六数控机床docWord格式.docx
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而机床行业又是机械工业的基础行业，是向机械工业（以及其他加工工业、国防工业）提供加工装备的部门，是“支柱的支柱”。
当今机床行业，计算机数控化已成为技术进步的大趋势。
数控机床是电子信息技术和传统机械加工技术结合的产物，它集现代精密机械、计算机、通讯、液压气动、光电等多学科技术为一体，具有高效率、高精度、高自动化和高柔性的特点，是当代机械制造业的主流装备。
数控机床大大提高了机械加工的性能（可以精确加工传统机床无法处理的复杂零件），有效提高了加工质量和效率，实现了柔性自动化（相对于传统技术基础上大批量生产的刚性自动化），并向智能化、集成化方向发展。
所以，可以毫不夸张地说，（计算机）数控技术，是现代先进制造技术的基础和核心。
一国数控机床的水平和拥有量，已经是衡量当今制造业水平、工业现代化程度的重要指标，也是衡量国家综合竞争力的重要指标。
数控机床是国防尖端工业不可缺少的战略物资
数控技术是因国防工业的需要而诞生的。
国防工业中复杂、高精度零件加工（如飞机发动机叶片、导弹尾喷管、导航系统反射镜等）比例大，一些曲面按照特定理论函数设计，非用多轴联动、高速高精度的数控机床加工不可，故高性能数控机床属于战略物资。
冷战时期，高性能高精度数控机床被列入“巴统”禁运清单。
1982-1983年著名的“东芝事件”，起因于日本东芝公司卖给前苏联6台大型五轴联动数控铣床，从而大大提高了苏核潜艇螺旋浆加工精度，大幅度降低了潜艇噪声，导致美国对日本制裁。
当时，三轴以及三轴以上联动的数控系统，曾先后被列为对我国禁运物资。
现在，“巴统”尽管已取消，但西方国家在与我方有关先进数控机床及其重要配套装备的贸易中，仍对我多方歧视和限制。
如最近我国有几家企业想进口五轴联动、分辩率为0.1μm的数控系统，对方答复，需要经对方政府批准，而且不得用于军事用途。
尽管这部分机床需求总量不大，但属于“卡脖子”产品，战略意义不可小视（部分高性能指标的产品，在“八五”攻关中被我们攻下，不再受到外国限制）。
1999年的考克斯报告，特别提到我从美国进口16台二手的四、五轴联动数控机床用于军工生产，叫嚷要加强对我禁运。
这说明发展我们自己的高级数控机床，具有超越一般市场价值的战略地位。
数控机床是发达国家装备工业争夺技术优势的制高点
由于数控机床的优越技术性能以及在国防上的重要意义，从1950年代起，美日德等先进国家竞相投入巨资进行研发，其技术在国际上遥遥领先。
数控机床的核心技术是电子控制系统（数控系统），因此，数控机床技术和电子技术的进步与电子工业的发展密切相关。
西方国家经过30年的努力，计算机微电子技术进入成熟和推广阶段，故1970年代末80年代初，西方工业发达国家中数控机床的使用不再局限于国防尖端领域，而在民用领域大规模地应用和普及。
开始了以数控机床为代表的高新技术对传统机械工业的大规模改造。
·
数控机床产值的比重迅速超过传统机床，成为主导产品。
1989年，日、德、美、意、法、英六国机床产值占世界的61%，这六国也都是数控机床大国。
其中日、德是世界数控机床的主要生产国，近年来机床工业的产值数控化率已超过70%（见表6-1）。
表6-1日、德、美数控机床生产情况
1：
产量（台）2：
产值（亿美元）3：
产值数控化率（%）
日本
德国
美国
1
2
3
1981
25926
9.69
8945
14.67
21.7
1984
38024
24.83
67.0
9966
49.4
5581
7.4
45.0
1990
61697
90.01
75.7
22131
49.75
57.0
7927
13.76
1995
43998
63.91
71.00
23688
53.53
73.39
17052
21.97
48.32
1997
59568
73.57
73.69
22960
53.10
78.23
19141
26.81
53.51
西方国家的机械制造业中数控机床拥有量迅速上升（见表6-2）。
表6-2几个主要国家机床拥有量及其数控化率
（1994）
（1989）
英国
（1987）
（1985）
意大利
机床拥有量（万台）
100.19
231.62
73.83
123
55.04
数控机床拥有量（万台）
16.73
22.23
5.24
7.01
8.37
机床拥有量数控化率（%）
16.1
9.6
7.1
5.7
15.2
机械制造业中的技术密集行业，如航空、航天、汽车、机床工业等数控化率高达60%～90%，而且大量使用由数控机床组成的各种生产单元、柔性线、生产线。
如FMC（柔性制造单元）、FMS（柔性制造系统）、FTL（柔性传送生产线），可实行二、三班无人看管生产。
相比之下，我国工业装备水平和西方的差距，在这20年中明显拉大。
1995年我国工业普查表明，我国机床拥有总量383.5万台，其中有7.28万台数控机床（包括以单板机和步进电机为特征的经济型数控机床），机床拥有量数控化率仅1.9%，和先进国家90年代水平相比，差了一个数量级。
以上量的比较，所反映的实质内容是：
80年代以来，由于数控机床的推广，西方工业在装备水平、加工范围、加工质量和生产效率方面获得革命性的进展，对加工业水平的提高，起到了关键性的作用，从而空前拉大了发达国家与发展中国家的差距。
我国机械工业因多年来总体效益水平不断下降，这一差距尤其明显。
例如，日本Mazak公司2000年与我合资建立的银川“小巨人机床公司”，全部用数控机床装备，含有三条FMS，实现二、三班无人看管生产，有九台数控车铣复合机床、数控龙门五面铣床和超精密卧式加工中心、四台精密数控折弯机和五台精密数控磨床，实现了智能网络制造。
全公司只有135人，年产420台加工中心和数控车床，人均年产值160万元，是我机床工业人均年产值的40倍。
国际竞争和国家保护
数控机床是投资类产品，市场容量小（目前全世界数控机床的年产销量约10万台），但同时又和国家利益关系密切，它跨越电子、机械等行业，技术含量高，具有技术垄断性质；
品种繁多且产品更新换代快，专业化程度高。
因此，数控机床的市场竞争具有以下特点。
·
由于专业化程度高，一国的机床工业不可能供应所有数控机床品种的需求，故行业内部（各功能部件）分工很细，且品种的分工高度国际化。
现在，其国际贸易量约占全球总产量的50%以上。
由于市场容量小，故国际垄断性强。
数控机床的核心功能部件数控系统，现基本上由两大跨国集团——日本法那克（FANUC,即“富士通自动数字控制”）和德国西门子占据了绝对垄断地位。
前者是专业化的数控系统生产厂商，占有国际市场份额的50%左右，后者占国际市场份额的25%。
我国数控机床市场份额的70%～80%、数控系统（普及型、高级型）90%的已被外商占领。
由于关键功能部件（特别是数控系统）技术含量高，随着电子技术的快速发展，其技术制高点不断转移，开发周期加快，新产品不断推出，各国在技术方面的竞争十分激烈。
当前，在技术上能够与法那克和西门子相抗衡的公司很多（如美国AllenBradley，日本三菱电机，安川电机，德国Heidenhein，Idramat，法国Num，英国ControlTechnology），特别是美国GE曾经是世界数控系统的技术先导，但至今均未能显著改变两巨头的垄断地位。
世界许多国家都对本国数控机床行业采取保护措施。
日本、意大利、西班牙、法国、印度等国在不同阶段，都采取过扶持、保护本国数控机床产业的措施。
日本制定机械振兴法，法国、西班牙采取特殊贸易补贴。
印度实行关税壁垒。
美国政府为保护自己的机床工业免受过量机床进口冲击，1986年颁布了总统国内行动计划，与11个国家和台湾地区签订限制向美出口数控机床的所谓“自动约束限制协议（VRA）”，还签订了促进美国本身数控机床的发展计划等。
显然，这些措施并非遵循自由贸易原则，而是出于国家战略利益的考虑。
所以，数控技术是机床工业各大国竞争的技术制高点，是国际竞争的焦点之一。
发展数控机床对于我国的战略意义
一国装备工业的实力和国际竞争力，关系到国家整体工业竞争力和综合国力在世界上的位置，而数控机床作为国家装备工业的主流产品和技术方向，在国家经济发展战略中具有重要的地位。
尽管从数量上看，该行业在国民经济中所占比重很小（1998年，我国机床产值占GDP的0.17%,数控机床产值占机床产值的29%），但它对国民经济的贡献则远高出这一数量概念，是经济发展战略中不可轻易放弃的重要支柱。
发展数控机床行业具有战略意义。
一是用高新技术加快装备工业的现代化改造，是优化经济结构的重要环节；
二是西方在尖端数控机床品种的进口和技术转让方面，对我实行限制政策，而中高档数控机床的自行研制和国产化对国防建设意义重大。
这是我们保持大国地位，保持自己在国际上的自主行动能力的技术后盾。
因此，我们必须通过技术的吸收消化和研究发展，在尽可能高的技术档次和尽可能多的品种方面，获得自主知识产权。
一种意见认为，既然尖端数控设备的需求量较少，学当年苏联的样子绕道到国外去买就可以，不必花这么大力气去搞自己的数控机床行业。
但是，任何行业质的提高都要依靠量的增加。
今天培植自己的幼小的以低端系统为主的数控机床行业，正是为了明天自己有强大的足以和国际垄断集团竞争的企业。
总之，应该深刻认识到，以数控化为核心的装备工业技术进步，是优化结构、增强国力、保证我国在21世纪现代化建设中实现追赶世界先进水平的中心环节，这是应该放到发展战略高度来认识的。
行业构成和技术发展趋势
数控机床一般由主机、数控系统（包括伺服及驱动系统）及相关配套件三部分组成，产品包括数控金属切削机床、数控锻压机床等。
数控机床产业分为主机制造、功能部件（机械部分、电子数控部分）制造、工具制造三大企业群。
见表6-3.
表6-3数控机床产业的构成
产品范围举例
主机及成套工程企业群
基型及变形机床，专用机床，数控机床组成的工程成套
关键功能部件企业群
机械类
电主轴，测量反馈装置，滚动功能部件，自动刀库，机械手，自动刀塔
电子类
数控系统
经济型，普及型，高级型，专用系统
驱动系统
数字主轴驱动装置及电机，数字伺服驱动装置及电机
工具企业群
整体或不重磨硬质合金刀具，超硬材料工具及高效模具，复杂工具，专用工具
根据数控系统控制联动坐标轴数、驱动电机、脉冲当量、进给速度及CPU计算单元的时钟频率等指标，可把机床数控系统划分为高级型、普及型、经济型三个档次。
见表6-4。
表6-4数控机床和数控系统的分类特点参考依据
类型
主控器
进给驱动
联动轴数
分辩率
进给速度
自动化程度
高级型
32或64位微处理器
交流数字伺服驱动
4～5轴以上
<
0.1μ
>
24m/min
有通讯联网监控、管理等功能
普及型
16或32位微处理器
交流或直流伺服驱动
4轴以下
1μ
有人机对话接口
经济型
单板机或单片机
步进电机
3轴以下
10μ
10m/min
功能简单
数控系统是数控机床的核心部件，其技术发展代表了数控机床的发展潮流。
世界上第一台数控机床是1952诞生的。
近50年来，数控系统经历了两个阶段六代的发展，只是发展到了第五代以后，才从根本上解决了可靠性低、价格昂贵、应用不便等关键问题。
多年来，国际上数控系统的硬件结构，是与计算机不互通的专用系统（插板式的专用总线结构），主板，软件……全部自己设计制造，只是使用计算机的芯片等配件。
20世纪90年代，计算机及芯片更新换代越来越快。
现在，一块超大规模集成电路可代替过去的几十块集成电路，其可靠性也相应大大提高。
这就促使数控系统工业调整硬件结构，以缩短更新周期，方便配件采购，降低成本。
这就出现了和以往专用系统不同的、建立在通用计算机平台上的开放式数控系统（PCNC）。
这一思路是由美国率先提出的。
我国华中理工、沈阳数控走的也是这条路线。
其优点如下：
可利用成熟的计算机工业基础（元器件集成度高，性能好，可靠度高），简化硬件生产，降低研发成本，缩短升级换代周期；
为数控系统厂商提供了性能良好的开发平台和开放式的基础，可供利用的软硬件资源极为丰富，数控功能得到扩展。
凡在PC机上可以运行的软件（如CAD,CAM,CAPP，工厂、车间生产调度管理软件），在新一代数控系统均可运行。
它的缺点是价格较高，一般只适用于普及型和高级型数控系统。
与此有区别的另一种思路是采用和通用计算机兼容的平台，开发自己的系统。
我国现在有一些系统厂商采取这一这种路线。
它的特点是：
资源上和通用机兼容，如总线标准和通用机一致，文件管理、存储区的分配等技术和计算机统一起来，通过最大限度借鉴通用机技术，使功能和通用计算机兼容。
其所开发的技术界面将提供一个好的开发平台，以适应计算机更新速度，采购元器件方便，便于加快研发速度，适于联网。
但它在体系结构上不和通用机兼容。
理由是：
①数控系统设计要适应工业环境（抗干扰性、防尘、维修等因素），要求整体性好，可靠度高；
②可降低制造成本。
西门子目前也在走这条路线（如840D）。
我国数控机床行业的基本情况和市场环境
我国数控机床行业的发展历程和当前技术水平
我国数控技术的开发始于1958年，几乎与国外同时起步。
但由于自身电子技术的落后，研制进展十分缓慢。
70年代末，正是国际上电子技术成熟，数控机床进入大规模产业化的时期。
改革开放以来的20年，国家每个五年计划均将数控机床列为重点攻关项目，总共约投入十多亿研发资金。
经过“六五”引进技术，“七五”消化吸收，“八五”科技攻关，“九五”产业化攻关，我国数控系统技术有了明显进步。
“六五”期间，机床行业开展国际合作生产和技术引进，陆续引进日本法那克和德国西门子的数控技术。
但当时引进的，只是属于即将淘汰的落后产品的组装技术（同时也受“巴统”的限制）。
在主机方面，一批中档产品的国际合作取得成效。
“七五”时期，配置我国自主开发的经济型数控系统的数控机床开始登场。
航天工业、中科院、高等院校分别参与了普及型和高级型数控系统自主开发工作，取得了一些成果。
1990年代转入技术攻关阶段。
数控系统是数控机床的核心功能部件，“八五”期间国家制定了数控系统研发“三大三小”支持政策（“三大”是航天数控、珠峰数控，东方西门子；
“三小”是上海开通、南京大方、辽宁精密机械厂。
当时规划分工，“三大”主要搞普及型，“三小”主要搞经济型）。
通过“八五”攻关，我国数控系统厂家已经可向用户提供高级型、普及型、经济型各个档次的数控系统，并经过了生产验证。
过去对我国禁运的高性能系统，基本上已被我国掌握。
在此期间，我国自行成功开发了一批数控机床产品（配进口数控系统），如16米超重立车、数控车床，通过国际合作引进技术，推出若干重要产品（数控龙门镗铣床、数控落地镗铣床、数控大型加工中心、数控回轮头冲机等），并已有少数配置国产数控系统的重要产品（数控重型轧辊磨床、扇形齿轮插齿机等）进入市场，获得了用户好评。
配置我国自行开发的经济型数控系统的一些数控机床，也逐渐成熟。
特别是国产数控电加工机床，除少量高档品种外，基本能满足国内需求（年产几千台）。
1999、2000年两次数控机床展览会上，展出了90年代末期开发的1300种数控机床产品，有30多台配置了国产数控系统。
“九五”以来，我国机床在关键技术的突破上主要表现在以下方面：
数控系统网络化、集成化。
应用PC机开发出了8轴联动，可控48轴的分布式数控系统，以及可靠性达到15000小时的高分辨率数控系统。
实现了高速主轴、快速进给、高速换刀机构的“三高”技术的突破。
电主轴的开发成功，使国产加工中心的主轴转速达到1万～1.2万r/min，快速进给一般都达到30～40m/min。
静压技术、精密传动技术的突破，有效地提高了重型机床的主轴精度和定位精度。
如武汉重型机床厂和齐齐哈尔第一机床厂开发的精密双齿轮条传动系统，大大消除了齿轮传动间隙，提高了传动精度。
通过“八五”、“九五”的技术改造和一些关键技术上的突破，我国数控机床生产能力有了很大提高，基本具备了产业化的条件。
国产数控机床由单机向制造单元（FMC）、制造系统（FMS）和承接成套生产线进一步发展（多数仍配进口系统）。
我国主要数控机床配套企业已经初具规模。
其中，数控刀架、滚珠丝杠、滚动导轨、主轴部件（包括电主轴）、刀库、机床电器等都可为主机配套，专业化生产的格局已开始建立。
国内数控机床市场态势
机床存量数控化率很低，但数控机床需求快速增长，机床销售数控化率稳步提高。
如前所述，我国约400万台机床拥有量中，数控机床拥有率仅1.9%，远远落后于先进国家。
机床的需求（销售）与经济周期、从而与固定资产投资密切相关。
我国机床的销售在前10年中呈波浪式上升。
在此期间，普通金切机床的销售量基本没有增长，而金切数控机床需求旺盛，销售量年均增长14%。
事实上，1995年以来,我国已经成为数控机床的世界第二大消费国和第二大进口国。
根据有关方面分析预测，到2005年，我国国产数控金切机床年消费量为3万～3.5万台（15亿～18亿美元），出口2000台（1亿美元）。
金切机床销售总量于1993年达到高潮后随即跌入低谷，1999年才恢复到1994年水平。
但其中国产金切数控机床的销售，1996年即恢复到1993年水平（金额）。
1999年，金切数控机床国内消费总量达2.11万台（其中国产1.35万台），金额10.4亿美元（其中国产4亿美元）。
由此，国产机床销售数控化率也呈稳步提高态势，见表6-5.
表6-5国产机床销售数控化率
按台计算%
按金额计算%
1991
1999
国产数控机床/国产机床
2.47
10.27
11
33
数控机床总销售/机床总销售
10
16
36
45
数控机床进口多年来居高不下。
1990年代，我国机床进口大量增长。
其中，金切数控机床的进口在1996年达到高峰，进口金额为国产销售额的4倍多。
国产（金切）机床占国内市场的份额，1995年降低为14%（金额）和40%（台）近三年恢复到40%（金额）和60%（台）。
进口机床中，进口数控机床一直维持在60%左右（金额）。
需求层次和需求主体
多年来，我国数控机床的需求结构大体是：
高级型10%，普及型29%，经济型61%左右。
从发展趋势看，普及型比重将逐渐加大。
数控机床的需求几乎涵盖机械工业的所有部门。
根据国际经验，机床行业产品中，50%的用户是汽车工业，我国汽车摩托车行业产能和市场均有很大潜力，为数控机床的潜在大客户。
国防、尖端产品加工的需求数量小，但其地位十分重要。
设备更新改造对数控机床的需求是主要部分。
一是每年都有相当数量超期服役的机床退出，二是现有设备的改造潜力很大，把机械部分修整改动一下，配上数控系统，马上就可提高质量。
我国现在机床保有量在400万台以上，绝大部分为传统机床。
原机械工业局要求2010年使我国数控化率达到发达国家20%的水平，则10内需要更新改造80万台。
如果重新购置，需数百亿投资，机械行业显然无力承担。
近10年来，我国已将2万余台普通机床改造成经济型数控机床（主要是车床），最近5年，我国又成功地用国产数控系统将普通机床改造为普及型和高级型数控机床，并改造了部分技术已老化的进口数控机床。
例如，华中数控公司把东方电机厂（国家大型发电设备制造重点企业）等大中型企业约70台关键设备（包括重型设备），改造为普及型和高级型数控机床。
若购置一台数控重型机床，进口的上千万元，国产的几百万人民币，而数控化改造，只需要几十万元。
又如，高档数控国家工程研究中心为沈阳黎明发动机公司、天津机车车辆厂的20余台进口数控机床进行改造，效益也十分显著。
由于改造机床利润不高，国外同行对此不屑一顾，抓好这一市场，就能可以我国数控机床工业提供大好机遇。
从需求主体来看，国有大中型企业是数控机床的主要用户。
这类企业对经济波动及宏观政策极其敏感，1990年代中期，因通货紧缩，对数控机床需求减弱。
国有经济机制的问题尚未解决，不计成本、贪大求洋倾向较强，但目前对国产品需求也在增加。
1990年代，乡镇及民营企业持续以20%～30%的速度发展，其产值已占工业产值50%以上，对数控机床需求逐渐增强。
所需机床品种多，层次偏低，一般要求质量较好，易于操作维修。
其市场潜力较大。
市场竞争使乡镇、民营企业切身感到数控机床，特别是国产中低档数控机床的优越性。
首先，市场对产品质量要求越来越高，如无法保证产品的一致性就接不到定单。
其次，从经营管理角度看，购置数控设备与雇佣熟练工人相比，前者成本较低。
工人培训成本高，熟练工人可跳槽就把技术带走，并会
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