數控機床(CNC)的發展歷程

2021-01-19
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數控機床(CNC)的發展歷程

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? 數控機床是由美國發明家約翰·帕森斯上個世紀發明的。隨著電子信息技術的發展,世界機床業已進入了以數字化制造技術為核心的機電一體化時代,其中數控機床就是代表產品之一。數控機床是制造業的加工母機和國民經濟的重要基礎。它為國民經濟各個部門提供裝備和手段,具有無限放大的經濟與社會效應。歐、美、日等工業化國家已先后完成了數控機床產業化進程,而中國從20世紀80年代開始起步,仍處于發展階段。

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美國發展

? 美國政府重視機床工業,美國國防部等部門因其軍事方面的需求而不斷提出機床的發展方向、科研任務,并且提供充足的經費,且網羅世界人才,特別講究“效率”和“創新”,注重基礎科研。因而在機床技術上不斷創新,如1952年研制出世界第一臺數控機床、1958年創制出加工中心、70年代初研制成FMS、1987年首創開放式數控系統等。由于美國首先結合汽車、軸承生產需求,充分發展了大量大批生產自動化所需的自動線,而且電子、計算機技術在世界上領先,因此其數控機床的主機設計、制造及數控系統基礎扎實,且一貫重視科研和創新,故其高性能數控機床技術在世界也一直領先。當今美國生產宇航等使用的高性能數控機床,其存在的教訓是,偏重于基礎科研,忽視應用技術,且在上世紀80代政府一度放松了引導,致使數控機床產量增加緩慢,于1982年被后進的日本超過,并大量進口。從90年代起,糾正過去偏向,數控機床技術上轉向實用,產量又逐漸上升。

德國發展

? 德國政府一貫重視機床工業的重要戰略地位,在多方面大力扶植。于1956年研制出第一臺數控機床后,德國特別注重科學試驗,理論與實際相結合,基礎科研與應用技術科研并重。企業與大學科研部門緊密合作,對數控機床的共性和特性問題進行深入的研究,在質量上精益求精。德國的數控機床質量及性能良好、先進實用、貨真價實,出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密數控機床。德國特別重視數控機床主機及配套件之先進實用,其機、電、液、氣、光、刀具、測量、數控系統、各種功能部件,在質量、性能上居世界前列。

日本發展

? 日本政府對機床工業之發展異常重視,通過規劃、法規(如“機振法”、“機電法”、“機信法”等)引導發展。在重視人才及機床元部件配套上學習德國,在質量管理及數控機床技術上學習美國,甚至青出于藍而勝于藍。自1958年研制出第一臺數控機床后,1978年產量超過美國,產量、出口量一直居世界首位。戰略上先仿后創,先生產量大而廣的中檔數控機床,大量出口,占去世界廣大市場。在上世紀80年開始進一步加強科研,向高性能數控機床發展。

中國發展

? 作為現代工業基石的機床產業,是工業經濟發展過程中無論如何都不能繞過一個關鍵性問題,中國機床產業由于先天不足,一直在中高端機床項目發展上落于國外主流水準,正處于一個追趕的過程當中。

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? 中國數控機床仍然較為落后。中國數控機床市場巨大,與國外產品相比,中國的差距主要是機床的高速高效化和精密化上,中國正處于工業化中期,即從解決短缺為主的開放逐步向建設經濟強國轉變,從脫貧向致富轉變,煤炭、汽車、鋼鐵、房地產、建材、機械、電子、化工等一批以重工業為基礎的高增長行業發展勢頭強勁,構成了對機床市場尤其是數控機床的巨大需求。

? 中國機床行業加速轉型面臨四大制約因素。中國的數控機床技術最多只能做到五軸聯動,并且據有關人士說這個五軸還是作秀成份居多,五軸以上幾乎就是全部進口,并且在多點聯動的技術上也和國外技術水準存在非常大的差距。

? 國內市場國際化競爭加?。河捎谥械蜋n數控機床市場萎縮和生產能力過剩,加之國外產品低價涌入,市場競爭將進一步加劇。而高檔產品由于長期以來一直依賴進口,國內產品更加面臨著國際化競爭的嚴峻挑戰。

? 以技術領先的策略正在向以客戶為中心的策略轉變:經濟危機往往會催生大規模的產業升級和企業轉型,機床工具行業實現制造業服務化,核心在于要以客戶為中心,積極提供客戶需要的個性化服務。因此,從簡單的賣產品轉向提供整體解決方案、從以技術為中心向以客戶為中心轉變成為當今的趨勢。

? 中國的產品與中國市場需求反差較大,產品結構亟待快速調整:中國機床行業雖然保持多年持續快速發展,但是產業和產品結構不合理的現象依然存在,整個行業大而不強,高檔產品還大量依賴進口。國產機床的國內市場占有率雖然已經有一定的提高,但是高檔數控機床、核心功能部件在國內市場占有率還很低,全行業替代進口的潛力非常巨大。

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? 企業技術創新模式有待完善:由于中國機床企業的地位、工業化水平和品牌影響力在逐步提升,要成為工業強國,其技術的獲得再也不能依賴別人。過去,中國走了一條從模仿到引進的道路,從現在開始必須走自主創新的道路。企業技術遇到新的封鎖,建立自主、新型、戰略性的產學研創新模式是支撐產品結構調整技術來源的惟一途徑。

? 中國數控機床行業將延續結構調整的勢頭,不斷以新產品、新亮點占領更大市場。數控切割機床按切割方式可分為火焰切割和等離子切割兩大類。隨著下游行業需求的不斷提高,對數控機床配件提出了更大的需求和更高的要求。

? 東北地區發展不快,其他地方的發展也比較緩慢。三是調結構促轉型取得成效。專家認為面對金融危機,廣大企業應不斷調整結構、提高質量、增加品種及推動產業升級,再加上企業加強管理,降低費用,所以企業效益明顯好轉。數控切割機床裝飾性發展趨勢可見一斑,數控切割機床更多的是強調在機械性能、操作簡便、價格經濟、加工精度穩定等方面。金屬材料加工日益要求普及和批量化,數控切割機床除了要滿足上述功能性外,還要具有多切割方式的適用性。

? 國內數控機床企業為了提高自身實力,更快地拓展國際市場,將采取多種手段加快和國外企業的融合以提高產品質量、提高競爭力。在繼續開拓美國、日本等國家市場的同時,在東南亞、中東、俄羅斯、歐洲、非洲等也全面開花。據了解,當前金屬切割數控機床行業運行具有以下幾個特點:一是外銷企業困難較大。從規模以上企業來看,以內銷為主的品牌企業發展勢頭較好。沒有品牌的中小企業發展比較困難。二是各地區發展不夠均衡,浙江、山東、河北、北京以及四川發展比較快,廣東的民營企業發展也較快。

? 數控切割機床行業多數企業都是依靠降低產品售價來獲得市場,造成的后果是產品價格低、附加值低、利潤低,企業沒有足夠的資金持續發展。隨著產業的發展和競爭的升級,提高產品技術含量,擁有自主的專利、設計,注重品牌的打造和營銷才是企業長期發展的最佳選擇。

? 中國機床行業在過去幾年實現了持續超高速的發展,一直到2011年上半年,需求仍很旺盛,但是從下半年開始,需求增勢明顯趨緩,新增訂單劇烈下滑,經濟效益狀況逐漸趨于嚴峻,利潤率持續下降。

? 在“十二五”期間,國家實施積極的財政政策和穩健的貨幣政策,隨著科技進步、產品升級以及國家重點工程、地方投資項目的不斷推進,國民經濟各行業對機床工具產品的需求水平將進一步提高,國防現代化對高水平機床的需求將更為迫切,市場需求將向更高層次發展,新一輪的市場競爭也將更加激烈。

? 由于行業景氣度低迷,下游制造型企業對機床需求下降,所以我國機床行業一直處于低迷狀態,升級轉型成為行業的關鍵詞,經濟型數控機床則成為振興裝備制造業的重點之一。

? 我國的鑄造機床產業取得了一定的成績,但是其發展仍然面臨著許多制約性問題,技術創新一直是國內鑄造機床行業的硬傷。與國外的鑄造機床產業相比,我國的鑄造機床產業在制造工藝水平上明顯落后,這使得其在核心運行部件的技術水平和運行速度、產品精度保持性以及機床的可靠性上有著明顯的不足。

? 我國鑄造機床企業缺乏自主創新和基礎理論研究的意識與能力,這就制約了我國鑄造機床技術的發展,要改變這種現狀,就要深入研究用戶行業產品工藝的特點和要求,結合工藝特點開發出高水平加工設備,同時,還要注重基礎理論工作的研究,這樣才能讓我國鑄造機床產業在不久的將來有更好的發展。國家出臺的一系列政策,大力建設新興企業,高新技術企業,抓住了這一時機,企業內部出臺了“調整與振興”、“自主創新”等一系列政策,升級企業機床技術,嚴格保證產品質量,為加快鑄造機床行業的發展提供了良好的環境跟市場。

? 機床工具行業作為國家基礎性和戰略性產業,在“十二五”規劃中,已明確將自主創新戰略作為最主要的一個組成部分,著重強調了要以技術創新工程來支撐和引領行業發展。我國機床工具行業的發展必須立足于自主創新,通過自主研發原始創新、引進技術消化吸收再創新、集成現有技術創新等方式,實現關鍵技術突破和產業升級。構建和完善以企業為主體、以市場為導向、產學研用相結合的技術創新體系;堅持加大研發費用投入;加強關鍵技術、共性技術的研究,力爭在基礎和共性技術攻關上有所突破,提高產品開發技術水平。

技術發展

? 高速、精密、復合、智能和綠色是數控機床技術發展的總趨勢,在實用化和產業化等方面取得可喜成績。主要表現在:

? 1、機床復合技術進一步擴展隨著數控機床技術進步,復合加工技術日趨成熟,包括銑-車復合、車銑復合、車---齒輪加工等復合,車磨復合,成形復合加工、特種復合加工等,復合加工的精度和效率大大提高?!耙慌_機床就是一個加工廠”、“一次裝卡,完全加工”等理念正在被更多人接受,復合加工機床發展正呈現多樣化的態勢。

? 2、數控機床的智能化技術有新的突破,在數控系統的性能上得到了較多體現。如:自動調整干涉防碰撞功能、斷電后工件自動退出安全區斷電保護功能、加工零件檢測和自動補償學習功能、高精度加工零件智能化參數選用功能、加工過程自動消除機床震動等功能進入了實用化階段,智能化提升了機床的功能和品質。

? 3、機器人使柔性化組合效率更高機器人與主機的柔性化組合得到廣泛應用,使得柔性線更加靈活、功能進一步擴展、柔性線進一步縮短、效率更高。機器人與加工中心、車銑復合機床、磨床、齒輪加工機床、工具磨床、電加工機床、鋸床、沖壓機床、激光加工機床、水切割機床等組成多種形式的柔性單元和柔性生產線已經開始應用。

? 4、精密加工技術有了新進展數控金切機床的加工精度已從原來的絲級(0.01mm)提升到微米級(0.001mm),有些品種已達到0.05μm左右。超精密數控機床的微細切削和磨削加工,精度可穩定達到0.05μm左右,形狀精度可達0.01μm左右。采用光、電、化學等能源的特種加工精度可達到納米級(0.001μm)。通過機床結構設計優化、機床零部件的超精加工和精密裝配、采用高精度的全閉環控制及溫度、振動等動態誤差補償技術,提高機床加工的幾何精度,降低形位誤差、表面粗糙度等,從而進入亞微米、納米級超精加工時代。

? 5、功能部件性能不斷提高功能部件不斷向高速度、高精度、大功率和智能化方向發展,并取得成熟的應用。全數字交流伺服電機和驅動裝置,高技術含量的電主軸、力矩電機、直線電機,高性能的直線滾動組件,高精度主軸單元等功能部件推廣應用,極大的提高數控機床的技術水平。