探寻国产“工业母机”突围之路—— 一台机床的精度如何逼近物理极限

  编者按:一台设备的迭代 、一道工序的优化 、一位工匠的创意 ,都可能成为撬动产业升级的支点。中国先进制造业的跃迁 ,不只是一组组数字,更是无数一线现场正在发生的真实细节 。即日起,本报推出“制造硬脊梁·资本新动能——中国先进制造业一线微观察”栏目 ,记者走进工厂车间、实验室、中试基地,用微视角观察大变革,用短镜头记录长进程 。敬请关注。

  证券时报记者李小平

  头发丝直径的十五分之一是什么概念?头发丝直径通常为50—90微米(μm) ,十五分之一大约为3—6μm,这就是高端机床所要达到的精度。

  机床,素有“工业母机 ”之称 。它的精度直接决定制造业的能力边界。在很长一段时间内 ,高端数控机床市场被海外品牌牢牢占据,也成为横亘在中国制造业面前的一道高墙。

  在浙江台州,一场持续十余年的产业突围 ,推动国产“工业母机 ”持续进阶:近2000家工业母机相关企业扎根于此,关键零部件本地配套率超过90%,规上营收突破700亿元 。一批企业相继在五轴工具磨床 、智能数控系统等领域取得突破 ,多项产品被列入“国内首台套” ,打破了国外垄断。

  死磕精度

  把标准写进机床骨子里

探寻国产“工业母机”突围之路—— 一台机床的精度如何逼近物理极限

  走进浙海德曼位于台州玉环的“未来工厂 ”,恒温装配车间里,空气温度波动、关键配件的放置 ,乃至安装时手握的时长等,都有严格要求。这些在外人看来近乎苛刻的要求,关乎高精密机床的性能 ,因为微小的温度变化都会带来金属形变,进而直接影响微米级加工精度 。

  一根头发丝的直径约50—90μm,而高端机床对误差的要求 ,往往精确到3—5μm,甚至更小。浙海德曼总经理白生文向证券时报记者介绍,一根长1米的钢棒 ,温度每升高1摄氏度,主轴相当于膨胀了12μm。“有一款车床主轴的径向跳动误差,国家标准要求是在12μm以内 ,浙海德曼的出厂标准压缩到3μm以内 ,而公司内部标准压缩到2μm以内 。”白生文说。

  怎样提高精度?首先就是要制定标准。白生文说,中低端机床与高端机床的区别,关键在于精度 。德日龙头机床企业 ,除了执行世界 标准,还有一套远高于世界 标准的企业标准 。找到了差距的浙海德曼,将企业标准对标德日龙头机床企业 ,并建立起了一整套高精度标准体系,进而落实在每一款产品的开发中。

  白生文说:“影响机床精度的因素有很多,比如 ,主轴径向跳动、齿轮传动误差 、热变形管理等。所以只能靠不断重复,积累数据 。”

  经过持续的研发迭代,浙海德曼正一点点缩小与世界 巨头的差距。而今 ,公司出厂的每一款机床,都严格执行着对标世界 先进企业的标准。比如说,定位精度X轴、Z轴 ,浙海德曼的T55型号高端数控车床 ,分别为8μm、8μm;同类的日本某知名品牌企业,该数据分别为11μm 、13μm;美国某知名品牌,分别为10μm、10μm 。

  “原来我们的口号‘对标德日替代进口’ ,现在我们说‘对标德日超越进口’。 ”浙海德曼董秘林素君告诉记者,“我们现在很多产品的检测数据,包括客户用了10多年的高端数控机床的很多指标都超越了德日同类产品。”

  据悉 ,全球高端机床产业呈现明显的“金字塔”结构,少数世界 巨头占据高端市场主导地位,而中国企业在特定细分领域正实现快速突破 。从市场格局看 ,德国(DMG Mori、通快) 、日本(发那科、马扎克)和美国(格劳博、哈斯)企业主导全球高端机床市场,尤其在航空航天 、半导体等战略领域。

  高端机床的比拼,不是简单的参数竞赛 ,是一场漫长的“微米战争 ”。国产机床从跟跑到并跑的历史性跨越,在机床行业耕耘了30余年的浙海德曼身上可以找到一些答案 。

  研发迭代

  打入产业链高端

  工业母机作为“制造机器的机器”,是高端制造业的基石。长期以来 ,超精密的高端机床被海外企业垄断。向产业链高端迈进 ,早已成为台州机床产业的共识 。

  白生文说,普通经济性数控机床与高端数控机床,价差往往逾十倍 。但是 ,关键零部件和核心技术受制于人,使得很多企业在升级路上敢想不敢为。2010年,浙海德曼筹划进军高精密机床领域 ,从思想认识,到人才引用,再到软硬件升级 ,公司持续投入。

  那些年,为了投入研发,体量尚小的浙海德曼举步维艰 。2015年 ,公司一度出现了成立以来的首次亏损。但是,资金困难没有动摇公司创始人高长泉升级的决心。“那年冬天,他拿着一串钥匙走到办公室说 ,公司没有钱了 ,个人卖房也要继续投入研发 。”当时的情景,白生文至今记忆犹新。

探寻国产“工业母机	”突围之路—— 一台机床的精度如何逼近物理极限

  凭借着砸锅卖铁也要升级的决心,浙海德曼坚持不懈迈向产业链高端 ,最终在众多的台州机床企业中脱颖而出。与浙海德曼一样,同在台州的北平机床也认定了“对标进口—替代进口—取代进口”的清晰升级路径 。

  北平机床副总经理虞俊豪说,高端机床比拼的是微米级误差 ,其稳定性的提升是一个复杂的系统性工程。最近10多年,公司将大量资金和人力投入到研发创新,除了建立台州 、上海、天津等研发中心 ,还在德国和日本布局研发基地,从核心部件攻关到整机性能优化,一步步啃下硬骨头。

  经过持续创新迭代 ,北平机床已成为国内五轴数控磨床龙头企业,整机核心零部件自主化率超90%,精密立式磨床、五轴数控工具磨床等产品在精度指标上已达到世界 先进水平 ,实现了对德国同类设备的进口替代 。

  类似的案例 ,在台州还有许多。譬如,三和数控的五轴车铣复合功能部件,打破了日德高端数控刀塔的垄断;美戈利的钢轨铣磨车用长寿命铣刀 ,性能比肩世界 先进水平,成本却仅为海外同行的1/3;杰克精机研制的面向大型凸轮轴加工的高速直驱随动磨床,核心指标达到世界 先进水平。

  在取得长足进步的同时 ,也应看到差距 。台州机床业多位人士说,同等功能的高端数控机床,在静态精度方面 ,本土产品已经赶上或者超越世界 巨头了,但是在动态精度方面,本土产品与世界 巨头还存在一定的差距 。这也是国产机床今后要重点攻关的地方。

  集群进化

  培育工业母机生态

  “这款高性能合金螺纹铣刀 ,是公司去年创新开发的新品。特点包括:独特的复合涂层,大大提高了刃具寿命;螺纹一次加工成型等 。今年,这款产品供不应求 ,月销量40万—50万个。”在温岭的浙江工量刃具交易中心 ,一家经营户的工作人员对记者称。

  台州机床产业的崛起,离不开产业链的强力支撑 。浙江工量刃具交易中心,是中国最大的工量刃具专业市场 ,主要经营刃具 、量具、机床附件、五金工具及其相关配套产品。该交易中心800余个商铺,吸引着全国各地的工量刃具生产商进驻,年交易规模达60余亿元。

  在台州 ,造一台机床可以“足不出市 、全链配齐 ” 。从电主轴、刀塔、液压卡盘,到滚动功能部件 、工量刃具,关键部件本地配套率达90%以上。这种全链条生态 ,既是几十年国产制造积累的成果,也是台州工业母机最深的护城河。

  “台州机床产业,与台州的制造业一脉相承 。 ”在白生文看来 ,台州发达的制造业为机床产业提供了丰富的土壤。“因为离市场近,场景应用丰富,从而带动了机床产业以及配套产业的发展。”

  据悉 ,近来 台州拥有工业母机相关企业近2000家 ,规上营收超700亿元;经济型数控机床产量占全国三分之一,工量刃具产量占全国60%以上,金属切削机床产量连续8年居全国首位 。

  集群跃升的背后 ,更有创新体系的支撑 。近年来,台州先后建成浙江(温岭)机电工程师协同创新中心、台州数控机床产业技术研究院、浙大台州研究院等创新载体,为企业提供技术支撑。其中 ,落户在台州的浙江省高档数控机床技术创新中心,在短短3年时间内,梳理出69项“卡脖子”问题清单 ,攻克20余项关键技术。

  产学研结合,推动重大创新成果产业化,有力破解产业链的创新瓶颈 ,对台州打造世界级数控机床集群有着积极的促进作用 。近来 ,已有32家台州企业参与35项国家 、行业标准制修订。台州温岭机床装备行业协会主导制定团体标准65项,10余项入选工信部百项团体标准应用示范项目。这也意味着 ,台州机床正在从“产品输出 ”走向“标准输出” 。

(文章来源:证券时报)

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