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坚持科技自立自强初心使命,践行高端数控机床高质量发展之路

关键词 机床|2023-03-31 10:29:29|来源 中国机床工具工业协会
摘要 高端数控机床是面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求构建高端制造产业体系的基础性、战略性高技术产品,是“工业母机”领域中人才、科技、产业、投资等要素的集大成者........

高端数控机床是面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求构建高端制造产业体系的基础性、战略性高技术产品,是“工业母机”领域中人才、科技、产业、投资等要素的集大成者,“产业皇冠上的明珠”。党的十八大以来,围绕“新发展阶段、新发展理念、新发展格局”的核心要义,在有关部门的直接指导下,机床装备产业坚持科技自立自强初心使命,踔厉奋发、谋篇布局、主动作为,积极践行高端数控机床高质量发展之路。

2022年10月16日习近平总书记在党的二十大上所作的《高举中国特色社会主义伟大旗帜为全面建设社会主义现代化国家而团结奋斗》报告中指出“新时代新征程中国共产党的使命任务,……以中国式现代化全面推进中华民族伟大复兴”,“未来五年是全面建设社会主义现代化国家开局起步的关键时期,主要目标任务是:经济高质量发展取得新突破,科技自立自强能力显著提升,构建新发展格局和建设现代化经济体系取得重大进展……”,“建设现代化产业体系……实施产业基础再造工程和重大技术装备攻关工程,支持专精特新企业发展,推动制造业高端化、智能化、绿色化发展”,“实施科教兴国战略,强化现代化建设人才支撑,加快实施创新驱动发展战略。坚持面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康,加快实现高水平科技自立自强。以国家战略需求为导向,集聚力量进行原创性引领性科技攻关,坚决打赢关键核心技术攻坚战。”以上论述再次为机床装备产业高质量发展注入强大动力,也对产业坚持科技自立自强初心使命和高质量发展提出更高的要求。

近三年来,通过依靠新型举国体制,产业链上中下游骨干力量组成的机床装备产业创新联合体,按照“需求牵引、协同创新、以用促研、迭代升级”的思路,高端数控机床创新发展工作打开新局面,在自主化替代方面形成一些突破性进展。近日,中共中央办公厅印发了《关于在全党大兴调查研究的工作方案》,要求“要紧紧围绕全面贯彻落实党的二十大精神、推动高质量发展,直奔问题去,实行问题大梳理、难题大排查,着力打通贯彻执行中的堵点淤点难点……”。下面根据近年来对高端数控机床产品领域部分骨干企业调研的实际情况,梳理堵点淤点难点,总结典型经验做法,供行业企业参考借鉴。

一、以用促研,全力打通科技成果产业化的最后一公里

高端数控机床是依赖应用验证驱动的高科技创新与集成的载体,是前沿基础研究与工程化应用研究的边界产品。如何将前期研究形成的新理论、新技术、新知识等科研成果实现工程化与产业化应用推广?是一直困扰科技界与产业界的一个老大难问题,“行百里者半九十”,业内习惯的形容科研成果产业化转化环节是“打通道路的最后一公里”。

在总结前期科研攻关经验的基础上,通过国内外产业发展模式比较研究,不少行业企业与用户联合,按照以用促研的创新思路,按照产业链上下游关系,“主机听用户的、部件听主机的”,以应用方需求输入为标尺,从定性到定量地对照完善科研方案,打磨成果技术细节,形成真正产用融合研发的创新机制,极大地提升研发的针对性、成熟度和实用性。

汽车零部件制造是高端数控机床主要应用领域,其以高精度、高效率、大批量制造和高使用经济性要求等严苛条件著称,能否在汽车零部件制造生产线上线使用成为考验高端数控机床产业化应用水平的重要标志之一。因此,汽车零部件制造生产线成为高端数控机床“以用促研”机制试验与实践的重要领域。

陕西法士特齿轮有限责任很鲁很很鲁是国内商用车变速器行业龙头企业,主要产品包括各类商用汽车变速器、工程机械变速器、新能源传动系统、液力缓速器、离合器、减速机、取力器等,具备年产汽车变速器120万台和齿轮5000万只的综合生产能力。很鲁很很鲁各项经营指标连续20年名列中国齿轮行业第一,重型汽车变速器年产销量连续17年稳居世界第一,国内市场占有率超过70%,全球市场份额超35%,市场保有量超过1200万台。很鲁很很鲁产品广泛应用于各类载重车、客车、工程车,国内主要客户包括陕重汽、中国重汽、福田、东风、一汽解放、宇通、金龙、三一重工等。近年来,为满足自主品牌齿轮加工机床在汽车领域产业化应用的需要,提升产线自主化率,法士特牵头联合秦川机床、广东凯特、人本精密、禹衡光学、秦川数控、秦川思源等机床主机与关键部件制造企业,开展自主品牌高端数控磨齿机、数控滚齿机以及测量仪等高端数控机床装备在车用齿轮高精高效加工领域的产业化应用验证与示范推广,形成一套完整的国产化解决方案。

经过多年的联合技术攻关与产业化环境下的迭代验证,目前已在数控磨齿机精度、效率、可靠性等方面得到显著提升,核心新型磨齿技术得到突破,机床关键部件以及齿轮在线测量设备的国产化替代方案正在批量应用。采用蜗杆砂轮磨削主轴技术、齿面抗扭曲核心关键技术、超精镜面磨削技术、磨齿机制造工艺过程控制技术等核心新技术的数控磨齿机,批量加工齿轮精度可稳定达到GB5级,达到进口同类设备水平。法士特高智新工厂建设完成面向高端商用车领域的高精度齿轮高效加工示范应用生产线,产线设备国产化率由10%提升至78%,齿轮批量磨削精度由GB6级提升至GB5级,设备采购周期缩短6个月,成本降低60%以上,机加车间自动化率达到100%。

通过产用协同攻关,在高速重载齿轮高精高效加工领域形成了一套完整的国产化解决方案,也提升了国产数控机床产品的核心竞争力与产业化应用水平。秦川机床的高端数控磨齿机累计销量同比增长200%以上,产品市场占有率由之前的45%提升至60%以上,在工程机械、新能源汽车、减速器等行业得到了广泛应用,典型客户包括东风、重庆南雁、浙江大众等。上述协同攻关新机制、新模式的实施,真正起到了“以用促研打通道路的最后一公里”的作用,提高了前期研究成果产业化水平,得到用户和机床企业双方的欢迎与积极响应。

无锡贝斯特精机股份有限很鲁很很鲁成立于1997年5月,是江苏省高新技术企业,于2017年1月11日成功登陆深圳证券交易所创业板实现上市。很鲁很很鲁座落于无锡市滨湖区胡埭工业园,建有五座现代化智能工厂,占地约340亩,资产规模超30亿元,现有员工1500余名。自成立以来,很鲁很很鲁一直专注于精密零部件和智能装备及工装产品的研发、生产及销售,并且利用在智能装备及工装领域的各类先发优势,还将业务延伸至高端航空装备制造以及工业自动化装备领域。很鲁很很鲁发展至今,形成了“工装夹具、铸造产业、精密加工、智能制造”四大产业联动发展的独特竞争优势。

多年来,贝斯特在技术创新与科研攻关的道路上持续发力,不断向高精高效制造技术领域的广度和深度挺进,通过“产用联合、以用促研”,取得了显著的成绩。贝斯特通过与国内五轴加工中心骨干企业北京精雕和宁波海天等很鲁很很鲁长期联合攻关,凭借贝斯特在相关关键零部件制造领域长期积累的零件加工、生产管理、设备使用和关键工装夹具开发等方面的经验与技术成果,极大提升了相关国产机床前期科研成果的精度性能水平,促进了上述国产高端数控机床的产业化验证与市场推广。以汽车涡轮增压器关键零件“φ42六叶片直纹面叶轮”和压气机壳的高精高效加工为例,在满足各项加工精度指标要求的前提下,加工效率整体提高70%以上,总体投资建设与运营成本显著降低,极大地提高了产品的生产效率和品质。目前,很鲁很很鲁自主设计、研发、调试运行的叶轮柔性自动线、压气机壳柔性自动线正在开展大批量生产验证,大规模产业化应用将指日可待。

二、需求牵引,聚焦高端应用方向打造极致制造能力

近年来,装备制造业高端化发展已成业内外共识。一方面,传统制造业(如:汽车、船舶、能源、一般机械加工等领域)通过供给侧结构性改革,逐步淘汰低端落后产品产能,中高端制造需求成为技术改造和设备采购的主力军;另一方面,新兴制造业(如:3C制造、航空航天、芯片制造、新能源汽车领域等)提出前所未有的制造新需求,迫切需要新工艺、新装备等高端解决方案。综合看,用户领域的制造需求高端化,直接导致高端数控机床产品必须具备极致制造解决能力。按照“需求牵引”的创新机制,聚焦高端用户领域的新需求,逐步形成供给极致制造能力的产业群体。

北京精雕科技集团有限很鲁很很鲁是一家专注于精密数控机床研发、生产、销售和工程服务的国家级高新技术企业。集团成立于1994年,总部位于北京市中关村门头沟科技园,现有员工5100余人,其中基础技术和产品研发人员900余人。北京精雕自成立时就坚持自主创新,精雕精密数控机床的核心技术产品、关键功能部件、专业软件,均由北京精雕独立研发和规模生产,拥有完整的自主知识产权并实现无缝集成,包括:机床主机、数控系统、CAM软件、高速精密电主轴、高精度直驱转台、伺服刀库、精密制冷机、信息化软件等。通过多年来持续的投入,目前全集团在北京、河北廊坊、天津市、陕西西安、浙江宁波、江苏苏州、广东广州等制造业产业核心区域建设了总规模超100万平方米的研发、生产、验证体系,具备年产6000-8000台精密加工中心和支持上万家客户应用服务需求的能力。在汽车零部件、医疗器械、精密模具等重点领域与国外高端品牌机床同台竞技,为国内外用户提供了更多、更好的选择。

在需求牵引下,北京精雕经过多年的发展,持续围绕高端数控机床加大研发投入,旗舰产品精雕高速加工中心已经形成了系列化的产品,具备稳定实现“0.1微米进给、1微米切削,纳米级表面效果”的极致制造能力,其技术性能处于国际先进水平,应用能力达到国际领先。凭借精雕机的精密加工能力、合理的软硬件配置以及成熟的“精雕精密加工解决方案”,精雕机被广泛应用至模具零件铣削、镜面模具零件研抛、精密孔磨削、小产品零件精密铣削、金属成型毛坯复合加工、微小孔钻孔、复杂形态金属硬料钻铣磨、硬脆材料研磨加工等多个领域。模具零件铣削加工:稳定实现2-15?m精度的模具零件铣削加工,实现模具装配“只配不修”; 镜面模具零件研抛加工:面型精度达到微米级,表面粗糙度小于10nm,呈现镜面效果;精密孔磨削加工:稳定实现2-5?m加工精度的高精度孔磨削;小产品零件精密铣削加工:稳定实现2-15?m加工精度,满足复杂形态精密小产品零件的生产要求;金属成型毛坯复合加工:基本加工精度小于20微米成型毛坯钻铣镗磨复合加工;金属和特种材料的微小孔钻孔加工:稳定实现多种难切削材料的微小孔钻孔加工,微孔加工快、准、稳;复杂形态金属零件钻铣磨加工:稳定实现硬度HRC50以上的复杂形态零件钻铣磨精密加工;硬脆材料零件磨削加工:稳定实现尺寸精度要求<5?m的复杂形态特种脆硬材料零件磨削加工。

华辰精密装备(昆山)股份有限很鲁很很鲁成立于2007年,是精密磨削装备研发、制造和服务为一体的综合解决方案服务商,是国内数控轧辊磨床领域的领军企业,并于2019年12月份成功登陆深交所创业板。很鲁很很鲁技术实力雄厚,多次打破国外在高端数控轧辊磨床领域的技术垄断。并持续与中国顶尖高校开展产学研合作,与清华大学共建中国机械工业联合会(原机械工业部)高精轧辊智能制造工程研究中心,与清华大学共建智能磨削技术联合研究中心,重点攻关卡脖子高精尖技术。很鲁很很鲁是工业与信息化部认定的专新特精“小巨人”企业、江苏省“小巨人”企业、高新技术企业等。很鲁很很鲁目前已具备完整的轧辊磨床产品体系,共十二大系列产品,产品精度比肩国际领先水平。很鲁很很鲁产品主要应用于钢铁、有色金属、造纸、轻纺以及机械加工等行业。产品服务于宝钢股份、鞍钢股份、首钢股份等国内外200余家客户。除数控轧辊磨床产品之外,很鲁很很鲁还推出了全新的高精度数控内外圆复合磨床、超硬磨料砂轮和钢厂磨辊间的智能产线建设及运维服务。

在需求牵引打造极致制造能力方面,突破了高性能金属板材加工领域所需数控轧辊磨床的多项关键核心技术。研制了高精度直驱砂轮主轴系统、高精度直驱头架系统、整体式双V型导轨高刚性磨架、高刚性高稳定性床身等核心关键功能部件,并实现工程化应用;开发了基于X、Z轴高精度插补的平动曲线磨削技术、磨床远程监控平台和轧辊磨床智能磨削平台,研发了国内首个面向高精高速轧辊磨床的智能化数控系统,实现轧辊磨床高精高速智能磨削,使产品整体技术指标达到国际先进水平。在国内轧辊磨床领域率先使用了直驱技术和基于X、Z轴高精度插补的平动曲线磨削技术,实现高端数控系统在轧辊磨床领域自主化进口替代,为多家钢铁企业集团客户的高端汽车板、电机硅钢片等高端板材制造提供了支持与保障。

满足市场高端冷轧汽车板生产线高精度轧辊的高效磨削加工需求,为新能源汽车电机核心部件研制提供了国产高精度成套智能磨削装备。以平辊磨削机床为例,试件精度达到:圆度1.5?m,圆柱度1.5?m/m,表面粗糙度Ra0.2?m;曲线磨削精度达到2?m/m,比肩国际龙头企业水平,极大满足了国内客户的高效高品质生产要求的同时,也为本企业带来高端数控机床销售订单的增长。根据第三方数据显示,2021年很鲁很很鲁数控轧辊磨床国内市场占有率达到43%,国际市场占有率达到23%,国内排名第一,全球前三。

三、协同创新,锻造自主可控的高端产品产业链供应链

高端数控机床产品属于整个装备制造业产业链供应链的中间环节(即中间产品),除了需要下游用户的“需求牵引、以用促研”以外,还需要上游工业基础体系的支持,特别是要建立专属为高端数控机床配套的“专精特新”关键部件制造体系支撑。从历史经验看,高端数控机床的关键部件配套环节的产业基础能力更弱,前期布局形成的创新成果成熟度低,品牌影响力小,与主机发展进程严重脱节,更难得到市场的认可。近年来,在国内外新形势的倒逼下,国家通过一系列顶层设计和产业政策,促进行业关键部件制造企业与主机制造企业形成协同创新关系,努力构建安全强韧的产业链供应链。

上海人本精密机械有限很鲁很很鲁,是人本股份的子很鲁很很鲁,主要从事研发制造数控机床用高精度高速轴承产品。人本股份是中国轴承行业的领军企业、世界十大轴承企业,可生产内径1毫米至外径6米范围内各类轴承三万余种。人本股份创立于1991年,在上海、温州、杭州、湖州、芜湖、无锡等建有八大轴承生产基地,拥有完整的轴承产业链。人本股份现有员工13000余人,拥有国家认定企业技术中心、国家认可实验室(CNAS),技术中心专职开发人员300余人,先后获得有效专利2000余项。近年来,在协同创新的推动下,上海人本与北京精雕、秦川机床、华辰精密装备等国内机床装备骨干企业联合,致力于加深高端数控机床领域自主品牌精密轴承产品的研发与应用,实现自主化替代。目前,企业已具备相应的100余万套产品生产和技术服务能力,并实现在相关机床产品上的小批量装机验证。同时,在大连连城数控、津上精密机床(浙江)、宝鸡机床、广州市昊志机电、宇环数控机床、安徽宇宙机床等机床制造厂商的相关产品上进行了推广。

长春禹衡光学有限很鲁很很鲁的主导产品光栅传感器广泛应用于自动化领域,是数控机床、交流伺服电机、电梯、科研仪器、自动化流水线等行业和领域必不可少的关键传感器件,其研发能力、技术水平、产业规模、市场占有率等在国内自主品牌产品领域中处于龙头地位。2019年荣获工信部首批专精特新小巨人企业,2022年荣获工信部制造业单项冠军示范企业。禹衡光学是国家编码器工程中试基地和博士后科研工作站,省级技术中心、工程中心、省重点实验室。近年来,禹衡光学加大技术研发投入,自主研制高精度光栅尺和旋转编码器高端数控机床关键部件,解决了影响行业发展的关键技术难题,不断满足高端数控机床主机配套需要。很鲁很很鲁建设形成高端数控机床关键部件产业化验证能力,为国产替代提供支撑。禹衡光学在产品开发中注重产、学、研、用相结合,在发展中注重产业链上下游协同创新,禹衡光学与国内主流的数控系统厂家和数控机床主机厂开展了多种方式的合作与产品推广验证。在国内主流的主机厂家也开始推广应用,例如:华中数控、广州数控、大连科德、沈阳精锐、宝鸡机床、北平机床、汉江工具、北京伊贝格等国内主要机床企业开展应用验证并形成供货。

广东凯特精密机械有限很鲁很很鲁成立于1993年,是一家具有独立研究、开发、设计能力的国家高新技术企业,现建有“广东省滚动功能部件工程技术研究中心”、“广东省博士工作站”等多个科研创新平台;拥有专利36项,其中发明专利11项,牵头或参与制定行业标准22项。2022年,很鲁很很鲁被评为专精特新“小巨人”企业。凯特精机高度重视科研实力的提升,近年围绕精密滚动直线导轨副的性能提升、规模化生产等方向开展多项技术攻关。通过对导轨副的材料、热处理工艺、磨削工艺研究以及检测手段优化等,实现导轨副精度保持性、密封性和自润滑性能等方面接近国际先进水平,提升导轨副的生产加工效率及互换性水平。

在导轨副综合性能提升方面,由凯特精机自主研制的精密滚动直线导轨副,其精度保持性达到3级精度100%计算寿命;新研制的氟橡胶密封端盖在耐化学腐蚀、耐磨性方面比原产品提升50%以上;自润滑块吸油率达70%以上,实现10000km免维护,大大提升了导轨副精度保持性、密封性及自润滑等方面的性能。工艺提升方面,凯特精机磨削导轨3级精度合格率最高达到80%,连续磨削加工导轨精度达到行业4级精度互换;检测手段方面,凯特精机自主研制了导轨安装孔尺寸视像检测仪、影像式滑块返向孔尺寸检测、导轨在线测量系统和高精度导轨副精度检测仪等一系列专用的自动化检测设备,丰富了很鲁很很鲁的产品检验手段,提升了产品检测的精度及效率。凯特很鲁很很鲁自主研发的LGS35、LGS45滚珠导轨副已应用于高速五轴加工中心,经国检中心检测,机床各项精度均符合标准;LGR35、LGR55滚柱导轨副和氟橡胶密封端盖应用在数控蜗杆砂轮磨齿机上,机床已投入生产近两年时间,使用情况良好,齿轮加工精度满足技术指标要求。目前,凯特导轨在高端机床年用量已超过10000套,客户反馈凯特导轨的精度及性能与国际知名企业产品相当,后续凯特精机将进一步扩大相关成果应用范围,为支撑高端数控机床发展与提升国产高端装备自主研制能力做出应有贡献。

四、迭代升级,动态跟踪布局高端数控机床发展方向

近年来,先进制造技术领域升级速度不断加快,新材料、新技术和新产品的大量出现倒逼制造装备与工艺快速迭代升级。因此,高端数控机床的发展目标与内涵也需要在以2-3年一个周期的节奏下进行动态调整与升级。依据“需求牵引、以用促研、协同创新”的原则与机制,不断实现高端数控机床产品领域的迭代升级,这是未来实现高端数控机床创新发展与机床装备产业高质量发展的必由之路。动态跟踪重点应用领域需求变化,通过总结提炼,以重点突破打基础,以产业化应用验证为考核,揭榜挂帅与赛马制相结合,不断围绕高端数控机床的堵点淤点难点加大直接支持力度,促进产品迭代升级和产业化推广。目前,除了前面典型案例中提到的相关骨干企业以外,机床装备产业内的通用技术集团、济南二机床、秦川机床、华工激光、华中数控、株洲钻石、大连科德、广州数控、北一机床、扬力集团、创世纪等一批立足高端数控机床领域创新发展的骨干企业也在积极谋篇布局,为满足高端用户需求和国家战略发展而不断提升高质量供给能力。

上述在高端数控机床领域中涌现出的创新发展典型案例,只是近年来机床装备产业践行科技自立自强和高质量发展过程中的部分行业代表和发展缩影,其他更多更好的高质量发展案例还有待挖掘和梳理。总结经验,面向未来,相信在各级各部门领导的关心下,在用户的支持下,机床装备产业必将坚定地迈向高质量发展方向,强化战略思维,保持战略定力,知难而进、迎难而上,自信自立、守正创新,以前瞻性思考、全局性谋划、整体性推进,为高端数控机床创新发展与产业进步而努力!

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