首位,但却面临着产业结构不合理、自主创新能力不强等多项挑战。中国机床产业在发展的过程中,既要加速弥补现实存在的短板,又要在明确产业发展目标和发展重点的指引下,系统地提升产业共性技术水平,大力推进高档数控机床的发展,实现由制造大国向制造强国的转变。

扩展阅读:五轴联动机床简介和加工特点

 五轴联动数控机床是一种科技含量高、精密度高专门用于加工复杂曲面的机床,这种机床系统对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等等行业有着举足轻重的影响力。 目前,五轴联动数控机床系统是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等等加工的重要手段。

  五轴联动机床有立式、卧式和摇篮式二轴NC工作台,NC工作台 NC分度头,NC工作台 90°B轴 ,NC工作台 45°B轴,NC工作台 A轴,二轴NC 主轴等类型。

  数控机床加工某些零件时, 除需要有沿X、Y、Z 三个坐标轴的直线进给运动之外, 还需要有绕X、Y、Z 三个坐标轴的圆周进给运动, 分别称为A、B、C 轴。

  五轴联动机床也称五坐标机床, 它是在三个平动轴( 沿X、Y、Z 轴的直线运动) 的基础上增加了两个转动轴( 能实现绕X轴、Z 轴旋转运动, 即A 轴和C 轴) , 不仅可使刀具相对于工件的位置任意可控, 而且刀具轴线相对于工件的方向也在一定范围内任意可控, 由此使五坐标加工工具有以下特点:

  a、可避免刀具干涉,加工普通三坐标机床难以加工的复杂零件,加工适应性广。

  b、对于直纹面类零件,可采用侧铣方式一刀成型,加工质量好、效率高。

  c、对一般立体型面特别是较为平坦的大型表面,可用大直径端铣刀端面逼近表面进行加工,走刀次数少,残余高度小,可大大提高加工效率与表面质量。

  d、对工件上的多个空间表面可一次装夹进行多面、多工序加工,加工效率高并有利于提高各表面的相互位置精度。

  e、五轴加工时, 刀具相对于工件表面可处于最有效的切削状态。例如使用球头刀时可避免球头底部切削,利于提高加工效率。同时,由于切削状态可保持不变,刀具受力情况一致,变形一致,可使整个零件表面上的误差分布比较均匀,这对于保证某些高速回转零件的平衡性能具有重要作用。

  f、在某些加工场合,如空间受到限制的通道加工或组合曲面的过渡区域加工,可采用较大尺寸的刀具避开干涉,刀具刚性好,有利于提高加工效率与精度。

  现在,大家普遍认为,五轴联动数控机床系统是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等加工的唯一手段。所以, 每当人们在设计、研制复杂曲面遇到无法解决的难题时,往往转向求助于五轴数控系统。

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