數控機床是一種裝有程序控制系統的自動(dòng)化機床,能夠根據已編好的程序,使機床動(dòng)作并加工零件。它綜合了機械、自動(dòng)化等最新技術(shù),把工業(yè)發(fā)展下的新型產(chǎn)業(yè)很好的詮釋了出來(lái),作為現代工業(yè)基石的機床產(chǎn)業(yè),是工業(yè)經(jīng)濟發(fā)展過(guò)程中無(wú)論如何都不能繞過(guò)一個(gè)關(guān)鍵性問(wèn)題。
這幾年數控機床進(jìn)口數額高居不下,表明中國國內對數控機床需求仍很旺盛,尤其是高端數控機床,仍需要大量進(jìn)口。而其中自動(dòng)化系統中軟件開(kāi)發(fā)成本越來(lái)越高。據相關(guān)數據顯示,在機床工業(yè)制造系統中,由1980年至2010年的30年來(lái),軟件成本由10%增至40%,電子電器成本由10%增至25%,機械成本由80%降至35%。由此更是增加了國內企業(yè)研發(fā)高端數控機床的難度。
中國的產(chǎn)品與中國市場(chǎng)需求反差較大,產(chǎn)品結構亟待快速調整,整個(gè)行業(yè)大而不強,高檔產(chǎn)品還大量依賴(lài)進(jìn)口。國產(chǎn)機床的國內市場(chǎng)占有率雖然已經(jīng)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(chǎng)占有率還很低,全行業(yè)替代進(jìn)口的潛力非常巨大。
三階段發(fā)展造就全球數控機床產(chǎn)業(yè)
全球數控機床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展大致可以分為起步。
、產(chǎn)業(yè)應用和深入推廣三個(gè)階段。數控機床的起步階段開(kāi)始于20世紀50年代。1952年,為滿(mǎn)足軍方需求,美國麻省理工學(xué)院研制出世界上第一臺數控機床。其后,日本、德國、英國相繼開(kāi)始研發(fā),但由于電子和計算機技術(shù)的限制,當時(shí)的數控系統體積龐大、昂貴,整個(gè)行業(yè)發(fā)展緩慢,一直延續到70年代末。
20世紀80年代,隨著(zhù)集成電路和計算機技術(shù)的廣泛應用,數控機床才有了新突破,整個(gè)產(chǎn)業(yè)也隨之進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)應用新階段。除了數控系統運算速度和可靠性提高,機床刀具和外圍設備品種全面增加,機床品種也迅速增加。進(jìn)入21世紀,數控機床產(chǎn)業(yè)進(jìn)入深入推廣階段,此階段以CAD/CAM與數控系統的綜合集成為主要標志,而且,2010年以后,隨著(zhù)智能控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )化技術(shù)的深度融合,全球數控機床產(chǎn)業(yè)呈現出新的發(fā)展態(tài)勢。
產(chǎn)業(yè)發(fā)展呈現技術(shù)多樣化和區域集聚態(tài)勢
數控機床已成為爭奪裝備工業(yè)技術(shù)優(yōu)勢的制高點(diǎn)。從20世紀60年代開(kāi)始,發(fā)達國家就競相投入巨資進(jìn)行研發(fā),技術(shù)水平在國際上遙遙領(lǐng)先。目前,工業(yè)發(fā)達國家機床產(chǎn)業(yè)的數控化率至少超過(guò)50%,日本和德國超過(guò)70%,在航空航天、汽車(chē)、機械工具制造等高端制造技術(shù)密集的行業(yè),更是高達80%以上。由于數控機床產(chǎn)業(yè)專(zhuān)業(yè)化程度高、技術(shù)集成度高和產(chǎn)品種類(lèi)繁多,即使是發(fā)達國家,一個(gè)國家的機床工業(yè)也不可能供應所有的數控機床零部件。因此行業(yè)內部分工高度細化,且國際化程度高。由于關(guān)鍵功能部件,如數控系統、進(jìn)給系統等,技術(shù)含量高,各國在技術(shù)方面的競爭愈加激烈。而且,隨著(zhù)電子技術(shù)的迅猛發(fā)展,開(kāi)發(fā)周期加快,數控機床技術(shù)不斷創(chuàng )新,新產(chǎn)品陸續問(wèn)世。
由于數控機床涉及機械、電子、材料等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域,技術(shù)高度集成,目前國際數控機床市場(chǎng)被少數大型集團所壟斷,并呈現出向歐洲和東亞兩個(gè)區域高度集聚的發(fā)展態(tài)勢。
高速、精密、集成、綠色化成為數控機床發(fā)展方向
高速化一直是數控機床追求的目標。1990年以來(lái),歐美各國應用新的機床運動(dòng)學(xué)理論和先進(jìn)的驅動(dòng)技術(shù),優(yōu)化機床結構,提高功能部件性能,輕量化移動(dòng)型部件,減少運動(dòng)摩擦。高速加工技術(shù)的應用縮短了切削時(shí)間和輔助時(shí)間,實(shí)現了加工制造的高質(zhì)量和高效率。
精密化已成為數控機床的重要性能參數。通過(guò)優(yōu)化機床的結構,提高了制造和裝配的精度,減少了數控和伺服系統的反應時(shí)間。
采用溫度、振動(dòng)誤差補償等技術(shù),提高了數控機床的幾何精度、運動(dòng)精度等。目前,普通數控機床的加工精度可達5到10微米,精密級加工中心可達1到1.5微米;超精密加工中心的精度可達納米級。
集成化也是數控機床技術(shù)最重要的發(fā)展趨勢之一。2010年以后,數控機床與智能技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)緊密結合,并可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠程控制與診斷,為數控機床融入物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代奠定了基礎。綠色化成為數控機床設計、制造和使用的新方向。各國逐漸將綠色化納入研發(fā)范疇,如設計過(guò)程中大量使用可再生材料;工作過(guò)程中,采用變頻技術(shù)降低怠速及能耗;使數控機床使用過(guò)程中減少廢物排放50%以上等。
高速化、精密化、集成化和綠色化已經(jīng)成為數控機床產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展方向。在裝備水平、加工范圍、加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率方面,全球數控機床產(chǎn)業(yè)獲得了革命性的進(jìn)展,對高端制造業(yè)水平的提高起到了關(guān)鍵性的作用。