前言:一篇好文章的誕生,需要你不斷地搜集資料、整理思路,本站小編為你收集了豐富的高端的數(shù)控機床主題范文,僅供參考,歡迎閱讀并收藏。
關鍵詞:數(shù)控機床;數(shù)控技術;發(fā)展趨勢;概況
0 引言
數(shù)控技術是每個國家先進制造業(yè)發(fā)展水平的重要標志,國家綜合國力的提高和國防工業(yè)的現(xiàn)代化所必不可少的重要基礎。美國、日本和德國等發(fā)達國家的數(shù)控機床和技術都處于世界先進行列, 如日本山崎馬扎克公司開發(fā)出了2種可使用長鏜桿切削工件的復合加工機床。德國德馬吉(DMG)公司生產的CTX 310 ECO通用車床其主軸驅動在無級可調情況下,轉速可達5000r/min,輸出功率為ll千瓦 。
而我國數(shù)控技術發(fā)展比較晚,起步比較慢。在20世紀50年代末,經(jīng)歷了封閉式開發(fā)階段。在“六五”、“七五”間,通過吸收和引進相結合,于“八五”期間建立國產體系。“九五”期間實現(xiàn)了產業(yè)化階段,組建了數(shù)控研發(fā),數(shù)控生產基地,初步掌握了數(shù)控發(fā)展的技術,同時培養(yǎng)一批數(shù)控專業(yè)技術人才,初步形成了國產數(shù)控產業(yè)規(guī)模,開拓了國產數(shù)控產業(yè)市場。如圖1所示為我國數(shù)控機床產業(yè)銷售情況分布圖。其規(guī)模較大生產公司有華中數(shù)控、廣州數(shù)控和航天數(shù)控等具有經(jīng)濟性和普及型的數(shù)控系統(tǒng)及機床產品。經(jīng)過50多年的大力發(fā)展,其產品和性能大幅度提高,并逐漸在市場上站穩(wěn)腳跟。但高端技術產品含量比較低,與國外數(shù)控系統(tǒng)差距比較大,對我國數(shù)控產業(yè)的發(fā)展還達不到主導和支撐作用。絕大部分高端數(shù)控產品主要依賴進口,如表1所示是近年來我國數(shù)控機床進出口變化對比表。因此大力發(fā)展國產數(shù)控產業(yè)對我國經(jīng)濟的發(fā)展、國防的進步和綜合國力水平的提高具有極為重要的作用。
1 數(shù)控機床與技術簡介
1.1 數(shù)控機床的結構組成
數(shù)字控制(Numerical Control )是一種借助數(shù)字、字符或其它符號對某一加工過程進行可編程控制的自動化方法。而數(shù)控技術(Numerical Control Technology)就是采用數(shù)字控制的方法對加工過程實現(xiàn)自動控制的技術。再將數(shù)控技術應用到機床上就演化為現(xiàn)在的數(shù)控機床。標準型的數(shù)控機床通常由數(shù)控機床控制系統(tǒng)和機床本體這兩大部分組成,如圖2所示。
1.2 數(shù)控機床及技術分類
1)按控制系統(tǒng)特點分,主要包括點位控制、直線控制和輪廓控制數(shù)控機床。其中,點位控制數(shù)控機床只要控制移動部件的終點位置,對運動軌跡不作要求;直線控制數(shù)控機床不僅控制兩點間準確位置,還要控制其移動速度和軌跡;輪廓控制數(shù)控機床能夠同時控制兩軸以上的軸,并具有插補功能,同時對運動的起、終點,速度和軌跡進行精確控制來加工任意形狀的曲線和曲面。
2)按執(zhí)行機構的控制方式分,主要包括開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)數(shù)控機床。其中,開環(huán)數(shù)控機床無位置反饋系統(tǒng),加工精度低;半閉環(huán)數(shù)控機床帶有位置反饋系統(tǒng),并安裝在滾珠絲杠或電機軸上,加工精度較高;閉環(huán)數(shù)控機床不僅帶有位置反饋系統(tǒng),而且將其安裝在運動部件上,加工精度最高。
3)按工藝用途分,主要包括金屬切削類、金屬成形類和特種加工數(shù)控機床及其他類型數(shù)控機床。其中,金屬切削類數(shù)控機床應用最為廣泛,種類最多;金屬成形類數(shù)控機床最近幾年發(fā)展較快。
4)按數(shù)控機床的性能分,主要有高、中、低檔三種數(shù)控機床。
1.3 數(shù)控機床及技術特點
數(shù)控機床作為一種先進的自動化機床,不僅具有較高的自動化程度,而且還具有廣泛的通用性,綜合運用了計算機技術、微電子技術、自動控制技術、機械結構和精密測量等最新成就和技術,廣泛應用于機械加工制造、國防軍工產品生產、航空航天、交通運輸?shù)阮I域,其主要特點如下:
1)加工精度高,加工質量穩(wěn)定、可靠性高;
2)加工過程無需人工干預,降低了工人的勞動強度;
3)當零件發(fā)生改變時,只需改變數(shù)控程序,即可繼續(xù)加工,節(jié)省生產準備時間,提高生產率;
4)能實現(xiàn)多坐標的聯(lián)動加工,能加工各種形狀復雜的零件,加工范圍廣;
5)適應性強,適合加工單件和小批量復雜工件;
6)有利于實現(xiàn)機械加工的現(xiàn)代化管理。
2 數(shù)控機床及技術的發(fā)展概況
數(shù)控機床產業(yè)是國民經(jīng)濟發(fā)展的支柱產業(yè),中國是世界制造大國,但不是制造強國。創(chuàng)新能力不強,基礎薄弱,主要以低端產品為主,而制造業(yè)的發(fā)展主要依賴于機床業(yè)的發(fā)展。為此,國家于2005年制定了《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020年)》,同時將“高檔數(shù)控機床與基礎制造裝備”確立為16個科技重大專項之一。通過國家計劃支持,在數(shù)控關鍵技術方面取得較大突破,主要表現(xiàn)在如下幾個方面:
1)關鍵部件的技術水平和質量逐步提高,功能日趨完善,部分零部件的性能指標逐步達到國際先進水平。開發(fā)出了高速主軸控制單元、重載導軌、數(shù)控回轉工作臺、A/C軸數(shù)控銑頭、機械手和刀庫裝置和數(shù)字化量儀等部件和樣機,并實現(xiàn)小批量生產規(guī)模。
2)中高檔數(shù)控系統(tǒng)的研發(fā)取得了一定的成果。通過自主研發(fā)與國外合作,在中檔數(shù)控系統(tǒng)研發(fā)上取得很大進展。解決了遠程數(shù)據(jù)傳輸和坐標聯(lián)動的關鍵難題,相繼又開發(fā)了伺服驅動系統(tǒng),形成了系列化和標準化生產。
3)中高檔數(shù)控機床研發(fā)有了較大的突破,在復合加工、五軸聯(lián)動、高速加工和數(shù)字設計等方面取得了重大進展。
但與國外先進發(fā)達國家相比,差距還很大,還有很長的路要走,其不足主要有以下幾點:
1)自主創(chuàng)新能力還不足,創(chuàng)新成分少,吸收和消化能力差。就目前情況來看,我國只是停留在掌握已有國外的先進技術上和提高國產化率上,沒有形成自主研發(fā)和自主創(chuàng)新能力。要改變這種局面,不僅借助國外的先進技術作引導,還必須增強消化吸收能力,否則會更加依賴于國外技術。
2)功能部件發(fā)展滯后。由于數(shù)控機床是由若干功能部件在立柱和床身上進行組裝而成。其整體和功能部件之間是相互依賴,相互發(fā)展的,這些功能部件的發(fā)展也在一定程度上限制了數(shù)控機床的發(fā)展。
3)產品的穩(wěn)定性、可靠性不高。進口機床的平均無故障時間約為10,000小時以上,國產為3000-6000小時左右。這種差距在一定程度上影響了國產機床在市場上的占有率。
4)網(wǎng)絡化水平和技術較低。目前應用較多的還是NC傳輸、串口通訊技術和紙帶閱讀器,而遠程故障排除、集成化和網(wǎng)絡化水平有限。
5)產品可靠性、服務水平和產品質量等方面不強。國產機床的交貨期、服務和質量等方面與國外的著名品牌差距較大,其數(shù)控系統(tǒng)的平均無故障時間差距也很大。另外,服務體系不完善,快速反應能力和成套技術服務滿足不了現(xiàn)在的多元化市場要求。
6)高檔數(shù)控機床的需求量較大。尤其對高端數(shù)控機床的需求量較大,每年大約有60%的固定資產用于購買機床。在“十二五”期間,隨著汽車、高鐵、航天工業(yè)、工程機械等行業(yè)投資增速、產業(yè)結構調整,對中高端數(shù)控機床需求量將繼續(xù)增大。據(jù)分析,到2020年低中高檔數(shù)控機床之比將達到20:60:20,中高檔數(shù)控機床年需求量在12萬臺左右。
7)體系結構不夠完善和開放。用戶接口不夠完善,少數(shù)開放功能的產品,只停留在試驗和試制階段。
8)創(chuàng)新環(huán)境不完善。我國還未形成有利于企業(yè)創(chuàng)新的競爭環(huán)境,創(chuàng)新動力和創(chuàng)新意識不強。
3 數(shù)控機床及技術的發(fā)展趨勢
數(shù)控技術不僅對傳統(tǒng)的制造業(yè)帶來了巨大的變革,而且成為工業(yè)化的象征。隨著數(shù)控技術的發(fā)展和應用領域的逐漸擴大,對國際民生的重要行業(yè)產生了極為重要的作用。從目前世界上數(shù)控技術及裝備的發(fā)展趨勢來看,主要體現(xiàn)在以下幾個方面:
3.1 高精度化、高速化、高效性、高可靠性
世界各工業(yè)國家從精密到超精密加工,從微米級到亞微米級,再到納米級發(fā)展,以適應現(xiàn)代科技的發(fā)展。通過高速化縮短切削時間,來提高生產率,實現(xiàn)高效發(fā)展。高的可靠性可以大大降低機床故障率,提高機床壽命。
3.2 開放式、智能化、網(wǎng)絡化
開放式數(shù)控系統(tǒng)能在一個統(tǒng)一平臺上,面向廠家和用戶,通過增加、剪切和改變結構對象,實現(xiàn)產品的系列化。智能化主要是對產品質量、驅動性能、編程、人機對話、智能控制、智能診斷等方面實現(xiàn)智能化。網(wǎng)絡化是近年來的一大亮點,這一目標的實現(xiàn)可極大滿足制造系統(tǒng)和制造企業(yè)對信息集成的需求,實現(xiàn)虛擬制造和敏捷制造等。
3.3 五軸聯(lián)動加工和復合快速加工
采用五軸聯(lián)動可實現(xiàn)對三維曲面零件的加工,效率高、加工質量好。但價格較高,編程難度較大,從而限制了五軸聯(lián)動機床的發(fā)展。由于當前電主軸的快速發(fā)展,使五軸聯(lián)動的復合主軸頭結構大為簡化,制造難度和成本降低,促進了五軸聯(lián)動機床和復合加工機床的迅速發(fā)展。我國復合加工機床剛剛起步、國內首臺復合加工機床是由沈陽機床集團與德國MAX-MULLER公司合作生產的車銑復合中心。
3.4 環(huán)保化
隨著環(huán)境保護意識的增強,環(huán)保的要求也越來越高。不僅在制造過程中不污染環(huán)境,在使用中也不產生二次污染。在這種環(huán)境下,裝備制造領域對機床提出了無液、無冷卻液、無氣味的環(huán)保要求。歐洲已有10%-15%的加工實行了干切削或準干切削,如德國HUELLER的高速加工中心均采用了干切削技術;美國HARDING的QUEST系列車床;日本原洲公司加工中心采用了液氮冷卻技術;日本富士公司的數(shù)控車床采用了冷風冷卻技術。
3.5 新技術規(guī)范和標準的建立
開放式數(shù)控系統(tǒng)有更好的適應性、擴展性、通用性和柔性。美國、歐共體和日本等國紛紛開始對開放式體系結構的數(shù)控系統(tǒng)新技術規(guī)范的研究和制定,這預示著數(shù)控技術的又一個新的變革時期的到來。我國在2000年也開始對中國的ONC數(shù)控系統(tǒng)的規(guī)范進行研究和制定。
4 結束語
我國是制造和生產大國,在世界產業(yè)轉移中盡量接受前端而不是后端的轉移。一方面,要努力掌握世界先進制造核心技術,縮短與先進國家之間的差距。重視數(shù)控人才的培養(yǎng),加大對數(shù)控高端科技領域的拓展,加大經(jīng)濟的投入,實現(xiàn)由制造大國到制造強國的轉變。另一方面,制造業(yè)還是我國就業(yè)人口最多的行業(yè),可緩解當前就業(yè)的壓力,提高人民的生活水平,保障社會的穩(wěn)定。
參考文獻:
[1] 林寶,單國棟.我國數(shù)控機床市場發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢[J].東方企業(yè)文化,2010(9):121.
[2] 張玲. 數(shù)控加工編程[M]. 南京:南京大學出版社,2012.1.
[3] 胡俊,王宇晗,吳祖育等.數(shù)控技術的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].機械工程師,2000(3):5-7.
關鍵詞:數(shù)控機床;歷史;發(fā)展趨勢
一、引言
機床,作為“機器的機器”,從工業(yè)革命誕生以來,便被視為一個國家工業(yè)化的基礎。機床是先進制造技術和制造信息集成的重要元素,是重要商品,又是決定一個國家生產力水平的關鍵要素。
二、數(shù)控機床的歷史
20世紀中葉, 隨著信息技術革命的到來,機床也由之前的手工測繪、簡單操作性逐漸演變?yōu)閿?shù)字操控,全自動化成型部件的數(shù)控機床。數(shù)控機床是一種高度機電一體化的產品,在傳統(tǒng)的機床基礎上引進了數(shù)字化控制,將以往憑借工人經(jīng)驗的操作變?yōu)閿?shù)字化、可復制的自動操作。數(shù)控機床可以加工多品種小批量零件(降低規(guī)模化適用門檻)、結構較復雜、精度要求較高的零件、需要頻繁改型的零件、價格昂貴不允許報廢的關鍵零件、要求精密復制的零件、需要縮短生產周期的急需零件。數(shù)控加工具有如下特點:加工柔性好,加工精度高,生產率高,減輕操作者勞動強度、改善勞動條件,有利于生產管理的現(xiàn)代化以及經(jīng)濟效益的提高。數(shù)控機床的特點及其應用范圍使其成為國民經(jīng)濟和國防建設發(fā)展的重要裝備。目前,工業(yè)發(fā)達國家機床產業(yè)的數(shù)控化比率通常在50%以上,在日本和德國更是超過了70%。
我國真正的工業(yè)化進程起始于20世紀50年代。由于種種原因,我們錯過了20世紀70到80年代的新型工業(yè)化大發(fā)展時期,導致我國的機械裝備制造產業(yè)到現(xiàn)在為止仍然在趕超發(fā)達國家的階段。自20世紀末開始,我國開始了大規(guī)模引進西方技術,同時在引進技術的基礎上吸收、融合、創(chuàng)造,最終發(fā)展出我們自己的數(shù)控機床制造產業(yè)。這一時期,我國的整體制造業(yè)也開始了逐漸由制造大國向制造強國邁進了腳步,機床制造業(yè)也跟著取得數(shù)控機床快速增長的業(yè)績。機床的發(fā)展和創(chuàng)新在一定程度上能映射出加工技術的主要趨勢。近年來, 我國在數(shù)控機床和機床工具行業(yè)對外合資合作進一步加強, 無論在精度、速度、性能, 還是智能化方面都取得了相當?shù)某煽儭?/p>
三、我國數(shù)控機床產業(yè)現(xiàn)狀
目前,國內生產的數(shù)控機床可以大致分為經(jīng)濟型機床、普及型機床、高檔型機床三種類型。經(jīng)濟型機床基本都是開環(huán)控制;普及型機床采用半閉環(huán)控制技術,分辨率可達到1微米;高檔型機床采用閉環(huán)控制,以計算機程序來實現(xiàn)全過程無人控制,具有各種補償功能、新控制功能、自動診斷,分辨率可以達到0.1微米。
截止到2014年,國產低檔經(jīng)濟型機床已經(jīng)在國內機床生產企業(yè)得到了很好的應用,經(jīng)濟型數(shù)控機床基本都是國內產品,不管是從質量上還是從可靠性上都可以滿足大部分機床用戶的需要。在普及型產品段中,國內普及型數(shù)控機床中大約有60~70%是采用的國內產品。但是需要指出的是,這些國產數(shù)控機床當中大約80%的數(shù)控系統(tǒng)都在使用國外產品,國內機床企業(yè)將各個子系統(tǒng)進口后進行拼裝,組成最終的成品機床。我國部分中檔普及型數(shù)控機床的功能、性能和可靠性方面已具有較強的市場競爭力。在中、高檔數(shù)控機床方面、四軸、五軸聯(lián)動機床等高端產品,我國國產產品與國外產品相比,仍存在較大差距。高檔機床方面國內產品大約只能占到10%,大部分都是靠進口。數(shù)控機床的核心技術―數(shù)控系統(tǒng),由顯示器、控制器伺服、伺服電機和各種開關、傳感器構成,中國更是幾乎全部需要國外進口。目前,我國在上海、煙臺建廠的大多是國外數(shù)控機床生產廠家,所有的核心技術都被外方掌握。國內能做的中、高端數(shù)控機床,更多處于組裝和制造環(huán)節(jié),普遍未掌握核心技術。國內的華中數(shù)控近幾年發(fā)展迅速,軟件水平相當不錯,但在電器硬件方面還需進一步提高。目前,國內一些大廠還沒有采用華中數(shù)控的。
在市場需求方面低檔機床和中檔機床大約各占50%和40%,高檔數(shù)控機床的需求大約是10%。從整體市場環(huán)境看,歐美等一些老牌機床公司有著長時間的技術積淀,同時不斷致力于科技創(chuàng)新和新產品的研發(fā),引導著數(shù)控機床技術發(fā)展。2014年,國家宏觀經(jīng)濟持續(xù)低位運行,國家宏觀調控政策將繼續(xù)穩(wěn)增長、調結構。在此大環(huán)境下,數(shù)控機床行業(yè)也相應地調整現(xiàn)有產業(yè)結構,在現(xiàn)有經(jīng)濟型、普及型產品取得成果的基礎上發(fā)展高端,一方面需要面臨國外產品以及合資產品擠壓國內中端市場的競爭壓力;另一方面要加大研發(fā),擠入高端市場,擺脫受制于人的嚴峻形勢。
四、我國數(shù)控機床產業(yè)的發(fā)展趨勢
開放性是新一代數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)核心。開放性的數(shù)控機床采用模塊化,層次化的結構,并通過形式向外提供統(tǒng)一的應用程序接口。為解決傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)封閉性和數(shù)控應用軟件的產業(yè)化生產存在的問題。目前,許多國家對開放式數(shù)控系統(tǒng)進行研究,數(shù)控系統(tǒng)開放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來之路。同時,和許多產業(yè)將會互聯(lián)網(wǎng)化一樣,數(shù)控機床未來也必將走上網(wǎng)絡化道路。互聯(lián)網(wǎng)化的數(shù)控裝備是近兩年的一個新的焦點。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡化將極大地滿足生產線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對信息集成的需求,也是實現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎單元。屆時,網(wǎng)絡化的數(shù)控機床將真正實現(xiàn)在全世界任意地點制造出滿足用戶需求的產品,進一步縮小制造業(yè)在地理和空間上的差異,為下一次的制造業(yè)革命奠定良好基礎。
經(jīng)過30多年的發(fā)展,我國數(shù)控機床制造產業(yè)已經(jīng)基本由市場配置資源,形成了從科研單位、試制生產應用單位、大規(guī)模市場推廣渠道、下游終端客戶、一直到最末級的維修保養(yǎng)與使用反饋這樣一個較為完整的產業(yè)鏈。數(shù)控機床市場競爭力也大大提高。2014年,我國機床行業(yè)發(fā)展主旋律概括為八個字:“穩(wěn)中求進、轉型升級”。面對整體下行趨勢和國內外市場環(huán)境的不斷變化,行業(yè)企業(yè)轉型的意識不同程度地增長,從被動應對,到主動順應,再到能動把握,已有很多企業(yè)步入了轉型升級的正確軌道。加快普及數(shù)控化技術將是解決中國本土機床企業(yè)產品競爭力弱、利潤薄、產品同質化嚴重等產業(yè)難題的重要手段。
為了讓機床鑄造產業(yè)高速增長,“十二五”規(guī)劃中對我國機床鑄造產業(yè)提出了明確的目標,到2015年,機床鑄造產業(yè)要實現(xiàn)工業(yè)總產值8000億元。要實現(xiàn)這個目標,需要將國家經(jīng)濟政策和行業(yè)自主調整發(fā)展兩個要素相結合。在國家政策層面,已經(jīng)出臺了大量的專項支持措施。國家通過專項財政補貼,稅務減免、專項獎勵基金、市場開拓扶持、專利申請綠色通道等方面給予了大力支持。與此同時,在行業(yè)層面,應當繼續(xù)實施創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略,以企業(yè)為主題,以創(chuàng)新為驅動力。鑒于機床屬于投資大、見效慢的行業(yè),僅憑企業(yè)自身努力無法實現(xiàn)長久發(fā)展,需要多家企業(yè)參與共性技術研發(fā),同時引入科研院校參與,實行公私合營伙伴關系推進研發(fā)。在行業(yè)技術層面,需要加大基礎研究投入和研發(fā)人才培養(yǎng)。中國機床工業(yè)的振興,數(shù)控機床的加速發(fā)展,歸根到底,取決于人員素質的提高、工業(yè)文化水平的提高。人才的加速培養(yǎng)與良好的市場機制、有效的深化改革、改組、改制,可以顯著提高工作質量、生產率、勞動生產率。進入21世紀知識經(jīng)濟時代,科學知識及作為重要生產要素的機床,其作用將更加突出。
數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床裝備的核心關鍵部件。特別是對于國防工業(yè)急需的高檔數(shù)控機床,高檔數(shù)控系統(tǒng)是決定機床裝備的性能、功能、可靠性和成本的關鍵因素,而國外對我國至今仍封鎖限制,成為制約我國高檔數(shù)控機床發(fā)展的瓶頸。
21世紀將是我國國民經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的黃金時期,國民經(jīng)濟建設的高速發(fā)展將進一步拉動數(shù)控機床的市場需求。預計2010年國內市場數(shù)控機床需求將達10萬臺以上,40%以上為中高檔型,消費將達到60-70億美元,將為國產數(shù)控系統(tǒng)產業(yè)創(chuàng)造廣闊的市場空間。
二、我國數(shù)控系統(tǒng)產業(yè)市場的現(xiàn)狀
(一)數(shù)控系統(tǒng)產業(yè)的市場細分
我國數(shù)控系統(tǒng)分為三種型級,即經(jīng)濟型、普及型和高級型。這是根據(jù)我國當前市場需求的實際情況,按技術應用不同領域和復雜程度進行的階段性標準來劃分的。
在經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)中,國產經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)由于適應我國用戶的實際使用水平和機床制造企業(yè)數(shù)控技術配套要求,得到了廣大用戶的認同,已形成了規(guī)模優(yōu)勢,目前約占到我國整個數(shù)控系統(tǒng)市場的60%左右。
國產普及型數(shù)控系統(tǒng)市場占有率不斷提高,但外國品牌依然占領國內市場。進入20世紀90年代以來,我國逐步形成了以航天數(shù)控集團、機電集團、華中數(shù)控、藍天數(shù)控等以生產普及型數(shù)控系統(tǒng)為主的國有企業(yè),以及北京-法那科、西門子數(shù)控(南京)有限公司等合資企業(yè)的基本力量。從技術水平上比較,國產普及型數(shù)控系統(tǒng)的功能、性能并不差,價格和服務方面還有較大優(yōu)勢,可靠性與國外系統(tǒng)的差距也已顯著縮小,但依然是國產數(shù)控系統(tǒng)最難開拓的市場領域。
在高檔數(shù)控系統(tǒng)領域,國產數(shù)控系統(tǒng)與國外相比,確實還存在比較大的差距。雖然國產五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)技術上已經(jīng)取得了一定突破,但功能還不夠完善,在實際應用中驗證還不全面。國產高檔數(shù)控系統(tǒng)的差距,還表現(xiàn)在產品的系列化不全,如伺服電機、伺服驅動從小到大各種規(guī)格,國外都有,而我們的規(guī)格有限;在高速(快速進給速度40米/分以上)、高精(分辨率0.1微米以下)、多通道數(shù)控系統(tǒng)的功能、性能上,國產系統(tǒng)與國外系統(tǒng)有較大差距。我國進口的數(shù)控系統(tǒng)基本為德國西門子(SIMENS)和日本法那科(FANUC)兩家公司所壟斷,這兩家公司在世界市場的占有率超過80%。在國內尚無自主知識產權高端數(shù)控系統(tǒng)替代的前提下,西門子和發(fā)那科擁有絕對的價格優(yōu)勢。加上高性能數(shù)控系統(tǒng)具有超越經(jīng)濟價值的戰(zhàn)略意義,發(fā)達國家對出口我國的數(shù)控系統(tǒng)始終有所限制,甚至像五軸聯(lián)動以上的高性能數(shù)控系統(tǒng)產品絕對禁止向我國出口。
(二)我國數(shù)控系統(tǒng)產業(yè)的發(fā)展目標
國家“十二五”期間的目標是:建立起比較完備的數(shù)控系統(tǒng)自主創(chuàng)新體系,具有自主設計、開發(fā)和成套生產能力,使我國高檔數(shù)控系統(tǒng)總體技術達到國際先進水平。創(chuàng)建國產自主品牌產品,普及型數(shù)控系統(tǒng)市場占有率達70%以上,具有較強的國際競爭能力;國產高檔系統(tǒng)市場占有率達到50%以上,主要品種基本實現(xiàn)自給,推動裝備制造業(yè)現(xiàn)代化。
結合我國數(shù)控系統(tǒng)市場與數(shù)控系統(tǒng)產業(yè)的發(fā)展目標,不難看出,經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)市場已趨于飽和,且競爭相當激烈,由于技術水平相差不大,因此多為價格競爭。在普及型數(shù)控系統(tǒng)市場已逐步形成幾家大企業(yè)的壟斷現(xiàn)象,并且國外數(shù)控系統(tǒng)已在市場上占統(tǒng)治地位,很難進入。而在國內,高檔數(shù)控系統(tǒng)目前只占整個數(shù)控系統(tǒng)的約2%,市場前景相當廣闊,雖然目前大部分的高檔數(shù)控系統(tǒng)是國外產品,但依然有大片市場等待開發(fā)。競爭機會是平等的,并且有國家政策的支持與鼓勵,數(shù)控系統(tǒng)廠商只有抓住這一契機,才能不斷發(fā)展自己的技術,擴大市場,為國家高檔數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展做出貢獻。
三、高檔數(shù)控系統(tǒng)市場需求分析
(一)高檔數(shù)控系統(tǒng)的市場應用
高檔數(shù)控系統(tǒng)可以應用于數(shù)控機床的生產,也可以對原有的數(shù)控機床或非數(shù)控機床進行系統(tǒng)升級、改造。其具體的應用市場為機電行業(yè),包括機械、電子、汽車、航空、航天、輕工、紡織、冶金、煤炭、郵電、船舶等。另外,航空航天、船舶制造、大型電站設備、石化和冶金設備、汽車制造等都是我國機床業(yè)的下游產業(yè),都離不開高檔機床,為機床業(yè)的發(fā)展提供了廣闊的空間。
(二)數(shù)控機床市場的現(xiàn)狀
數(shù)控機床是利用硬件和軟件相結合,是以電子控制為主的機電一體化機床,充分利用了微電子、計算機技術等高端技術。我國數(shù)控機床生產廠共有100多家,其中能批量生產的企業(yè)有42家(國有企業(yè)30家,民營企業(yè)5家,合資、獨資企業(yè)7家),平均年產量40-50臺,幾家重點企業(yè)年產量可達400-700臺。
1、國內市場需求。我國數(shù)控機床20世紀80年代以來有了迅速發(fā)展,平均年產量增長20%以上;數(shù)控機床市場消費量從1990年的2588臺增長至1996年的18000臺;目前已是世界數(shù)控機床第三進口大國。進入90年代以來,我國數(shù)控機床生產企業(yè)都經(jīng)歷了結構調整、轉變機制的艱苦磨礪過程。由于市場結構的變化,使得1997年數(shù)控機床市場消費量下降到14329臺。同時由于進口減少,國產數(shù)控機床市場占有率上升到45.9%;正是由于結構的變化,才有可能形成產量下降、市場占有率提高的局面。近期,國家為擴大內需,通過加大技改投資和基礎設施建設投資的措施來拉動國內市場消費。在各個主要市場看,轎車、重型汽車等重要車型的銷售量從東向西逐步擴展,轎車個人購買已成為主流。這些行業(yè)的發(fā)展帶動了機床工具的需求。其次是軍工等需求穩(wěn)步上升,在航空、兵器等領域,改造將繼續(xù)增加,設備需求將進一步深化和擴大。民營企業(yè)將進一步滲透到制造業(yè)和輕工業(yè),其技術水平和加工能力的提高依賴于裝備的改善。處于“十一五”執(zhí)行期的高峰,國家重點項目、重點工程、重點任務全面鋪開,市場需求呈現(xiàn)出較高的增長,進一步拉動企業(yè)的技術改造和設備更新。近年啟動和續(xù)建的重大工程有:三峽右岸的發(fā)電機組的制造,西氣東輸中段的全面開工及沿線各省、市的引進工程,南水北調工程,北京、上海、武漢、天津、重慶、長沙等大、中城市的地鐵、輕軌工程、大化肥、大空分、西電東送等工程都會對相關產業(yè)帶來市場的需求,而這些產業(yè)直接或間接都會使機床工具行業(yè)的市場增加份額和力度,為我國數(shù)控產業(yè)發(fā)展帶來新的市場機遇。
2、國際市場需求。從近幾年我國機床出口統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看,數(shù)控機床的出口量和出口平均單價逐年上升,國際機床市場的消費主流是數(shù)控機床,目前世界數(shù)控機床消費趨勢已從初期以數(shù)控電加工機床、數(shù)控車床、數(shù)控銑床為主轉向以加工中心、專用數(shù)控機床、成套設備為主,這正是我國機床行業(yè)的弱項。“八五”期間,我國機床工具產品出口開始向全方位、多元化發(fā)展。近幾年機床出口多元化發(fā)展趨勢更加明顯,由于受東南亞金融危機的影響,1998年我國東南亞出口額大幅降低,但同時開始向南美、中東、荷蘭擴展,對英國、加拿大出口額也較1996年大幅度提高。美、歐、亞是目前我國機床產品出口的主要市場,占我國出口份額依次為1/4、1/5、1/6。在2005年的世界十大機床消費國(地區(qū))中,只有我國臺灣和意大利的機床消費額是負增長和零增長,其余都是正增長。2005年我國的機床消費額高達109億美元,高出第2位的日本33.7億美元,連續(xù)四年名列世界首位。世界機床市場整體消費的增加同時預示了數(shù)控機床市場的市場容量不斷增加,為高檔數(shù)控系統(tǒng)提供了廣闊的市場投放空間。
四、市場規(guī)模預算
由于機床下游行業(yè)固定資產投資連續(xù)幾年快速增長,國內機電產品市場需求年均增長30%,根據(jù)數(shù)控機床市場的預計,未來5年我國數(shù)控機床需求的年均增速在30%以上。
雖然國內市場對數(shù)控機床的需求很大,但對高檔數(shù)控機床的生產和消費需求依然處于低水平,從2004年的數(shù)據(jù)看,高檔數(shù)控系統(tǒng)占整個數(shù)控系統(tǒng)的產量比例為1.5%,比2002年上升了1個百分點。
另外,由于技術等方面的原因,國產高檔數(shù)控系統(tǒng)的市場占有率非常小,2006年,國外公司在我國銷售高檔數(shù)控系統(tǒng)約占市場份額的99.5%。這就要求國產高檔數(shù)控系統(tǒng)廠商必須生產質量可靠,價格適中的高檔數(shù)控系統(tǒng),才能與強勁的外國企業(yè)競爭.根據(jù)市場分析,可以做出未來五年我國高檔數(shù)控系統(tǒng)市場規(guī)模預測如表1所示。
五、結論與建議
隨著市場需求的不斷擴大,科學技術的迅猛發(fā)展,21世紀將成為我國發(fā)展數(shù)控系統(tǒng)產業(yè)的絕佳時期,提高我國數(shù)控系統(tǒng)的技術性和競爭力將大力推動我國制造業(yè)的發(fā)展,這將是政府與企業(yè)共同努力的結果。
在政府政策方面,應充分利用國防軍工行業(yè)與機床制造行業(yè)的合作平臺,率先在軍工行業(yè)推廣使用自主化的高檔數(shù)控系統(tǒng)。優(yōu)先立項支持選用國產數(shù)控系統(tǒng)的首臺首套高端數(shù)控機床裝備的研制,并在項目中分配專門經(jīng)費支持所配套的高檔數(shù)控系統(tǒng)的研發(fā),推動自主研發(fā)的高檔數(shù)控系統(tǒng)的應用驗證和市場推廣。在使用財政性資金采購數(shù)控機床的項目中,標書中不要指定國外系統(tǒng),給國產數(shù)控系統(tǒng)產品建立公平的市場競爭機制。在滿足同等的條件下,應優(yōu)先選用國產數(shù)控系統(tǒng)產品。同時,支持數(shù)控系統(tǒng)廠、數(shù)控機床廠和職業(yè)院校建立“數(shù)控技術培訓與服務中心”,為數(shù)控機床生產者培訓操作使用、工藝編程、維護維修人員。另外,政府也可以在技術改革、稅收和金融政策等方面給予扶持,增強高檔數(shù)控系統(tǒng)企業(yè)綜合實力。
在企業(yè)自身方面,應加大在高檔數(shù)控系統(tǒng)、全數(shù)字交流伺服驅動等核心關鍵技術領域的研發(fā),走產學研相結合的道路,集我國家的財力支持建立由研究機構、大學、系統(tǒng)廠組成的技術聯(lián)盟和研發(fā)平臺,共同開展數(shù)控系統(tǒng)共性與關鍵技術的研發(fā),加速制訂下一代高檔數(shù)控系統(tǒng)標準體系結構的規(guī)范和協(xié)議及相關的技術標準,并在國產數(shù)控系統(tǒng)行業(yè)內推廣和共享,實現(xiàn)我國數(shù)控廠商的共同發(fā)展。
總之,國產高檔數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展關系到我國的產業(yè)安全和國防安全,加速產業(yè)化步伐,增強自主創(chuàng)新能力,加快高檔數(shù)控機床及其功能部件的研發(fā)和市場開拓,提高產品質量和服務質量,提高競爭力是我國高檔數(shù)控系統(tǒng)產品的努力方向,我們相信在國家的政策和措施的支持下,在全行業(yè)自身的不斷努力下,高檔數(shù)控系統(tǒng)一定會有更好的發(fā)展。
參考文獻:
1、孫斌,楊汝清.基于PC的數(shù)控系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].機床與液壓,2001(4).
2、楊學桐.我國數(shù)控產業(yè)的現(xiàn)狀與發(fā)展舉措[J].機電產品開發(fā)與創(chuàng)新,2002(3).
3、陳虎.高端數(shù)控系統(tǒng)的功能特征和性能特征[EB/OL].中國工控網(wǎng),2007-10-19.
本周國泰君安推薦了山東威達(002026),看好其合金鋸機的成長性,并指出后市應關注公司高檔數(shù)控機床的發(fā)展。
二級市場上,山東威達股價已突破均線壓制,并呈現(xiàn)逐級上行的態(tài)勢,投資者可逢階段回調買入,把握其整體上行的波段機會。
據(jù)悉,由于全球電動工具的增長放緩和山東威達核心產品鉆夾頭高達30%的市場占有率,公司傳統(tǒng)業(yè)務成長遭遇天花板效應,業(yè)務延伸迫在眉睫。
國泰君安通過在調研中了解到的信息判斷,山東威達合金鋸機的業(yè)務成長性值得看好。目前國內普通鋸機年產量約5-6萬臺,切割溫度40-50度,不適合高速合金帶鋸條,而合金鋸機具備以下優(yōu)勢:切割速度快,是傳統(tǒng)鋸機的5倍;切割光滑度好,比傳統(tǒng)鋸機好5倍;切割面完整,加工面質量高;適用性廣,適合雙金屬帶或硬質合金鋸條。
山東威達計劃在濟南投資,大力開拓切割溫度范圍0-90度的合金鋸機業(yè)務。隨著國內制鋼能力提高,目前已經(jīng)能生產鉻含量較高的優(yōu)質鋼材,由于材質硬度高,適合采用合金鋸機切割,而國內現(xiàn)有的合金鋸機絕大部分從德國進口,單價約70萬人民幣,而國產僅需25-27萬元,毛利率近40%,性價比較高,根據(jù)國泰君安的草根調研,國內合金鋸機年潛在需求空間約10萬臺,后續(xù)成長性最好。國泰君安還在調研中了解到,目前公司意向訂單約1000臺,其中包括國防裝備企業(yè)100臺,商400臺,20-30臺為終端客戶訂單,一旦電機、數(shù)控系統(tǒng)等核心部件到位,預計年底產能將大幅提升到100臺/月。
我國機床發(fā)展整體大而不強,低端產品多、價值低,高端產品少,很多企業(yè)還停留在“模仿”“仿造”階段,就像當年日本發(fā)展的初期。很多關鍵部件不過關,數(shù)控系統(tǒng)主要依賴于進口,提升產品質量的難度很大。企業(yè)創(chuàng)新能力差,信息化程度低,產品成熟度偏低,制造成本高,更無理論性、戰(zhàn)略性、方向性研究,是我們制造業(yè)的通病。把信息技術融于機床產品和企業(yè)管理的水平很有限,尤其是把現(xiàn)代信息技術融于數(shù)控產品,而研發(fā)并制造出高精尖產品就更差,所以我國機床的產品自動化、智能化、信息化、集成化程度都偏低。
此外關鍵零部件及核心運行部件的技術水平、運行速度、產品精度、可靠性、穩(wěn)定性差,整體機床制造工藝水平與質量比較低。
影響國產數(shù)控機床質量的關鍵性指標一可靠性與國外產品相比明顯偏低,直接影響了國產數(shù)控機床的競爭力。例如,國產數(shù)控機床的平均無故障工作時間小于300小時,遠低于國外高檔數(shù)機床平均無故障工作時間2000小時,而國際標準為800小時。
因生產制造工藝、過程控制等因素,國產數(shù)控機床的幾何精度和工作精度單機生產質量遠高于批量生產質量,很難實現(xiàn)數(shù)控機床的大批量高精度生產,從而不能有效占領市場。
無論從產品功能、制造過程控制,還是知識管理與創(chuàng)新、整體企業(yè)管理與服務水平來講,我國機床產業(yè)的信息化水平都還很低,難以設計和制造出高端產品,實現(xiàn)“高、精、尖”數(shù)控機床的技術突破,無法有效提升企業(yè)升品牌內涵和企業(yè)核心競爭力。利用信息技術在設計、制造、管理、服務、運作等方面不斷實現(xiàn)創(chuàng)新與突破,向一體化、服務化、集成化綜合方案供應商型企業(yè)發(fā)展,是制造業(yè)長期發(fā)展適應市場的重要手段。
注重基礎理論研究,加強創(chuàng)新能力建設,全面融入信息技術,用高端制造業(yè)代替簡單制造業(yè)、技術密集型代替勞動密集型,發(fā)展高端數(shù)控機床產品,是企業(yè)在本輪產業(yè)結構調整與升級時的必經(jīng)之路。
企業(yè)轉型從產品與服務入手
首先,提高產品的可靠性和穩(wěn)定性(增加可靠性、破壞性實驗),融入信息技術(信息塔、智能化、網(wǎng)絡化、集成化等技術),深入研究用戶需求,從而設計和制造出更符合國家重點扶持行業(yè)及特殊用戶需求的高端產品、高附加值產品。
第二,提升對用戶及產品的服務化水平,建立企業(yè)內外一體化、數(shù)字化、集成化運作與服務支持系統(tǒng),形成從單一供應產品的生產商,到包括研發(fā)設計、生產制造、管理資訊、企業(yè)運作環(huán)境與系統(tǒng)建設、兩化融合及軟件服務在內的制造業(yè)綜合解決方案供應商。
企業(yè)轉型升級面臨的急迫問題是創(chuàng)新和人的問題,即確立企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略與理念后,怎樣培養(yǎng)和管理高素質的人來利用最重要的信息技術,實現(xiàn)產品、管理和運作的不斷創(chuàng)新問題。
信息化技術是解決產業(yè)轉型升級最重要的手段和方法。無論是產品研究與創(chuàng)新,還是制造與工藝,管理與服務,無處不在。企業(yè)只有通過兩化融合才能實現(xiàn)真正的轉型與升級。
信息化建設的管理與技術難點
從管理方面來看:首先是實現(xiàn)管理創(chuàng)新難,信息化建設是一個在管理與技術上不斷實現(xiàn)創(chuàng)新并前進的過程,是管理與技術交融統(tǒng)一的集合體,只有管理創(chuàng)新跟上數(shù)字化運行環(huán)境發(fā)展要求,才能更好地開展信息化的各項工作。
其次,是數(shù)據(jù)管理難,由于裝配制造業(yè)企業(yè)普遍存在標準化、基礎化、個人信息化水平低等因素,尤其是國營企業(yè)、老企業(yè),這一矛盾更為突出。
再者,知識更新難,由于信息化對每一位員工綜合素質要求較高,無論是在技術操作層面,或管理操作層面,都要跟上并適應數(shù)字化企業(yè)運作模式的具體要求,并要不斷學習新的信息技術和新的管理思想,而固守原有舊觀念、舊習慣、舊知識,又是每一員工難以接受和使用新系統(tǒng)、適應新環(huán)境的主要障礙。
從技術方面來看:首先是系統(tǒng)集成難,由于現(xiàn)有國內外數(shù)字化軟件產品,是依據(jù)不同業(yè)務分為孤立的系統(tǒng)來設計和實施的,數(shù)據(jù)不能共享,事后集成統(tǒng)一,事倍功半,投資大、失敗多,尤其是財務管理軟件,直接與企業(yè)靜態(tài)制造數(shù)據(jù)脫節(jié),無法形成信息流與資金流的集成和統(tǒng)一,不能適應數(shù)字化的產品開發(fā)及管理對快速設計和創(chuàng)新設計的要求,更不能滿足未來企業(yè)數(shù)字化對信息技術及產品的需求。
其次,從軟件實施方法來看,所有信息化項目,都是在軟件實施后,再來消除信息孤島,解決數(shù)據(jù)唯一共享。再者,信息化項目實施邊界不清,需求多變,也是信息化項目實施周期長、成本高,不易成功見效的主要原因。
實現(xiàn)兩化融合的關鍵點
企業(yè)信息化就是要解決市場經(jīng)濟條件下的T(時間)、Q(質量)、C(成本)、S(服務)問題,從某種意義上說,企業(yè)信息化就是對企業(yè)數(shù)據(jù)集合進行數(shù)字化設計、實施、應用及管理。只有解決好帶有制造成本數(shù)據(jù)的工藝數(shù)據(jù)和產品數(shù)據(jù),使之在設計和生產經(jīng)營中成為唯一共享數(shù)據(jù),并在設計、生產、銷售、管理等活動中成為唯一數(shù)據(jù)源和唯一標準,才能在企業(yè)進行生產經(jīng)營活動時發(fā)揮出信息化的具大作用。
所以,建立集研發(fā)、制造、管理及過程控制為一體的數(shù)字化企業(yè)運作模式,利用信息技術來不斷實現(xiàn)企業(yè)管理創(chuàng)新,提升企業(yè)核心競爭力,是企業(yè)信息化發(fā)展戰(zhàn)略面臨的首要問題。而解決帶有成本數(shù)據(jù)的產品數(shù)據(jù)與工藝數(shù)據(jù)的集成,和它在整個企業(yè)內外數(shù)據(jù)中的唯一共享問題,又是現(xiàn)代裝配制造業(yè)信息化的核心問題。
【關鍵詞】 數(shù)控機床 故障診斷與維修 教學改革
數(shù)控機床是機械一體化在機械領域中的典型產品,它是將電力電子、自動化控制、電機、檢測、計算機、機床、液壓、氣動和加工工藝等技術集中于一體的自動化設備,具有高精度、高效率和高適應的特點。《數(shù)控機床故障診斷與維修》是機電等多學科綜合的最典型課程之一,也是數(shù)控機床維修專業(yè)的一門最重要的專業(yè)課。該課程的理論性和實踐性很強,要求學生掌握數(shù)控機床的工作原理和結構,掌握數(shù)控系統(tǒng)的組成、單片機技術、可編程控制器、機械加工技術、液壓氣動技術、傳感器檢測技術、網(wǎng)絡通訊技術、軟件調試技術、參數(shù)設置等方面的知識。
1 《數(shù)控機床故障診斷與維修》教學存在的問題
1.1 教學手段單一。數(shù)控機床是集機、電、液一體化的設備,技術先進、構成復雜,因此設備出現(xiàn)問題較難解決,這要求機床的維修人員不但要有扎實的理論功底,而且還應具備較強的實踐操作能力和豐富的維修經(jīng)驗。但是在教學中,大多數(shù)教師僅限于一本教材、一支粉筆、一塊黑板的傳統(tǒng)教學模式,盡管也有一些關于機床維修的仿真教學軟件,但都比較簡單,不便于教學。
1.2 教學模式不成熟。目前大多數(shù)院校采用的教材形式單一、內容陳舊、實踐性差,理論教學與實際脫節(jié),教學缺乏目的性和針對性。
1.3 師資力量不足。目前高職院校的專業(yè)師資普遍存在著不同程度的數(shù)量不足和素質不高的問題,尤其缺乏承擔數(shù)控機床維修工作的“雙師型”專業(yè)教師,嚴重制約著現(xiàn)代數(shù)控技術人才培養(yǎng)水平的提高。有的學校目前任課教師多數(shù)都是機械專業(yè)畢業(yè),知識結構偏重于機械,比較單一。
1.4 教學實訓設備缺乏。數(shù)控機床的維修教學迫切地需要數(shù)控設備支持,如果沒有適當?shù)膶嵺`操作鍛煉,學生是很難掌握故障維修的基本能力。盡管很多高職院校購置了大批的數(shù)控設備,但這些設備幾乎都用于數(shù)控加工的實訓,很少給機床維修提供實訓平臺。
2 《數(shù)控機床故障診斷與維修》教學的改革
2.1 改進教學手段和方法。在講授本門課程前,組織學生觀看最新的電教片,使學生了解新的專業(yè)技術知識,從而激發(fā)學生的學習興趣。另外,經(jīng)常制作一些多媒體課件用于輔助教學,使抽象的內容變得形象具體,利于學生對知識的掌握。在講到數(shù)控機床中的重點部位時,可以組織學生到現(xiàn)場進行講解,便于學生對課程內容的理解和掌握。在教學過程中,要注重培養(yǎng)學生解決實際問題的能力,激發(fā)學生的邏輯思維、發(fā)散思維能力,使學生養(yǎng)成橫向思維的習慣,同時將其他學科的知識貫穿在本課程的學習中,便于學生迅速掌握新知識。
2.2 制定教學大綱。從職業(yè)分析入手制定教學大綱。該大綱中的知識、能力和基本素質結構以及理論教學和實踐教學體系都應符合畢業(yè)生任職崗位的實際需要。要從了解到的數(shù)控技術應用人才的需求量與層次出發(fā),合理構建知識結構,因需施教,不斷優(yōu)化教學大綱,使其較好地貼近畢業(yè)生崗位需求。根據(jù)數(shù)控維修工考核需要,調整教學大綱。2006年數(shù)控機床維修工被列入勞動和社會保障部的新職業(yè),高職院校學生畢業(yè)前的數(shù)控維修工考級勢在必行。因此,《數(shù)控機床故障診斷與維修》教學一定要結合數(shù)控維修工的考核標準進行調整。
2.3 提高教師隊伍素質。擔任《數(shù)控機床故障診斷與維修》課程教學的教師應該不斷完備自身的知識結構,以適合該課程的教學特點。同時,在有條件的情況下,到數(shù)控機床廠家、權威機構進行實踐、培訓,擴展知識層面,增加實踐閱歷。
2.4 調整教學內容。根據(jù)教學大綱的要求,同時兼顧高職院校學生的特點進行教學內容的調整。目前高職院校 《數(shù)控機床故障診斷與維修》教材有許多章節(jié)的理論性內容太多,難度、深度較大,高職院校學生接受起來難度較大。因此,可以考慮對這一部分內容進行刪減、調整,做到刪繁就簡,貼近實際。教材中的一些重點,如加工中心主軸部位、換刀裝置等,應該增加一些相應的圖紙,便于學生首先掌握好機床的工作原理,然后再進行故障的分析和判斷。依據(jù)不同專業(yè)培養(yǎng)目標需求調整教學內容。對于數(shù)控技術應用專業(yè)的學生來說,重點應培養(yǎng)對于數(shù)控機床的使用、維護、保養(yǎng)能力和機床操作中常見故障的處理能力。其學習的重點是數(shù)控機床的安裝、調試、檢修、故障處理。只有根據(jù)培養(yǎng)目標的實際需要確定教學內容,才能為實現(xiàn)專業(yè)培養(yǎng)目標發(fā)揮作用。
總之,開設《數(shù)控機床故障診斷與維修》課程的目的是培養(yǎng)學生成為在數(shù)控機床診斷與維修方面具有基本分析能力與解決問題能力的技術人才。其教學應該圍繞這個目的,采用適合該課程特點的教學模式、教學手段和教學方法,以滿足我國數(shù)控機床發(fā)展的人才需要。
參考文獻
1 姜大源.學科體系的解構與行動體系的重構――職業(yè)教育課程內
容序化的教育學解讀[J].教育研究,2005.8:53~57
2 孫偉宏等.從案例到反思:理實一體化教學的實踐與思考[J].江蘇
技術師范學院學報,2008.2:55~60
3 列越南.機床計算機數(shù)控及應用[M].機械工業(yè)出版社,1998
【關鍵詞】普通機床;數(shù)控改造;具體措施;技術及人員要求
進入新世紀以來,中國機床工具市場取得很大的發(fā)展,尤其數(shù)控設備成果喜人,特別是2008年金融危機以來,中國數(shù)控市場不冷反熱,各企業(yè)及時調整產品結構,產業(yè)升級,新產品新技術層出不窮,中高檔產品已成主流,大多數(shù)企業(yè)迫切希望更好地掌握國際先進的數(shù)控技術用于機床改造。
1.歷史回顧及現(xiàn)狀
改革開發(fā)以來,中國大量的機械機床設備需要升級改造,機械加工領域的數(shù)控技術需要迫切,上世界80年代至今,德國西門子公司在北京等地建立工廠,著重推廣數(shù)控技術。數(shù)控機床的再制造開始于20世紀90年代,作為新的經(jīng)濟增長行業(yè),正處在黃金時代。我國金屬加工業(yè)需求層次不同,從國防軍工、精密加工等高端需求到模具制造、汽車零件加工的中高端市場,直至普通軸類零件的中低端需求,都對數(shù)控系統(tǒng)的改造提供了廣闊的空間。
2.數(shù)控改造的內容
(1)普通機床改造成數(shù)控機床。數(shù)控機床的使用壽命一般是1012年,而對于已經(jīng)到期的一些舊機床,尤其是一些進口機床,其機械剛性有可能還好于新機床,所以,再制造的價值非常大。比如使用光柵的數(shù)顯鉆床改造成數(shù)控鉆床,一般用步進電機;舊的光顯鏜床改造成數(shù)控鏜床,一般用半閉環(huán)交流伺服系統(tǒng);普通車床的數(shù)控改造,等等。
(2)原有的數(shù)控機床升級換代。隨著機場的需求功能不斷完善,尤其是車間信息化的發(fā)展,數(shù)控改造不只是針對單臺機床,而是要提高整體效率。少數(shù)情況機床價格較高,機械基礎較好,如大中型數(shù)控銑床、臥式加工中心、高精度數(shù)控磨床、數(shù)控曲軸加工機床、數(shù)控凸輪加工機床和刀具磨床等,制造周期長,技術含量高,機床原值高,但苦于數(shù)控系統(tǒng)老化,備件支持匱乏,電器維修成本高,或原系統(tǒng)市場已被淘汰,此時應及時進行新數(shù)控系統(tǒng)的升級改造,如同時對機械項目進行維修,其價值會更加可觀。
(3)在現(xiàn)有的數(shù)控系統(tǒng)基礎上開發(fā)新的功能。機床保留基座主體,結構有較大的進步或改進,如龍門銑床或龍門刨床,采用直線電機或直線導軌,高速電主軸等新技術,使其成為高速鐵路的導軌磨床;普通液壓靠模凸輪磨床的通過二次結構設計,數(shù)控系統(tǒng)升級,采用數(shù)控系統(tǒng)高精度輪廓控制,使之變?yōu)楦咚俑呔葦?shù)控凸輪磨床,數(shù)控車床通過局部結構變化,安裝上帶動力頭的數(shù)控刀架,并通過配置CS軸的分度定位功能,將其改造成數(shù)控車削中心;通過結構設計與采用數(shù)控系統(tǒng),將普通的車床再制造成為數(shù)控旋壓機,等等。上述內容多體現(xiàn)了如下特點:需要融入結構創(chuàng)新和二次設計,大量采用系統(tǒng)的新的功能新的技術,缺點是技術門檻高,市場應用面窄,社會需求量和供應量不大。
3.數(shù)控改造的具體措施
我國中小型城市在上世紀90年代中期逐步開展上述工作,一般機床的改裝非常普遍,這是由我國國情所決定的。改革開發(fā)帶來的技術進步,數(shù)控機床的高精度、高效益等優(yōu)點的不斷顯現(xiàn)和人們的新的認識,促使社會積極推進數(shù)控化進程,外國西門子、法拉克,國產廣數(shù)系統(tǒng)、華中系統(tǒng)等被大量采用,大多屬于普及型或經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)。其伺服系統(tǒng)采用步進電機,具體的改造措施一般有如下幾個方面:(1)增加或更換滾珠絲杠。原滑臺如采用液壓的則拆除,選用新的滾珠絲杠及相應的機械連接工藝設計。(2)增加自動刀庫。現(xiàn)在江蘇昆山產的臺灣盛鈺刀庫應用較廣。(3)主軸增加交流變頻器。(4)PMC的應用。這種改造已經(jīng)突破了原來設備的結構限制,在不增加能源和消耗的前提下,節(jié)約了成本,為社會作出了貢獻。
數(shù)控改造的前提是如何真正實現(xiàn)有意義有價值的系統(tǒng)升級,而不是簡單地修理和更換電路元件,通過改造融入更多的自主知識產權,將新技術用于數(shù)控改造,提高原機床的性能和精度,降低能耗。
4.數(shù)控改造的技術及人員要求
對企業(yè)或用戶來說,他們希望將先進的數(shù)控系統(tǒng)成功地應用于終端設備上,使其發(fā)揮最大的效能,因此從事數(shù)控技術改造的人員來說就必須具備以下要求:(1)熟悉機床結構,對機床結構和設備的加工工藝有較深入的了解;(2)熟悉機床的生產工藝流程,了解客戶的個性化需求;(3)較強的就業(yè)和吃苦耐勞的精神;(4)有豐富的維修經(jīng)驗,對機、電、液、工藝等方面有較強的理論與實踐能力,精通數(shù)控系統(tǒng)、相關機床參數(shù)及PMC程序等。具體操作方面應注意如下幾方面:1)與用戶積極溝通,共同確定項目的解決方案;2)考慮方案成本提高性價比;3)應考慮項目實施的可操作性;4)知識儲備多有經(jīng)驗能夠掌握有效的資源與信息。例如,西門子數(shù)控系統(tǒng)對機床制造廠商和機床在制造人員來說要求是比較高的。從事二次開發(fā)的應用人員,除要了解系統(tǒng)之外,更多的是要了解機床,這樣才能提供操作性能良好功能強大的數(shù)控機床。目前有些功能不是系統(tǒng)沒有提供,而是機床制造廠或開發(fā)人員沒有挖掘出。西門子數(shù)控系統(tǒng)是一個大的平臺,其對環(huán)境如溫度濕度和抗干擾等方面的要求較高,如果局限原來的走線、安裝不規(guī)范,使用者對系統(tǒng)缺乏理解,理論基礎不扎實,就會增加偶發(fā)性故障。
系統(tǒng)改造完以后,進行調試和確定合理的驗收標準,也是技術準備工作的重要一環(huán)。調試工作涉及機械、液壓、電氣、光學、控制、傳感等,因此必須由項目負責人進行,其他人員配合。調試步驟可從簡到繁、從小到大、從外到里進行,也可先局部后全局、先子系統(tǒng)后整系統(tǒng)進行。驗收標準是對新系統(tǒng)的考核,過高或過低的標準都會對改造工作產生負面影響。標準一旦確定下來,不能隨便修改,因為它牽涉到整個改造工作的各個環(huán)節(jié)。
5.前景展望
低成本是推動數(shù)控改造市場迅速膨脹的關鍵因素,現(xiàn)在不少大企業(yè)原先進口的機床已經(jīng)遠超過了“服役期”,但這些設備價值不菲,單價在幾百萬元甚至上千萬元,而且機械部分還可以使用,因此急需進行改造。只要正確有效地將CNC、伺服系統(tǒng)、機床電氣系統(tǒng)和機械部分集成于一體,就能最終交給用戶一臺經(jīng)過改造或等于再制造的具有個性特色的專用數(shù)控機床,使企業(yè)從中獲得更大的經(jīng)濟效益,使資產獲得有效的增值。因此該行業(yè)的前景十分遠大光明。
總之,數(shù)控機床改造具有很好的發(fā)展前途,但它對數(shù)控系統(tǒng)制造商和數(shù)控機床改造者均提出較高的要求。我國的機床改造業(yè)也從老的行業(yè)進入到以數(shù)控技術為主的新的行業(yè)。機床改造作為新的經(jīng)濟增長行業(yè),是個“永恒”的課題,必將生機盎然。 [科]
【參考文獻】
[1]龔仲華.數(shù)控機床故障診斷與維修500例.機械工業(yè)出版社,2006.
[關鍵詞]態(tài)化、智能化、客戶化。
中圖分類號:F426.4 文獻標識碼:A 文章編號:1009-914X(2014)18-0230-02
The Development And Innovation Of CNC Machine Tools Industry
SUN Ying
(Sichuan Vocational and Technical College of Communications ,Chengdu 611130, China.)
[Abstract]With the development of science and technology and the social economy, CNC machine tools is developing toward ecologization intellectualization and customization.This paper introduces innovation and new thought of CNC machine tools in the control system, driving system and structural design.
[Key words] ecologization intellectualization and customization.
在科學技術發(fā)展,用戶需求多樣化,環(huán)境保護意識強化的壓力下,未來數(shù)控機床將體現(xiàn)三個特征:①生態(tài)化。機床作為制造業(yè)的能耗產品,必須體現(xiàn)節(jié)能減排和生態(tài)設計。②智能化。未來智能化的機床具備思考、自適應和最優(yōu)加工的高智商。③客戶化。采用模塊化、可重構和柔性化的解決方案,使機床可滿足千變萬化用戶需求。目前,數(shù)控機床的創(chuàng)新和新技術的應用主要體現(xiàn)在機床結構配置、驅動技術、數(shù)控系統(tǒng),以及能源和生態(tài)設計等多方面,涉及的技術領域越來越廣。
1 機床結構的優(yōu)化配置
1.1 機床設計的新方法
傳統(tǒng)的機床設計是機電分離設計。由于數(shù)控機床高速運動的機電一體化設備,其動態(tài)性能很大部分取決于機電耦合共同效應,因此,現(xiàn)代機床設計的新思路是在機床結構設計階段就應用多體機電耦合仿真技術和有限元分析進行優(yōu)化設計。
德國斯圖加特大學機床控制研究所提出了機床硬件在環(huán)(Hardware in the Loop)和多剛體耦合的機電一體化仿真技術,實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)和機床數(shù)學模型的集成仿真。仿真時,機床的運動及其特性通過三維動畫和曲線顯示,得到機床的動態(tài)特性,并進行數(shù)控系統(tǒng)與機床的匹配驗證及控制參數(shù)的優(yōu)化。還可將機床切削加工的物理過程融入仿真驗證中,并預測工件的表面質量和加工過程的穩(wěn)定性。機電一體化集成設計有效解決了機床與系統(tǒng)的匹配問題,提高了設計的準確度,大大縮短了設計周期。
1.2 機床結構配置的創(chuàng)新
機床結構配置主要取決于機床的運動組合,對應于一種運動組合可能有多種結構配置方案。機床結構設計關系到機床整體性能的提升。機床結構配置的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在運動件的輕量化、功能的復合度高、整體結構的模塊化等。下面例舉兩個結構配置創(chuàng)新的案例。
(1)虛擬軸配置
德國Alfing公司的AS600機床采用模塊化結構配置和零機械傳動方案。機床由底座和立柱、回轉工件臺、托盤交換裝置、刀具交換裝置4大模塊組成。機床的X軸為虛擬軸,X軸的移動由Y軸移動和X軸旋轉兩個運動合成。如圖1所示,在封閉框架的立柱中配置上下移動的滑座,實現(xiàn)Y軸運動,滑座下方的主軸滑枕可伸縮,實現(xiàn)Z軸運動。而X軸的移動則是由Y軸和主軸滑枕繞滑座中心的轉角相互配合實現(xiàn),即 ,其最大行程達650mm,這種虛擬軸的配置簡化了機床結構。
(2)復合配置
MAG自動化集團Hessapp 公司的DVT系列立式車床采用倒置與正置復合的結構配置。如圖2所示,倒置結構是工件裝夾在主軸上,從上面移向刀具并完成兩個方面的進給,配置固定不移動的轉塔刀架。倒置加工時產生的切屑和冷液能及時墜落到廢料箱,可提高加工精度和降低熱量。同時,倒置的主軸兼作裝卸機械手,可將工件由機械夾爪放置在傳送帶上。可見,倒置式立車是縮短輔助時間、提高生產速度的新型結構配置。
2 驅動系統(tǒng)及技術熱點
2.1 主軸單元
隨著高速加工的普及,電主軸和主軸單元的智能化成為發(fā)展創(chuàng)新的目標。
(1)電主軸及關鍵問題的解決
電主軸將主軸單元的機電兩部件的結構和功能集成為一體,是高端數(shù)控機床實現(xiàn)高速和高效加工的重要結構。
不過,電主軸在帶給機床高速性能的同時,自身也存在諸多需解決的問題,最突出的是熱量。電主軸的轉速大多在10 000 r/min以上,其中,軸承和電機繞組是主要的高溫熱源。減少熱量的主要解決方案是:軸承采用油―氣系統(tǒng),從外環(huán)油孔以脈沖油的方式向滾珠噴射微量油―氣混合物,以、清潔和冷卻軸承。電機繞組則采用強制氣冷或水冷系統(tǒng)減小熱量的產生,其中,以水冷的效果較好。
(2)主軸單元的智能化
主軸在高速加工時,由于溫度變化和慣性力的影響都會產生微小的Z軸位移。對亞微米級或納米級的精密加工而言,這種位移是不容忽視的,必須加以補償。目前,主軸單元的智能化創(chuàng)新體現(xiàn)在主軸單元采用各種傳感器,開發(fā)對工況進行時實監(jiān)控、預警、可視化同,以及精準的補償?shù)墓δ堋?/p>
瑞士GFAC集團Step-Tec公司開發(fā)了具有高智能化的電主軸intelliSTEP 智能系統(tǒng)。智能系統(tǒng)由三維振動測量V3D傳感器、RFID工況記錄、優(yōu)化模塊SMD20和工況分析軟件SDS組成,可以控制和優(yōu)化電主軸的工況,如主軸端軸向位移、溫度、振動、刀具拉桿位置等。
其中,振動控制Vibroset 3D技術是在電主軸的前軸承附近安裝了基于MEMS技術的加速度傳感器,作為機床主軸的“黑匣子”。三維的加速度計實時記錄3個軸(X,Y,Z)的加速度值,最高可達±50 mm/s2。在故障發(fā)生時,能再現(xiàn)主軸的工況,并通過數(shù)據(jù)接口傳至數(shù)控系統(tǒng),借助SDS分析軟件找出故障的原因,有助于主軸單元有針對性的改進與優(yōu)化。
2.2 進給系統(tǒng)
未來數(shù)控機床的進給系統(tǒng)創(chuàng)新體現(xiàn)在降低能源消耗,發(fā)展模擬仿真軟件工具,提高機床的可重構性等方面。
(1)直線電機
直線電機將進給系統(tǒng)的機電兩部件的結構和功能集成為一體。由于直線電機的一階固有頻率僅取決于電機的電氣特性,以目前技術水平推算,其一階固有頻率約為165 Hz,遠高于滾珠絲杠驅動。同時,直線電機驅動實現(xiàn)了“零”機械傳動,因此,直線電機實現(xiàn)了加速快、速度高、定位準、伺服帶寬大和可靠性等優(yōu)點,成為高端數(shù)控機床進給系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。
不過,值得注意的是直線電機的加速性只有在承載量較小時優(yōu)于滾珠絲杠驅動。同時,直線電機的價格大約是伺服電機的3倍,因此,滾珠絲杠驅動方案的成本僅為直線電動機驅動的75%。
(2)進給傳動系統(tǒng)的創(chuàng)新技術
目前,針對進給傳動系統(tǒng)的機械傳動機構的易磨損、振動、壽命低、速度低等現(xiàn)狀,有以下幾個創(chuàng)新技術應用。
① 低預緊力螺母結構
滾珠絲杠螺母采用預緊來消除間隙,但降低了滾珠絲杠精度、最大荷載和壽命。解決這一矛盾的結構創(chuàng)新,是在一對滾珠螺母和中間墊片之間,加入兩個彈性墊圈。測試顯示,此技術使3 kN預緊力可與無此技術的5.5 kN預緊力等效,滾珠絲杠的壽命可由0.4×109轉提升至1.8×109轉。
② 導軌阻尼裝置
滾珠絲杠螺母的一階固有頻率限制了進給裝置的最高速度。解決此問題的結構創(chuàng)新,是在工作臺上增加類似線性導軌滑塊的制動裝置(即主動阻尼裝置),如圖3所示 。通過控制系統(tǒng)產生指令,利用壓電陶瓷壓向導軌以增加摩擦,從而改變阻尼性,使系統(tǒng)在一階固有頻率處的振幅大幅降低。研究表明,此技術使進給系統(tǒng)的最高變向頻率由8 Hz提升至16 Hz。
③ 柔性滾珠絲杠軸承
提高滾珠絲杠系統(tǒng)變向頻率的另一創(chuàng)新,是通過改良絲杠軸承來改善滾珠絲杠系統(tǒng)的動力特性。解決方案有被動和主動模式兩種。被動模式是將固定軸承改為柔性材料制造,此材料只有絲杠剛性1%,使絲杠可軸向伸縮,以改變進給系統(tǒng)的阻尼性。主動模式是在絲杠軸承殼內安裝壓電陶瓷,由控制系統(tǒng)產生指令,使壓電陶瓷向支承絲杠的滾珠軸承外圈施加軸向壓力,以改變進給系統(tǒng)的阻尼性。
3 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展新趨勢
航空航天、精密模具、微電子產品等行業(yè)的飛速發(fā)展,對機械加工的軌跡精度和表面質量提出了很高要求。為適應行業(yè)需求,數(shù)控系統(tǒng)的創(chuàng)新點體現(xiàn)在運動控制策略、運算精度及運算速度等方面的重大突破。
1.高精度插補及運動控制技術
目前,中高端數(shù)控系統(tǒng)已廣泛采用納米插補及運動控制,甚至精密到了皮米。納米插補運動控制要求插補運算周期至少應控制在100μs級,編碼器的分辨率達到每轉百萬線以上。高精密插補運算不僅解決了軌跡計算精度的問題,還涉及到前瞻平滑處理、減小運算周期、提升伺服動態(tài)響應及精度,以及提高編碼器分辨率等先進技術。如FANUC 30i和三菱M700系統(tǒng)實現(xiàn)了納米插補運算,安德龍的Antronic 3060實現(xiàn)了皮米插補運算,西門子828D采用了80位浮點計算精度進行插補運算。先進的數(shù)控系統(tǒng)已采用NURBS樣條插補來實現(xiàn)高效曲面加工。樣條插補通過連續(xù)的運動控制,不頻繁改變運動方向,有效避免了不必要加速和制動,效能節(jié)約可達60%。如西門子的“精優(yōu)曲面”技術,F(xiàn)ANUC的納米平滑技術,以及海德漢通過定義加工時間、精度和粗糙度的不同優(yōu)先策略來實現(xiàn)高效的曲面加工。
2.網(wǎng)絡化全數(shù)字系統(tǒng)體系
為了提高系統(tǒng)的運算能力、控制速度、可靠性和適應性,各種實時總線技術廣泛應用于控制體系中。總線技術將Soft PLC和安全協(xié)議整合在一起,簡化了系統(tǒng)間的連接,使機床多通道多軸聯(lián)動復雜控制成為可能。如西門子840D可擴展控制軸31個、10個通道以及10個工作方式組。廣泛應用的專用總線有:FANUC的FSSB、西門子的Drive-CLiQ,海德漢的HSCI和意大利FIDIA的FFB;標準總線有:博世力士樂的SERCOS 和三菱的CC-LINK等。
3.基于STEP-NC的集成
基于G代碼程序控制的數(shù)控系統(tǒng)是被動的軌跡和邏輯控制的“控制者”。目前,以零件加工特征為基礎的STEP-NC技術,使數(shù)控系統(tǒng)成為加工任務自主規(guī)劃的智者。基于STEP-NC技術的集成系統(tǒng)的工作流程是:首先由CAD系統(tǒng)生成STEP文檔,通過AP203接口轉化為STEP-NC后,輸入到CAM系統(tǒng),再借助零件加工特征及工藝模型生成STEP-NC加工程序。此后,由數(shù)控系統(tǒng)自主決定如何加工,并指揮機床完成相應加工。同時,機床的工況及時反饋回數(shù)控系統(tǒng),系統(tǒng)及時調整加工參數(shù)和策略,輸入至CAM系統(tǒng),對STEP-NC編程產生影響。可見,基于STEP-NC技術的集成系統(tǒng)使數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了自主規(guī)劃、實時調整的智能化全過程。
4.開放式的客戶化應用系統(tǒng)
隨著加工零件的復雜化、個性化,高端數(shù)控系統(tǒng)的客戶化占有比例超過了75%。客戶化應用要求數(shù)控系統(tǒng)能對機床制造商和最終用戶開放。為此,開放式的客戶化應用系統(tǒng)成為用戶期望的數(shù)控系統(tǒng)結構,它擁有標準化的軟硬件體系結構、方便擴展、網(wǎng)絡功能和客戶化應用軟件等特點,以適應個性化要求,并體現(xiàn)出可移植性、可重組性、互操作性等特征。
4 機床的節(jié)能與生態(tài)設計
作為大能源消耗的機床要想具有可持續(xù)發(fā)展的前景,必須強調節(jié)能減排和提高能效。綠色制造、生態(tài)設計是未來數(shù)控機床發(fā)展的新方向。
機床對環(huán)境的影響主要源于耗電所產生的溫室氣體排放量和碳氫燃料,其中,直接用于加工的耗電量僅占總量的25%,可見,提高機床的能效具有很大潛力空間。不過,要注意的是機床的耗電不是一個穩(wěn)態(tài)的過程,特別是換刀、工作臺起動、制動時出現(xiàn)峰值。
為此,德國力士樂公司提出了機床節(jié)能的全面解決方案4EE(Four Energy Efficiency,4EE ),涉及以下4方面:①采用高能效的部件。如采用效率達95%~97%的永磁同步電機、直線電機 和力矩電機等直接驅動方式,減少機械傳動,可提高效能潛力達50%。②實現(xiàn)能源再利用。如儲存電機制動期間的過剩能量,以便在需要時提供短時間的大能量,可節(jié)能潛力達80%。③按需使用能源。如采用變頻液壓泵和冷卻液泵,按需提供能源,可節(jié)能潛力達20%~80%。④能源系統(tǒng)的優(yōu)化設計。通過仿真、項目規(guī)劃和咨詢,實現(xiàn)系統(tǒng)化的總體概況分析,以及利用智能控制器實現(xiàn)工藝流程的最優(yōu)化。
又如德國因代克斯INDEX公司的R200車銑加工中心實施提高能效的主要措施有:①優(yōu)化機床部件重量;②配置能量再生裝置;③對于耗能大的能源裝置設置待機模式;④采用優(yōu)化匹配的材料和小摩擦系數(shù)的軸承;⑤采用智能化冷卻系統(tǒng)。其中,智能化冷卻新方法在確保機床獲得正常冷卻的同時,將運行中的廢熱進行回收,用于車間供暖或其他需要熱源的生產環(huán)節(jié)。
數(shù)控裝備的創(chuàng)新不僅是機床行業(yè)本身發(fā)展的需要,更能帶動相關產業(yè)的技術革命,以及產業(yè)結構的轉型升級。隨著科學技術的進步,數(shù)控技術將在創(chuàng)新中不斷發(fā)展。生態(tài)機床、聰明機床和個性化機床將引領數(shù)控裝備的發(fā)展方向,成為主流產品。
參考文獻
[1] ,衛(wèi)漢華,張炳生. 機床產品創(chuàng)新與設計[M],2013(4),機床雜志社,成都.
[2] 汪藝,智能創(chuàng)新 產業(yè)升級[J] 2013(4) ,制造技術與機床.
[3] 李靜,助推智能裝備 制造產業(yè)新發(fā)展[J] 2013(4) ,制造技術與機床.
近年來,我國機床產業(yè)飛速發(fā)展,2009年金屬加工機床產值首次躍居世界第一。2010年,我國機床產值在世界機床總產值中占比首次超過30%,在世界機床產業(yè)中的地位越發(fā)重要。
初顯實力亮點多多
近年來,我國機床產業(yè)發(fā)展可圈可點,可謂亮點多多。
產值躍升世界第一我國機床工具行業(yè)產業(yè)規(guī)模迅速擴大,工業(yè)總產值和產品銷售產值呈現(xiàn)連年增長態(tài)勢。2010年,行業(yè)的工業(yè)總產值為5536.8億元,同比增長40.6%;完成產品銷售產值5434.4億元,同比增長41.4%。
在金屬加工機床方面,2009年盡管遭受金融危機沖擊,機床產值仍達到153億美元,占世界機床的份額達27.96%,首次躍居世界第。2010年,進一步增至199.8億美元,占世界機床總產值的30.12%,所占份額比排名世界第二的日本高出12個百分點。
在數(shù)控機床方面,2001年產量僅為1.75萬臺,到2007年已增至12.3萬臺,2008年受經(jīng)濟危機影響做降至12.2萬臺,但2010年猛增62.5%至22.39萬臺。除2008年以外,我國數(shù)控機床產量增速一直保持兩位數(shù)增長,其產量居世界第一。
數(shù)控化率明顯提升我國機床行業(yè)的產品結構和產業(yè)結構調整取得了很大進展。整個行業(yè)著力發(fā)展中高檔數(shù)控機床及生產線,數(shù)控機床已經(jīng)成為企業(yè)開發(fā)新產品的主題,一批高速、精密、復合、多軸聯(lián)動數(shù)控機床,以及一批大規(guī)格、大噸位數(shù)控機床新產品進入市場,使得行業(yè)的數(shù)控化率顯著提升。2010年,我國金屬切削機床的產量75.58萬臺,同期我國數(shù)控金屬切削機床的產量22.39萬臺。金屬切削機床的產量數(shù)控化率2010年為29.6%,產值數(shù)控化率2010年為52.5%。
國產機床占有率提高 2010年,我國機床行業(yè)的產值利潤率為6.3%,開始向結構優(yōu)化、效益提高的方向邁進。目前,國產高檔數(shù)控機床開始進入國家重點發(fā)展領域和國防軍工建設領域。國民經(jīng)濟發(fā)展急需的高檔數(shù)控機床過度依賴進口的局面,正在逐步得到改善。2007年,國產機床市場占有率首次突破50%,到2009年,國產金屬加工機床產值市場占有率提高到70%,2010年略降至66.9%。
全行業(yè)涌現(xiàn)出一批有實力的大型機床集團,如沈陽機床和大連機床,雙雙進入世界機床企業(yè)排名前七名。此外,陜西秦川機床廠、北京第一機床廠、齊二機床等大型機床集團的崛起標志著我國機床行業(yè)國際競爭力的進一步提高。
國際貿易 喜憂參半
截至2010年,我國已連續(xù)九年成為世界機床第一消費國和第一進口國,是世界機床業(yè)的主要消費市場。但機床行業(yè)的進口依存度仍然較高,出口競爭力亟待進一步提升。
貿易逆差顯著增長2010年,我國機床工具產品累計進口創(chuàng)歷史新高,達到157.2億美元,同比增長62%;出口機床工具產品70.3億美元,同比增長48.4%。其中,金屬加工機床進口額為94.2億美元,同比增長59.8%;比歷史最高點2008年的75.9億美元還增長了24.4%。同期,金屬加工機床出口額為18.5億美元,同比增長31.3%,但未達到2008年21.03億美元的歷史最高水平。目前,我國金屬加工機床的出口額位居世界第六位。
我國機床進口需求的持續(xù)增長,我國機床的貿易逆差相對穩(wěn)定,受金融危機影響逆差還一度出現(xiàn)下降。隨著我國經(jīng)濟的全面復蘇,機床下游產業(yè)需求猛增,2010年我國金屬加工機床的貿易逆差達到75.7億美元,同比增長68.6%。
進口機床單價總體提升 近年來,我國國內市場依靠國家重點投資項目拉動,對高檔進口數(shù)控機床需求量大,造成進口機床單價與往年相比大幅提升。2007年,數(shù)控金屬切削機床平均進口單價為13.22萬美元,2008年升至17.95萬美元,2009年達到26.53萬美元的歷史高點。而2010年,由于國內市場對各種水平產品的需求大幅增長,特別是從日本進口低價位中端機床增多,將進口數(shù)控金屬切削機床的平均單價拉低至20.43萬美元。
我國數(shù)控金屬加工機床出口單價卻持續(xù)下滑。2010年下降幅度較大的有臥式加工中心、龍門加工中心、數(shù)控磨床、數(shù)控沖床等。除人民幣升值因素外,企業(yè)在激烈的國際競爭中競相壓價是其中原因之一。
行業(yè)國際競爭力不高 近年來,隨著我國機床技術不斷發(fā)展,部分進口產品逐步實現(xiàn)國產替代,使得金屬加工機床的進口依存度略有降低。2010年,我國金屬加工機床進口依存度為33.36%,比上年提高3.5個百分點。
目前,我國出口機床仍以中低端產品為主,盡管出口呈增長趨勢,但低檔磨料磨具和刀具等資源性、高能耗產品占有很大比例。而附加值相對較高的機床產品出口占比卻越來越小,2010年僅占出口總額的26.3%。機床產品的出口依存度不高,也顯現(xiàn)出行業(yè)國際競爭力不強。
直面挑戰(zhàn)再上層樓
未來,我國機床工具行業(yè)將面臨更加嚴峻的考驗。例如,為適應低碳經(jīng)濟發(fā)展需求,行業(yè)對傳統(tǒng)產品、低質、高耗能、高污染的產品投資要嚴格限制,淘汰一批落后產能。未來,低檔機床產品需求將大大降低,經(jīng)濟型數(shù)控機床的市場需求也會減少。