1952年8月7日,中央人民政府決定成立第一機(jī)械工業(yè)部,下設(shè)專業(yè)局,其中二局主管機(jī)床工具行業(yè)(后一直將二局稱之謂機(jī)床工具局),劃給二局18個廠管轄,其業(yè)務(wù)范圍涵蓋金切機(jī)床、鍛壓設(shè)備、鍛造機(jī)械、木工機(jī)床、機(jī)床附件、工具(含量儀、刃具)、磨料磨具、機(jī)床電器8大類。1956年,按行業(yè)劃分,成立北京機(jī)床研究所等7個直屬研究所(稱之謂一類所)以及鄭州第六設(shè)計院,后來又在主導(dǎo)廠設(shè)立面向分行業(yè)的十余個專業(yè)研究所(稱之謂二類所)。據(jù)不完全統(tǒng)計,當(dāng)時一類所及二類所共計37個,構(gòu)成了完整的科研開發(fā)體系。以后,六十年代開始三線建設(shè),老廠一分為二,或一分為三,在西部地區(qū)成立一批國營機(jī)床工具企業(yè)。改革開放后,在市場經(jīng)濟(jì)機(jī)制的優(yōu)勝劣汰中,一大批國企或轉(zhuǎn)制或淘汰破產(chǎn),但也迅速崛起一大批民營企業(yè)及外資企業(yè)。
世界上最早出現(xiàn)數(shù)控機(jī)床于上世紀(jì)五十年代初,我國于上世紀(jì)五十年代末在北京機(jī)床研究所成立數(shù)控機(jī)床研究室,同時在清華大學(xué)等高校也開始研究數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機(jī)床。由此看出,我國數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機(jī)床的研發(fā),起步并不晚,但為什么到現(xiàn)在與世界先進(jìn)水平的差距,特別是高端數(shù)控機(jī)床工具還這么大呢?原因很復(fù)雜,筆者也說不清楚,但看來至少有兩點:一是機(jī)床工具行業(yè)在探索研發(fā)數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展路線上走了一些彎路,如用于運動控制的芯片(CPU),是采用專用芯片,還是通用芯片,幾次反復(fù),因此在引進(jìn)技術(shù)、合作生產(chǎn)、消化吸收、再創(chuàng)新等方面多花了一些時間;二是中國的半導(dǎo)體工業(yè)起步太晚、太弱,特別是集成電路LSI、VLSI包含專用及通用芯片在內(nèi),差距太大,不得不受制于人,不僅是硬件,包括操作系統(tǒng)等軟件也大大落后于世界先進(jìn)水平,就是一般PCB板常用的片裝式電阻、電容元器件也基本需要進(jìn)口。因為國產(chǎn)的元器件性能、質(zhì)量不穩(wěn)定,因此在上世紀(jì)九十年代前后,很多研究院所及企業(yè)單位選擇通用芯片作為CPU進(jìn)行運動控制與邏輯控制,因為芯片技術(shù)發(fā)展速度太快,性價比按摩爾定律發(fā)展。
如筆者在上世紀(jì)七十年代,在企業(yè)就組織研發(fā)車床的數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控車床,當(dāng)時用的是半導(dǎo)體分立元件,有的還采用過中間繼電器或通訊用的極化繼電器,搞了兩年,因元器件不過關(guān),又買不到進(jìn)口元器件,因此決定停止研發(fā),轉(zhuǎn)向采用FANUC數(shù)控系統(tǒng),工廠專心把主機(jī)做好,鑒于當(dāng)時的政治形勢,就搞不下去了。同一段時期筆者受部委的委托與美國Unimation公司進(jìn)行機(jī)器人的技術(shù)交流與談判,當(dāng)時采用直角坐標(biāo)式,還不是關(guān)節(jié)式的工業(yè)機(jī)器人,控制系統(tǒng)相對比較簡單。至于作為機(jī)床上下料的機(jī)械手,因筆者從事自動化單機(jī)及自動生產(chǎn)線的研發(fā)生產(chǎn),如308軸承車加工自動生產(chǎn)線就用機(jī)械手上下料,不過不是柔性控制,有的采用凸輪及中間繼電器硬件控制,這就是上世紀(jì)七十年代技術(shù)水平的真實情況。
改革開放至今已有四十年了,數(shù)控系統(tǒng)與數(shù)控機(jī)床走了一條十分艱難曲折的發(fā)展道路,從數(shù)控系統(tǒng)來說,原來想從日本FANUC走引進(jìn)、消化、吸收、國產(chǎn)化的路子,問題就卡在專用芯片及其他硬件的國產(chǎn)化上。至今北京發(fā)那科實際上是FANUC系統(tǒng)在中國用SKD模式的合資裝配廠,但效益較好,最高時年產(chǎn)四五萬臺套。我們雖然學(xué)不到核心技術(shù),但熟悉了裝配調(diào)試工藝、檢測、維保方面的技術(shù)知識,而且FANUC系統(tǒng)質(zhì)量與可靠性及維保服務(wù)在用戶中口碑很好。上世紀(jì)九十年代,開始學(xué)習(xí)PC機(jī)的技術(shù)路線,采用通用芯片作為CPU,因為可以購到最新一代Intel(x86)、ARM的芯片,而且換代很快,操作系統(tǒng)采用Windows、Linux或其組合。而我國數(shù)控系統(tǒng)的研發(fā)可基于硬件的架構(gòu)與運動控制的算法上下功夫,因此出現(xiàn)了廣州數(shù)控(成立于1991年)、華中數(shù)控(成立于1994年)、高精數(shù)控(產(chǎn)品生產(chǎn)始于上世紀(jì)90年代初)、凱恩帝(成立于1993年)、維宏(成立于2007年)等一批專業(yè)數(shù)控生產(chǎn)企業(yè),以及光洋(2000年開始數(shù)控系統(tǒng)研發(fā))、沈機(jī)i5數(shù)控系統(tǒng)(2007年開始研發(fā))、北京精雕(成立于1994年)等一批專業(yè)生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)、自配自給的數(shù)控機(jī)床企業(yè)。正像中國機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會陳吉紅副理事長撰寫的文章中寫到:數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了“六五”期間的技術(shù)引進(jìn),“七五”期間技術(shù)消化吸收,“八五”期間技術(shù)自主開發(fā),“九五”到“十二五”用了20年的時間才使低、中、高檔數(shù)控產(chǎn)業(yè)化。其中,高檔數(shù)控系統(tǒng)縮小了與世界先進(jìn)水平的差距,初步產(chǎn)業(yè)化了,市場占有率也提高到7%,以后的道路更加任重道遠(yuǎn)。
至于數(shù)控機(jī)床的機(jī)床本體,由于數(shù)控系統(tǒng)+伺服驅(qū)動系統(tǒng)+驅(qū)動伺服電機(jī)+機(jī)床的運動部件+位置測量裝置(光刪、磁柵、同步感應(yīng)尺等),再加上各種機(jī)床部件的物理量的變化(溫度、振動、位置等)的傳感器信息采集,構(gòu)成一個全閉環(huán)或半閉環(huán)系統(tǒng),因而機(jī)床本體的結(jié)構(gòu)設(shè)計有質(zhì)的變化。如工作臺設(shè)計,在滿足強(qiáng)度及剛度和尺寸的要求情況下,運動部件的質(zhì)量要降低到最小程度,以增加頻率響應(yīng),滿足高精、高速機(jī)床的需求;又如盡量采用對稱結(jié)構(gòu)及增加散熱條件,工作時可盡快達(dá)到熱平衡條件等。特別是多軸多聯(lián)動功能及復(fù)合加工中心的出現(xiàn),大大促進(jìn)了機(jī)床本體的變革,有的是顛覆性的改變,因而要求機(jī)床動靜剛度好、熱變形小,而且精度保持性好,可靠性高,一次裝夾工件后,可完成多工序的復(fù)合加工,如車、銑、鏜、磨、齒形加工、珩、研、拋光等;甚至有一些特種工藝,如激光加工、旋壓、滾壓、電加工等工藝也進(jìn)入多軸多聯(lián)動的復(fù)合加工中心。因此機(jī)床企業(yè)必須對目標(biāo)的細(xì)分市場的現(xiàn)實工藝及潛在發(fā)展的工藝要吃透,積累用戶的使用工藝數(shù)據(jù),并建立數(shù)據(jù)庫,才能開發(fā)出好用、可靠、經(jīng)濟(jì)、易維護(hù)保養(yǎng)的高檔數(shù)控機(jī)床。
雖然改革開放初期,機(jī)床工具工業(yè)走了一些合作生產(chǎn)返銷的道路,成績顯著,大大提高了機(jī)床企業(yè)的工藝水平,有的進(jìn)行貼牌生產(chǎn)光機(jī),國外經(jīng)銷商在境內(nèi)加上數(shù)控系統(tǒng)后再在國外銷售,一來可賺取外匯,二來鍛煉了企業(yè)的內(nèi)功,如濟(jì)一與馬扎克的合作,南京機(jī)床廠與Traub合作等。但由于后來國營企業(yè)改制或因種種原因沒有轉(zhuǎn)化為自主開發(fā)及創(chuàng)新,以后不了了之,太可惜了,造成今天中低檔勞動技術(shù)密集型機(jī)床工具出口,高檔數(shù)控機(jī)床大量進(jìn)口的局面,從中也可以吸取一些經(jīng)驗教訓(xùn)。
“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備” 國家科技重大專項(簡稱04專項)資助的很多機(jī)床企業(yè)研發(fā)的高檔數(shù)控機(jī)床難以產(chǎn)業(yè)化,根本問題在于機(jī)床廠對用戶的使用工藝,含工藝參數(shù)及刀具、量具、夾具加工對象的使用要求極不熟悉,沒有話語權(quán),至于所謂多軸、多聯(lián)動、復(fù)合加工中心大部分是抄來的。雖然04專項發(fā)展了一批功能部件,其中不少部件產(chǎn)業(yè)化程度較低,性價比不高,加上機(jī)床廠及終端用戶對國產(chǎn)功能部件認(rèn)知度低,不太信得過,因此市場占有率較低,甚至敵不過我國臺灣省產(chǎn)的部分功能部件。高檔的功能部件大都從日本、德國、瑞士、意大利、西班牙等發(fā)達(dá)國家進(jìn)口。
筆者看來,數(shù)控機(jī)床主機(jī)存在的問題,包括精度、可靠性、精度保持性都不很高。因此目前來看,主機(jī)的問題多于數(shù)控系統(tǒng),這要引起主管部門及主機(jī)廠的注意。
最后,還要說一個案例,即上世紀(jì)八十年代,出現(xiàn)一股盲目追求“數(shù)控化率”的現(xiàn)象,因此進(jìn)口一批質(zhì)量沒有過關(guān)的數(shù)控系統(tǒng)及伺服電機(jī)系統(tǒng),造成了一度走“紅”的,受到市、省、部表揚(yáng)的沈陽第三機(jī)床廠,因數(shù)控機(jī)床在用戶處不能開機(jī)、維保又不及時,紛紛要求退貨及索賠而破產(chǎn)。這是“十八羅漢廠”第一個破產(chǎn)的機(jī)床企業(yè),正所謂“成也數(shù)控、敗也數(shù)控”。這個教訓(xùn)極為深刻,這也是中國數(shù)控機(jī)床發(fā)展史上不能抹殺的一個嚴(yán)重事件。