中國機床工業自主創新直麵大考
http://kadhoai.com.cn 2026-04-27 18:11:28 來源:中華工控網
世界機床工業的動向
機床行業的發展受到汽車及其零部件、電子電氣、建築、醫療、通訊等行業對生產設備投資力度的影響。當需求擴大時,機床生產廠家一片繁忙;當需求減少時,機床廠家之間競爭激烈,整個機床行業的營業額縮小、經營利潤減少、公gong司si裁cai員yuan。在zai機ji床chuang工gong業ye界jie有you種zhong說shuo法fa那na就jiu是shi機ji床chuang公gong司si的de規gui模mo不bu能neng太tai大da,過guo度du擴kuo大da公gong司si的de規gui模mo是shi危wei險xian的de。在zai美mei國guo除chu了le幾ji個ge生sheng產chan低di價jia位wei機ji床chuang的de公gong司si以yi外wai,其qi他ta的de公gong司si都dou已yi倒dao閉bi。在zai歐ou洲zhou,由you於yu劇ju烈lie的de競jing爭zheng使shi得de公gong司si間jian不bu得de不bu進jin行xing合he並bing或huo結jie構gou重zhong組zu。在zai日ri本ben,20世紀90年代的泡沫經濟後,也有幾個主要的機床公司申請了破產。
但是,被稱為是“工作母機”的機床是必不可少的設備。盡管世界各個地域的國民生產總值的情況有所不同,但世界總的國民生產總值(GDP)總是在不斷增長,從1980年的9.9兆美元增長到了2004年的35.7兆美元。可以預測產業界對機床的需求是會穩定增長。另外,各種產業對金屬切削機床的需求是有周期的。機床的使用壽命大約是14~15年, 也就是說每隔15年左右就有一個需求高峰。從1980年到1999年大約20年間, 美國是第一大機床消費國,日本是第二大機床消費國,占13.5%。到了2004年,中國成為全世界最大的機床消費國,占全世界機床產量的21%。ouzhoudejigezhuyaogongyeguodexuqiuzhanyoulvjibenbaochibubian,erqitaguojiaxuqiuzexiajiangle。suiranjichuangdexuqiuzaiquanshijiegedibuduanbianhua,danquanshijiejichuangnianxiaoshouzongzhizi1995年以來一直維持在350億美元左右 。近年來中國機床的生產量激增,在2004年超過了美國、意大利成為第三大生產國。日本雖然是機床第一生產大國,但是在本國的銷售量上卻不穩定。
機床技術的發展
目前日本使用的34.1%的機床使用時間超過15年,27.3%的機床使用年限在10~15年之間,19.4%的機床使用年限在5~10年間。 簡單地說,日本機床的機齡有一半超過10年。20世紀90年代的10nianjian,tigaoshengchanxiaolvyujianshaofeiqiexueshijianshizuizhongyaodeliangxiangketi。suizhekehushengchanxuqiufashengbianhua,jichuangderouxingbiandefeichangzhongyao。zheshiyinweixianzaidapiliangdegongjianshengchanxuqiuzhujianjianshao,shengchanguochengdefuhehuayuqunzuzhizaodanyuan ( cellular manufacturing)逐漸發展成型。由切削加工中心組成的多用途的柔性製造係統逐步替代了傳統的大量專用生產線。 車削加工中心也增加了許多功能,如第二主軸、Y軸及銑削功能,從而出現了車銑複合機床。
機床的主軸及進給係統是機床的主要構件,也是提高生產效率的關鍵。最近幾年,機床的主軸轉速不斷地增加,dmN 值(主軸軸承節圓直徑與轉速的乘積)在20世紀90年代早期約60萬就可以稱之為高速了,在1990年的日本國際機床展(JIMTOF)中主軸dmN 值超過60萬的機床不到出展機床總數的50%。但在1996年大部分的dmN 值都超過60萬。
高速主軸的研發最關鍵的就是軸承設計和材料的改進,潤滑和冷卻技術的改善。傳統軸承用黃油就足以潤滑,為加速主軸轉速,20世紀80年代晚期用油氣混合潤滑。20世紀90年代用內環潤滑,是把潤滑劑注入軸承內環,再由離心力直接傳到潤滑點,還有微霧潤滑,將最少的潤滑劑注入使產熱減少。
關於冷卻,在20世紀90年代早期就有冷卻液貫通主軸來對軸承內環進行冷卻的方法。對軸承外環也進行冷卻液冷卻,軸承內、外環就不會有溫度差,從而減小熱變形,提高軸承的壽命。主軸電機也與軸承一樣重要。在20世紀80年代,大多數的機床都是用皮帶或齒輪帶動主軸的,這種主軸會因為皮帶、齒chi輪lun或huo轉zhuan軸zhou不bu對dui稱cheng而er引yin起qi震zhen動dong,並bing且qie會hui產chan生sheng噪zao音yin和he引yin起qi機ji械xie傳chuan動dong功gong率lv的de損sun耗hao,致zhi使shi主zhu軸zhou速su度du難nan以yi得de到dao大da幅fu度du的de提ti升sheng。為wei解jie決jue這zhe個ge問wen題ti,內nei藏zang式shi主zhu軸zhou(built-in motor)在20世紀80年代末期被開發出來,這種主軸與電機集成在一起,能提高回轉速度、減少主軸體積、tigaodianjishuchu,bingqienengsuoduanzhouchengkuaju,bikaizhouchengdelinjiesudu。haiyouzuijinfazhanqilaidewujiechushizhouchengrucifuhuokongqizhoucheng,yekeyijiejuezhegewenti。
在刀具方麵,CBN刀具、各種塗層(coating)技術及碳化物的燒結技術使主軸可以達到更高的速度,在過去的10年間CBN刀具切削鑄鐵的切削速度增加了25%。尤其是在切削鈦合金零件及其他硬度高的工件。高速切削使用小直徑的刀具、bingyouxiaodeqiexuejingeiliang,jingeisudugao。qiexiesanrekuai,daoxierezaichuandigeigongjianhuodaojuqianjiubeiqiexiedaizoule。erkuaisujingeiyeshitigaoshengchanxiaolvdeyinsuzhiyi,zai20世紀90年代切削加工中心的快速進給最高達到20m/min,20世紀90年代中期到了40 m /min,到1999年時高達50 m /min,以25%的速度增加。
機床的最新技術
目前機床的最新技術包括兩項,主要是直接驅動電機( Direct Drive Motors)和重心驅動DCG(Driven at the Center of Gravity)。
直接驅動電機被用來驅動旋轉軸(rotary axis)的方式逐漸被認可。目前市麵上DD電機僅限於安置在加工中心,以驅動回轉工作台。使用DD電機可以省去蝸輪等傳動機構,轉動慣量可以減少很多,這有利於提高速度與加速度。同時,DDdianjideyingyong,haikejianshaolingjiandezhuangpeishuliang,congerjianshaochixidengyingxiangyinsudecunzai,duizengjiajichuangyundongdejingduyouhendadebangzhu。zaichexigongnengjichengdeduozhoufuhechexuezhongxinjishang,youDD電機驅動的機構,不僅可直接做工作台分度,而且可帶動車削用主軸。這些性能可使機床實現一次裝卡完成相當複雜的零件的加工。
把兩組伺服電機與導螺杆對稱分置在驅動工作台(刀座)或主軸係統中,可以避免以前一組電機與螺杆所可能造成的被驅動物體的偏位(offset),並能改進切削表麵的品質、減少切削時間、改善精度、減jian少shao機ji床chuang的de震zhen動dong以yi及ji刀dao具ju的de磨mo損sun。值zhi得de注zhu意yi的de是shi,這zhe種zhong重zhong心xin驅qu動dong裝zhuang置zhi具ju有you兩liang個ge同tong步bu伺si服fu電dian機ji。兩liang組zu導dao螺luo杆gan節jie距ju的de加jia工gong和he裝zhuang配pei誤wu差cha必bi須xu控kong製zhi在zai很hen小xiao的de範fan圍wei之zhi內nei。森sen精jing機ji在zai大da部bu分fen的de產chan品pin中zhong應ying用yong了le重zhong心xin驅qu動dong原yuan理li,取qu得de了le非fei常chang好hao的de效xiao果guo。
機床產業的未來
機床的生產方麵 計算機輔助設計和製造極大地提高了機床開發的速度,在研發體係使用3D CAD是快速發展量產高品質機床不可缺少的工具。20世紀90年代,我們在一條裝配線上每月製造多達100種熱賣的產品,在當時是最有生產效率的組裝製造方法。進入21世紀以後,森精機導入群組製造單元(Cellular Manufacturing)生產方式來滿足每一位顧客的特殊需求,同時減少庫存、減少準備時間(Lead Time)yijizengjiashengchannengli,jiangjiedingdandaojiaohuodeshijianjianshaodaozuiduan。qunzuzhizaodanyuanshiyouyigegongrenjinxingquanguochengdezhuangpei,suoduanguochengzhongmeiyigehuanjiededengdaishijian。zaizhezhongxindeshengchanxitongzhong,gongrendejishushoudaogaodudetiaozhan,tongshiyehuigeigongrendailaichengjiugan。lingwai,butongdejichuangqiyezaizhizaojidideanpaishangyousuobutong。youdejichuanggongsizaishijiebutongdifangjinxingjichuangshengchan,youdegongsizejizhongshengchan。liru,senjingjisuirankaifabutongdejichuangjishu,dansuoyoudechanpinzhizairibenguoneidegongchangzhizuo。youyushichangduijichuangdexuqiucengcibutong,jichuangchangjiabixutigongshihebutongshichangxingjiabidechanpin。
機床的技術方麵 zhuzhoushigaosujichuangdeguanjianbujian,feijiechuzhouchengrucifujikongqizhoucheng,zuijinjinianlaibingweiruyuqidenayangzaiyibanjichuangshangguangfanshiyong,erchuantongdeguntongzhouchengjizhuzhoudianjiduizhuzhoujiasutishengsuduzuochulehendadegongxian。zhexieguoqu10年所發展的技術在未來10年中會繼續得到改善,主軸的轉速會進一步提高。也許10年內對於高檔機床,主軸最高轉速每分鍾6萬轉會變得普遍,那將是今天一般主軸速度的2~3倍。我們估計這會使切削速度增加一倍,而每分鍾100m的de快kuai速su進jin給gei也ye會hui變bian得de普pu遍bian。和he滾gun動dong珠zhu導dao螺luo杆gan比bi,雖sui然ran線xian性xing電dian機ji的de占zhan有you率lv會hui有you一yi定ding的de上shang升sheng,但dan我wo們men估gu計ji滾gun珠zhu螺luo杆gan的de占zhan有you率lv仍reng然ran會hui很hen高gao。因yin為wei快kuai速su進jin給gei在zai每mei分fen鍾zhong一yi百bai米mi內nei的de話hua,滾gun珠zhu螺luo杆gan驅qu動dong在zai價jia格ge上shang具ju有you優you勢shi。
生產係統方麵 人民幣的升值會影響低價製造業的蓬勃發展,日本等國家要重新評估國內生產的重要性,我們估計高品質製造在日本國內市場未來10年內仍會有很大的市場。 日本市場將會對占用較小的空間、節省能源、高精度和高速度的機床保持持續的需求。
製造業存在多種自動化製造係統,如生產線(transfer line)、柔性生產線(flexible transfer line)、柔性製造係統(flexible manufacturing system)和柔性製造單元(flexible manufacturing cell)。在未來10年內,我們預期會對製造係統具備再調整性提出很高的要求,即所謂的可再構成生產係統(Reconfigurable Machine Tool System)。森精機為了達到批量生產的要求,開發出一種機型為NX2000的機床,它的寬度僅680mm,同時進給加速度也可增加。在NX2000係統中有臥式切削中心、立式切削中心、臥式車床、立式車床,這些機床都有相同的寬度與深度,因此可以在很短的時間內將一條生產線改成另一條具有不同用途的生產線。如一個配備6台機床的生產線,當設計變更後,需要第三台臥式切削中心時,可以很容易地以立式切削中心做替代。
機床技術還在持續地發展,在未來10年內還會有許多重要技術產生,機床的切削速度會比現在快1倍。由機床構成的柔性加工係統將會更加受到歡迎。