高檔數控機床與基礎制造裝備

高檔數控機床是指具有高速、精密、智能、復合、多軸聯動、網絡通信等功能的數控機床，本處特指減材制造的各種金屬切削加工機床（車、銑、刨、磨、鉆、鏜等）及特種加工機床；基礎制造裝備是制造各種機器和設備的裝備總稱，本處特指各種增材制造（鑄/鍛/焊/熱表處理）、增材制造裝備及在線檢測、自動化裝配、試驗、物流裝備等。高檔數控機床與基礎制造裝備具有基礎性、通用性和戰略性的特征。

需求

我國已連續多年成為世界最大的機床裝備生產國、消費國和進口國。未來十年，節能與新能源汽車、新一代信息電子、航空航天、軌道交通、電力能源、農業機械、新材料等重點產業的快速發展，以及工業互聯網、大數據、人工智能等新技術的不斷進步將對數控機床與基礎制造裝備提出新的戰略性需求和轉型挑戰，其市場年總體需求規模將有望超過10000億元、并保持每年10%以上的高速增長。其需求將由中低檔向中高檔轉變、由高精度多軸聯動等多功能型向高可靠性智能化等高性能型轉變，由單機向集成機器人上下料和在線檢測功能的制造單元和成套系統轉變，由自動化、數字化向柔性化、網絡化、智能化轉變，由通用機床向功能定制的個性化機床轉變。節能與新能源汽車、新一代電子信息、醫療裝備、新材料等將是新的需求熱點。

目標

到2020年，高檔數控機床與基礎制造裝備具有滿足國內市場超過70%的供給能力，數控系統標準型、智能型分別具有滿足國內市場超過60%、10%的供給能力，主軸、絲杠、導軌等中高檔功能部件具有滿足國內市場超過50%的供給能力。

到2025年，高檔數控機床與基礎制造裝備具有滿足國內市場超過80%的供給能力，機床裝備平均無故障時間超過2000小時，機床裝備設備能力指數CMK超過1.67，精度保持性達到10年；數控系統標準型、智能型分別具有滿足國內市場超過80%、30%的供給能力；主軸、絲杠、導軌、光柵尺、伺服電機等中高檔功能部件具有滿足國內市場80%的供給能力；高檔數控機床與基礎制造裝備總體進入世界強國行列。

■■ 發展重點

1．重點產品

重點針對航空航天裝備、節能與新能源汽車、新一代電子信息、醫療裝備、新材料等重點產業發展的需要，開發高檔數控機床、先進成形裝備、增材制造裝備、專用短板設備及成組工藝生產線。

? 電子信息設備加工裝備

重點開發20000～60000r/min高速鉆攻中心、五軸聯動高速加工中心、多功能五軸磨拋機、PSA貼敷機、晶圓電化學沉積（ECD）設備、高速光通信器件封裝設備、低溫共燒陶瓷（LTCC）與薄膜等先進基板制造成套裝備、表面貼裝成套裝備、面板激光精密切割裝備以及機器人智能化檢測裝配生產線等。

? 航空航天裝備大型結構件及微納零件精密制造與裝配裝備

重點開發鋁/鎂/鈦/高溫合金等難加工材料，采用多軸聯動龍門數控銑床、五坐標蒙皮鏡像加工機床、大型五坐標翻板銑床、大規格坐標磨床，機器人集群自動鉆鉚、復合材料自動鋪絲/鋪帶、大型數控三維編織成型裝備、三維五軸激光切割裝備、飛機蒙皮數控多單元高效制孔機床、10米級大型運載火箭原位焊接裝備、飛機起落架加工用重型臥式車銑復合加工中心、多維摩擦焊、超塑/擴散成形、精密控制熱處理、結構疲勞及承載力測試裝備、大飛機及大型火箭數字化總裝、跨尺度復雜結構微納零件、三維空間精密檢測精密制造與裝配裝備等。

? 航空發動機制造關鍵裝備

重點開發針對高溫合金葉片、整體葉盤葉輪、渦輪盤、盤軸、機匣、傳動軸、燃燒室部件等關鍵零部件加工設備，采用精加工臥式五軸加工中心、五軸鏜銑加工中心、葉片/整體葉盤數控自動拋磨中心、數控強力磨床、高精度坐標鏜床、精密電解/高效五軸電火花加工設備、數控內外圓磨床、多軸高效葉盤榫槽線切割機床，發動機渦輪盤/鈦鋁葉片智能鍛壓裝備、整體鈦電極擠壓裝備，以及重載慣性摩擦焊、輾壓成形、單晶葉片定向凝固鑄造、高溫真空熱處理、表面強化、激光微孔成形裝備、狹窄工作面噴丸設備等。

? 船舶及海洋工程裝備關鍵制造裝備

重點開發船舶及海工高強鋼板單面焊雙面成形（FCB）、曲面分段柔性支撐、大功率激光復合焊、多點壓力成形等平面、曲面分段流水線關鍵裝備；大型柴油機缸體、曲軸、齒輪、葉片、海工齒條等先進加工成形裝備、海上風電大型程控雙作用水下液壓打樁錘、艦船燃氣輪機機匣加工用五軸立式銑車復合加工中心；水深超過1000m深海水下焊接修復及水液壓驅動的深水作業裝備、深海大型工作站大型鈦合金高效制造裝備及生產線。

? 軌道交通裝備關鍵零部件成套加工裝備

重點開發鋁鎂合金/不銹鋼車體的高效激光/攪拌摩擦焊新型裝備，30噸軸重重載電力機車核心零部件制造裝備、120km/h以上移動式高速焊軌設備，時速350km/h以上列車用齒輪、軸承、輪對、轉向架、制動系統等輕量化加工成形成套裝備、轍叉加工生產線等。

? 汽車關鍵零部件加工成套裝備

重點開發汽車發動機/變速箱等高效加工/近凈成形裝備及成組工藝生產線；高性能鋁合金鑄件擠壓鑄造成形生產線和真空反重力鑄造成形生產線、多車型新能源汽車底盤結構件焊接生產線；柴油高壓共軌、汽車安全、超高強鋼/鋁合金/鎂合金/碳纖維汽車零部件、新能源汽車機電耦合系統等高效加工、在線檢測與裝配成套裝備、圓柱電芯鋰電池包裝（pack）智能生產線、動力電池大規模智能制造成套裝備。

? 汽車四大工藝總成生產線

面向中高端車型，以超高強鋼/鋁合金/碳纖維輕質高強材料應用為方向，重點開發車身鋼鋁混合板材伺服沖壓、輕量化異種材質混合車身、伺服沖壓/模壓成形、大型變截面梯度結構復合材料構件三維織造成形裝備、高效連接（激光焊接、鉚接、黏結）、多種材料合成焊裝、輕質材料車身涂裝、環保節能型涂裝、采用機器人的裝配等生產線。

? 大容量電力裝備及新能源制造裝備

重點開發百萬千瓦級核電主管道、殼體類等關鍵部件的電渣熔鑄—鍛造—擠壓成形工藝與設備、汽輪機焊接轉子制造成套裝備、百萬千瓦級水輪機轉輪焊接成套裝備、超高壓輸變電設備精密制造裝備、數字化裝配成套裝、高效晶硅PERC電池用激光消融設備、太陽能電池智能化印刷線。

? 工程及農業機械生產線

重點開發工程和農業機械發動機、變速箱，以及高壓大流量液壓系統及關鍵部件的精密加工成形裝備與生產線，焊接、涂裝、裝配等基于機器人的生產線及在線質量檢測系統。

2．增材制造裝備

重點突破具有系列原創技術的鈦合金、高強合金鋼、高強鋁合金、高溫合金、非金屬工程材料與復合材料等高性能大型關鍵構件高效增材制造工藝、成套裝備、專用材料及工程化關鍵技術，發展激光、電子束、離子束及其他能源驅動的工藝裝備；攻克高端金屬及非金屬增材制造專業材料制備、打印頭、智能軟件等瓶頸，打造產業鏈。

3．高檔數控系統

重點解決速度平滑廣順、伺服帶寬提升，機電耦合模型辨識和參數優化等關鍵技術問題；重點開發多軸、多通道，高精度插補、動態補償和智能化編程、具有自監控、維護、優化、重組等功能的智能型數控系統；開發具備識別危險、自動預防干涉、識別異常自動停止、刀尖跟隨高精度補償功能的數控系統；提供標準化基礎平臺，允許開發商、不同軟硬件模塊介入，具有標準接口、模塊化、可移植性、可擴展性及可互換性、安全保密等功能的開放型數控系統。

4．高性能功能部件

重點解決高速主軸熱變形問題，保證數控加工過程的重復定位精度，滿足各類精度要求的加工，重點提升數控刀具的刀體材料質量、熱處理技術、涂層技術；重點開發20000～60000r/min高速電主軸、多軸聯動主軸頭、精密光柵、高速高精度主軸軸承、1～2級滾珠絲杠導軌、擺角定位精度<3弧秒、定位精度小于5”的轉臺、大功率伺服電機及配套全數字大功率驅動器等、高速加工機床直線電機傳動技術，開發高性能功能部件精密加工、成形、檢測、裝配成套裝備。

5．關鍵共性技術

? 數字化協同設計及3D/4D全制造流程仿真技術

開展基于開放式網絡、眾創式協同創新設計，以及面向裝備產品全生命周期的數字化全流程建模與仿真技術。

? 精密及超精密機床的可靠性及精度保持技術

研究高精度機床的可靠性和精度保持性技術，并建立可靠性及精度保持性大數據平臺。

? 復雜型面和難加工材料高效加工及成形技術

針對航空航天、核電裝備用難加工材料及復雜型面零件加工，研究高速、高效加工與先進成形技術。

? 輕量化材料精密成形技術

研究鋁/鎂/鈦合金、碳纖維等高強度輕量化材料構件成形全過程控形——控性技術，推動其在航空航天裝備、汽車、軌道交通裝備等領域的低成本規模化應用。

? 在線精密檢測與智能裝配技術

基于機器視覺、非接觸測量及靈巧機器人等先進技術，研究在線精密檢測與智能化裝配技術。

■■ 應用示范工程

（1）高檔數控機床與基礎制造裝備智能化升級工程。

（2）航空航天裝備高端制造裝備應用示范工程。

（3）聚變新能源跨尺度微納零件超精密制造與裝配裝備應用示范工程。

（4）汽車輕量化材質關鍵部件及總成新工藝裝備應用示范工程。

（5）汽車發動機、變速箱及其關鍵部件精密成形/加工/裝配/測試裝備一條龍應用示范工程。

（6）核電大型關鍵部件近凈成形工藝與裝備應用示范工程。

（7）艦船平面/曲面智能化加工流水線應用示范工程。

■■ 戰略支撐與保障

（1）加快組建高檔數控機床共性技術國家制造業創新中心，集中解決數字化設計技術、動靜熱特性試驗技術，以及可靠性、精度保持性等制約性關鍵技術。

（2）加快建設輕量化材料先進成形工藝與裝備國家制造業創新中心、推進基礎制造工藝與制造裝備的緊密結合，加速輕量化材料在重點領域的規模化產業化應用，推動先進制造技術國家實驗室的組建。

■■ 高檔數控機床與基礎制造裝備技術路線圖

高檔數控機床與基礎制造裝備技術路線如圖2-1所示。