結合CIMT2011探討機床發展的新動向

沈福金

金融危機曾給作為制造業基礎的機床工業造成重挫，除中國外，世界機床市場都很低迷。2009年是世界機床工業最困難的一年。唯有中國，由于政府及時采取措施，出臺了一系列應對金融危機的方針政策，使中國機床工業受金融危機的影響最小，一直保持了較好的發展勢頭，這是值得慶幸的。

在金融危機面前，各國機床行業的制造企業并沒有氣餒，而是趁生產負荷不滿的空隙，加速新技術的應用和新產品研發。隨著世界經濟的緩慢復蘇，2010年，世界機床工業也呈現了全面恢復的勢頭。急于尋找市場的各國機床制造企業，自然會把目光投向市場容量最大、最活躍的中國機床市場，更關注CIMT2011中國國際機床展。

由中國機床工具工業協會主辦的第12屆中國國際機床展覽會（CIMT2011）已經成功落幕，有來自28個國家和地區的1 400多家廠商踴躍參展。在12 000 m2的展覽面積上，各國參展商都競相展示了他們開發的最新產品和技術，有些還是首次在我國展出，性能先進，技術含量明顯提高。參觀展覽的觀眾也十分踴躍，商貿洽談和信息交流都很活躍。展會規模之大和參展商數量之多以及展品技術水平之高，均創歷屆CIMT展之最。顯然，CIMT2011展覽會取得了圓滿成功。

CIMT2011舉辦于我國“十二五”規劃開局之年，時機很好。國家“十二五”規劃已啟動實施，按照“轉方式、調結構、促發展”等規劃精神，業界正在考慮和關注中國機床工業向何處發展和如何發展的問題。而作為世界機床技術發展風向標的這屆CIMT2011展覽會，薈萃了國內、外機床工業發展的最新成果，給我們帶來了很多世界機床工業發展的信息。希望這些信息對考慮我國機床工業的發展問題能有所借鑒和啟迪。因此，我根據從CIMT2011展會得到信息，并綜合近年來國外大量報道的機床技術發展和新產品開發等情況，就世界機床技術快速發展過程中出現的新變化、新動向，歸納、分析如下，供業界在考慮我國機床工業該如何發展的問題時作參考。

1 節能環保型機床發展勢頭強勁，綠色制造是大勢所趨

大家知道，節能環保是現在各國都很關心的問題，歐、美、日本和我國等都有相應的綠色環保規劃要求，機床行業也不例外。一些機床制造強國早就有所動作，如2007年歐洲國際機床展（EMO2007）期間，在他們舉辦的技術講座中，有一個內容就是關于降低機床能耗問題，提出要制定標準來限定機床的空載功率。這是歐盟要用技術標準限制高能耗機床進入歐盟的信號。這事關我國機床出口，所以當年我們就在《WMEM》雜志上通報了這一信息。現在，機床的能效問題已受到普遍重視，并紛紛研究和落實提高機床能效的各種措施。如2010年11月3-4日，在德國Schmalkalden舉行了兩年一次討論刀具技術的例會，圍繞“刀具技術向何處發展”這個主題發表了22篇報告，主要內容有：為高能效和省資源的加工過程開發刀具和工藝；新材料和功能材料的切削加工；集成了測量技術以及傳感器和執行原件技術的刀具；用于高速切削的刀具新材料及其應用；創新的刀具涂層和刀具結構等等。刀具的需求每年增加3%，所以，從切削刀具入手來提高機床的加工能效，作用也很大。因此，刀具發展加快，高效組合刀具、適合強力切削的耐高溫、耐磨損的新涂層刀具、能進行復合銑的行星式銑刀等一大批新刀具問世，使切削效率成倍提高。

去年德國還專門召開了會議來討論提高資源利用效率的生產技術問題。希望促成用戶和設備制造商共同來關注和解決生產能效問題。阿亨大學的WZL通過緊密合作，參與優化這些生產過程的研究工作。這些都說明，德國不僅認識到機床能效問題的重要性，而且已經有人和機構在進行具體的研究，在斯圖加特的AMB 2010展會上就有一批高能效機床展出。

在今年北京的CIMT2011展會上，展出的高能效的節能環保型機床就更多了。如，日本森精機公司剛在去年JIMTOF2010展會上重點推出的用于替代N系列4個主力機型的X級機床（NLX、NVX、NHX、NTX）首次集體亮相CIMT2011。這種X級機床就是結構更緊湊的節能環保型機床。為了節省能源和資源，他們對原有的N系列的4個主力機型的機床結構分別進行了重新設計，并在盡可能保留DCG驅動優點的前提下，重新設計了驅動軸的位置，使驅動軸盡可能靠近運動部件的重心，從而變雙驅動為單驅動，這樣一個直線坐標就省去一臺伺服驅動電機；在NHX系列機床上配用新開發的鏈式直接交換式刀庫，又可省去ATC刀柄驅動用伺服電機；還有，使運動部件輕量化，在液壓裝置上安裝蓄能器，并采用LED照明等。通過這些措施，最終使X級機床節能30%～40%，占地減少20%，潤滑油消耗節省約15%，節能環保性能非常突出。

日本牧野（MAKINO）公司展出的J3系列小型高速加工中心具有高速度和高加速度性能，非切削時間減少40%，循環時間縮短20%，因結構緊湊而節省空間45%。隨著加工時間的縮短以及采取自動切斷電源和集中供應冷卻液等節電措施，可減少CO2排放22%，所以環保性能也大有改善。

MAZAK公司也積極推動節能環保型機床的研發，如在機床的生產工序中采取節能、節省資源等措施；在產品開發中,考慮使用可重復利用的材料及采取相應的技術措施開發節省能源的新機型和新功能等。如配有六項智能功能的INTEGREX i-150和配備了五項智能功能的INTEGREX j系列復合加工機床。用MAZATROL CNC裝置可進行對話式編程，從準備到加工完成整個生產過程的時間可縮短約82%，成效非常可觀。

我國沈陽機床集團按節能環保理念自主開發的新HTC系列、新HMC系列、新VMC系列、新ETC系列和新AH/AF系列等五類產品都具有國際先進水平，也是更新換代產品。這些新一代高效復合機床的加工效率和節能環保等技術性能都有提高，也是環保型產品，如HTC2050i新型車削中心就實現了高效節能，在同等切削條件下可省電2.5 kW。

大連光洋自主研制的GDPS系列數控智能電源也是首次展出的“十一五”成果，采用三相全橋受控整流和逆變專利技術，在改善供電質量和控制質量的同時，實現了高功率因素和能量回饋，提高了電能利用率，可使數控機床節能25%，這是一項很有環保意義的創新成果。

凡此種種，足以說明，節能環保型機床發展勢頭強勁，綠色制造是大勢所趨,這是今后機床技術發展的一大趨勢，我國機床行業必須盡快跟上。

2 多工藝完全加工機床發展迅速，漸成主要發展機種

機械零件由于結構不同，加工的復雜程度也不同。有些零件的全部加工只要車削和銑削就夠了，而另一些零件除一般車、銑加工外，還需經過硬車削、鏜孔、制齒、磨削甚至輥壓等多種不同工藝的加工工序才能完成。大家知道，在一臺機床上一次裝卡進行多工序完全加工能為用戶帶來提高加工效率、降低零件加工成本和提高加工精度等好處，所以，這種多工藝完全加工機床一經問世，就很受用戶歡迎，發展迅速。現在，國外一些機床制造商都把機床能實現多工藝完全加工功能作為賣點之一而大力宣傳。

在CIMT2011展會上，日本MAZAK公司展出了多臺能實現一臺機床一次裝卡完成全部加工（DONE IN ONE）的緊湊型機床，如配有六項智能功能的INTEGREX i-150和配備了五項智能功能的INTEGREX j系列復合加工機床都具有完全加工功能。日本牧野（MAKINO）公司展出的機內裝有機器人的J3i加工中心，工件的自動裝、卸以及清洗、去毛刺等工序均有機器人完成，是真正實現了一臺機床完成全套加工（ALL IN ONE）的生產系統。森精機的X級機床和DMG展出的多臺新機床都聲稱具有完全加工功能。我國沈陽機床集團也展出了一臺集車、銑、磨、淬火于一體的VTM 350140lg大型車-銑復合中心，這也是一臺真正的多工藝完全加工機床，可實現對大型零件整體復合加工。

在EMO 2009展會上，日本大隈等公司的展出重點是完全加工；日本森精機公司展出的銑-車加工中心聚焦于完全加工。德國AMB2010展會的主題就是完全加工和柔性自動化。在這個展會主題下，有一批完全加工機床登場，如Winema公司展出了剛改進的用于完全加工的多工位機床RV20；MAG展出了一臺帶滾銑單元、可用于齒輪完全加工VDM1000H型立式加工中心，等等。

《WB》雜志近年來報道多工藝完全加工機床的文章很多，涉及的機床種類也較廣。凡加工效率高、精度好、技術先進的新機床，無論是立式、臥式加工中心，還是數控磨床、齒輪加工機床等，幾乎都可以具有完全加工的功能。可見，在中、高端機床領域，開發具有多工藝完全加工功能的機床是國外機床制造企業競相發展的主要機床品種。現在我國也已經有了良好開端，發展具有多工藝完全加工功能的高端機床，我國也絕不能滯后。

3 機床結構設計模塊化趨勢明顯, 發展前景看好

隨著技術的快速發展，產品的生命周期越來越短，許多機床用戶希望，當需要加工的零件發生變化時，舊機床稍加改裝就能適應不同零件的加工，這樣既節省用戶的投資，又減少了資源浪費，還符合環保要求，一舉多得，何樂而不為。這就是機床可重構問題的由來。德國卡斯魯爾研究中心在進行可重構機床的實用性研究中，就是對機床主機和配套的功能部件進行模塊化劃分，并統一相應接口的標準，使整套機床模塊或坐標軸能實現互換。這樣就能按零件特點，用相應的功能模塊構建最適合零件加工需要的機床，使通用機床具有專機那樣的加工效率和加工質量，大大擴展了多工藝完全加工機床的適應能力，深得用戶歡迎。

在CIMT2011展會上，模塊化結構的機床展品雖不多，但也顯現了發展勢頭。MAZAK首次展出一條由1臺精密臥加和一條有6個托盤的物流傳輸線構成的可長期實現無人化加工的加工單元e-BOT CELL，通過先進的模塊化的PALLETECH單元系統，可以隨生產量的變化簡單而靈活地配置最符合用戶需求的柔性加工系統（FMS）。他們聲稱，機床可以不停機地連續工作720 h，可對多個品種的工件進行加工。沈陽機床集團展出的 GTC系列大型數控立車，就采用了模塊化結構設計。觀眾對這些展品都很感興趣。

近年來國外關于模塊化的完全加工機床的報道很多，展會上也出現了越來越多的模塊化的機床展品，如在METAV2010展會上，德國Pittler公司展出一臺模塊化機床，可實現全部加工。德國Pittler T&S公司對所有結構系列的機床都進行模塊化設計。這些結構系列的機床有豐富的組合部件模塊，可為用戶提供由用戶確定的個性化的機床。瑞士雷斯豪爾（Reishauer）公司開發新一代齒輪磨床RZ260蝸桿砂輪磨齒機時，為了能最大限度地適合用戶企業的條件，考慮采用了模塊化的機床方案。為此開發了很多任選部件，以優化機床配置。還有一些著名的機床制造商，如Hueller Hille，Hessapp或Boehringer等都出現了柔性的模塊化機床產品。德國斯萊福臨集團的美格勒（Maegerle）公司把大型磨削中心開發成模塊化機床，有許多模塊化功能部件單元，能向市場提供符合用戶個性化需求的專用機床而又不增加多少成本。這種兼具完全加工功能又是模塊化結構的機床，頗受用戶青睞，而且更符合綠色制造的理念。因此，模塊化機床今后的發展前景看好。我國有設計和生產組合機床的經驗，發展模塊化結構的機床是有基礎的。

4 服務已成為市場競爭的焦點之一，營銷方式在變

現在，機床生產廠家為機床用戶服務的理念普遍加強，營銷模式都在變，即由過去單純的產品銷售改為服務、銷售一體化，特別強調了服務意識。除銷售本廠產品、做好用戶培訓外，必要時還能為用戶考慮加工工藝流程，幫助機床用戶用好機床。此外，還能成套地承包生產工程。也就是說，可以根據用戶的具體加工任務需要，為用戶選配包括本廠產品在內的各種設備，向用戶提供成套生產系統。這種自覺為用戶著想的服務和營銷方式，深受用戶歡迎和好評，已逐漸成市場競爭的焦點之一。我國機床制造企業的營銷方式也正在轉變之中。

5 數控技術綜合性發展趨勢增強，聯合研發優勢凸現

現在的數控機床是集多學科新技術于一體的產品。所以，單靠一個企業，即使是技術力量雄厚的企業，開發新產品的速度也常常難以適應市場需求的多變、快變。 在遭遇金融危機侵襲、市場萎縮、資金緊缺的困難時期，為盡快推出新產品以擺脫困境，國外很多企業采取聯合或合作研發新產品的現象增多。如德國ELB-Schliff公司與阿亨工業大學的WZL緊密合作開發了一種創新的多工藝機床MultiTec 8。這種機床加工效率更高，能有效降低生產成本。

還有MAG公司在AMB 2010展會上展出的帶滾銑單元的VDM1000H型立式車削中心, 就是MAG和Samputensili公司最近合作開發的第一個成果。在滾銑時，其功能和操作界面用了Samputensili的軟件，并集成在CNC控制軟件中，提高了機床的完全加工潛力。

再如德國Pittler公司開發完全加工機床所需要的控制技術和驅動技術，是與西門子緊密合作，發揮各自技術優勢，很快取得成功的。

德國GFM測量技術公司有基于光學掃描的3D傳感器技術，裝在刀具上能獲取刀具是否鋒利或刀刃幾何形狀等信息。Zoller公司是專門從事非接觸刀具測量和檢驗的公司。他們在生產過程的測量領域進行合作，把GFM的3D光學傳感器和Zoller公司的高精度軸向控制技術相結合，開發了在刀具制造過程中的3D數字化測量儀。

國外這樣的合作例子還有很多，最典型的是德國DMG集團和日本森精機公司的深度融合。他們這兩家企業都是世界著名的機床制造商，技術實力也都比較雄厚。在缺少合同、生產負荷不滿的最困難的2009年3月，為攜手應對金融危機，雙方相互交叉參股，實行了強強聯合。合作范圍包括生產、采購、研究和開發以及營銷和服務，在產品層面上進行了協調和整合，并對國際市場也進行了分工、協調，可以說是全方位的深度合作。據說，合作使他們雙方的競爭力都比單個企業時期有了明顯提高。

這種取長補短，聯合開發新產品成功的例子我國也有。去年在沈陽制博會上首次展出的具有世界先進水平的HMT 50200型異型石材車銑加工中心就是由沈陽建筑大學與沈陽機床集團等多家單位聯合攻關完成的。現在，沈陽機床集團采用產、學、研、用相結合的方式，組成了由高校、機床配套件企業和用戶參加的產品研發團隊，也加速了新產品開發速度。這次在CIMT2011展會上，沈陽機床集團能展出這么多新產品就是合作優勢的明證。

此外，我們從“十一五”科技成果展上也可以看到，我國在“十一五”期間取得的一批重大成果，也都是不同部門、不同地區協同攻關的結果。事實證明，開展協作能有效加速新技術應用和新產品的開發進程。所以，在數控機床科技重大專項立題研究中，早就提倡了產、學、研、用相結合的正確方式，應繼續堅持。

綜上所述，在世界機床工業不斷發展的過程中出現了一些新變化、新動向，應引起我們的關切。因為，在我國機床工業快速發展的進程中，以上幾方面雖都有進展，但還有差距，現在提出來，便于我們對照了解自己。我國機床工業發展的條件和基礎都較好，上有政府支持，下有企業努力，我們只要能做到知己知彼，有針對性地努力縮短差距，中國機床制造的強國夢就一定能早日實現。

沈福金，中國機械工程學會高級會員，北京機床研究所原總工程師。