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世界数控技术和机床装备产业发展趋势浅谈

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消费世界第一、进口第一、生产第三和出口第八的地位。瑞士机床出口额占产值之比高达89%、德国73%、意大利60%、日本51%、美国50%、韩国40%。 

  数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和最基本的装备。世界各国信息产业、生物产业、航空、航天等国防工业广泛采用数控技术,以提高制造能力和水平,提高对市场的适应能力和竞争能力。工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资,不仅大力发展自己的数控技术及其产业,而且在"高精尖"数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。因此大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。 

  数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术,数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品,即所谓的数字化装备,如等。其技术涉及多个领域:(1)机械制造技术;(2)信息处理、加工、传输技术;(3)自动控制技术;(4)伺服驱动技术;(5)技术;(6)软件技术等。 

  一.数控技术及装备的发展趋势

  数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化,使制造业成为工业化的象征,而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大,对国计民生的一些重要行业国防、汽车等的发展起着越来越重要的作用,这些行业装备数字化已是现代发展的大趋势,如:桥式三、五坐标高速数控、龙门移动式五座标AC摆角数控龙门、龙门移动式三座标数控龙门铣床等。 

  1.高速化发展新趋势 

  目前高速进给速度最高可达80m/min,空运行速度可达100m/min左右。目前世界上许多汽车厂,包括我国的上海通用汽车公司,已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国CINCINNATI公司的HyperMach机床进给速度最大达60m/min,快速为 100m/min,加速度达2g,转速已达60000r/min。加工一薄壁飞机零件,只用30min,而同样的零件在一般高速铣床加工需3小时,在普通铣床加工需8小时。 

  由于机构各组件分工的专业化,在专业主轴厂的开发下,主轴高速化日益普及。过去只用于汽车工业高速化的机种(每分钟1.5万转以上的机种),现在已成为必备的机械产品要件。 

  2、精密化加工发展新趋势: 

  由于各组件加工的精密化,微米的误差已不是问题。以电脑辅助生产(CAM)系统的发展带动数控控制器的功能越来越多。 

  在加工精度方面,近10年来,普通级数控机床的加工精度已由10μm提高到5μm,精密级加工中心则从3~5μm,提高到1~1.5μm,并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01μm)。 

  3、高效能发展新趋势 

  对机床高速及精密化要求的提高导致了对加工工件制造速度的要求提高。同时,由于产品竞争激烈,产品生命周期快速缩短,模具的快速加工已成为缩短产品开发时间必须具备的条件。对制造速度的要求致使加工模具的机床朝着高效能专业化机种发展。 

  4.开放化发展新趋势 

  数控机床已逐渐发展成为系统化产品。现在可以用一台电脑控制一条生产线的作业,不但可缩短产品的开发时间,还可以提高产品的加工精度和产品质量。如前所述,开放式有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性。美国、欧共体和日本等国纷纷实施战略发展计划,并进行开放式体系结构数控系统规范 (OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定,世界3个最大的经济体在短期内进行了几乎相同的科学计划和技术规范的制定,预示了数控技术的一个新的变革时期的来临。我国在2000年也开始进行中国的ONC数控系统的规范框架的研究和制定。 

  5.复合化发展新趋势 

  产品外观曲线的复杂化致使模具加工技术必须不断升级,机床五轴加工、六轴加工已日益普及,机床加工的复合化已是不可避免的发展趋势。新日本工机的5面加工机床采用复合主轴头,可实现4个垂直平面的加工和任意角度的加工,使得5面加工和5轴加工可在同一台机床上实现,还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国 DMG公司展出DMUVoution系列加工中心,可在一次装夹下5面加工和5轴联动加工,可由CNC系统控制或CAD/CAM直接或间接控制。 
   
   
    二.世界数控机床产业市场及消费需求 

  1.市场需求发展和格局变化 

  世界装备制造业市场正在向全面信息化的方向迈进,技术发展主要表现为柔性制造系统、计算机集成制造系统的开发与应用,并向制造智能化方向发展。 
技术发展特征表现为技术的融合化;产品的发展特征表现为高附加值化、智能化和系统化;系统管理的发展特征表现为集成化(包括系统集成、软件集成、技术集成和接口集成)和网络化。 

  市场格局表现为集群化发展趋势,即同种产业或相关产业的企业有机地集聚在一起,通过不断创新而赢得竞争优势。在产业集群化中,具有特色的中小企业发挥着重要作用,地理集中的企业、有关机构(大学、商会等)在特定领域内既竞争又合作。以装备制造业为例:英国共有154个集群,分布在18个地区,覆盖了很宽的部门和技术范围。英国北部的集群倾向于汽车、金属加工等制造业。美国的明尼阿波利斯的医学设备业群,德国的索林根的业群、斯图加特的机床业群、韦热拉的光学仪器群等,都是世界上较为典型的产业集群。 

  2.世界机床业的生产消费和贸易 

  -- 机床生产 

  2006年世界机床产值为592.5亿美元,同比增加10.4%,比2005年增加近56亿美元,具体数据见表1。世界机床生产前五名依次是:日本  135.2亿美元、德国107.8亿美元、中国70.6亿美元、意大利54.5亿美元和韩国41.4亿美元。前五名中有三个在亚洲,两个在欧洲。 

  数据来源:中国机床工业协会、中国台湾区机器工业同业公会(TAMI) 

  -- 机床消费 

  从2003年开始,中国就成了全球最大的机床消费国,也是世界上最大的数控机床进口国。2005年中国机床消费107.8亿美元,占世界金属加工机床生产总额的20%,而2006年中国机床消费131.1亿美元,占世界机床生产总额的22%,增加两个百分点。世界机床消费前八名依次是中国、日本、美国、德国、韩国、意大利、中国台湾和法国,前八名消费值之和占世界机床生产的四分之三。前三位是中国、日本、美国,三个国家的机床消费之和快接近世界机床产值的一半。 

  2006年中国继续保持了机床消费世界第一、进口第一、生产第三和出口第八的地位。 

  -- 机床贸易 

  2006年世界机床出口总额为337.3亿美元,约占世界机床产值的57%。这说明世界机床生产的一半以上是出口的,留给自己用的仅四成。我国的近邻韩国2002年机床出口只有4.15亿美元,2006年达到16.5亿美元,四年增加了三倍。 

  出口/产值之比体现了企业的制造能力,对行业的贡献率。虽然我国机床出口额占产值之比已从2002年的12%提高到2006年的17%,但对比世界机床生产强国还是有很大差距。瑞士机床出口额占产值之比高达89%、德国73%、意大利60%、日本51%、美国50%、韩国40%。 

  三.中国数控机床产业正在崛起 

  我国机床行业正处于高速发展时期,行业总产值和销售收入连续6年保持20%以上的增长,数控机床消费连续5年位居世界第一。强劲的市场需求带来了发展机遇,"十一五"期间将是数控机床大发展的时期,国家高度重视和支持发展国产数控机床,制定了数控机床发展规划,出台了相应的扶持政策,到2010年国产数控机床占国内市场比重达50%。 

  近年来,国内机床企业发展迅速。大连机床行业实现整合,成立了大连机床集团并且兼并了英格索尔生产系统公司、西门卖(控股70%)等国外企业,销售额位居世界机床行业第八。沈阳机床行业通过改制整合,2006年销售收入快速增长,市场占有率明显提高。北京第一机床厂并购了德国科宝公司,技术水平大幅提升。 

  总之国内数控机床制造商正在拼搏奋起,坚持自主创新精神,实行市场化运行机制,潜心研究、持续改进,我们深信,中国企业完全有能力制造出满足市场需求的高质量标准的数控机床及柔性制造系统。

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