機床向來被譽為“工業母機”,是制造機器的機器,其重要性毋庸置疑。機床是整個裝備制造業的核心生產基礎,尤其是超高精度機床、五軸聯動高檔數控機床等頂級機床,其技術水平直接反映了一個國家制造業的整體競爭力。
制造業無論哪個領域都無法脫離高精度機床,大到國防武器、航空航天、航母艦船的關鍵零部件,小到手表齒輪、各類精密儀器等,莫不如是。近些年來,中國智能制造崛起,航空工業、自主航母、高新產業迅猛發展,制造業的每一次飛躍,都離不開機床制造精度的提升。今天的工業生產中,柔性制造、高效、精密等新標準被不斷地推向新高度,都對超高精度機床提出了更高的要求。
機床的重大應用
機床的種類很多,從廣義上講,機床包括普通數控機床、高精度機床、超高精度機床幾大類。這幾種類型的機床,不管是在技術含量、制造難度上,還是本身的價格,都依次遞增。在具體產品方面,則包括各種車、銑、磨、鉆床以及加工中心等,品類繁多。
當然,最能體現技術水平的非超高精度大型機床莫屬。一個超高精度機床,加工精度能夠達到0.01-0.001μm,也就是能夠達到或接近納米級,小到肉眼根本無法分辨出來。與普通數控機床精度相比,超高精度機床要高出1000倍,即時與精密加工相比也要高出一個數量級。也正因如此,世界各國都在不遺余力地研發和制造超高精度機床,其技術也一項走在國際前沿,人們試圖通過超高精度機床推動制造業的發展。
在激烈的國際競爭中,更多的國家并沒有能夠在超高精度機床的研發中取得任何優勢,德國、美國、日本等國依然是超高精度機床的領先國家。這些國家嚴格控制超高精度機床的輸出,因為它是現代精密制造業的核心技術,同時也是加工和制造某些現代軍工高性能超大型部件,例如超低噪聲的潛艇螺旋槳等設備的必備設施,必須謹防這種技術被他國掌握。當然,超高精度機床的應用遠遠不止軍工領域,而是幾乎涵蓋高端機械制造的全部領域。
全球發展格局
一個國家,不管任何領域需要對復雜曲面進行超精密加工,都離不開超高精度機床。擁有一個高精度機床,對于推動尖端科研、航空航天、精密器械、高精醫療設備等行業的發展具有無可替代的重要意義。但是,目前全球超高精度機床領域,最發達的設備、最先進技術都掌握在德國和日本的企業手中。
日本的美德龍、精工、豐田、森精機等企業,德國的斯塔瑪、巨浪、哈默等制造企業,都是超高精度機床先進技術的持有者。日本與德國的機床產業每年出口值超過100億美元,不管是技術還是銷量都領先于世界其他國家。例如,在中小型五軸精密加工領域,德國哈默是絕對的權威,其機床在高速高精度加工、復雜曲面加工方面都具有顯著的優勢,在德國中小型模具制造五軸機床市場中,哈默公司的市場占有率位居第一;全世界最高精度的機床主軸則是由日本制造的,就連美國F22戰機的零部件的制造,也需要開日本超高精度機床的加工;在超精密加工領域,全球精度最高的母機來自日本的捷太格特,這家企業的機床專門用于為光學鏡頭和藍光鏡片模具進行超精密車削及研磨。
除了德國和日本之外,美國、瑞士、意大利等發達國家的超高精度機床緊隨其后,技術水平也處于國際領先地位,市場份額也十分客觀。與這些國家相比,中國的精密機床研發技術顯得十分落后。
中國機床業發展:路漫漫其修遠兮
中國是世界第一制造大國,制造業必備的機床,卻遠遠未能滿足市場的需求。國內的機床行業經過幾十年的發展,已經取得了巨大的發展,逐步實現了從無到有、從小到大、從簡單到復雜的升級。當前,中國自主研發的五軸聯動數控機床、加工中心已經能夠運用于軍工、航空等領域,不過,從總體來看,中國的機床仍以中低端為主,與國際領先水平相比,國內的高端制造裝備存在一定的差距。
深入分析當前中國的機床市場,機床制造企業在超高精度機床領域還有部分核心技術沒有掌握,然而近年來發展迅速,與世界先進水平之前的差距在變小。近年來,國內也涌現出許多智能裝備企業,在五軸聯動加工中心、鍛造成型數控加工設備、高端精密數控機床等細分領域取得巨大突破,他們的產品廣泛應用于汽車、航空等領域,助力中國智造的升級發展。
作為國家重大戰略技術,以及工業發展的核心技術,超高精度機床一直深受國家和社會各界的關注。早在2006年,《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020)》中,中國政府啟動了十六個國家科技重大專項的研發,其中就包括“高檔數控機床與基礎制造裝備”專項。此外,2015你那提出的《中國制造2025》中,數控機床和基礎制造裝備行業也被列入中國制造業的戰略必爭領域之一。
正是由于政府和市場的共同推動,中國的超高精度機床研發才獲得了更快發展。如今,在精密臥式加工中心等高精度加工裝備方面,中國企業戰績喜人,在高檔數控系統方面以及取得重大突破,市場占有率也從數年前的1%以下提高到當前的5%以上。也正是由于這些先進機床的服務,中國的探月工廠、新型戰機、打飛機等國家重大專項和重點工程,才擁有了關鍵的制造裝備,獲得更多自主知識產權。
我們都希望,中國能夠盡快研發出屬于自己的超高精度機床,真正擺脫其他國家對中國制造業的限制,讓“中國智造”真正領跑世界。