六、數(shù)控機(jī)床
六、數(shù)控機(jī)床工業(yè)篇 1999年的考克斯報(bào)告，專門提到中國把從美國進(jìn)口的16臺(tái)二手四、五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床 用于軍工生產(chǎn)，要求對我加強(qiáng)禁運(yùn)。其實(shí)，五軸聯(lián)動(dòng)高級(jí)數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)技術(shù)，在國內(nèi) 已如“一馬平川”了。 西方國家在高檔數(shù)控機(jī)床（系統(tǒng)）方面，至今嚴(yán)格對我限制出口，這說明數(shù)控機(jī)床工 業(yè)在國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)中，具有超越一般市場價(jià)值的戰(zhàn)略地位。 數(shù)控化是當(dāng)代機(jī)床行業(yè)技術(shù)進(jìn)步的主流。一國數(shù)控機(jī)床的水平和擁有量是衡量工業(yè)現(xiàn) 代化程度、衡量國家綜合競爭力的重要指標(biāo)。數(shù)控機(jī)床的核心技術(shù)是電子控制系統(tǒng)（數(shù) 控系統(tǒng)）。數(shù)控機(jī)床的使用迅速普及，性能迅速提高，這是和電子技術(shù)、電子工業(yè)的飛 速發(fā)展密切相關(guān)的。 目前，國際數(shù)控機(jī)床的市場，由日本法那克和德國西門子占據(jù)絕對壟斷地位。 我國工業(yè)中，機(jī)床擁有量的數(shù)控化率僅1.9%，和先進(jìn)國家90年代水平相比，差了一個(gè) 數(shù)量級(jí)。按照技術(shù)層次，數(shù)控機(jī)床可分為高級(jí)型、普及型和經(jīng)濟(jì)型三種。我國現(xiàn)在對數(shù) 控機(jī)床的需求結(jié)構(gòu)，大體上是1：3：6的比例。這個(gè)市場中，數(shù)控機(jī)床的70%～80%、數(shù)控 系統(tǒng)（普及型、高級(jí)型）的90%，被日、德廠商（含在我國境內(nèi)的合資企業(yè)）及其他外商 占領(lǐng)。 目前，我國機(jī)床產(chǎn)值占GDP的0.17%, 其中數(shù)控機(jī)床產(chǎn)值占機(jī)床產(chǎn)值的29%，但它對國民經(jīng)濟(jì)的貢獻(xiàn)則遠(yuǎn)高出這一數(shù)量概念。裝 備工業(yè)必須趕上國際技術(shù)進(jìn)步的潮流，這對于用高新技術(shù)加快裝備工業(yè)的現(xiàn)代化改造、 打破西方在高檔數(shù)控機(jī)床方面對我國的進(jìn)口限制、加強(qiáng)國防建設(shè)，意義重大。 經(jīng)過連續(xù)三個(gè)五年計(jì)劃的攻關(guān)，以及近10年電子技術(shù)的飛速發(fā)展，集成電路性能提高 、價(jià)格下降，我國數(shù)控系統(tǒng)的研制水平獲得突破性進(jìn)展。當(dāng)前，部分國產(chǎn)中高檔數(shù)控系 統(tǒng)，無論就其技術(shù)水平還是可靠性，已經(jīng)與國外產(chǎn)品相差無幾。我國已出現(xiàn)了一批多種 經(jīng)濟(jì)形式、具有較強(qiáng)競爭力的數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)。 但是，由于政策上過分強(qiáng)調(diào)對外商優(yōu)惠，對民族工業(yè)造成了一定損害。自身的原因則 包括產(chǎn)業(yè)的弱小、體制的束縛和競爭策略的失誤等多方面因素。我國數(shù)控機(jī)床行業(yè)在中 高檔領(lǐng)域，還難以扭轉(zhuǎn)跨國公司壟斷我國市場的局面。事實(shí)上，數(shù)控行業(yè)目前仍面臨著 生存危機(jī)。要以提高國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)的市場占有率為主體目標(biāo)，以發(fā)展普及型 數(shù)控機(jī)床及數(shù)控系統(tǒng)為主攻方向，大力發(fā)展我國數(shù)控機(jī)床行業(yè)。國家也有必要加大扶持 的力度。 發(fā)展數(shù)控機(jī)床行業(yè)的戰(zhàn)略意義 數(shù)控化是機(jī)床行業(yè)技術(shù)進(jìn)步的主流 機(jī)械工業(yè)是向國民經(jīng)濟(jì)各部門提供裝備的部門，是現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。當(dāng)今世界， 工業(yè)發(fā)達(dá)國家都是機(jī)械工業(yè)強(qiáng)國，而且都是機(jī)電設(shè)備出口大國，這絕不是偶然的。機(jī)械 工業(yè)的發(fā)達(dá)與否，是一國工業(yè)化程度的重要指標(biāo)。而機(jī)床行業(yè)又是機(jī)械工業(yè)的基礎(chǔ)行業(yè) ，是向機(jī)械工業(yè)（以及其他加工工業(yè)、國防工業(yè)）提供加工裝備的部門，是“支柱的支柱 ”。 當(dāng)今機(jī)床行業(yè)，計(jì)算機(jī)數(shù)控化已成為技術(shù)進(jìn)步的大趨勢。數(shù)控機(jī)床是電子信息技術(shù)和 傳統(tǒng)機(jī)械加工技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，它集現(xiàn)代精密機(jī)械、計(jì)算機(jī)、通訊、液壓氣動(dòng)、光電等 多學(xué)科技術(shù)為一體，具有高效率、高精度、高自動(dòng)化和高柔性的特點(diǎn)，是當(dāng)代機(jī)械制造 業(yè)的主流裝備。數(shù)控機(jī)床大大提高了機(jī)械加工的性能（可以精確加工傳統(tǒng)機(jī)床無法處理 的復(fù)雜零件），有效提高了加工質(zhì)量和效率，實(shí)現(xiàn)了柔性自動(dòng)化（相對于傳統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ) 上大批量生產(chǎn)的剛性自動(dòng)化），并向智能化、集成化方向發(fā)展。所以，可以毫不夸張地 說，（計(jì)算機(jī)）數(shù)控技術(shù)，是現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)和核心。一國數(shù)控機(jī)床的水平和 擁有量，已經(jīng)是衡量當(dāng)今制造業(yè)水平、工業(yè)現(xiàn)代化程度的重要指標(biāo)，也是衡量國家綜合 競爭力的重要指標(biāo)。 數(shù)控機(jī)床是國防尖端工業(yè)不可缺少的戰(zhàn)略物資 數(shù)控技術(shù)是因國防工業(yè)的需要而誕生的。國防工業(yè)中復(fù)雜、高精度零件加工（如飛機(jī) 發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、導(dǎo)彈尾噴管、導(dǎo)航系統(tǒng)反射鏡等）比例大，一些曲面按照特定理論函數(shù)設(shè) 計(jì)，非用多軸聯(lián)動(dòng)、高速高精度的數(shù)控機(jī)床加工不可，故高性能數(shù)控機(jī)床屬于戰(zhàn)略物資 。 冷戰(zhàn)時(shí)期，高性能高精度數(shù)控機(jī)床被列入“巴統(tǒng)”禁運(yùn)清單。1982- 1983年著名的“東芝事件”，起因于日本東芝公司賣給前蘇聯(lián)6臺(tái)大型五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控銑床， 從而大大提高了蘇核潛艇螺旋漿加工精度，大幅度降低了潛艇噪聲，導(dǎo)致美國對日本制 裁。當(dāng)時(shí)，三軸以及三軸以上聯(lián)動(dòng)的數(shù)控系統(tǒng)，曾先后被列為對我國禁運(yùn)物資。 現(xiàn)在，“巴統(tǒng)”盡管已取消，但西方國家在與我方有關(guān)先進(jìn)數(shù)控機(jī)床及其重要配套裝備 的貿(mào)易中，仍對我多方歧視和限制。如最近我國有幾家企業(yè)想進(jìn)口五軸聯(lián)動(dòng)、分辯率為 0.1μm的數(shù)控系統(tǒng)，對方答復(fù)，需要經(jīng)對方政府批準(zhǔn)，而且不得用于軍事用途。盡管這部 分機(jī)床需求總量不大，但屬于“卡脖子”產(chǎn)品，戰(zhàn)略意義不可小視（部分高性能指標(biāo)的產(chǎn) 品，在“八五”攻關(guān)中被我們攻下，不再受到外國限制）。1999年的考克斯報(bào)告，特別提 到我從美國進(jìn)口16臺(tái)二手的四、五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床用于軍工生產(chǎn)，叫嚷要加強(qiáng)對我禁運(yùn) 。這說明發(fā)展我們自己的高級(jí)數(shù)控機(jī)床，具有超越一般市場價(jià)值的戰(zhàn)略地位。 數(shù)控機(jī)床是發(fā)達(dá)國家裝備工業(yè)爭奪技術(shù)優(yōu)勢的制高點(diǎn) 由于數(shù)控機(jī)床的優(yōu)越技術(shù)性能以及在國防上的重要意義，從1950年代起，美日德等先 進(jìn)國家競相投入巨資進(jìn)行研發(fā)，其技術(shù)在國際上遙遙領(lǐng)先。 數(shù)控機(jī)床的核心技術(shù)是電子控制系統(tǒng)（數(shù)控系統(tǒng)），因此，數(shù)控機(jī)床技術(shù)和電子技術(shù) 的進(jìn)步與電子工業(yè)的發(fā)展密切相關(guān)。西方國家經(jīng)過30年的努力，計(jì)算機(jī)微電子技術(shù)進(jìn)入 成熟和推廣階段，故1970年代末80年代初，西方工業(yè)發(fā)達(dá)國家中數(shù)控機(jī)床的使用不再局 限于國防尖端領(lǐng)域，而在民用領(lǐng)域大規(guī)模地應(yīng)用和普及。開始了以數(shù)控機(jī)床為代表的高 新技術(shù)對傳統(tǒng)機(jī)械工業(yè)的大規(guī)模改造。 ·數(shù)控機(jī)床產(chǎn)值的比重迅速超過傳統(tǒng)機(jī)床，成為主導(dǎo)產(chǎn)品。1989年，日、德、美、意 、法、英六國機(jī)床產(chǎn)值占世界的61%，這六國也都是數(shù)控機(jī)床大國。其中日、德是世界數(shù) 控機(jī)床的主要生產(chǎn)國，近年來機(jī)床工業(yè)的產(chǎn)值數(shù)控化率已超過70%（見表6-1）。 表6-1 日、德、美數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)情況 1：產(chǎn)量(臺(tái)) 2：產(chǎn)值(億美元) 3：產(chǎn)值數(shù)控化率(%) | |日本 |德國 |美國 | | |1 |2 |3 |1 |2 | |機(jī)床擁有量（萬臺(tái)） |100.19 |231.62 |73.83 |123 |55.04 | |數(shù)控機(jī)床擁有量（萬臺(tái)|16.73 |22.23 |5.24 |7.01 |8.37 | |） | | | | | | |機(jī)床擁有量數(shù)控化率（|16.1 |9.6 |7.1 |5.7 |15.2 | |%） | | | | | | ·機(jī)械制造業(yè)中的技術(shù)密集行業(yè)，如航空、航天、汽車、機(jī)床工業(yè)等數(shù)控化率高達(dá)60 %～90%，而且大量使用由數(shù)控機(jī)床組成的各種生產(chǎn)單元、柔性線、生產(chǎn)線。如FMC（柔性 制造單元）、FMS（柔性制造系統(tǒng)）、FTL（柔性傳送生產(chǎn)線），可實(shí)行二、三班無人看 管生產(chǎn)。 相比之下，我國工業(yè)裝備水平和西方的差距，在這20年中明顯拉大。 1995年我國工業(yè)普查表明，我國機(jī)床擁有總量383.5萬臺(tái)，其中有7.28萬臺(tái)數(shù)控機(jī)床 （包括以單板機(jī)和步進(jìn)電機(jī)為特征的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床），機(jī)床擁有量數(shù)控化率僅1.9%， 和先進(jìn)國家90年代水平相比，差了一個(gè)數(shù)量級(jí)。 以上量的比較，所反映的實(shí)質(zhì)內(nèi)容是：80年代以來，由于數(shù)控機(jī)床的推廣，西方工業(yè) 在裝備水平、加工范圍、加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率方面獲得革命性的進(jìn)展，對加工業(yè)水平的 提高，起到了關(guān)鍵性的作用，從而空前拉大了發(fā)達(dá)國家與發(fā)展中國家的差距。我國機(jī)械 工業(yè)因多年來總體效益水平不斷下降，這一差距尤其明顯。例如，日本Mazak公司2000年 與我合資建立的銀川“小巨人機(jī)床公司”，全部用數(shù)控機(jī)床裝備，含有三條FMS，實(shí)現(xiàn)二、 三班無人看管生產(chǎn)，有九臺(tái)數(shù)控車銑復(fù)合機(jī)床、數(shù)控龍門五面銑床和超精密臥式加工中 心、四臺(tái)精密數(shù)控折彎機(jī)和五臺(tái)精密數(shù)控磨床，實(shí)現(xiàn)了智能網(wǎng)絡(luò)制造。全公司只有135人 ，年產(chǎn)420臺(tái)加工中心和數(shù)控車床，人均年產(chǎn)值160萬元，是我機(jī)床工業(yè)人均年產(chǎn)值的40 倍。 國際競爭和國家保護(hù) 數(shù)控機(jī)床是投資類產(chǎn)品，市場容量?。壳叭澜鐢?shù)控機(jī)床的年產(chǎn)銷量約10萬臺(tái)）， 但同時(shí)又和國家利益關(guān)系密切，它跨越電子、機(jī)械等行業(yè)，技術(shù)含量高，具有技術(shù)壟斷 性質(zhì)；品種繁多且產(chǎn)品更新?lián)Q代快，專業(yè)化程度高。 因此，數(shù)控機(jī)床的市場競爭具有以下特點(diǎn)。 · 由于專業(yè)化程度高，一國的機(jī)床工業(yè)不可能供應(yīng)所有數(shù)控機(jī)床品種的需求，故行業(yè)內(nèi)部 （各功能部件）分工很細(xì)，且品種的分工高度國際化?，F(xiàn)在，其國際貿(mào)易量約占全球總 產(chǎn)量的50%以上。 · 由于市場容量小，故國際壟斷性強(qiáng)。數(shù)控機(jī)床的核心功能部件數(shù)控系統(tǒng)，現(xiàn)基本上由兩 大跨國集團(tuán)——日本法那克（FANUC, 即“富士通自動(dòng)數(shù)字控制”）和德國西門子占據(jù)了絕對壟斷地位。前者是專業(yè)化的數(shù)控系 統(tǒng)生產(chǎn)廠商，占有國際市場份額的50%左右，后者占國際市場份額的25%。 我國數(shù)控機(jī)床市場份額的70%～80%、數(shù)控系統(tǒng)（普及型、高級(jí)型）90%的已被外商占 領(lǐng)。 · 由于關(guān)鍵功能部件（特別是數(shù)控系統(tǒng)）技術(shù)含量高，隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，其技術(shù) 制高點(diǎn)不斷轉(zhuǎn)移，開發(fā)周期加快，新產(chǎn)品不斷推出，各國在技術(shù)方面的競爭十分激烈。 當(dāng)前，在技術(shù)上能夠與法那克和西門子相抗衡的公司很多（如美國Allen Bradley， 日本三菱電機(jī)，安川電機(jī)，德國Heidenhein，Idramat，法國Num， 英國Control Technology），特別是美國GE曾經(jīng)是世界數(shù)控系統(tǒng)的技術(shù)先導(dǎo)，但至今均未能顯著改變 兩巨頭的壟斷地位。 · 世界許多國家都對本國數(shù)控機(jī)床行業(yè)采取保護(hù)措施。日本、意大利、西班牙、法國、印 度等國在不同階段，都采取過扶持、保護(hù)本國數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的措施。日本制定機(jī)械振興 法，法國、西班牙采取特殊貿(mào)易補(bǔ)貼。印度實(shí)行關(guān)稅壁壘。美國政府為保護(hù)自己的機(jī)床 工業(yè)免受過量機(jī)床進(jìn)口沖擊，1986年頒布了總統(tǒng)國內(nèi)行動(dòng)計(jì)劃，與11個(gè)國家和臺(tái)灣地區(qū) 簽訂限制向美出口數(shù)控機(jī)床的所謂“自動(dòng)約束限制協(xié)議（VRA）”，還簽訂了促進(jìn)美國本身 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展計(jì)劃等。顯然，這些措施并非遵循自由貿(mào)易原則，而是出于國家戰(zhàn)略利 益的考慮。所以，數(shù)控技術(shù)是機(jī)床工業(yè)各大國競爭的技術(shù)制高點(diǎn)，是國際競爭的焦點(diǎn)之 一。 發(fā)展數(shù)控機(jī)床對于我國的戰(zhàn)略意義 一國裝備工業(yè)的實(shí)力和國際競爭力，關(guān)系到國家整體工業(yè)競爭力和綜合國力在世界上 的位置，而數(shù)控機(jī)床作為國家裝備工業(yè)的主流產(chǎn)品和技術(shù)方向，在國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略中 具有重要的地位。盡管從數(shù)量上看，該行業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中所占比重很?。?998年，我國 機(jī)床產(chǎn)值占GDP的0.17%, 數(shù)控機(jī)床產(chǎn)值占機(jī)床產(chǎn)值的29%），但它對國民經(jīng)濟(jì)的貢獻(xiàn)則遠(yuǎn)高出這一數(shù)量概念，是經(jīng) 濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略中不可輕易放棄的重要支柱。 發(fā)展數(shù)控機(jī)床行業(yè)具有戰(zhàn)略意義。一是用高新技術(shù)加快裝備工業(yè)的現(xiàn)代化改造，是優(yōu) 化經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的重要環(huán)節(jié)；二是西方在尖端數(shù)控機(jī)床品種的進(jìn)口和技術(shù)轉(zhuǎn)讓方面，對我實(shí) 行限制政策，而中高檔數(shù)控機(jī)床的自行研制和國產(chǎn)化對國防建設(shè)意義重大。這是我們保 持大國地位，保持自己在國際上的自主行動(dòng)能力的技術(shù)后盾。 因此，我們必須通過技術(shù)的吸收消化和研究發(fā)展，在盡可能高的技術(shù)檔次和盡可能多 的品種方面，獲得自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。一種意見認(rèn)為，既然尖端數(shù)控設(shè)備的需求量較少，學(xué) 當(dāng)年蘇聯(lián)的樣子繞道到國外去買就可以，不必花這么大力氣去搞自己的數(shù)控機(jī)床行業(yè)。 但是，任何行業(yè)質(zhì)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統(tǒng)為主的 數(shù)控機(jī)床行業(yè)，正是為了明天自己有強(qiáng)大的足以和國際壟斷集團(tuán)競爭的企業(yè)?？傊瑧?yīng) 該深刻認(rèn)識(shí)到，以數(shù)控化為核心的裝備工業(yè)技術(shù)進(jìn)步，是優(yōu)化結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)國力、保證我 國在21世紀(jì)現(xiàn)代化建設(shè)中實(shí)現(xiàn)追趕世界先進(jìn)水平的中心環(huán)節(jié)，這是應(yīng)該放到發(fā)展戰(zhàn)略高 度來認(rèn)識(shí)的。 行業(yè)構(gòu)成和技術(shù)發(fā)展趨勢 數(shù)控機(jī)床一般由主機(jī)、數(shù)控系統(tǒng)（包括伺服及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)）及相關(guān)配套件三部分組成， 產(chǎn)品包括數(shù)控金屬切削機(jī)床、數(shù)控鍛壓機(jī)床等。數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)分為主機(jī)制造、功能部件 （機(jī)械部分、電子數(shù)控部分）制造、工具制造三大企業(yè)群。見表6-3. 表6-3 數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的構(gòu)成 | | 產(chǎn)品范圍舉例 | |主機(jī)及成套工程|基型及變形機(jī)床，專用機(jī)床，數(shù)控機(jī)床組成的工程成套 | |企業(yè)群 | | |關(guān)鍵 |機(jī)械類 |電主軸，測量反饋裝置，滾動(dòng)功能部件，自動(dòng)刀庫，機(jī)械手| |功能 | |，自動(dòng)刀塔 | |部件 | | ...
六、數(shù)控機(jī)床