世界上最先进的数控机床是哪个国家的?
可见,中国国产数控机床,尤其是高端数控机床,仍然缺乏市场竞争力。主要原因是国产数控机床研发深度不够,制造水平仍然落后,服务意识和能力欠缺,数控及系统生产应用推广不力,数控人才缺乏。我们应该看清形势,充分熟悉国产数控机床的不足,努力发展先进技术,加大技术创新和培训服务,缩短与发达国家的差距。
美国、德国和日本是数控机床研究、设计、制造和使用技术最先进、经验最丰富的国家。由于社会历史条件和政府发展战略不同,各有特点。
美国数控机床的发展
历届美国政府都非常重视机床工业。美国国防部等部门因为其军事需要,不断提出机床的发展方向和科研任务,并提供充足的经费。同时,他们广纳天下英才,在发展中特别注重“效率”和“创新”,注重基础科研。机床技术在不断创新,如1952世界上第一台数控机床的研制,1958加工中心的创建,70年代初FMS的开发,1987开放式数控系统的创建。由于美国最早结合汽车和轴承的生产要求,开发了大量的自动化生产线进行批量生产自动化,电子和计算机技术世界领先,其数控机床主机设计、制造和数控系统基础雄厚,且一贯重视科研创新,因此其高性能数控机床技术一直处于世界领先地位。但其劣势在于偏重基础科学研究,忽视应用技术。此外,80年代政府引导的放松减缓了数控机床的产量增长,1982被后起之秀日本赶超,大量进口。90年代以来,政府纠正了过去的偏向,数控机床从技术型转向实用型,产量逐渐回升。
美国机床工业起步比英国晚50年,但很快在制造技术上超过英国,居世界第一。福特在1896年制造了第一辆汽车。为了配合汽车的批量生产,格里森公司开发了一套齿轮加工和测量的设备和工具,其他公司也开发了许多新型高效的自动机床。1934年,开发出世界上第一条组合机床自动线。1948年建立了世界上第一条年产3000万套轴承的自动化生产线,使汽车产量迅速增长,1950年达到800万辆(2000年中国为207万辆)。此后,美国机床工业发展迅速,机床技术先进性、产量和生产规模长期位居世界第一。虽然在80年代中期,美国经济下滑,机床行业一度没落,先后被日本和德国赶超,但政府很快采取措施扭转局面。
目前,美国机床制造业在机床技术和工业生产方面仍处于世界领先地位,如高效自动化机床、自动化生产线、数控机床和FMS等。主要分布在中西部和东北部各州,主要消费者为汽车制造业、航空业、建筑业和医疗设备制造业。
美国机床技术之所以能长期保持世界领先,是因为政府在引导和加强R&D和持续创新方面发挥了至关重要的作用。主要表现在:
首先,制定计划、措施,为重大科研项目提供充足的经费。比如为数控机床的研发提供了大量的资金。为新一代数控系统研发提供6543.8亿美元。
其次,组织和指导相关科研单位与企业的科研合作。比如新一代数控系统的研发,由国家制造科学中心和美国空军联合开发;政府组织通用汽车公司、波音飞机公司和有关机床工业公司共同开发CIM。
再次,新产品开发完成后,组织订货和推广,同时加速科研的进一步深化。例如,麻省理工学院在1952年研制出第一台数控铣床后,立即组织军事部门订购了100台进行生产,并进行了持续改进,从而加速了数控机床技术的不断提高。又如:美国G&L公司在1994年研制出世界上第一台VARLA4并联机构机床后,及时组织相关高校进行研究分析,并用于企业,以便进一步完善技术。
由于美国技术工人短缺,工人工资相对较高,机床用户要求机床制造商具有更灵活的机床性能,可以重复编程,以减少对技术工人的需求。由于汽车行业竞争越来越激烈,汽车车型的更新周期越来越短。汽车工业要求机床性能灵活、使用范围广、调试周期短,以满足小批量生产和快速更新的要求。美国航空工业、汽车工业和模具制造业对高速机床的需求日益增加。出于环境原因,许多客户要求机床减少冷却液的用量。以上都说明,科技进步是影响美国机床工业发展的主要因素。
比如,目前电子化、高速化、精密化已经成为美国机床行业发展的主流:比如,美国企业通过网络B2B服务,有效整合供应商和客户的采购和库存系统;大型汽车公司(通用、福特、戴姆勒/克莱斯勒)和航空航天公司(波音、洛克希德)都通过这种网络服务在全球范围内与相关系统同步设计和开发;机床行业的制造过程管理、远程监控、故障排除、售后服务越来越普及;铣床主轴采用液压轴承模具,用非接触式代替滚珠轴承;直线电机摆脱应用限制,进入商业化。
展望未来,美国机床制造业有以下明显的发展趋势:
第一,追求加工效率更高的机床。因为提高机床效率相当于缩短零件的加工周期,所以缩短加工周期有两种方法。一种方法是提高切削速度,即提高主轴转速。目前车床和车削中心的主轴转速都在8000r/min以上,加工中心一般为15000~20000r/min,有40000r/min和60000r/min。同样,进给速度也有了很大的提高,达到了20m/min甚至60m/min。随着切削速度的提高,机床的结构刚度和动态特性明显提高,高速主轴和刀具系统的动平衡设计也相应提高。另一种方法是减少非处理时间。由于大量无用的时间都花在工件搬运、装卸、安装调整、换刀和主轴升降速上,所以近来复合机床的研发发展很快,其核心是在一台机床上完成车、铣、钻、镗、攻、铰、铰等各种操作程序。车床技术发展的主要趋势是多功能机床,目前的多功能复合机床实际上就是具有车削功能的加工中心。在磨削加工中,目前的技术重点是开发基于PC的磨削控制系统。一台磨床可以磨削内圆、外圆和台阶轴,或者给机床不同的循环,加快生产进度,既能快速磨削又能保证尺寸精度和表面粗糙度。
第二,追求更安全、更可靠、更环保的机床。由于机床运行速度的提高,操作人员的安全和健康也得到了优先考虑。目前美国研制的高档机床几乎都在人可能受伤的地方安装了安全警示装置。干切削和微润滑切削方法应用广泛,因为它们可以大大减少润滑剂的挥发,而且几乎整个机床都是封闭的,有些机床甚至看不到切屑,所以即使有过量的油雾和烟尘,也很容易收集。同时,机床操作人员在工作时的环境和位置会被认为是非常舒适的。此外,无污染的清洁加工技术也受到了极大的关注。
三、机床零部件工业快速发展。机床附件发展迅速,品种齐全。主要产品有滚珠丝杠副、精密轴承、各种转台、换刀装置、各种气动和液压装置、直线导轨和主轴部件等。这些附件产业的发展有力地推动了机床主机的发展,不仅有助于提高机床的速度和性能,而且大大缩短了主机的生产周期,降低了生产成本。
第四,追求更完善的控制系统。更高速的处理器和更精确的控制设备使机床的功能和性能更加完善和强大。技术密集型已进入超速发展阶段,整合的关键是开放结构。PCC技术的应用开始改变机床的工作模式,将CNC推向控制中心而不是机床控制器的范围。控制软件发展更快,甚至一年改进几次。CNC制造商提供了一些开放式结构的CNC系统。目前在机械制造厂中,开放式结构的数控控制器占10%~20%。零件程序可以离线开发,然后传输到生产车间的编程系统,在CNC控制器上运行。操作者可以观察和检测工具操作和加工过程,并且还可以对加工过程进行必要的修正。美国GEFANUC公司销售的控制器30%是开放式的,实现了真正的CAM/CNC一体化,趋于智能控制,还可以接入互联网。虚拟制造和无纸化生产的技术基础已经建立。在信息技术的帮助下,这类软件的应用将会以更快的速度发展。
第五,追求更高的机床外观质量。现在的机床厂商更注重机床造型的美感和色调的和谐柔和,精品机床正在向工艺品方向发展。
德国数控机床的发展
德国政府一直重视机床工业的重要战略地位,并在许多方面给予大力支持。德国的机床工业虽然比美国发展得晚,但由于善于学习美英的先进技术,加强科学实验和研究分析,特别是对先进技术的研究,所以发展非常迅速。首先,讲究“实”和“效”。德国特别注重科学实验,理论与实践相结合,基础科学研究与应用技术研究并重。其次,坚持“以人为本”,不断提高人员素质。企业与高校科研部门紧密合作,对用户产品、加工工艺、机床布局、数控机床特点等进行深入研究,在质量上精益求精。德国数控机床质量性能好,先进实用,出口世界各地。特别是大型、重型、精密数控机床。最后,德国非常重视先进实用的数控机床及配件,其机械、电、液、气、光、工具、测量、数控系统及各种功能部件的质量和性能均居世界前列。比如西门子的数控系统,世界闻名,已经成为大多数用户的最佳选择。
同样,德国机床协会(VDW)为德国企业提供所有可能的市场支持,从市场信息和统计数据到各种产品的报告和对汽车工业等关键领域的推测。在中国机床工具协会的帮助下,VDW为有意在中国寻求合作伙伴的德国公司提供了直接接触的机会。为各类设备和服务提供进口认证等贸易信息;根据需要组织中方相关人员在德国进行技术培训活动;组织德国商务代表团参加中国大型金属加工展览会,并联系德国政府提供官方支持。
日本数控机床的发展
日本政府非常重视机床工业的发展。一方面通过规划和制定法律法规(如《机械振动法》、《机电法》、《机械信息法》)引导行业发展,另一方面提供充足的研发经费,鼓励科研机构和企业大力发展数控机床。在重视人才和机床零部件方面向德国学习,在质量管理和数控机床技术方面向美国学习,结合两国经验,形成自己的发展特色,后来居上。
自1958年研制出第一台数控机床以来,日本在1978年的产量(7342台)超过了美国(5688台),并长期保持产量和出口量世界第一(2001年生产46604台,出口27400台)。战略上,大量出口产量大、范围广的中档数控机床,占据世界大部分市场份额,80年代进一步加强科研,向高性能数控机床发展。日本FANUC公司正是采用这种战略,在日本政府的指导和鼓励下,有针对性地开发市场需要的各种低、中、高档数控系统,并在技术上领先,成为世界上最大的机床数控系统供应商。公司现有员工3674人,科研人员600多人,月生产能力7000台。其销量在世界市场占50%,在日本占80%,极大地促进了日本乃至世界数控机床的发展。
除了FANUC,还有许多其他机械零件公司。在政府的引导下,这些日本企业非常重视关键技术和核心产品的开发。这种分工合作提高了日本数控机床行业的效率,避免了美国数控机床行业因为所有厂商都想成为行业标准而导致的内部斗争,从而保存了自己的对外竞争力。此外,日本政府还鼓励一些拥有自己独特技术优势的小型数控机床和自动化设备制造商开发自己的专利技术。
中国台湾省
现代数控机床企业的发展越来越依赖于供应链,这已被世界各国各地区机床工业的发展经验所证实。例如,中国台湾省的机床工业就是一个很好的例子。
中国台湾省的机床工业属于组装型。除了主轴和其他精密零件,机床制造商基本上不进行其他机械加工。铸造、钣金、热处理、喷漆等工艺都是合作工厂完成的。例如,友嘉公司在台中有大约70家合作工厂。
可见,台湾省机床工业的发展优势在于形成了完整齐全的机床零部件产业。这些零部件生产企业集中在机床厂周边不到100公里的范围内,零部件供应按时、完整。中国台湾省机床行业90%以上的厂商都集中在台中,而且距离并不长,几乎一个接一个。这样既能实现精准供应,又能降低库存,甚至在某些厂家或某些环节实现零库存。发达的机床零部件产业和便捷完善的供应链,是台湾省机床产业的优势和骄傲,在获取零部件的便利性上甚至优于日本和德国。
此外,随着市场竞争的加剧,中国台湾地区的机床企业普遍重视R&D,每年的R&D投资额都在营业额的4%以上。基础好、资金实力强的公司,每年可以在R&D投资5%以上的营业额。