机床理论

近日，清华大学与南京四开电子企业有限公司联手研制的五轴联动激光加工机床，成功攻克这道难题：把一个金属钼球体置入该机床的加工头，短短5分钟，一个精致的球面栅网就成型了。

“它的加工精度达到μ级，相当于头发丝的1/70。它最大的亮点是五轴联动数控和光纤激光。”据该公司技术人员介绍，这台只有收银机大小的机床还能加工精度要求极高的心脏支架等医疗器械，在航空航天、医疗等领域可大显身手。

在高精度雷达研制中，需要一个核心微型器件――由金属钼加工而成、直径只有12毫米的球面栅网，栅网里72个梯形小格，小格之间相连的“筋”只有0.12毫米。

不要小看这微不足道的12毫米。由于钼的熔点高达2000℃，国内没有加工设备，国外技术封锁，球面栅网加工工艺就成为制约中国高端产品提高精度的瓶颈。

机床是制造业的基础，而数控系统更被称为是机床产品中的“大脑”。它代表了一个国家工业发展的水平，也是国家综合实力的体现。我国数控机床的发展经历了30年的跌宕起伏，已经由成长期进入成熟期，并且在高端领域屡有创新，不断突破国外的垄断。

开发自己的“大脑”

目前，我国已经成为世界第一机床消费大国和数控机床进口大国，而数控系统是数控机床的重要组成部分，其成本占机床总成本的30％~50％。

统计显示，国内高档数控系统约70％的份额被海外数控公司所占有，而部分高档数控机床仍然被当成战略物资在国际市场上受到禁运限制。五轴（坐标）联动数控机床就是数控机床技术制高点标志之一，用于大型螺旋桨空间曲面加工的五轴联动铣床，曾引发轰动一时的美、日制裁原苏联的“东芝事件”；10年前，美国国会因当时我国进口16台用于飞机制造的此类多轴联动旧机床，还炮制了所谓要求制裁的“考克斯报告”（注：1999年5月25日，美国众议院由共和党议员考克斯牵头的调查委员会公布了一个调查报告，把中国自力更生、独立自主发展起来的尖端技术和关系到国民经济发展的重大科学技术都污蔑为从美国“窃取”或非法“获得”）。

据业内人士介绍，在这台具有完全自主知识产权的重大技术装备上，武重集团实现了3

大技术突破：一是该装备的超重型高精度主轴箱重量之大，强度和刚性要求之高，达到了当前世界主轴箱制造的极限；二是超长床身的制造工艺研究和精度达到国内领先水平。该机床床身长45米，导轨达到任意1米长度内误差不超过0.015毫米，任意20米长度内误差不超过0.16毫米，全长45米长度内误差不超过0.27毫米；三是首创国内双工作组三通道数控技术及三轴同步技术。

“与发达国家相比，我们正在加快速度迎头赶上。有些产品的开发成功甚至让国外同行着了慌，不仅打破了他们长期在国内市场上的垄断，还迫使他们降低自己产品的价格。”中国机床工具工业协会常务副理事长于成廷说。

抓住差距不放

尽管国产高档数控机床在不少领域已经取得重大突破，但是在业内专家看来，我国数控机床技术与世界先进水平相比，还有不小的差距。

首先是精度普遍不够。只有少数几种产品达到欧洲标准定位精度。精度差距只是表面现象。其实质是基础技术差距的反映。如普遍未进行有限元分析，未做动刚度试验；大多未采用定位精度软件补偿技术、温度变形补偿技术、高速主轴系统的动平衡技术等；

其次，基础材料开发方面的差距，未普及高强度密烘铸铁。在欧美已有一批先进产品采用聚合物混凝土，我国则还是空白；

再次，高动、静刚度主机结构和整机性能开发的差距，高速机床主机结构设计方向是增强刚性和减轻移动部件重量，如国际普遍采用龙门式、框式、O型整体结构，箱中箱式结构，L型床身，三轴移动移出机身，侧挂箱式卧式加工中心等。我们则大多未开发；

还有一重要差距就是应用技术差距。如国外已开始普及的远程服务技术，我们尚待开发；交钥匙工程――从机床选择、工艺装备（刀、夹、附、检具）配置与提供到切削用量的确定，尚待开发；展出的高速机床普遍不能做硬切削、干切削表演，高速切削机理及切削数据库的研究在我国近乎空白；不能提供高速切削软件包等等。关键配套件，特别是新兴配套件如电

主轴、高速滚珠丝杠副、直线电机、高速高精全数字式数控系统、高精度高频响的位置检测系统等差距较大。

南京四开电子企业有限公司总经理陆启建告诉记者，机床控制部分的五轴联动数控，是数控技术中难度最大、应用范围最广的技术。它主要应用于复杂曲面的高效、精密、自动化加工。

今年六七月份，国家发展和改革委员会工业司委托中国机床工具工业协会组织30名行业专家，对航空、船舶、汽车、发电设备和机床工具行业61家企业和院所进行了专项调研。“通过对飞机和航空发动机主要关键件制造工艺和设备进行的摸底调查，我们认为，航空工业工艺复杂，所需机床多为五轴联动等高精度机床。”据中国机床工具工业协会人士介绍，发动机加工大量使用高精度机床，机匣加工需要多功能、高精度数控机床，如数控立车、数控精密镗床和五轴加工中心，数控系统要具有高级编程功能。

“中国的数控企业有信心、也有能力打破国外公司的垄断和技术壁垒，用我们开发的中国…大脑‟来装备我国的当家设备，突破国外封锁。”武汉华中数控有限公司负责人说。华中数控走以通用工业微机为硬件平台的技术路线，通过软件技术的创新，实现了数控系统技术的突破。用通用的工业计算机和电子器件，自主开发出打破国外封锁的4通道、9轴联动“华中1型”高性能数控系统，达到国际先进水平。