1500毫米大口徑非球面超精密車磨復(fù)合加工機(jī)床。 　　西安交通大學(xué)供圖

8萬(wàn)噸模鍛壓機(jī)。 　　圖片來(lái)源：中國(guó)機(jī)械工業(yè)集團(tuán)有限公司官方網(wǎng)站

　　2018年9月，習(xí)近平總書(shū)記在東北三省考察時(shí)指出：“制造業(yè)特別是裝備制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展是我國(guó)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的重中之重，是一個(gè)現(xiàn)代化大國(guó)必不可少的�！笨v觀世界史，各個(gè)經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國(guó)背后都有一個(gè)強(qiáng)大的裝備制造業(yè)作為支撐，而工業(yè)母機(jī)作為制造業(yè)的“心臟”，已成為當(dāng)今世界科技競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵領(lǐng)域。

　　在制造業(yè)中，機(jī)床是制造機(jī)器的最基本設(shè)備，是生產(chǎn)一切工業(yè)裝備的必要工具，因此被稱為“工業(yè)母機(jī)”。黨的十八大以來(lái)，我國(guó)工業(yè)母機(jī)領(lǐng)域攻關(guān)取得階段性成果，先后突破一批關(guān)鍵核心技術(shù)，有力推動(dòng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，為建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

　　制造機(jī)器的機(jī)器，工業(yè)基礎(chǔ)的基礎(chǔ)

　　雖然我們?cè)谌粘Ｉ�活中很少�?jiàn)到機(jī)床，但它卻與我們的生活息息相關(guān)。比如手機(jī)的金屬外殼、屏幕和攝像頭鏡片，汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋、曲軸等，都是用數(shù)控機(jī)床加工出來(lái)的。又如航空、航天、船舶等領(lǐng)域的關(guān)鍵零件需要使用高端數(shù)控機(jī)床進(jìn)行制造�？梢哉f(shuō)，沒(méi)有高端數(shù)控機(jī)床，就不會(huì)有鷹擊長(zhǎng)空的殲—20，不會(huì)有巨如鯤鵬的運(yùn)—20、C919，更不會(huì)有劈波斬浪的國(guó)產(chǎn)航母。

　　早在近400年前，我國(guó)明代的《天工開(kāi)物》中就記載了使用旋轉(zhuǎn)金屬盤加工玉石的“腳踏磨床”，歐洲中世紀(jì)也曾出現(xiàn)過(guò)用于加工金屬和木料的“腳踏車床”，這些就是機(jī)床的原型。機(jī)床的工作原理是切削刀具相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)形成了工件的輪廓，好比在制作陶器的時(shí)候，底盤帶動(dòng)毛坯旋轉(zhuǎn)，人的手就像刀具一樣約束形成陶器的外形。隨著科技的發(fā)展，機(jī)床的驅(qū)動(dòng)方式從人力到水力，再?gòu)恼羝�到電力。為了提升機(jī)床的加工質(zhì)量與效率、減輕人的體力勞動(dòng)強(qiáng)度，帶有計(jì)算機(jī)數(shù)字控制的數(shù)控機(jī)床應(yīng)運(yùn)而生，能夠根據(jù)所編制的程序自動(dòng)完成加工任務(wù)。由于高端裝備中許多零件的材料、結(jié)構(gòu)、形狀都具有特殊性和復(fù)雜性，增加了零件的加工難度，更高性能的多軸聯(lián)動(dòng)、超精密、特種加工機(jī)床相繼出現(xiàn)。

　　數(shù)控機(jī)床由主機(jī)、數(shù)控裝置、伺服單元、伺服電機(jī)等組成。主機(jī)是機(jī)床的“軀干”，包括床身、立柱、工作臺(tái)、主軸、進(jìn)給機(jī)構(gòu)等機(jī)械部件，是實(shí)現(xiàn)加工的主體；數(shù)控裝置相當(dāng)于數(shù)控機(jī)床的“大腦”，控制機(jī)床主機(jī)的運(yùn)動(dòng)；伺服單元和伺服電機(jī)分別是數(shù)控機(jī)床的“神經(jīng)”和“肌肉”，傳遞控制信號(hào)并驅(qū)動(dòng)主機(jī)運(yùn)動(dòng)部件。相較于普通數(shù)控機(jī)床，高端數(shù)控機(jī)床控制的軸數(shù)更多，運(yùn)動(dòng)精度和效率更高，也更智能，能夠?qū)崿F(xiàn)零點(diǎn)幾個(gè)微米以下的定位控制，加工精度能夠達(dá)到微米級(jí)甚至更高。

　　新中國(guó)成立初期，由于缺少工業(yè)母機(jī)，飛機(jī)、坦克等國(guó)防武器裝備制造極其困難，民用卡車、拖拉機(jī)等運(yùn)輸工具生產(chǎn)也大受限制。為此，我國(guó)在“一五”計(jì)劃期間籌建了18家骨干機(jī)床企業(yè)，同時(shí)也建立了“七所一院”等機(jī)床工具研究機(jī)構(gòu)，大力發(fā)展工業(yè)母機(jī)，由此誕生了第一臺(tái)車床、第一臺(tái)大中型龍門刨床、第一臺(tái)磨床等。上世紀(jì)70年代中后期，我國(guó)啟動(dòng)了數(shù)控機(jī)床研制生產(chǎn)，誕生了第一臺(tái)數(shù)控龍門式銑床。改革開(kāi)放后，數(shù)控機(jī)床進(jìn)入新的發(fā)展時(shí)期，初步建立產(chǎn)業(yè)體系并推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化，形成數(shù)控車床、加工中心、數(shù)控磨床、數(shù)控鍛壓機(jī)床和數(shù)控重型機(jī)床等主機(jī)批量生產(chǎn)能力和關(guān)鍵配套能力，數(shù)控技術(shù)得到了快速提升和普及。

　　高端數(shù)控機(jī)床技術(shù)突破，帶動(dòng)制造裝備升級(jí)

　　工欲善其事，必先利其器。工業(yè)母機(jī)的發(fā)展直接影響高端制造業(yè)的發(fā)展，其中又以高端數(shù)控機(jī)床最為重要。為了實(shí)現(xiàn)以科技發(fā)展帶動(dòng)生產(chǎn)力跨越發(fā)展，滿足國(guó)內(nèi)主要行業(yè)對(duì)裝備制造的基本需求，助力制造業(yè)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)、邁上新臺(tái)階，我國(guó)將“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”列為科技重大專項(xiàng)。經(jīng)過(guò)十余年的攻堅(jiān)克難，我國(guó)已在工業(yè)母機(jī)的多項(xiàng)核心技術(shù)和產(chǎn)品上取得突破。

　　大飛機(jī)是航空工業(yè)的王冠。然而大飛機(jī)的機(jī)身結(jié)構(gòu)件、起落架、發(fā)動(dòng)機(jī)吊掛等關(guān)鍵部件體積巨大，并且需要承受高達(dá)100噸的起飛重量，這要求必須使用超大型模鍛壓機(jī)進(jìn)行制備。在國(guó)家科技重大專項(xiàng)的支持下，我國(guó)針對(duì)大型模鍛壓機(jī)展開(kāi)了技術(shù)攻關(guān)，自主設(shè)計(jì)、制造了當(dāng)今世界最大、最先進(jìn)的8萬(wàn)噸模鍛壓機(jī)，實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)起落架模鍛件、發(fā)動(dòng)機(jī)鍛件以及機(jī)身結(jié)構(gòu)鍛件等的自主制造，滿足了國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)對(duì)大型模鍛件的急迫需求。

　　在船舶制造中，關(guān)鍵動(dòng)力零件——螺旋槳的制造對(duì)技術(shù)要求很高。如何制造直徑十幾米的超大型螺旋槳？如何保證螺旋槳復(fù)雜弧度、曲面的加工精度？如何保證螺旋槳葉片的光潔度？這些問(wèn)題不僅與動(dòng)力大小、壽命長(zhǎng)短有關(guān)，也與其降噪能力有關(guān)。高端多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床是加工大型螺旋槳的關(guān)鍵裝備。我國(guó)已經(jīng)研制出能夠加工8米巨型螺旋槳的七軸五聯(lián)動(dòng)車銑復(fù)合立式加工中心，助推更多大型船舶、高端艦艇駛向深藍(lán)。

　　核電是我國(guó)清潔能源發(fā)展重點(diǎn)之一。作為核電站常規(guī)島中最關(guān)鍵的設(shè)備之一，核電汽輪機(jī)的制造至關(guān)重要。它在構(gòu)造上包括低壓內(nèi)缸和高壓外缸等部件，這些部件尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其結(jié)構(gòu)和加工精度直接影響汽輪機(jī)安全系數(shù)和使用性能，需要使用高端多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工。我國(guó)研制的數(shù)控重型橋式龍門五軸聯(lián)動(dòng)車銑復(fù)合機(jī)床，是目前世界最大規(guī)格的龍門機(jī)床之一，滿足了大型核電站常規(guī)島設(shè)備制造和超重型零件制造的設(shè)備需求。

　　近年來(lái)，我國(guó)在高端數(shù)控機(jī)床的發(fā)展中取得長(zhǎng)足進(jìn)步，助力航空、船舶、能源等多個(gè)領(lǐng)域取得突破，但總體技術(shù)水平與國(guó)際先進(jìn)水平仍存在一定差距。在機(jī)床制造的上游，高端功能部件配套能力不足，精度及精度保持性、批量制造的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性與可靠性等指標(biāo)上還有提升空間。在機(jī)床的應(yīng)用方面，往往需要大量零件加工的適應(yīng)性驗(yàn)證，才能形成與工藝深度結(jié)合的、穩(wěn)定高效滿足加工質(zhì)量要求的機(jī)床產(chǎn)品。目前，機(jī)床制造企業(yè)還要進(jìn)一步拓展對(duì)工藝的認(rèn)知，爭(zhēng)取更多循環(huán)迭代機(jī)會(huì)，不斷豐富產(chǎn)品功能，提升產(chǎn)品性能和可靠性。

　　朝向高性能化、復(fù)合化、智能化、綠色化的發(fā)展之路

　　70多年來(lái)，從新中國(guó)成立初期的百?gòu)U待興到全數(shù)字化高速高精運(yùn)動(dòng)控制多軸聯(lián)動(dòng)關(guān)鍵核心技術(shù)的突破，從第一臺(tái)機(jī)床的制造到“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”科技重大專項(xiàng)等的實(shí)施，我國(guó)科技工作者從無(wú)到有、從點(diǎn)到面、從低到高，打開(kāi)了通往制造強(qiáng)國(guó)的大門。如今，我國(guó)工業(yè)母機(jī)可以滿足國(guó)內(nèi)重點(diǎn)行業(yè)對(duì)制造裝備的基本需求。汽車沖壓生產(chǎn)線國(guó)內(nèi)和全球新增市場(chǎng)占有率分別達(dá)到80%和40%；發(fā)電設(shè)備制造領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了由進(jìn)口為主到走向出口的轉(zhuǎn)變；成功研制船用重型曲軸所需的車銑加工中心，掌握了自主制造船舶大型零部件的能力，等等。

　　工業(yè)母機(jī)未來(lái)可期。工業(yè)母機(jī)將持續(xù)向著高性能化方向發(fā)展，以研制高速、高效、超高精度數(shù)控機(jī)床為目標(biāo)，滿足航空、航天等重點(diǎn)領(lǐng)域產(chǎn)品高速發(fā)展和新材料應(yīng)用的需求；向著復(fù)合化方向發(fā)展，促進(jìn)高精尖復(fù)雜零件制造成本的降低，以及加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率的提升；向著智能化方向發(fā)展，機(jī)床產(chǎn)品與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、新一代人工智能技術(shù)等加速融合，實(shí)現(xiàn)自感知、自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自組織和自決策，支撐智能制造系統(tǒng)；向著綠色化方向發(fā)展，突破輕量化設(shè)計(jì)、新型材料及環(huán)保介質(zhì)應(yīng)用、綠色制造工藝、低碳排放控制、綜合能耗降低和能量回收利用等技術(shù)，助力“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

　　工業(yè)母機(jī)的水平是國(guó)家現(xiàn)代化的重要標(biāo)志，承載著我國(guó)制造業(yè)的星辰大海。我們應(yīng)面向國(guó)家重大需求和國(guó)民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)，統(tǒng)籌資源進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)，聚焦行業(yè)自主創(chuàng)新能力提升，聚焦關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，解決重點(diǎn)領(lǐng)域中的“卡脖子”問(wèn)題，助力我國(guó)實(shí)現(xiàn)制造強(qiáng)國(guó)夢(mèng)。

　�。ㄗ髡邽橹袊�(guó)工程院院士、西安交通大學(xué)教授）

　　制圖：張芳曼 

　　推薦讀物：

　　《復(fù)雜曲面零件五軸數(shù)控加工理論與技術(shù)》：畢慶貞、丁漢、王宇晗著；武漢理工大學(xué)出版社出版。

　　《智能制造裝備及系統(tǒng)》：王立平主編；清華大學(xué)出版社出版。

　　《中國(guó)好設(shè)計(jì)：制造裝備創(chuàng)新設(shè)計(jì)案例研究》：譚建榮、張樹(shù)有、徐敬華編著；中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社出版。

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