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工业母机大热背后的冷思考核心环节还落

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政策和股市挂钩这已经不是什么秘密,当然也不是什么不能谈的忌讳。近端时间,稀土、碳中和、有色金属等都是在被政策点名之后成为股市大热门,且热度居高不下。当然,也有一些产业被政策上了紧箍咒,比如在线教育。这两天,“工业母机”一下子完成全国普及,也拉动了相关企业的股市表现。

数控机床决定着工业水平

工业母机,又称工作母机,实际上就是人们常提到的机床。自十五世纪机床雏形推出至今,机床已经演变出车床、铣床、刨床、钻床、镗床、磨床、制齿机等多个形态,除切削加工外,也承担着铸造、锻造、焊接、冲压、挤压等加工任务。

机床有很多种分类方式,有以普通机床、精密机床、高精密机床和数控机床这样从系统精密程度和复杂度来区分的;也有以仪表机床、中小型机床、大型机床、重型机床和超重型机床这样按照工件大小和机床重量来区分的;还能以手动操作机床、半自动机床和自动机床这般自动化程度来归类。

数控机床是数字控制机床的简称,是一种装有程序控制系统的自动化机床,主要由主机、数控装置、驱动装置、辅助装置、编程及其他附属设备组成,是柔性制造系统的核心,在制造业升级改造进程中有着重要的应用和价值。

数控机床是机床和数字工业有机融合的成功案例,为智能机床的发展提供了技术基础。数控机床是当前机械加工的主流设备,其水平能够反应出一个国家工业化和现代化的水平。上世纪70年代末到80年代初,西方国家基本实现了机床数控技术的普及。反观国内,在经历上世纪50/60年代国产机床“十八罗汉”(在此不做科普,大家可以自行查询)之后,后续发展主要呈现散而小的特点,到了改革开发初期,也就是西方国家普及数控机床的时候,我们还停留在手动控制阶段。

国产数控系统落后十年

经历了数十年的发展,我国在数控机床领域已经取得了很多可观的成绩,尤其是国产五轴(坐标)联动数控机床方面的突破,代表着国产机床已经突破了行业的制高点之一,目前我国在五轴联动加工中心、五轴数控铣床、五轴龙门铣床等方面均已研究成功。

但机床具有大周期特性,同时也是一个多产业融合的领域。尤其是数控机床进化后的智能机床,是先进制造技术、信息技术和智能技术的集成与深度融合的产物,代表着数控机床发展的高级形态,在国产机床企业小而散的情况下,很难有一家企业能够将这些环节都打通。

对比国产机床和国际品牌的机床,三项差距最为明显。首先是机床的稳定性,在高精密加工领域,部分国产机床能够在部分应用领域实现高精密的性能,然而这样的性能表现却不能够长期维持,国产机床的精度一般只能维持两年,远远低于国际品牌机床的十年;第二点,在一些特别要求精密的应用中,国产机床还处于攻关阶段,比如生产哈勃望远镜的镜片这类加工工艺;此外,数控系统和数控芯片层面,国产机床至少落后10年。

在数控系统方面,德国的西门子、利勃海尔和日本的发那科、山崎马扎克等厂商代表着世界领先水平。我们通过简单对比就能够看到目前国内在数控系统方面的落后。对比的样本我们选择华中数控的HNC-Di/T车床数控系统以及西门子的SINUMERIK。

在HNC-Di/T车床数控系统上面,我们看到该数控系统已经能够实现机床的编程和控制,支持多工位显示,多主轴负载显示和多工位图形显示等功能。同时,结合科德数控的产品来看,国产数控系统基本实现了高速、“高精”和多通道控制等基本功能的覆盖。之所以在高精上面加引号,是因为精度表现和国际品牌还有差距。

HNC-Di/T车床数控系统

然而,在看到SINUMERIK之后,我们会发现“高性能”三个字出现的频率非常高,凸显其控制和编程性能的优越。比如,在SINUMERIK介绍中提到的,其可以控制30个机床通道中的最多93个轴,而国内的方案我们还只能看到单机控制性能。除了具有极高数控性能外,SINUMERIK具有高灵活性和开放性,适用于几乎所有机床方案。这其实很好理解,在性能存在冗余的情况下,模块化拆分之后会让系统存在极大的适应性,这是目前国产数控系统不能够实现的。因为,在高端机床控制方面我们还是缺失的,且软件包的丰富程度还是不能比的。

SINUMERIK(图源:西门子


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