中国数控机床现状及发展中的主要问题

当今世界,工业发达国家对机床工业高度重视,竞相发展机电一体化、高精、高效、高自动化先进机床,以加速工业和国民经济的发展。长期以来,欧、美、亚在国际市场上相互展开激烈竞争,已形成一条无形战线,特别是随微电子、计算机技术的进步,数控机床在20世纪80年代以後加速发展,各方用户提出更多需求,早已成为四大国际机床展上各国机床制造商竞相展示先进技术、争夺用户、扩大市场的焦点。中国加入WTO后,正式参与世界市场激烈竞争,今後如何加强机床工业实力、加速数控机床产业发展,实是紧迫而又艰巨的任务。
数控机床的技术特点及其发展条件
1948年美国空军部门为制造飞机杂零件,提供设备研经费,由GL公司与MIT合作研究四年,於1952年试制出世界第一台数控铣床,立即生产100台交付军工使用。在成果上显示了它是社会需求、科技水平、人员素质三者的结晶;在技术上则显示出机电一体化机床在控制方面的巨大创新。
数控机床的技术特点
数控机床具有以下三大突出的特点:利用二进制数学方式输入,加工过程可任意编程,主轴及进给速度可按加工工艺需要变化,且能实现多座标联动,易加工杂曲面。对於加工对象具有“易变、多变、善变”的特点,换批调整方便,可实现杂件多品种中小批柔性生产,适应社会对产品多样化的需求。但价格较昂贵,需要正确分析其使用的经济合理性;
利用硬件和软件相组合,能实现信息反馈、补偿、自动加减速等功能,可进一步提高机床的加工精度、效率、自动化程度;是以电子控制为主的机电一体化机床,充分发挥了微电子、计算机技术特有的优点,易於实现信息化、智能化、网络化,可较易地组成各种先进制造系统,如FMS、FTL、FA,甚至将来的CIMS,能最大限度地提高工业的生产率、劳动生产率。
数控机床发展的条件
任何事物都有其特点与发展条件,人们掌握后才能加速其发展。数控机床的发展条件主要包括:它是机、电、液、气、光多学科各种高科技的综合性组合,特别是以电子、计算机等现代先进技术为基石,必须具有巩固的技术基础,互相配套,缺一不可。如不齐备,则数控机床难以顺利发展;数控机床是由主机、各种元部件(功能部件)和数控系统三大部分组成,还需先进的自动化刀具配合,才能实现加工,各个环节在技术上、质量上必须切实过关,确保工作可靠、稳定,才能保数控机床工作的精度、效率和自动化,否则,难以在生产实际中使用;它是社会需求、科技水平和人员素质三者的结合,缺一不成。如果人员素质差、科技水平达不到,则难以满足社会需求。人是一切活动的主体,需要各种精通业务的专家、人才和熟练技术工人,互相配合,共同完成。否则,数控机床难以顺利发展。
工业发达国家发展数控机床的主要经验
数控机床出现至今的50年,随科技、特别是微电子、计算机技术的进步而不断发展。美、德、日三国是当今世上在数控机床科研、设计、制造和使用上,技术最先进、经验最多的国家。因其社会条件不同,各有特点。美国的特点是,政府重视机床工业,美国国防部等部门不断提出机床的发展方向、科研任务和提供充足的经费,且网罗世界人才,特别讲究“效率”和“创新”,注重基础科研。
因而在机床技术上不断创新,如1952年研制出世界第一台数控机床、1958年创制出加工中心、70年代初研制成FMS、1987年首创开放式数控系统等。由於美国首先结合汽车、轴承生产需求,充分发展了大量大批生产自动化所需的自动线,而且电子、计算机技术在世界上领先,因此其数控机床的主机设计、制造及数控系统基础扎实,且一贯重视科研和创新,故其高性能数控机床技术在世界也一直领先。当今美国不仅生产宇航等使用的高性能数控机床,也为中小企业生产廉价实用的数控机床(如Haas、Fadal公司等)。其存在的教训是,偏重於基础科研,忽视应用技术,且在上世纪80代政府一度放松了引导,致使数控机床产量增加缓慢,於1982年被後进的日本超过,并大量进口。从90年代起,纠正过去偏向,数控机床技术上转向实用,产量又逐渐上升。
德国政府一贯重视机床工业的重要战略地位,在多方面大力扶植。特别讲究“实际”与“实效”,坚持“以人为本”,师徒相传,不断提高人员素质。在发展大量大批生产自动化的基础上,於1956年研制出第一台数控机床後,一直坚持实事求是,讲求科学精神,不断稳步前进。德国特别注重科学试验,理论与实际相结合,基础科研与应用技术科研并重。企业与大学科研部门紧密合作,对用户产品、加工工艺、机床布局结构、数控机床的共性和特性问题进行深入的研究,在质量上精益求精。德国的数控机床质量及性能良好、先进实用、货真价实,出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密数控机床。德国特别重视数控机床主机及配套件之先进实用,其机、电、液、气、光、刀具、测量、数控系统、各种功能部件,在质量、性能上居世界前列。如西门子公司之数控系统和Heidenhain公司之精密光栅,均为世界闻名,竞相采用。
日本政府对机床工业之发展异常重视,通过规划、法规(如“机振法”、“机电法”、“机信法”等)引导发展。在重视人才及机床元部件配套上学习德国,在质量管理及数控机床技术上学习美国,甚至青出於蓝而胜于蓝。日本也和美、德两国相似,充分发展大量大批生产自动化,继而全力发展中小批柔性生产自动化的数控机床。自1958年研制出第一台数控机床后,1978年产量 (7,342台)超过美国(5,688台),至今产量、出口量一直居世界首位(2001年产量46,604台,出口27,409台,占59%)。战略上先仿后创,先生产量大而广的中档数控机床,大量出口,占去世界广大市场。在上世纪80年始进一步加强科研,向高性能数控机床发展。在策略上,首先通过学习美国全面质量管理(TQC),变为职工自觉群体活动,保产品质量。进而加速发展电子、计算机技术,进入世界前列,为发展机电一体化的数控机床开道。日本在发展数控机床的过程中,狠抓关键,突出发展数控系统。日本FANUC公司战略正确,仿创结合,针对性地发展市场所需各种低中高档数控系统,在技术上领先,在产量上居世界第一。该公司现有职工3,674人,科研人员超过600人,月产能力7,000套,销售额在世界市场上占50%,在国内约占70%,对加速日本和世界数控机床的发展起了重大促进作用。
中国数控机床现状及发展中的主要问题
数控机床的现状
目前,中国机床工业厂多人众。2000年,金切机床制造厂约358家 (20.6万人),成形机床制造厂191家(约6.5万人),共计549家(27.1万人)。其中生产数控金切机床的约150家,生产数控成形机床的约 30家,共计约180家,占厂家总数的1/3。2001年金切机床产量19.2万台,内数控金切机床17,521台,约占9%。
总的来说:数控机床产量不断增长,2001年为1991年的3.6倍;进口量增长较快,达29倍,出口量有所增加,但数目较小,为4.8倍;数控机床消费量增加较快,达7.9倍。产量满足不了社会发展的需求。
从金额上看,2001年数控机床进口17,679台,计14.1亿美元,出口2,509台,计0.44亿美元,进口额为出口额之32倍。进口大、出口小。
中国发展数控机床存在的主要问题
中国于1958年研制出第一台数控机床,发展过程大致可分为两大阶段。在 1958~1979年间为第一阶段,从1979年至今为第二阶段。第一阶段中对数控机床特点、发展条件缺乏认识,在人员素质差、基础薄弱、配套件不过关的情况下,一哄而上又一哄而下,曾三起三落、终因表现欠佳,无法用於生产而停顿。主要存在的问题是盲目性大,缺乏实事求是的科学精神。在第二阶段从日、德、美、西班牙先后引进数控系统技术,从日、美、德、意、英、法、瑞士、匈、奥、韩国、省共11国(地区)引进数控机床先进技术和合作、合资生产,解决了可靠性、稳定性问题,数控机床开始正式生产和使用,并逐步向前发展。在20余年间,数控机床的设计和制造技术有较大提高,主要表现在三大方面:培训一批设计、制造、使用和维护的人才;通过合作生产先进数控机床,使设计、制造、使用水平大大提高,缩小了与世界先进技术的差距;通过利用国外先进元部件、数控系统配套,开始能自行设计及制造高速、高性能、五面或五轴联动加工的数控机床,供应国内市场的需求,但对关键技术的试验、消化、掌握及创新却较差。至今许多重要功能部件、自动化刀具、数控系统依靠国外技术支撑,不能独立发展,基本上处於从仿制走向自行开发阶段,与日本数控机床的水平差距很大。存在的主要问题包括:缺乏象日本“机电法”、“机信法”那样的指引;严重缺乏各方面专家人才和熟练技术工人;缺少深入系统的科研工作;元部件和数控系统不配套;企业和专业间缺乏合作,基本上孤军作战,虽然厂多人众,但形成不了合力。中国加速数控机床产业发展之路
中国今后要加速发展数控机床产业,既要深入总结过往的经验教训,切实改善存在的问题,又要认真学习国外的先进经验,沿正确的道路前进。建议切实做好以下几点:中国厂多人众,极需正确的方针、政策对数控机床的发展进行有力的指引。应学习美、德、日经验,政府高度重视、正确决策、大力扶植。在方针政策上,应讲究科学精神、经济实效,以切实提高生产率、劳动生产率为原则。在方法上,深入用户,精通工艺,低中高档并举,学习日本,首先解决量大而广的中档数控机床,批量生产,占领市场,减少进口,扩大出口。在步骤措施上,必须使国产数控系统先进、可靠,狠抓产品质量与配套件过关,打好技术基础。近期重在打基础,建立信誉,扩大国产数控机床的国内市场份额,远期谋求赶超世界先进水平,大步走向世界市场;必须狠抓根本,坚持“以人为本”,加速提高人员素质、培养各种专家人才,从根本上改变目前低效、落後的状态。人是一切事业成败的根本,层层都要重视“培才、选才、用才”,建立学习型企业,树立企业文化,加速培育新人,培训在职人员,建立师徒相传制度,举办各种技术讲座、训练班和专题讨论会,甚至聘请外国专家、顾问等,尽力提高数控。