“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项技术副总师兼系统部件组组长、中国机械工业联合会副秘书长李冬茹女士

国产功能部件和数控系统压力凸显

作为数控机床的关键部件和大脑，功能部件和数控系统在促进国产数控机床技术进步方面发挥着举足轻重的作用。但从现实情况来看，功能部件和数控系统要真正发挥各自的作用，还存在着很大的压力。功能部件的压力主要表现在两个层面：一是技术水平如何才能跟上主机发展的步伐，比如，能够为高速机床和精密机床提供配套的丝杠和导轨；二是功能部件如何承担起帮助主机提高可靠性的责任？

相比之下，国产数控系统面临的压力更大，特别是五轴数控系统，我国目前仍受制于国外，尤其是针对国防和军工领域，更加受限。也包括五轴数控机床，除此之外，用于车铣复合的高端数控系统国内也不能满足配套需求。这样，给机床企业和用户带来的压力就凸显了。

目前，在功能部件方面，我国的滚动部件、转塔刀架和卡盘等已具备一定的产业化规模，基本能为通用机床提供批量配套，当然大批量还谈不上。目前市场相对比较成熟的功能部件是数控车床用的刀架，虽然它的可靠性还存在问题，但由于国内数控车床产量相对较大，因此在满足数控车床应用的量上基本没有问题。当然，对于车铣复合机床需要的可转位刀架，比如动力刀架和伺服刀架，我们的技术相对就比较薄弱，而一些更复杂机床需要的复合刀架，我们就更难满足要求了。另外就是卡盘。现在，普通机床需要的卡盘我们基本能满足需求，但随着高速机床用量的日益增大，比如主轴转速5000～7000r/min的机床，目前国内能够提供符合要求的高速卡盘的企业很少。因为机床主轴在高速转动时，卡盘的夹紧力会随着离心力的增大而下降，因而需要借助油缸的力量来将卡盘卡紧，但在此方面，我们的技术还不够成熟。

对于直线丝杠副和导轨副，目前全球范围内质量好的产品主要来自德国和日本，然后是中国台湾。大体的市场布局是：高端市场主要被德国和日本产品占领，中低端市场主要被中国台湾产品占领。目前，台湾企业的市场定位以满足通用数控机床使用为主，但重视批量生产的稳定性，这使他们的成本得以降低，形成了价格优势，从而进入了良性循环。相比之下，大陆企业通常是一台设备要生产多个品种，而每个品种的产量不大，因而难以形成稳定的生产质量和价格优势，而且服务方面也存在很多问题。如此一来，企业想要进入良性循环就很困难。再加上近年来国家为促进两岸经济交流而对台实施的一些关税优惠政策，以及一些台湾企业在大陆建厂，都给大陆的相关企业带来了很大的竞争压力。

就数控系统而言，国产数控系统占据了国内中低档市场超过50%的份额。如果按2011年或2012年的25万台国产数控机床产量来推算，那么在中国市场售出的数控系统应该在30万台左右，这其中包含了一部分维修改造或再制造设备的配套数控系统。在这30万台数控系统中：为中低档数控机床配套的大约占到14～15万台，主要为国产数控系统所占领；10万台左右是进口的中高档数控系统，这也是目前国内企业与国外竞争的主要市场；剩下的就是为各类专门化机床（如激光加工、成形加工等）而配套的数控系统了，这是一个更加细分化的市场，国内数控系统厂家基本还未涉足。因此，在当前全球化竞争格局下，国内数控系统厂家主要面临两方面的市场压力：一是要从国内这 10万台左右的中高档市场中争取一定的份额，二是要进一步提升中低档产品的质量和水平，进一步巩固市场份额。

存在差距的主要原因

就功能部件而言，滚珠丝杠副和直线导轨副主要是寿命和精度的问题，刀库及ATC、转塔刀架、卡盘和转台主要是故障率高的问题。导致这些问题的原因，主要是过去企业的技术基础普遍太弱，社会化配套能力较差，这就决定了企业自我创新能力、自我发展能力都较弱。另外，企业的生产装备条件也比国外差很多，难以形成竞争优势。

以滚珠丝杠副和直线导轨副等滚动部件为例，这两类产品都属细长件，主要采用轴承钢，首先对材料就提出了很高的要求，要求每一批次的钢材性能要保持很好的均匀性和一致性。但实际上，我国从上游开始技术就比较薄弱，由于国产丝杠副和导轨副的总产量相对较低，因此过去钢厂不愿为我们专门订制材料，这样首先在原材料方面就难以保证产品的质量。其次，就是制造工艺问题。现在，生产滚动部件主要采用磨削加工，直接对棒材或型材进行粗磨和半精磨，热处理后进行精磨，这样就替代了原来的车-磨或刨-铣-磨的工艺流程，但这对加工设备提出了很高要求——设备的进给速度不快，但进给量要大，同时零件的加工精度要求很高，这就是我们所说的“缓进给成形磨床”。细长件的热处理工艺也非常关键。此外，滚动部件的精密加工、装配和调试要求在恒温条件下进行，同时还要保证装配时的预紧力一致等。但遗憾的是，国内大多数企业的生产环境和设备条件、现场质量管理等执行不到位。所有这些因素，都是导致国产滚动部件的质量稳定性与国外甚至中国台湾相比差距很大的主要原因。

在数控系统方面，专项的实施首先是要解决高档数控系统的有无问题。最近几年，国内也针对不同数控机床开发了一批高档数控系统，但一些技术问题还没有得到完全解决，这包括几个方面：第一，有些功能还不具备，比如车铣复合加工，另外还有一些功能有待进一步完善；第二，还不能适应一些特殊工况的要求，比如针对高速加工或高精度加工，系统的运算速度跟不上，控制精度达不到要求等，其主要原因之一是伺服驱动技术太落后，这是我们更大的软肋，是影响国产数控系统技术进步的瓶颈之一。上述因素导致的国产高档数控系统与进口产品之间的差距就凸显出来了：我们的数控系统快不了、精不了，还不能满足大批量的配套需求。

总之，无论是功能部件还是高档数控系统，目前的一个共性问题是难以形成批量生产和配套，但是没有批量，就很难做到技术的成熟性。现在国内的数控系统企业，大多是高、中、低档产品都想做，但这样的市场运作对他们而言是非常困难的，这是运行模式的问题，也是引导的问题。

数控机床专项目标明确

在数控机床专项中提出，功能部件要实现专业化生产和社会化配套，现在看来，“社会化配套”的提法没有问题，因为采用国产、中国台湾和其他国家的产品也都可以实现社会化配套。但实现“专业化生产”，从实际执行情况看，总感觉步子有点慢：首先是现有和正在研发的产品，从品种、性能和质量等方面都不能完全满足主机开发的配套需求，其次是产品价格和售后服务等甚至也不能与进口产品相比，因为对于主机厂而言，他们宁愿买得贵一点，以省去后期的服务费和维修费。因此，数控机床专项对功能部件提出的目标主要有两个方面：第一，能满足主机发展的需要；第二，要形成专业化配套能力。目前，这两个目标都在执行中。虽然也有一些阶段性成果，但距离这两个目标还有较大的差距，比如，功能部件的专业化生产配套能力一个企业每年就2～3亿元，规模还不大。

现在，功能部件企业还面临着全球机床行业中两种配套模式带来的压力：一是以日本为代表的自我配套模式，就是主机厂自己生产为机床配套的各类功能部件，包括滚珠丝杠副、直线导轨副、转塔刀架、刀库及ATC，以及数控转台等，实现企业集团内部自我配套，现在台湾机床企业也有转向这种模式的趋势；二是以德国为代表的欧洲机床制造业采取的社会化配套模式，就是机床所需的主要功能部件通过其他专业化的生产企业来实现配套。例如，德国多年来形成的非常完善的社会化配套体系，确保了供应商的忠实度非常高，能够为主机厂开发和订制产品，这样质量就有了保证。显然，这两种截然相反的配套模式对我国功能部件产业而言是个预警，今后究竟哪种模式更适合我国国情，还需探索，值得我们关注和探讨。

对高档数控系统，要解决“有无”、“能用”和“好用”的问题。数控机床专项的目标首先是：第一，高档数控系统要解决“有无”的问题，能满足一定的高档机床配套需求；第二，中档数控系统要提高市场占有率，达到50%～60%的市场占有率。按照数控机床专项要求，数控系统的可靠性指标是20000h，但过去，无论是采用累计运行的方法还是采用加速试验的方法，都还没有对数控系统做过20000h的可靠性验证。

主题专家组目前正在推进的两项工作，一是功能部件的可靠性推进工作，二是提高数控系统可靠性的推进工作。要求企业要从最初的研发阶段开始，就要充分考虑产品的可靠性问题，要建立可靠性考核、分析数据，要有可靠性的设计、可靠性的制造和可靠性的技术增长。但在此之前，大家都把这个问题给简单化了，认为做完产品，交给第三方检测机构进行考核就可以了。但实际上，可靠性不是考出来的，它一定是在从设计到制造的整个过程中形成的，这其中还涉及到了我们的管理水平和运行模式。所以，原来只是强调主机的可靠性，那么现在也开始强调功能部件和数控系统的可靠性了。

对功能部件和数控系统的可靠性考核是我们当前排在第一位的工作，下一步就是要加大它们的示范应用，以便在应用中进一步完善。对此，我认为应该从量大面广的机床开始应用示范，由中低端逐步向高端机床推进，这样示范应用的数量大了，采样的数据就多了。而且主机档次的由中低到高，意味着对功能部件和数控系统的要求也在提高。这样可以循序渐进，逐步提高产品的档次和质量，执行起来要容易很多。针对汽车、航空航天等要求高的应用领域，我的观点是：主机先进去，先解决主机好用的问题，然后逐步配套国产的功能部件和数控系统。

产业结构的调整光靠一个专项是远远不够的，需要解决调整前和调整中遇到的一些重大关键技术问题，这就需要赋予其他的一些政策支持，比如技改投资、政策环境等，这样才能支撑整个产业结构的调整。此外，还需要观念和经营模式的转变，比如，目前许多专家就提出了“制造服务业”的概念，就是要向服务延伸、向成套技术延伸，以提升产品的整体价值，这样，整个价值链就提升起来了。比如产品的可靠性，原来很多企业可能根本不重视，只要产品能卖出去就什么都不管了。但现在数控机床专项要对他们进行可靠性考核，这是第一轮提出的要求。第二轮的要求是企业要自己制定提高可靠性的措施和办法。现在第三轮的要求又提出来了，就是企业不仅要在设计层面和制造层面建立可靠性控制工程，而且要提出确保可靠性的具体规范。总之，这是一个系统工程，它迫使企业通过项目的实施去逐渐完善。因此从长远来看，数控机床专项的实施对于提升企业的产品档次和技术水平具有很大的推动作用。