国产高档数控机床的发展现状
摘要：近几年来，国产的低端数控系统基本把国外竞争对手挤出了中国市场；而高端市场则正好相反，国产只占不到十分之一。高端数控系统市场基本上在法那科和西门子等厂家的掌握中。国外高档数控系统，在高速和高精度表现上，以及在五轴加工和智能化方面比国内产品表现都好，而且其平均无故障时间是国内产品的4倍。除了数控系统水平的差距，关键零部件领域的薄弱也限制了国产机床的高度。
关键字：高档数控机床；现状；数控系统
The development present situation of domestic high-grade CNC
machine tool
Abstract : in recent years, domestic low-end numerical control system the basic foreign competitors out of the China market; While the high-end market, by contrast, domestic only accounts for less than one over ten. High-end CNC system market largely in the hands and Siemens, etc. Foreign high-grade CNC system, performance in high speed and high precision, and in terms of five axis machining and intelligent than domestic products performance is good, and the MTBF is four times that of domestic products. In addition to the numerical control system level of gap, the key parts in the field of weak also limits the height of the domestic machine tool.
Key words: high-grade CNC machine tools; The status quo; Numerical control system
1. 前言
数控机床是现代制造业的主流设备，是体现现代机床技术水平、现代机械制造业工艺水平的重要标志，是关系国计民生、国防尖端建设的战略物资。
从2002年开始，中国已成为世界机床消费第一大国和机床进口第一大国，进出口逆差严重，中高档、大型、精密、高速数控机床以及数控系统的进口依赖程度更加明显。目前，中国进口高档、大型、精密和高速数控机床的比例达80％以上，中国汽车制造装备70％以上和汽车发动机生产线90％以上依赖进口，而且几乎百分之百的中高档国产数控机床采用的数控系统也都是依赖进口。
五轴联动加工中心有高效率、高精度的特点，工件一次装夹就可完成五面体的加工。如配置五轴联动的高档数控系统，还可以对复杂的空间曲面进行高精度加工，更能够适合越来越复杂的高档、先进模具的加工以及汽车零部件、飞机结构件等精密、复杂零件的加工。众所周知，发达国家直到现在还在限制五轴联动数控系统和机床对中国的出口，如果用户使用国外的数控系统，就必须签署严格的定向使用协定，并接受检查。
2. 五轴联动数控加工中心的结构
五轴联动加工中心大多是3+2的结构，即X ，Y ，Z 三个直线运动轴加上分别围绕X,Y,Z 轴旋转的旋转轴中的两个旋转轴组成。这样，从大的方面分类，就有X-Y-Z-a-b 、X-Y-Z-a-c 、X-Y-Z-b-c 三种形式；由二个旋转轴的组合形式来分，大体上有双转台式、转台加上摆头式和双摆头式三种形式。
3. 国产高档数控机床发展现状
在机床行业，一般以数控机床所控制的轴数为标准来划分档次，三轴以下的为低档，三至五轴为中高档，五轴以上为高档。数控机床是机床工业的方向，其高精、高细、高速、柔性、智能，是现代机床工业的标志，现代装备制造业正向极端制造方向发展，一是越来越高大，二是越来越细小，三是越来越复杂，生产工艺高度集成。在世界机床行业界，欧洲和日本的机床工业凭借其高度创新、多元化规模和精密级制造等产品优势，在世界高档机床市场中多年来保持垄断领先地位。那么我国高档数控机床的发展状况如何呢？
3.1 国产高档数控机床的应用
航空航天制造技术杂志期刊2009年曾经针对数控机床及高档数控机床进行应用调查，调查显示，国产数控装置的配套满足率可达 70%，但是国产数控系统
几乎有 80% 以上是用于中低端数控机床上，高端数控系统产品的差距仍然较大，虽然在核心技术上取得了突破，但总体技术与国外相比仍有较大差距，国外品牌占据我国高端数控系统 95% 以上的市场份额。目前中国高档数控系统和功能部件仍然主要依靠进口，国内高档系统的自给率不到5%，约有95%依赖进口，其中日本成为主要的进口国，约占1/3；国产中高档数控系统总和不到20%，因此发展国产高端数控系统势在必行。
3.2 与国际先进水平的差距
高性能数控系统、电主轴、纳米精度光栅等功能部件及整机设计制造的核心技术，是发展高端数控机床最关键的因素。近几年来，国产的低端数控系统基本把国外竞争对手挤出了中国市场；而高端市场则正好相反，国产只占不到十分之
一。高端数控系统市场基本上在发那科和西门子等厂家的掌握中。国外高档数控系统，在高速和高精度表现上，以及在五轴加工和智能化方面比国内产品表现都好，而且其平均无故障时间是国内产品的4倍。除了数控系统水平的差距，关键零部件领域的薄弱也限制了国产机床的高度。在一些机床展会上，也能看到应用法那科或西门子数控系统的国产高端机床，与国外装配同样“大脑”的机床相比，转速只有国外的三分之一，误差范围是别人的5倍。
3.2.1 各类数控机床主要技术性能的差距
龙门式加工中心是一类产品规格大而且技术和利润的附加值大的产品，工作台移动式和龙门框架移动式或床身高架横梁移动式，都是有技术实力和能力的厂家主要比拼的对象。此类机床技术含量较高，国内龙门式加工中心的规格大多在工作台宽度1200~5000毫米，X 、Y 坐标轴的快移速度保持在20000毫米/分钟左右，定位精度和重复定位精度保持在各坐标轴全行程上0.015~0.035毫米和0.008~0.025毫米。国外一般工作台规格都在5000毫米以上，定位精度和重复定位精度比我们的值减少20%~50%，体现了他们的技术独树一帜。
3.2.2 国产数控系统与国外的差距
由于“东芝事件”的深远影响，日本发那科在最近若干年内五轴联动的数控系统都是不可能卖给中国的。近年来，中国陆续推出五轴联动机床的厂家(如沈阳、大连、北京、济南、常州、桂林和齐齐哈尔等地的机床厂) 越来越多，各式五轴联动数控机床在北京、上海等国际机床展上不断亮相。但是，这些五轴联动机床一个共同特点就是所采用的数控系统基本上都是西门子的840D 系统，而且，其中的功能大都是经过适当裁减的。即使这样，配上840D 数控系统的五轴联动机床的用户也要接受他们的定向使用审查而受其限制。
国产数控系统主要有广州数控，华中中数控，航天数控等系列，广州数控系统是学习日本发那科系统的技术并消化吸收的成果，在国产数控中排行老大，华中数控有些仿德国西门子技术的意思，它的绘图能力比较强大，在国内数控系统中排行老二，是国家重点支持和发展的数控系统，因为由华中科技大学作为后盾，相信以后有很大的发展空间。国产数控系统正处在一个上升的成长期当中，与国外相比基本功能还是都有的，所差的部分有以下几点：1、元件质量，国产元件由于制作工艺、制作环境、原材料等一些软性条件和硬性条件无法满足、同时也被制造商忽视所以还无法与国际市场上最优质元件所比拟；2、控制精度实际取决于对电流、电压、波形控制的精度，这里包含了信号的比较反馈、信号处理等，这主要还是靠软件和硬件配合来完成的，国内系统开发商好像对这两个部门之间的配合还做得不是很好；3、国内市场数控系统开发商的产品原型大多没有形成真正的自己的思路，在复制过程中有些看似无用的，没有真正理解其含义就匆匆省掉了；4、由于国内市场数控系统开发商急于与国际市场接轨，低价竞争，导致在原材料采购中和在设计制造当中能省就省，这样就导致差异扩大。
4. 国产高档数控系统发展成果
虽然国内高档数控机床与国际水平有差距，但是在国家政策的支持和研究人员的努力下，我国高档数控机床取得了一定的成绩。下面以华中控华中8型高档数控系统为例子简单介绍。我国高档数控华中8型全数字高档数控系统是我国自主研发的高端数控系统，具备全数字现场总线、多通道、多轴联动、高速高精、使用方便、配套齐全等性能特点，是高档数控机床与基础制造装备国家科技重大专项取得的重要成果。华中8型全数字高档数控系统实现了从模拟接口、脉冲接口到总线控制、高速高精的技术跨越，对打破国外技术垄断、提高国产高档数控系统的市场占有率、维护我国产业、经济和国防安全都具有重要意义。
华中8型全数字高档数控系统2012年已在航空航天、能源、船舶、汽车等重点领域用户实现了500多台的实际应用。华中8型数控系统还应用于东方汽轮机公司的各类高档机床，包括砂带磨生产线9台，高速木工龙门铣床1台，五轴叶片铣床4台。其中，五轴联动龙门加工中心主要用于风电浆叶等大型复杂整体结构件的高速加工，突破了国外对我国高速龙门铣床方面的技术封锁。
5结论
本文通过对国产高档数控机床现状及对策进行了探讨，我深刻认识到我国高档数控机床与先进国际水平差距较大，对国外高档数控装备的依赖程度依然很大。国内的数控机床生产商更应该认清差距，脚踏实地，有战略规划，有步骤的追赶国际先进水平，优先发展与高档数控装备有关的精尖技术 ，不断缩小与国外先进水平的差距。
参考文献：
[1]周延佑，陈长年．新理念催生新结构[J]．制造技术与机床，2007(6)：55-59．
[4]侧卫, 晓立. 高端数控系统应用调查报告[J].航空制造技术,2009（16）:54~55.
[5]熊永超, 陶勇. 国产数控机床现状及发展趋势[J].煤矿机械,2006, （3）:34~35.
[6]宗合. 机床突破需剑指高端[N].中国船舶报,2009-07-24(007).
[7]江仁洁, 何建新. 我国数控机床的现状及发展趋势[J].湖南农机,2007,(3).
[12]杜玉湘，陆启建，刘明灯．五轴联动数控机床的结构和应用［Ｊ］．机械制造与自动化，２００８，３７（３）：１４－１６．
[15] 周延佑. 数控机床发展新趋势与我国相应的对策[J].机械工艺师, 2001(2): 5-71.
[16] 盛伯浩, 唐华. 数控机床技术发展浅析[J].航空制造技术,2002(6): 12-171.
[17] 朱同兴. 国内外数控技术发展动向[J].数控技术与应用, 2001
国产高档数控机床的发展现状
摘要：近几年来，国产的低端数控系统基本把国外竞争对手挤出了中国市场；而高端市场则正好相反，国产只占不到十分之一。高端数控系统市场基本上在法那科和西门子等厂家的掌握中。国外高档数控系统，在高速和高精度表现上，以及在五轴加工和智能化方面比国内产品表现都好，而且其平均无故障时间是国内产品的4倍。除了数控系统水平的差距，关键零部件领域的薄弱也限制了国产机床的高度。
关键字：高档数控机床；现状；数控系统
The development present situation of domestic high-grade CNC
machine tool
Abstract : in recent years, domestic low-end numerical control system the basic foreign competitors out of the China market; While the high-end market, by contrast, domestic only accounts for less than one over ten. High-end CNC system market largely in the hands and Siemens, etc. Foreign high-grade CNC system, performance in high speed and high precision, and in terms of five axis machining and intelligent than domestic products performance is good, and the MTBF is four times that of domestic products. In addition to the numerical control system level of gap, the key parts in the field of weak also limits the height of the domestic machine tool.
Key words: high-grade CNC machine tools; The status quo; Numerical control system
1. 前言
数控机床是现代制造业的主流设备，是体现现代机床技术水平、现代机械制造业工艺水平的重要标志，是关系国计民生、国防尖端建设的战略物资。
从2002年开始，中国已成为世界机床消费第一大国和机床进口第一大国，进出口逆差严重，中高档、大型、精密、高速数控机床以及数控系统的进口依赖程度更加明显。目前，中国进口高档、大型、精密和高速数控机床的比例达80％以上，中国汽车制造装备70％以上和汽车发动机生产线90％以上依赖进口，而且几乎百分之百的中高档国产数控机床采用的数控系统也都是依赖进口。
五轴联动加工中心有高效率、高精度的特点，工件一次装夹就可完成五面体的加工。如配置五轴联动的高档数控系统，还可以对复杂的空间曲面进行高精度加工，更能够适合越来越复杂的高档、先进模具的加工以及汽车零部件、飞机结构件等精密、复杂零件的加工。众所周知，发达国家直到现在还在限制五轴联动数控系统和机床对中国的出口，如果用户使用国外的数控系统，就必须签署严格的定向使用协定，并接受检查。
2. 五轴联动数控加工中心的结构
五轴联动加工中心大多是3+2的结构，即X ，Y ，Z 三个直线运动轴加上分别围绕X,Y,Z 轴旋转的旋转轴中的两个旋转轴组成。这样，从大的方面分类，就有X-Y-Z-a-b 、X-Y-Z-a-c 、X-Y-Z-b-c 三种形式；由二个旋转轴的组合形式来分，大体上有双转台式、转台加上摆头式和双摆头式三种形式。
3. 国产高档数控机床发展现状
在机床行业，一般以数控机床所控制的轴数为标准来划分档次，三轴以下的为低档，三至五轴为中高档，五轴以上为高档。数控机床是机床工业的方向，其高精、高细、高速、柔性、智能，是现代机床工业的标志，现代装备制造业正向极端制造方向发展，一是越来越高大，二是越来越细小，三是越来越复杂，生产工艺高度集成。在世界机床行业界，欧洲和日本的机床工业凭借其高度创新、多元化规模和精密级制造等产品优势，在世界高档机床市场中多年来保持垄断领先地位。那么我国高档数控机床的发展状况如何呢？
3.1 国产高档数控机床的应用
航空航天制造技术杂志期刊2009年曾经针对数控机床及高档数控机床进行应用调查，调查显示，国产数控装置的配套满足率可达 70%，但是国产数控系统
几乎有 80% 以上是用于中低端数控机床上，高端数控系统产品的差距仍然较大，虽然在核心技术上取得了突破，但总体技术与国外相比仍有较大差距，国外品牌占据我国高端数控系统 95% 以上的市场份额。目前中国高档数控系统和功能部件仍然主要依靠进口，国内高档系统的自给率不到5%，约有95%依赖进口，其中日本成为主要的进口国，约占1/3；国产中高档数控系统总和不到20%，因此发展国产高端数控系统势在必行。
3.2 与国际先进水平的差距
高性能数控系统、电主轴、纳米精度光栅等功能部件及整机设计制造的核心技术，是发展高端数控机床最关键的因素。近几年来，国产的低端数控系统基本把国外竞争对手挤出了中国市场；而高端市场则正好相反，国产只占不到十分之
一。高端数控系统市场基本上在发那科和西门子等厂家的掌握中。国外高档数控系统，在高速和高精度表现上，以及在五轴加工和智能化方面比国内产品表现都好，而且其平均无故障时间是国内产品的4倍。除了数控系统水平的差距，关键零部件领域的薄弱也限制了国产机床的高度。在一些机床展会上，也能看到应用法那科或西门子数控系统的国产高端机床，与国外装配同样“大脑”的机床相比，转速只有国外的三分之一，误差范围是别人的5倍。
3.2.1 各类数控机床主要技术性能的差距
龙门式加工中心是一类产品规格大而且技术和利润的附加值大的产品，工作台移动式和龙门框架移动式或床身高架横梁移动式，都是有技术实力和能力的厂家主要比拼的对象。此类机床技术含量较高，国内龙门式加工中心的规格大多在工作台宽度1200~5000毫米，X 、Y 坐标轴的快移速度保持在20000毫米/分钟左右，定位精度和重复定位精度保持在各坐标轴全行程上0.015~0.035毫米和0.008~0.025毫米。国外一般工作台规格都在5000毫米以上，定位精度和重复定位精度比我们的值减少20%~50%，体现了他们的技术独树一帜。
3.2.2 国产数控系统与国外的差距
由于“东芝事件”的深远影响，日本发那科在最近若干年内五轴联动的数控系统都是不可能卖给中国的。近年来，中国陆续推出五轴联动机床的厂家(如沈阳、大连、北京、济南、常州、桂林和齐齐哈尔等地的机床厂) 越来越多，各式五轴联动数控机床在北京、上海等国际机床展上不断亮相。但是，这些五轴联动机床一个共同特点就是所采用的数控系统基本上都是西门子的840D 系统，而且，其中的功能大都是经过适当裁减的。即使这样，配上840D 数控系统的五轴联动机床的用户也要接受他们的定向使用审查而受其限制。
国产数控系统主要有广州数控，华中中数控，航天数控等系列，广州数控系统是学习日本发那科系统的技术并消化吸收的成果，在国产数控中排行老大，华中数控有些仿德国西门子技术的意思，它的绘图能力比较强大，在国内数控系统中排行老二，是国家重点支持和发展的数控系统，因为由华中科技大学作为后盾，相信以后有很大的发展空间。国产数控系统正处在一个上升的成长期当中，与国外相比基本功能还是都有的，所差的部分有以下几点：1、元件质量，国产元件由于制作工艺、制作环境、原材料等一些软性条件和硬性条件无法满足、同时也被制造商忽视所以还无法与国际市场上最优质元件所比拟；2、控制精度实际取决于对电流、电压、波形控制的精度，这里包含了信号的比较反馈、信号处理等，这主要还是靠软件和硬件配合来完成的，国内系统开发商好像对这两个部门之间的配合还做得不是很好；3、国内市场数控系统开发商的产品原型大多没有形成真正的自己的思路，在复制过程中有些看似无用的，没有真正理解其含义就匆匆省掉了；4、由于国内市场数控系统开发商急于与国际市场接轨，低价竞争，导致在原材料采购中和在设计制造当中能省就省，这样就导致差异扩大。
4. 国产高档数控系统发展成果
虽然国内高档数控机床与国际水平有差距，但是在国家政策的支持和研究人员的努力下，我国高档数控机床取得了一定的成绩。下面以华中控华中8型高档数控系统为例子简单介绍。我国高档数控华中8型全数字高档数控系统是我国自主研发的高端数控系统，具备全数字现场总线、多通道、多轴联动、高速高精、使用方便、配套齐全等性能特点，是高档数控机床与基础制造装备国家科技重大专项取得的重要成果。华中8型全数字高档数控系统实现了从模拟接口、脉冲接口到总线控制、高速高精的技术跨越，对打破国外技术垄断、提高国产高档数控系统的市场占有率、维护我国产业、经济和国防安全都具有重要意义。
华中8型全数字高档数控系统2012年已在航空航天、能源、船舶、汽车等重点领域用户实现了500多台的实际应用。华中8型数控系统还应用于东方汽轮机公司的各类高档机床，包括砂带磨生产线9台，高速木工龙门铣床1台，五轴叶片铣床4台。其中，五轴联动龙门加工中心主要用于风电浆叶等大型复杂整体结构件的高速加工，突破了国外对我国高速龙门铣床方面的技术封锁。
5结论
本文通过对国产高档数控机床现状及对策进行了探讨，我深刻认识到我国高档数控机床与先进国际水平差距较大，对国外高档数控装备的依赖程度依然很大。国内的数控机床生产商更应该认清差距，脚踏实地，有战略规划，有步骤的追赶国际先进水平，优先发展与高档数控装备有关的精尖技术 ，不断缩小与国外先进水平的差距。
参考文献：
[1]周延佑，陈长年．新理念催生新结构[J]．制造技术与机床，2007(6)：55-59．
[4]侧卫, 晓立. 高端数控系统应用调查报告[J].航空制造技术,2009（16）:54~55.
[5]熊永超, 陶勇. 国产数控机床现状及发展趋势[J].煤矿机械,2006, （3）:34~35.
[6]宗合. 机床突破需剑指高端[N].中国船舶报,2009-07-24(007).
[7]江仁洁, 何建新. 我国数控机床的现状及发展趋势[J].湖南农机,2007,(3).
[12]杜玉湘，陆启建，刘明灯．五轴联动数控机床的结构和应用［Ｊ］．机械制造与自动化，２００８，３７（３）：１４－１６．
[15] 周延佑. 数控机床发展新趋势与我国相应的对策[J].机械工艺师, 2001(2): 5-71.
[16] 盛伯浩, 唐华. 数控机床技术发展浅析[J].航空制造技术,2002(6): 12-171.
[17] 朱同兴. 国内外数控技术发展动向[J].数控技术与应用, 2001