数控机床在各行业的应用

虽然我们在日常生活中很少见到机床，但它却与我们的生活息息相关。比如手机的金属外壳、屏幕和摄像头镜片，汽车的发动机缸体、缸盖、曲轴等，都是用数控机床加工出来的。又如航空、航天、船舶等领域的关键零件需要使用高端数控机床进行制造。可以说，没有高端数控机床，就不会有鹰击长空的歼—20，不会有巨如鲲鹏的运—20、C919，更不会有劈波斩浪的国产航母。

数控机床由主机、数控装置、伺服单元、伺服电机等组成。主机是机床的“躯干”，包括床身、立柱、工作台、主轴、进给机构等机械部件，是实现加工的主体；数控装置相当于数控机床的“大脑”，控制机床主机的运动；伺服单元和伺服电机分别是数控机床的“神经”和“肌肉”，传递控制信号并驱动主机运动部件。相较于普通数控机床，高端数控机床控制的轴数更多，运动精度和效率更高，也更智能，能够实现零点几个微米以下的定位控制，加工精度能够达到微米级甚至更高。

在船舶制造中，关键动力零件——螺旋桨的制造对技术要求很高。如何制造直径十几米的超大型螺旋桨？如何保证螺旋桨复杂弧度、曲面的加工精度？如何保证螺旋桨叶片的光洁度？这些问题不仅与动力大小、寿命长短有关，也与其降噪能力有关。高端多轴联动数控机床是加工大型螺旋桨的关键装备。我国已经研制出能够加工8米巨型螺旋桨的七轴五联动车铣复合立式加工中心，助推更多大型船舶、高端舰艇驶向深蓝。

核电是我国清洁能源发展重点之一。作为核电站常规岛中关键的设备之一，核电汽轮机的制造至关重要。它在构造上包括低压内缸和高压外缸等部件，这些部件尺寸大、结构复杂，其结构和加工精度直接影响汽轮机安全系数和使用性能，需要使用高端多轴联动数控机床进行加工。我国研制的数控重型桥式龙门五轴联动车铣复合机床，是目前世界较大规格的龙门机床之一，满足了大型核电站常规岛设备制造和超重型零件制造的设备需求。

日本机床生产商、世界大龙门加工中心生产商、百年机床制造经验的日本大隈机床是日本及世界上较大的数控机床制造厂之一，至今已有100多年历史，特点是，刚性好、切削效率高、精度高、寿命长、操作方便，实现了机电一体化。

近年来，我国在高端数控机床的发展中取得长足进步，助力航空、船舶、能源等多个领域取得突破，但总体技术水平与国际先进水平仍存在一定差距。在机床制造的上游，高端功能部件配套能力不足，精度及精度保持性、批量制造的产品质量稳定性与可靠性等指标上还有提升空间。在机床的应用方面，往往需要大量零件加工的适应性验证，才能形成与工艺深度结合的、稳定高效满足加工质量要求的机床产品。目前，机床制造企业还要进一步拓展对工艺的认知，争取更多循环迭代机会，不断丰富产品功能，提升产品性能和可靠性。

新中国成立初期，由于缺少工业母机，飞机、坦克等国防武器装备制造极其困难，民用卡车、拖拉机等运输工具生产也大受限制。为此，我国在“一五”计划期间筹建了18家骨干机床企业，同时也建立了“七所一院”等机床工具研究机构，大力发展工业母机，由此诞生了首台车床、首台大中型龙门刨床、首台磨床等。上世纪70年代中后期，我国启动了数控机床研制生产，诞生了首台数控龙门式铣床。改革开放后，数控机床进入新的发展时期，初步建立产业体系并推进产业化，形成数控车床、加工中心、数控磨床、数控锻压机床和数控重型机床等主机批量生产能力和关键配套能力，数控技术得到了快速提升和普及。

国内高端数控机床国产化率较低主要系海外的高端产品技术对国内实行限制，国内企业技术的突破将助力高端产品国产化率的提升，国产替代空间巨大。

70多年来，从新中国成立初期的百废待兴到全数字化高速高精运动控制多轴联动关键核心技术的突破，从首台机床的制造到“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项等的实施，我国科技工作者从无到有、从点到面、从低到高，打开了通往制造强国的大门。如今，我国工业母机可以满足国内重点行业对制造装备的基本需求。汽车冲压生产线国内和全球新增市场占有率分别达到80%和40%；发电设备制造领域实现了由进口为主到走向出口的转变；成功研制船用重型曲轴所需的车铣加工中心，掌握了自主制造船舶大型零部件的能力，等等。

然而中国生产的机床总额虽大，却多为中低档产品，二手数控机床回收高档产品还是很依赖进口。2018年我国低档数控机床国产化率为82%，中档数控机床国产化率为65%，表现还可以，但到了高档数控机床，国产化率仅为6%，没了进口还真不行。

激光干涉仪、精密自动转台、球杆仪和机床测头测量四件套旨在保证数控机床精度，改善数控机床性能，提高数控机床效率。为机械制造工业提供序前和序中检测的质量保证手段。

工欲善其事，必先利其器。工业母机的发展直接影响高端制造业的发展，其中又以高端数控机床较为重要。为了实现以科技发展带动生产力跨越发展，满足国内主要行业对装备制造的基本需求，助力制造业实现转型升级、迈上新台阶，我国将“高档数控机床与基础制造装备”列为科技重大专项。经过十余年的攻坚克难，我国已在工业母机的多项核心技术和产品上取得突破。

工业母机未来可期。工业母机将持续向着高性能化方向发展，以研制高速、高效、超高精度数控机床为目标，满足航空、航天等重点领域产品高速发展和新材料应用的需求；向着复合化方向发展，促进高精尖复杂零件制造成本的降低，以及加工质量、生产效率的提升；向着智能化方向发展，机床产品与工业互联网、大数据、新一代人工智能技术等加速融合，实现自感知、自学习、自适应、自组织和自决策，支撑智能制造系统；向着绿色化方向发展，突破轻量化设计、新型材料及环保介质应用、绿色制造工艺、低碳排放控制、综合能耗降低和能量回收利用等技术，助力“双碳”目标的实现。

点评：工业母机制造是整个工业体系的基石和摇篮，也是一个国家制造业水平高低的象征。根据高层规划，到2025年，我国高档数控机床与基础制造装备国内市场占有率目标将超过80％，高档数控机床与基础制造装备总体进入世界强国行列。这意味着未来几年将是我国数控机床行业国产化替代的关键时期。

从机床数控化率角度看，国外发达国家机床数控化率较高，日本机床数控化率维持80%以上，德国和美国机床数控化率均超过70%。

在机电一体化经济时代，数控机床的使用中国已成为一种社会趋势。过去，数控机床的使用网络技术和空间进行环境问题并不具有十分需要完善，但今天的工业企业发展方面取得了很好的效果，机电一体化的推广方式已经开始进入到了一个比较成熟的领域。行星减速机作为我国数控机床中重要的传动装置，在数控机床领域经历了从研究到开发再到成熟领域的太多起伏，但前景是光明的。