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1、n“十一五”先进制造领域发展重点咨询研究重点专题报告重点专题1、基础制造装备进入二十一世纪以来，科学技术发展迅猛，世界多极化和经济全球化为人类社会和经济发展创造了更多机会。我国已进入了全面建设小康社会的新阶段，国民经济和国防建设的快速发展对装备制造业提出了更高的要求。装备制造业是一个国家发展的战略性产业，发展装备制造业，其制造基础装备必须先行。一、重要性1、制造基础装备的范围人类利用工具把原料制成产品，从广义来说，装备应该包括所有工具的范畴，装备制造业是为国民经济和国家安全提供装备的行业总称。制造基础装备是用来是制造机器的机器。当前，影响我国装备制造业发展的关键基础装备主要有：数控加工机床及其
2、关键功能部件、柔性生产线；高精度、智能化、高效成型设备；激光加工设备；为上述基础装备配套的新型、高性能零部件和元器件等。本课题重点研究以上述基础装备为基本内容。2、发展制造基础装备的重要性（1）是工业现代化的基础装备装备制造业要提高产品的性能质量、提高生产效率、降低成本、快速反应市场需求，就必需具备先进的制造手段，数控机床（含数控金切机床、数控成型设备、数控激光加工设备）是实现装备制造业现代化的基础装备，数控机床作为当今世界基础装备工业发展的主流产品，是高新技术的重要载体。其性能、质量和拥有量成为当今衡量一个国家装备制造业实力的重要标志。（2）是保证国防和尖端工业发展的战略物资现代国防装备中，
3、舰艇、飞机、火箭、卫星等所用的材料特殊，其外形以及许多内部的零件（如发动机的叶片、导航系统中反射镜等）的型面需采用多轴联动、高速、高精度数控机床等制造基础装备来加工。正因为其对制造现代国防装备具有的重要性和必要性，冷战时期西方国家将其作为战略物资列入“巴统”清单，对社会主义国家实行禁运。2000年10月美国参院又通过控制高技术机床出口的法案，说明数控机床超越经济价值的战略物资地位。（3）制造基础装备在国际市场中是热门商品和贸易争夺焦点以数控机床为代表的制造基础装备是具有高技术含量、高技术附加值的商品，且由于技术快速发展、开发周期加快、新品上市频率高、商品黄金寿命压缩，因之技术竞争十分激烈。3、
4、主要发达国家采取的战略措施由于以数控机床为代表的制造基础装备在国民经济和国防建设中所处的重要地位,发达国家政府普遍关注本国数控机床产业的发展,纷纷将其列为战略产业,采取各种政策和措施,如:立法、政府采购、限制产品进口、鼓励产品出口(对数控高技术产品出口有限制)、拨款支持科研、优惠税收政策、低息贷款等,美、日、德、意、法、西班牙等国在数控机床不同发展阶段,都采取相应措施,不遗余力地扶植和保护本国的数控机床产业,以保持其在国际上的优势地位和竞争实力。二、产业现状和基础、我国机床生产及消费持续增长“十五”期间, 我国机床产量持续增长，平均年增长20%。数控机床的发展速度高于机床的发展速度，2003年
5、数控金切机床产量36813台,是2000年台的2.6倍,平均年增长37%。2004年1-11月，我国数控机床产量为4.64万台，已超过2003年全年数控机床产量（3.68万台）。我国机床消费已连续三年位居世界第一。2002年国内市场机床消费额56.9亿美元，2003年达到75亿美元，2004年超过80亿美元。2、现有基础“九五”期间，通过国家科技计划和技术改造计划的支持，重点在应用量大面广的、进口量较大的普及型数控车床、加工中心及数控铣床进行产业化攻关和应用示范，发展了具有自主知识版权的多轴联动数控系统和普及型数控机床，掌握了部分前沿技术，并围绕着产业化过程中的一些关键共性技术进行攻关，使重点
6、主机厂的主导产品其可靠性指标（MTBF）达到450小时，开始打破国外的技术封锁。部分重点数控机床生产厂通过技术改造，提高了产品研发和制造能力，加强了技术人员培训，为我国数控机床的产业化生产奠定基础。“十五”期间，为落实中央提出的走新型工业化道路和以信息化带动工业化，打破国外对“高、精、尖”重大数控装备的技术封锁，发展有自主知识产权的数控装备产业，有关部门在国家863计划和科技攻关计划中分别在技术研究和产品研发方面给予了重点支持，在国债技改项目和高技术产业化项目中对企业的技术改造和产业化给予了重点倾斜。通过“十五”期间的实施，取得了重要的阶段性成果。（1）技术基础关键技术研究。在高端数控机床关键
7、技术研究方面取得了重大突破。已基本掌握了多（五）坐标联动的关键技术，使该五轴加工技术的应用进入实用化阶段。复合加工技术研究也取得一定进展，已研制完成的多（五）轴联动车铣复合中心、五轴五面加工中心、双主轴车削中心等关键设备均已实现商品化。高速加工技术（HSM）的研究与应用取得重要进展。开展了直线电机应用技术研究，完成了8000-10000转/分机械式高速主轴单元和10000-18000转/分高速电主轴单元的产品开发和加工制造工艺的研究和应用，研制成功适合高速机床加工的HSK工具系统，并已将其转化成国家标准。产品开发。为满足国家重大工程建设和国防建设的需要，先后研制了一批技术难度较大、进口价格很高
8、的大型设备。例如加工大型水轮机和汽轮机叶片、大型水泵叶片五的轴联动加工机床、加工轨道梁的数控成套设备，用于轿车零部件、军工产品关键零部件所需的大型、超精密设备等。这些重大数控装备已在用于“西电东送”、“南水北调”“上海磁悬浮列车”等国家重点建设工程的装备制造中发挥了积极作用。品种结构。目前，数控机床可供品种有1400多种，且以每年100种速度增加。在数控机床的产量构成上，中档数控机床约占40%左右，经济型数控机床占60%以上，主要是经济型数控车床和低档电加工机床。目前，国内用户所需的低挡数控机床完全可以满足需要，中低档数控机床基本上可以立足于国内，中档和中高档数控机床可以部分满足市场需要。（2
9、）产业化基础通过国家科技计划项目的实施以及国债技改投资的支持，主导企业的产品研发和设计能力、生产装备和制造工艺水平等有较大提高，企业的信息化建设加速，较大地推进了我国数控机床产业化的进程。至2003年底，我国已形成年产数控机床2000台以上的制造基地2家、1000-2000台的4-5家、500-1000台的10余家，这些企业产量约占全国数控机床总量约45-50%，初步形成了产业化生产规模。低端经济型数控系统，已形成年产2万台以上的生产规模，可以满足了为中小规格低端（经济型）数控机床配套和旧机床改造的需要。中档数控系统主要为合资公司生产的产品，中高档数控系统主要依赖进口。（3）配套产品及功能部件
10、目前,我国经济型数控系统、步进电机及驱动器、数控刀架、滚珠丝杠等数控机床功能部件的专业生产企业已形成一定的规模, 基本可以满足经济型和中低档数控机床的配套需要。但从整体上看, 品种少、技术水平不高、可靠性差，专业化生产程度低已成为制约我国数控机床快速发展的瓶颈之一。特别衡量数控机床水平的中高档数控系统、高速精密电主轴、高速滚动部件、刀库及机械手等还主要依赖进口。3、存在的差距（1）技术方面中高档数控机床的综合技术水平与国外先进水平相比仍存较大差距。精度差距。目前只有少部分产品的定位精度达到了欧洲标准。目前，高精尖数控机床主要来自德国、瑞士、美国和日本；大重型数控机床主要来自德国、意大利、法国等
11、；中档数控机床，主要来自日本、西班牙、美国等。 设计与开发水平差距。设计观念、基础理论与基础工艺研究、设计和产品开发能力不足,还停留在引进技术或引进产品的消化吸收上,导致高水平数控机床发展不快，特别是在高速化、柔性化、复合化、智能化等高端数控产品上自主开发能力不强。例如国际上普遍采用的龙门框架式、O型整体结构、箱中箱式结构、L型床身、三轴移动移出机身、侧挂箱卧式加工中心等高速机床先进结构设计技术，在我国除少数企业和产品外尚未普遍应用，高动、静刚度主机结构和整机性能开发方面差距更大。综合技术水平与国外先进水平相比仍存较大差距。应用技术差距。例如，国外已开始普及的远程服务技术、交钥匙工程（包括从机
12、床选择、配备和提供刀具、夹具、检具等工艺装备，到切削用量的确定等）尚处起步阶段；高速切削机理及切削数据库的研究近乎空白，不能提供高速切削软件包等等。 标准滞后，水平不高，难以起到推动技术进步的作用。（2）技术人才与科技投入方面从行业总体来看, 科技人才不足,特别缺乏技术带头人。在科研投入方面，国有企业经济效益相对较低,基础研究、技术攻关和新产品开发的投入不足,直接影响了创新能力的提高。民营企业大多处在发展的初级阶段,技术开发能力相对较弱。（3）产品结构方面产品结构不合理,目前在国内市场消费中，经济型与中档（及中高档）数控机床的台数之比约为43：57，而数控机床产量中，经济型与中档（及中高档）数
13、控机床的台数之比约为70:30，中档（及中高档）数控机床缺口较大，主要依赖进口。我国中档数控系统市场一直为FANUC、西门子等国外品牌所垄断。目前国内50-60家数控系统生产厂中，能够开发生产普及型数控系统的企业不足10家。国产品牌数控系统为主机的配套率有待提高。目前在国产品牌数控系统中，主要是2-3轴的数控车床系统，占为主机配套的90%，而加工中心和数控铣床用数控系统由于技术难度较高，配套比例不足10%。（4）产业化生产方面国产数控机床的价值量仅占国内市场消费总量30%左右。机床行业自身技术装备比较落后,全行业装备数控化率(按设备台数计)平均值仅为3-5%,企业信息化管理水平不高。,金切机床
14、行业人均年产值仅为14万元, 生产效率较低企业赢利能力较差,多数企业尚未进入良性循环。（5）功能部件配套方面功能部件产品开发能力弱，技术含量低、没有规模效益和品牌优势，缺少专业化生产和社会化配套体系，已成为制约我国数控机床快速发展的瓶颈。如为数控机床配套的刀库和机械手、数控车床转塔刀架、高速主轴单元、高速滚动元件、高速工具系统等几乎都是从国外购买。根据行业抽样调查,国产各类功能部件所占比例大约在15-50%之间不等,而在普及型和高级型数控机床中,国产关键功能部件配套比例更低。（6）管理和综合服务方面企业的管理水平尚不能适应市场要求,运用信息化手段提高企业基础管理水平存在较大的差距。在产品质量和
15、可靠性、管理水平、劳动生产率等方面存的明显差距，服务体系不健全,主要表现在新的市场开拓、成套技术服务、快速反应能力等方面不能满足用户要求。影响着企业规模效应形成和数控机床品牌的树立。三、发展趋势1、技术发展趋势精密、高效、智能、复合、环保己成为数控机床技术发展的主要趋势。随着高速主轴、快速进给等技术水平的不断提高，促进了机床的高速化水平不断提高。（1）高精度。数控机床的经济机械加工精度将从现在的道级（0.01mm）提升到微米级（0.001mm）。超精密数控机床的微细切削和磨削加工精度可稳定达0.05m左右，形状精度可达0.01m左右。采用光、电、化学等能源的特种加工可达到纳米级（0.001m）
16、的加工精度。成形技术和设备也将从制造接近零件形状的工件毛坯向直接制成工件，即精密成形方向发展。21世纪，塑性成形与磨削相结合，将取代大部分中小零件的切削加工。（2）高效率。当今对机器设备的需求个性化和多样化的趋势越来越明显，因此要求在多品种、变批量的环境下保持高效生产，这就要求高效与柔性的统一。特别是汽车制造业和电子通讯设备制造业的发展，对生产效率提出了更高的要求。提高效率的一条重要对策是提高数控机床的运转速度，即实现高速化。金切机床的高速主轴转速已达10万转分，进给快速运动速度已达80米分、精度0.5微米。（3）数字化和智能化。信息技术的发展及其与传统数控机床的相融合，使数控机床正朝着数字化和智能化的方向发展。数字化数控机床、数字化生产线、数字化工厂的应用空间将越来越大；而采用
