被称之为“工业母机”、“现代工业心脏”的机床,是制造业的根基,是制造业高端突破的重点领域,特别是为汽车工业、轨道交通、电子信息设备、船舶制造以及航空航天等高端装备制造领域提供了重要支撑。而高端数控机床的技术水平,更是衡量一个国家核心制造能力的标准之一。
机床在十五世纪初显雏形,起初是为了制造钟表和武器,出现了螺纹车床和齿轮加工机床,以及水力驱动的炮筒镗床。中国明朝出版的《天工开物》中也载有磨床的结构,用脚踏的方法使铁盘旋转,加上沙子和水来剖切玉石。
工业引发了各类机床的产生和改进,出现了龙门刨床、卧式铣床、外圆磨床、坐标镗床和螺纹磨床等。
19世纪末到20世纪初,单一的车床已逐渐演化出了铣床、刨床、磨床、钻床等等,这些主要机床已经基本定型,这为20世纪前期生产机械化和半自动化创造了条件。
在1920年以后的30年中,机械制造技术进入了半自动化时期,液压和电气元件在机床和其他机械上逐渐得到了应用。
数控机床是数字控制机床(Computer numerical control machine tools)的简称,是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序,并将其译码,用代码化的数字表示,通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号,控制机床的动作,按图纸要求的形状和尺寸,自动地将零件加工出来。
机床主体:机床主体是机床的主要组成和重要机械附件部分,是最容易通过肉眼直观看到的部分,作为机床的硬件,它还包括床身及底座铸件、主轴及变速箱、导轨及滑台、润滑、排屑及冷却等部分。
传动系统:传动系统是数控机床的重要“脉络”,主导机床各部分的有序进行及完成机床的工作使命,包括刀具、传动机械和辅助动力系统。
数控系统:数控系统,可以说是数控机床的灵魂所在,也是整个机床最具感性左右的部分,是机床完成各项功能和作业精髓所在。数控系统基本分为两类:
数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题,是一种柔性的、高效能的自动化机床,代表了现代机床控制技术的发展方向,是一种典型的机电一体化产品。
高端数控机床具有高速、精密、智能、复合、多轴联动、网络通信等功能,其发展象征着国家目前的机床制造业占全世界机床产业发展的先进阶段。多轴联动技术是高端数控机床的核心技术之一。多轴联动是指数控机床各进给轴(包括直线坐标进给轴和回转坐标进给轴)在数控装置控制下按照程序指令同时运动。高档数控机床一般都具有3轴或3轴以上联动控制功能,多为4轴联动或5轴联动。
国际上把五轴联动数控机床等高档机床技术作为一个国家工业化的重要标志。五轴联动数控机床指专门用于加工复杂曲面的机床,具有应用范围广、工作效率高、能提高加工精度、增加刀具使用寿命等优势。随着先进制造业快速发展,五轴联动数控机床作为国家工业化水平重要标志,获得广阔发展前景。
五轴联动数控机床种类较多。按照样式不同,五轴联动数控机床可分为立式主轴双摆头和卧式主轴双摆头两种;按照结构不同,五轴联动数控机床可分为双转台形式、一摆一转形式、俯垂型摆头式、俯垂型工作台式等。目前立式主轴双摆头五轴联动数控机床为市场主流产品,2021年全球立式主轴双摆头五轴联动数控机床营收达44.1亿美元,占据全球数控机床市场近六成的份额。
五轴联动数控机床应用领域广泛,包括军工、精密器械、航空航天、城市轨道交通、新能源汽车、医疗卫生等。航空航天领域为五轴联动数控机床最大需求端,需求占比达40.0%。五轴联动数控机床能够对航空发动机叶盘、叶片、叶轮以及大中小型飞机结构件进行切削加工,在航空航天领域中具有不可替代作用。
我国数控机床专项自2009年实施以来,取得了一批重大的创新性成果,具体而言,在产业体系上,从主机、功能部件到数控系统的全产业链,已能够生产门类齐全、规格多样的产品。但是,我国在高端数控机床领域的基础薄弱,尚有部分核心技术还未掌握,并已成为严重制约我国向“制造强国”迈进的“卡脖子”问题。
目前来看,海外品牌占据我国高端数控机床的市场主导地位。日本山崎马扎克YAMAZAKI MAZAK CORPORATION、德国德马吉森DMG Mori、德国格劳博GROB-WERKE、德国赫姆勒Hermle为全球知名五轴联动数控机床供应商,占据全球市场近60.0%的份额。以上企业均在我国设有五轴联动数控机床生产基地,位居行业垄断地位。
在激烈市场竞争中,我国本土五轴联动数控机床企业也在不断加大投入进行技术研发。沈阳机床、大连科德数控、上海日进机床和华中数控等国内数控机床龙头企业,已逐渐掌握高端通用五轴联动数控机床技术,促进了我国数控机床市场中高端数控机床的进一步国产化。
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