發(fā)展數(shù)控機(jī)床國產(chǎn)功能部件

數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)使用的主流設(shè)備，是國家防務(wù)安全的戰(zhàn)略物資，是發(fā)展高新科技產(chǎn)業(yè)所不可缺少的重要手段。數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)和消費(fèi)狀況已成為衡量一個(gè)國家制造技術(shù)水平和綜合國力的重要標(biāo)志之一。

現(xiàn)狀和問題

近年來，特別是我國加入WTO以后，隨著世界制造業(yè)向中國轉(zhuǎn)移，我國對(duì)機(jī)床的需求量大增，國內(nèi)數(shù)控金切機(jī)床的生產(chǎn)和消費(fèi)均有大幅度的增長(zhǎng)（表）。例如，2001至2004年的三年間產(chǎn)量就凈增了196%，消費(fèi)量?jī)粼隽?38.8%。

無疑地，這既表明了我國機(jī)械制造技術(shù)水平和能力在迅猛提升，同時(shí)也表明了我國機(jī)床制造業(yè)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步與發(fā)展。

但是，我們并不能滿意和樂觀。因?yàn)橹灰�作進(jìn)一步的分析與了解，我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)，國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床在消費(fèi)量的臺(tái)數(shù)中雖占有一半（55%）以上，但它們多是些技術(shù)水平較低、價(jià)格相對(duì)便宜的普通產(chǎn)品，如數(shù)控車床、數(shù)控銑鏜床和線切數(shù)機(jī)床等，高、中檔產(chǎn)品較少，而且這些產(chǎn)品的核心技術(shù)或功能部件，如全功能的數(shù)控伺服系統(tǒng)，高速電主軸，直線滾動(dòng)導(dǎo)航，數(shù)控刀架，刀庫機(jī)械手乃至高速安全防護(hù)裝置等，還多是由中外合資企業(yè)提供或是從國外進(jìn)口的。所以在數(shù)控機(jī)床消費(fèi)的金額上，我們所占份額不足30%。而進(jìn)口的數(shù)控機(jī)床，在消費(fèi)量的臺(tái)數(shù)中雖只占有約45%，但由于它們多是我國汽車、航空航天工業(yè)、模具行業(yè)和發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)所需的、價(jià)格較昂貴的高中檔產(chǎn)品，如主軸轉(zhuǎn)數(shù)在萬轉(zhuǎn)/分以上至數(shù)萬轉(zhuǎn)/分的高速加工中心，多軸控制、4~5軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床和高精、高效的復(fù)合加工機(jī)床以及各種特種加工和專用加工的數(shù)控機(jī)床等，所以在消費(fèi)的金額上所占份額略高于70%。



表 近年我國數(shù)控金切機(jī)床的生產(chǎn)、進(jìn)口、出口和消費(fèi)情況

我國數(shù)控機(jī)床目前的發(fā)展?fàn)顩r──高檔產(chǎn)品：生產(chǎn)很少，而且?guī)缀醵加镁惩夤δ懿考�配套，有的還是外國品牌中國制造，GPD值算你的，利潤分去很多；中檔特別是中檔偏上產(chǎn)品：中國品牌，外國功能部件和核心技術(shù)，你賺小頭，他賺大頭。這與我們“不僅要做世界制造大國，還要做世界制造強(qiáng)國”的意愿與目標(biāo)是很不相稱的，且差距較大，值得深思！這就是問題。

主因與任務(wù)

為甚么會(huì)有上述情況的出現(xiàn)？可能主客觀原因都是很多的，但是，我國數(shù)控機(jī)床功能部件的發(fā)展落后──品種少，單元技術(shù)水平低，性能質(zhì)量不夠穩(wěn)定，成本居高不下，交貨不夠及時(shí)等──滿足不了數(shù)控機(jī)床主機(jī)產(chǎn)品發(fā)展的需要，不能不說是最直接、最主要的原因，因?yàn)樗�有的�?shù)控機(jī)床都是由各種功能部件（包括主軸頭、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌、滾珠絲杠副、數(shù)控刀架、刀庫機(jī)械手、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、數(shù)控伺服系統(tǒng)、測(cè)量反饋以及安全防護(hù)裝置等）在床身、立柱等基礎(chǔ)機(jī)架上集裝而成的，功能部件是數(shù)控機(jī)床的重要組成部份，而且是不可或缺的部份。現(xiàn)在的數(shù)控機(jī)床主機(jī)廠的主要任務(wù)就是按產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求生產(chǎn)制造床身、立柱等基礎(chǔ)機(jī)架件并把所需的功能部件與之集裝成完整的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品，沒有功能部件，就沒有現(xiàn)在的各種數(shù)控機(jī)床。
功能部件的性能、質(zhì)量和品種直接影響著數(shù)控機(jī)床整機(jī)的性能、質(zhì)量和品種的發(fā)展。例如，沒有高性能，高品位的全功能型數(shù)控及伺服系統(tǒng)，就不可能有高精、高效、高可靠性的多軸聯(lián)動(dòng)加工的數(shù)控機(jī)床，沒有每分萬轉(zhuǎn)以上的高速電主軸和直線電機(jī)或高速滾珠絲杠副，就不可能有高速加工中心；沒有數(shù)控立、臥轉(zhuǎn)換或帶B軸、C軸功能的主軸頭，或者沒有具備數(shù)控回轉(zhuǎn)和傾擺功能的工作臺(tái)，就沒有五軸聯(lián)動(dòng)和五面加工的數(shù)控銑床；沒有刀庫和自動(dòng)換刀的機(jī)械手，就不可能有集中工序進(jìn)行加工的加工中心；沒有帶Y軸和B軸控制功能的數(shù)控刀架就不可能有各種旋轉(zhuǎn)體件的復(fù)合加工機(jī)床的出現(xiàn)等等。如果回顧歷史，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，數(shù)控機(jī)床的許多發(fā)展和提高，都是與功能部件的改進(jìn)、提高、發(fā)展、創(chuàng)新是分不開的，甚至從某種意義上說，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展與創(chuàng)新史主要就是功能部件的發(fā)展與創(chuàng)新史。

除此之外，功能部件還是提高數(shù)控機(jī)床性價(jià)比和附加值的重要因素。因?yàn)楣δ懿考�屬于高科技產(chǎn)品，本身就具有較高的附加值；另外功能部件的成本在一臺(tái)數(shù)控機(jī)床的總成本中占有很大的比重，根據(jù)機(jī)床功能配置的不同，一般都占到60%以上。所以采用先進(jìn)的（如性能提高，制造成本降低的）功能部件，不僅可以提高數(shù)控機(jī)床的性/價(jià)比，也可以提高數(shù)控機(jī)床的附加值，增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。最終提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

所以，為了更好地發(fā)展我國數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)，達(dá)到“做大”、“做強(qiáng)”的目的，我們現(xiàn)在的任務(wù)，主要應(yīng)是集中精力，認(rèn)真抓緊抓好數(shù)控機(jī)床功能部件的生產(chǎn)與發(fā)展。

策略與措施

既然功能部件是數(shù)控機(jī)床不可缺少的重要組成部份，同時(shí)其本身也是高科技產(chǎn)品，所以對(duì)功能部件的生產(chǎn)與發(fā)展，首先應(yīng)受到如同對(duì)待數(shù)控機(jī)床主機(jī)生產(chǎn)與發(fā)展一樣的重視。

其次，發(fā)展數(shù)控機(jī)床功能部件產(chǎn)業(yè)，也如同發(fā)展其他的高新產(chǎn)業(yè)一樣，一需要技術(shù)，二需要資金，三要有市場(chǎng)的支持。根據(jù)我國數(shù)控機(jī)床功能部件當(dāng)前的基本情況：品種少，單元技術(shù)水平低，但一些產(chǎn)品已有一定的市場(chǎng)份額；欲發(fā)展新品種，提高產(chǎn)品質(zhì)量水平，卻又缺乏先進(jìn)的技術(shù)和足夠的資金支持。因此我們應(yīng)采取的策略措施是：

1) 首先是抓好已掌握或初步掌握的為中、低檔數(shù)控主機(jī)配套的功能部件，特別是已擁有一定市場(chǎng)和用戶的產(chǎn)品的質(zhì)量，如普及型和多功能型的數(shù)控伺服系統(tǒng)，高精度滾珠絲杠副。萬轉(zhuǎn)/分級(jí)的電主軸，帶動(dòng)力頭的數(shù)控刀架，數(shù)控可傾的圓轉(zhuǎn)臺(tái)，鏈?zhǔn)降稁旒皺C(jī)械手等。為此，相關(guān)企業(yè)需要完善產(chǎn)品質(zhì)量保證體系和力爭(zhēng)通過ISO 9000的質(zhì)量認(rèn)證，從而從體系上保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和可靠性，提高用戶對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的信任度，鞏固并擴(kuò)大已有市場(chǎng)的占有率。

2) 引進(jìn)國外先進(jìn)的單元技術(shù)，如萬轉(zhuǎn)/分以上的高速電主軸，加速度可達(dá)2g的直線電機(jī)，高速直線滾動(dòng)導(dǎo)軌和電滾珠絲杠副。直接驅(qū)動(dòng)用的大力矩伺服電機(jī)，換刀時(shí)間在1秒以內(nèi)的快速換刀裝置等的單元設(shè)計(jì)制造技術(shù)。通過對(duì)引進(jìn)技術(shù)的消化、吸收，以掌握目前國外相關(guān)功能部件的先進(jìn)單元技術(shù)，為我自行開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)品牌功能部件打基礎(chǔ)，作準(zhǔn)備。

3) 中外合資合作辦企業(yè)，不僅搞生產(chǎn)，而且要力爭(zhēng)搞開發(fā)研究。這樣既可以解決或部份解決目前我企業(yè)發(fā)展資金不足的問題，也可以通過學(xué)習(xí)、借鑒國外先進(jìn)的企業(yè)管理和開拓市場(chǎng)的經(jīng)驗(yàn)，以提高我國企業(yè)自主產(chǎn)品開發(fā)和開拓市場(chǎng)的能力，把產(chǎn)業(yè)“做大”、“做強(qiáng)”，為走向世界積累寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

4) 通過行業(yè)、企業(yè)的改革與重組，組織專業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，提高生產(chǎn)集中度，以取得規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)與產(chǎn)品的上游（供應(yīng)商）、下游（數(shù)控機(jī)床主機(jī)生產(chǎn)廠）企業(yè)結(jié)成聯(lián)盟，以便及時(shí)相互了解對(duì)方的技術(shù)要求與發(fā)展意圖，共同研究解決存在的（包括技術(shù)和供貨計(jì)劃方面）問題，達(dá)到相互滿足對(duì)方產(chǎn)品生產(chǎn)發(fā)展的需求，從而實(shí)現(xiàn)共同發(fā)展、共占市場(chǎng)的雙贏目標(biāo)。

5) 提高產(chǎn)品技術(shù)服務(wù)的能力。既要做到為配套的主機(jī)廠服務(wù)，主動(dòng)向主機(jī)廠詳細(xì)介紹產(chǎn)品的性能、特點(diǎn)~使用要求，確保主機(jī)廠的合理選用；也要做到為產(chǎn)品的最終用戶提供現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)，以保證產(chǎn)品在現(xiàn)場(chǎng)使用中出現(xiàn)問題時(shí)獲得及時(shí)解決，使用戶將停機(jī)的損失降到最少，從而消除用戶的后顧之憂，放心購買采用，這樣也就穩(wěn)定了原有的用戶群，鞏固了自己的市場(chǎng)地位。

上述策略措施業(yè)已為越來越多的人們所理解和接受，并在實(shí)踐中取得了明顯的效果。從而成了目前業(yè)內(nèi)人士的共識(shí)。但是，我們還應(yīng)清楚地看到，這些策略措施中的引進(jìn)技術(shù)和中、外合資合作辦企業(yè)、搞開發(fā)，一般都只能使我們?nèi)〉卯?dāng)時(shí)相對(duì)先進(jìn)的二、三流水平的產(chǎn)品技術(shù)而不可能取得世界最先進(jìn)的一流技術(shù)，也不能自然取得研發(fā)先進(jìn)技術(shù)產(chǎn)品的有用的創(chuàng)新理論、方法和工具；其他各項(xiàng)措施，主要只能幫助我們維持或略有擴(kuò)大現(xiàn)有的市場(chǎng)份額，而不能幫助我們進(jìn)行產(chǎn)品的研發(fā)與創(chuàng)新。也就是說，光有這些策略措施是不夠的，它只能幫我們“做大”而不能“做強(qiáng)”，因?yàn)槲覀儧]有長(zhǎng)期可靠的產(chǎn)品技術(shù)源泉。因此，為了使功能部件產(chǎn)業(yè)也能“做大”“做強(qiáng)”，最關(guān)鍵的一環(huán)我們還是要抓具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新。

關(guān)于功能部件的研發(fā)與創(chuàng)新

研發(fā)與創(chuàng)新，研發(fā)指的是進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究、開發(fā)設(shè)計(jì)新產(chǎn)品，創(chuàng)新指的是“第一次應(yīng)用某一事物或方法把發(fā)明和創(chuàng)造實(shí)用化與商業(yè)化。”因此，研發(fā)是發(fā)展產(chǎn)品的基礎(chǔ)，創(chuàng)新才是產(chǎn)品發(fā)展的靈魂和關(guān)鍵。創(chuàng)新既是產(chǎn)品進(jìn)步的最重要標(biāo)志，也是產(chǎn)品率先搶占市場(chǎng)最有力的手段。


由于科技在進(jìn)步，社會(huì)在發(fā)展，國際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)在加劇，加上世界政治風(fēng)云變幻莫測(cè)，因此，加強(qiáng)和加速我國數(shù)控機(jī)床功能部件的研發(fā)與創(chuàng)新，不只是機(jī)床行業(yè)發(fā)展的需要，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要，也是國家經(jīng)濟(jì)安全的需要，更是振興中華，使我們永立于世界民族之林的需要，因而具有非常深遠(yuǎn)和重大的意義。

數(shù)控機(jī)床功能部件的研發(fā)與創(chuàng)新，由于其產(chǎn)品門類較多，功能又各異，故各類產(chǎn)品的具體研發(fā)與創(chuàng)新內(nèi)容會(huì)有所不同，但他們的研發(fā)和創(chuàng)新的領(lǐng)域，則大體都可歸納為以下四方面：

1) 功能和性能方面的研發(fā)與創(chuàng)新：即研發(fā)增添功能部件的有用新功能和提高功能的性能質(zhì)量。如給數(shù)控系統(tǒng)增添更多的CAM系統(tǒng)功能、仿真功能、診斷功能、網(wǎng)絡(luò)通訊功能和提高系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)信息的精度、速率和分辨能力；給主軸部件增加C軸功能、B軸功能、振動(dòng)和溫升監(jiān)測(cè)功能，提高主軸轉(zhuǎn)速和加速度特性、主軸輸出扭矩和主軸回轉(zhuǎn)精度等。

2) 傳動(dòng)和控制原理方面的研發(fā)與創(chuàng)新：即研發(fā)采用新的科學(xué)技術(shù)原理來實(shí)現(xiàn)功能部件的運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)與控制。如研發(fā)采用新的機(jī)械原理，氣動(dòng)、液壓原理，機(jī)電結(jié)合或光電效應(yīng)、熱電效應(yīng)、磁電效應(yīng)等原理來實(shí)功能部件的運(yùn)動(dòng)傳輸和控制等。

3) 設(shè)計(jì)理論和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的研發(fā)與創(chuàng)新：即為了提高產(chǎn)品的性能質(zhì)量或滿足用戶的特殊要求而研究提出新的設(shè)計(jì)理論、原理和開發(fā)新型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。如過去為了提高功能部件的工作精度和可靠性而提出的剛度設(shè)計(jì)理論、振動(dòng)設(shè)計(jì)理論、熱對(duì)稱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、“重心驅(qū)動(dòng)”（驅(qū)動(dòng)力的作用線應(yīng)通過被驅(qū)動(dòng)物體的重心）理論和減少中間環(huán)節(jié)提高可靠性的理論等；又如為了提高部件的運(yùn)動(dòng)速度/加速度特性和控制的可靠性，而采用的機(jī)電一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的高速電主軸、電滾珠絲杠副或直線電機(jī)直接驅(qū)的工作臺(tái)，用力矩伺服電機(jī)代替蝸輪蝸桿副直接驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)等；另外還有許許多多或?yàn)榱水a(chǎn)品的外觀美觀大方，或?yàn)榱斯?jié)材節(jié)能，或?yàn)榱酥圃旌?jiǎn)單、使用方便又環(huán)保宜人而研發(fā)的和采用的新穎結(jié)構(gòu)等。

4) 用材和制造工藝方面的創(chuàng)新：即為了提高產(chǎn)品的性能質(zhì)量或在保證產(chǎn)品性能質(zhì)量和滿足用戶要求的前提下，為了降低成本或更具有環(huán)保性而研發(fā)采用新的材料、新的制造工藝方法。如為了提高主軸軸承的高速性能研發(fā)采用陶瓷球代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼球作主軸軸承，為了減少高速移動(dòng)部件的重量采用鋁合金材料或鋼焊接結(jié)構(gòu)來代替鑄鐵和鑄造工藝制作溜板或工作臺(tái)等。

所有上述的這些都曾是或正成為功能部件產(chǎn)品創(chuàng)新的例子，相信今后還會(huì)有更多類似的創(chuàng)新例子在這些方面出現(xiàn)。

然而，創(chuàng)新并非易事，因?yàn)閯?chuàng)新是個(gè)從構(gòu)思、經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究、到開發(fā)出新裝置或新方法的漫長(zhǎng)而艱苦的勞動(dòng)過程，中間往往要經(jīng)歷很多的失敗與磨難；創(chuàng)新成功，即將發(fā)明創(chuàng)造實(shí)用化變成商品、推向市場(chǎng)并取得經(jīng)濟(jì)效益，就更難。因?yàn)檫@不只是需要時(shí)間，還需要有人、財(cái)、物等多方面的大力支持才行。因此，為了搞好產(chǎn)品創(chuàng)新并取得創(chuàng)新的成功，從目前和長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，建議至少應(yīng)做好下列三件事：

第一，人們，特別是直接參與產(chǎn)品創(chuàng)新的人員和有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)者對(duì)創(chuàng)新應(yīng)有一個(gè)正確的認(rèn)識(shí)和充份的精神準(zhǔn)備，即應(yīng)認(rèn)識(shí)到：

任何的人工系統(tǒng)或人參與的系統(tǒng)都是可以進(jìn)一步改進(jìn)和發(fā)展創(chuàng)新的，而且所有的工程系統(tǒng)都服從于相同的發(fā)展規(guī)律；

物理、化學(xué)和生物效應(yīng)等以及跨領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)是產(chǎn)品技術(shù)創(chuàng)新的指南與工具，只有學(xué)習(xí)、掌握了這些工具并應(yīng)用系統(tǒng)工程的理論和方法去進(jìn)行產(chǎn)品技術(shù)的研究與開發(fā)，才有可能減少創(chuàng)新失敗的風(fēng)險(xiǎn)；

創(chuàng)新過程是個(gè)艱苦的過程，不但需要時(shí)間，還要有大量的物力、財(cái)力支持，并有累遭失敗的可能，但一旦創(chuàng)新成功將為企業(yè)和個(gè)人帶來重大的經(jīng)濟(jì)效益，故創(chuàng)新者要有膽識(shí)、有勇氣、有決心和有毅力，特別是還要有經(jīng)受寂寞孤獨(dú)的煎熬和可能被人背后非議和譏諷的思想心理準(zhǔn)備。

第二，國家和企業(yè)要加大對(duì)產(chǎn)品研發(fā)與創(chuàng)新的科技投入力度，如將研發(fā)費(fèi)用從目前占銷售收入的1%~3%提高到3%~5%以上；同時(shí)要建立產(chǎn)品研發(fā)與創(chuàng)新的專項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)基金和完善相關(guān)的監(jiān)管和獎(jiǎng)勵(lì)制度，以鼓勵(lì)人們?nèi)ジ銊?chuàng)新，并保證把有限資金用在產(chǎn)品研發(fā)與創(chuàng)新的刀刃上。

第三，加緊開展創(chuàng)新學(xué)的研究與教育。創(chuàng)新不只是關(guān)系到某種產(chǎn)品、某一行業(yè)的事，而是關(guān)系到所有類型產(chǎn)品和全民族興旺發(fā)達(dá)的大事。經(jīng)過人們長(zhǎng)期對(duì)新生事物的追求與探索，特別是二次世界大戰(zhàn)后，前蘇聯(lián)人G.S.Altshuller等在對(duì)20萬個(gè)世界發(fā)明專利進(jìn)行研究總結(jié)的基礎(chǔ)上寫出了“發(fā)明問題求解理論”（英文音譯縮寫為TRIZ）一書后，加上美、英等國對(duì)它的研究和補(bǔ)充，創(chuàng)新現(xiàn)已（或正在逐漸）成為一門有用的熱門的新科學(xué)。它有自己的理論系統(tǒng)和解決問題的特殊方法，如TRIZ理論，公理設(shè)計(jì)原理，設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)理論和頭腦風(fēng)暴法，質(zhì)量功能展開（QFD）法等。運(yùn)用這些現(xiàn)代的創(chuàng)新理論和方法，不僅可以縮短創(chuàng)新過程，還可減少創(chuàng)新失敗的機(jī)率。現(xiàn)正受到國內(nèi)外學(xué)者和企業(yè)界的很大關(guān)注。可是在我國，創(chuàng)新的重要性和重大意義，雖早為人們所認(rèn)識(shí)了，但如何創(chuàng)新，怎樣創(chuàng)新，為了創(chuàng)新需具甚么條件，應(yīng)做哪些工作，恐則知之甚少，可能這正是我們?cè)趧?chuàng)新上作為不大、成效較微的重要根源所在。故我們應(yīng)加緊展開創(chuàng)新學(xué)（含理論、方法和工具）的研究和在學(xué)校中進(jìn)行創(chuàng)新的教育，以便有更多的人懂得創(chuàng)新，投身于創(chuàng)新的過程中，在全國全民中形成創(chuàng)新的風(fēng)尚，只有這樣，我們才會(huì)有更多的自主品牌的新產(chǎn)品，我們才能實(shí)現(xiàn)“既是世界制造大國，也是世界制造強(qiáng)國”的夢(mèng)！