高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備

作為工業(yè)母機，高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備是制造機器的機器，處于先進制造產(chǎn)業(yè)鏈的最頂端，主要包括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，等材制造的鑄、鍛、焊、熱表處理、復(fù)合材料鋪放等基礎(chǔ)制造裝備，增材制造（3D打印）裝備，以及在線檢測、自動化裝配、試驗、物流裝備等。高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備具有基礎(chǔ)性、通用性、戰(zhàn)略性和使能性的特征，在先進制造與裝備開發(fā)中日益發(fā)揮更大作用。

需求

作為世界第一大數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備生產(chǎn)國、消費國和進口國，我國總體情況可用“兩個第一、三個三分之一”概括：產(chǎn)量世界第一、消費總額世界第一；產(chǎn)值約占全球三分之一、消費總額約占全球三分之一、進口機床約占國內(nèi)市場總規(guī)模的三分之一。2018年，我國機床工具行業(yè)規(guī)模以上企業(yè)主營業(yè)務(wù)收入7151億元，基礎(chǔ)制造（含增材制造）裝備等主營業(yè)務(wù)收入約3000億元，行業(yè)總體規(guī)模約10000億元，支撐了超過26萬億元的制造業(yè)GDP，在國民經(jīng)濟發(fā)展中起到“四兩撥千斤”的重要作用。隨著新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的興起，制造行業(yè)的重大新需求不斷涌現(xiàn)，節(jié)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、新材料等重點產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，以及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)的不斷進步將對數(shù)控機床與基礎(chǔ)裝備提出新的戰(zhàn)略性需求和轉(zhuǎn)型挑戰(zhàn)。與此同時，新形勢下我國高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備在產(chǎn)業(yè)鏈安全可控性方面存在較大風(fēng)險，制造高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備的工作母機一直遭受封鎖，高檔數(shù)控系統(tǒng)及高端核心零部件存在禁運風(fēng)險，高端工業(yè)軟件基本被國外壟斷。這就要求我國高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備向超快、超高、超常和極大、極小、極端環(huán)境的“三超、三極限”，智能化、綠色化、輕量化，以及工藝與裝備復(fù)合、結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造一體化復(fù)合、多工藝工序復(fù)合的“三化、三復(fù)合”的方向發(fā)展。

目標(biāo)

到2025年，機床裝備平均無故障時間超過2500小時，機床裝備設(shè)備能力指數(shù)CMK超過1.67，精度保持性達到10年；我國高檔數(shù)控系統(tǒng)與核心功能部件短板得到基本改善，部分前瞻及原創(chuàng)性裝備實現(xiàn)突破，高檔數(shù)控機床與國際先進水平差距明顯減小，基礎(chǔ)制造裝備整體接近國際先進水平，增材制造裝備邁向世界前列。

到2030年，基本解決關(guān)鍵高檔數(shù)控系統(tǒng)與核心功能部件、先進制造工藝的精度保持性和可靠性問題，高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備整體技術(shù)水平達到世界先進，增材制造、近凈成形等前瞻及原創(chuàng)性裝備開始邁入世界領(lǐng)先水平。

發(fā)展重點

1. 重點產(chǎn)品

重點針對航空航天裝備、節(jié)能與新能源汽車、新一代信息電子、船舶及海洋工程、大容量電力裝備及新能源、新材料等重點產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要，開發(fā)高檔數(shù)控機床、先進成形裝備、增材制造裝備、專用設(shè)備及成組工藝生產(chǎn)線。

電子信息設(shè)備加工裝備

重點開發(fā)進給分辨率達到0.1μm的SiC晶圓高效高精超聲波加工機床，超精密減薄磨削與拋光復(fù)合加工機床磨床，微部件多軸聯(lián)動多工藝復(fù)合加工系統(tǒng)，紅外硫系玻璃模壓成形設(shè)備等。

航空航天裝備制造與裝配裝備

重點開發(fā)五軸聯(lián)動大型龍門高精度加工機床，五軸臥式翻板高速加工柔性生產(chǎn)線，脆性材料精密激光拋光設(shè)備，橋式龍門搖籃五坐標(biāo)加工中心；10m級運載火箭貯箱攪拌摩擦焊裝備，大型復(fù)合材料鋪放及熱固化、檢測裝備，新一代單晶/細(xì)晶復(fù)雜葉片鑄造工藝裝備，多材質(zhì)多能源大型構(gòu)件少無變形焊/連接裝備，大型構(gòu)件高性能熱表處理裝備等。

船舶及海洋工程關(guān)鍵制造裝備

重點開發(fā)精密五坐標(biāo)數(shù)控鏜床，五軸水切割機，船舶及海工高強鋼板平面及曲面智能化分段流水線關(guān)鍵裝備，深海大型工作站大型鈦合金高效制造裝備及生產(chǎn)線等。

軌道交通裝備關(guān)鍵零部件成套加工裝備

重點開發(fā)鋁鎂合金/不銹鋼車體的高效激光/攪拌摩擦焊新型裝備，時速350～600km/h列車用齒輪、軸承、輪對、轉(zhuǎn)向架、制動系統(tǒng)等輕量化加工成形、測試實驗成套裝備，高速鐵路軸承自動化滲碳+油淬/氣淬+壓淬熱處理聯(lián)合生產(chǎn)線等。

節(jié)能與新能源汽車制造裝備

重點開發(fā)高可靠性雙主軸臥式加工中心，精密高速磨齒機；輕量化異種材質(zhì)混合車身、伺服沖壓/模壓成形裝備，汽車發(fā)動機/變速箱等高效加工/近凈成形裝備及成組工藝生產(chǎn)線，新能源汽車鋰電池寬幅隔膜拉伸、涂布設(shè)備，多種材料合成焊裝、輕質(zhì)材料車身涂裝、環(huán)保節(jié)能型涂裝、機器人裝配生產(chǎn)線等。

大容量電力裝備及新能源制造裝備

重點開發(fā)重型燃?xì)廨啓C大尺寸單晶葉片鑄造裝備，耐1700℃高溫燃?xì)廨啓C葉片涂層成套技術(shù)裝備，百萬千瓦級核電主管道、殼體類等關(guān)鍵部件的電渣熔鑄—鍛造—擠壓成形工藝與設(shè)備，核電用特大型葉片近凈成形設(shè)備，海洋核動力平臺反應(yīng)堆激光機器人焊接裝備，高效晶硅PERC電池用激光消融設(shè)備等。

2. 增材制造裝備

重點突破針對航空大型鈦合金鑄件HIP后處理的大型增材成形工藝裝備、大Z向行程高性能電弧增減材制造設(shè)備、高純凈金屬粉材制備設(shè)備等。

3. 高檔數(shù)控系統(tǒng)

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(shù)優(yōu)化等關(guān)鍵技術(shù)問題；重點開發(fā)多軸、多通道，具有高負(fù)載特性、熱補償、振動抑制功能，具有自監(jiān)控、維護、優(yōu)化、重組等功能的高性能智能型數(shù)控系統(tǒng)；提供標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)平臺，具有標(biāo)準(zhǔn)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(shù)控系統(tǒng)和基于國產(chǎn)芯片的自主可控高檔數(shù)控系統(tǒng)。發(fā)展具有實時運行內(nèi)核、開放中間件的集成開發(fā)環(huán)境，形成支持不同硬件架構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)平臺。

4. 高性能功能部件

重點解決高速主軸熱變形問題，保證數(shù)控加工過程的重復(fù)定位精度，滿足各類精度要求的加工，重點提升數(shù)控刀具的刀體材料質(zhì)量、熱處理技術(shù)、涂層技術(shù)；重點開發(fā)高精、高速、高強度、長壽命機床主軸軸承、絲杠副軸承、轉(zhuǎn)臺軸承，1～2級超高速、超高加速度高性能滾珠絲杠副及軍工用高可靠性、特殊工況滾珠絲杠副，20000～60000r/min超高速、大功率電主軸，高精度光柵尺及制造裝備。

5. 關(guān)鍵共性技術(shù)

精密及超精密機床可靠性與精度保持性技術(shù)

突破面向全生命周期的數(shù)控系統(tǒng)可靠性的設(shè)計與分析技術(shù)、面向制造過程的可靠性試驗與測評技術(shù)、高精度高可靠性控制技術(shù)、可靠性管控技術(shù)等。

動態(tài)補償技術(shù)

突破熱誤差與空間幾何誤差實時補償技術(shù)，加工過程機床末端動態(tài)誤差建模、在線感知與補償技術(shù)，高速精密主軸動態(tài)回轉(zhuǎn)誤差智能控制技術(shù)，多軸聯(lián)動伺服系統(tǒng)機電耦合動態(tài)誤差建模與補償技術(shù)，融合動力學(xué)的數(shù)控機床插補與精度控制技術(shù)等。

綠色化智能加工/凈成形技術(shù)

研究無切削液智能高效加工技術(shù)、無余量整體塑性凈成形技術(shù)、低能耗連接技術(shù)、機械裝備損傷再制造技術(shù)、無廢棄物制造技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。

輕量化材料精密成形技術(shù)

研究鋁/鎂/鈦合金、碳纖維等高強輕量化材料構(gòu)件成形全過程控形——控性技術(shù)，推動其在航空航天裝備、汽車、軌道交通裝備等領(lǐng)域的低成本規(guī)模化應(yīng)用。

在線精密檢測與智能裝配技術(shù)

基于機器視覺、非接觸測量及靈巧機器人等先進技術(shù)，研究在線精密檢測與智能化裝配技術(shù)。開展基于開放式網(wǎng)絡(luò)、眾創(chuàng)式協(xié)同創(chuàng)新設(shè)計，以及面向裝備產(chǎn)品全生命周期的數(shù)字化全流程建模與仿真技術(shù)。

6. 關(guān)鍵材料

重點研發(fā)高純凈（氧含量不大于5ppm）、高均質(zhì)（無宏觀碳偏析）軸承鋼材料，高強度、長壽命數(shù)控機床模具/刀具材料，低震動、低熱變形機床床身材料等關(guān)鍵材料。

戰(zhàn)略支撐與保障

（1）堅持國家戰(zhàn)略，繼續(xù)發(fā)揮新型舉國體制優(yōu)勢，對國家實驗室、國家技術(shù)創(chuàng)新中心實施國家投入為主、承擔(dān)單位投入為輔的支持方式，實現(xiàn)對人、財、物及項目的全面支持，體現(xiàn)國家意志；對產(chǎn)品開發(fā)與應(yīng)用項目，實行“國家引導(dǎo)、市場調(diào)節(jié)、企業(yè)主體”的支持方式，體現(xiàn)市場競爭機制。

（2）加快建設(shè)國家制造技術(shù)研究院，推進基礎(chǔ)制造共性技術(shù)短板攻關(guān)，加速原創(chuàng)性及顛覆性制造技術(shù)研發(fā)。

（3）推進軍民兩用結(jié)合，加速推進創(chuàng)新突破與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，加強與國家重大專項、重大工程的高端機床與基礎(chǔ)裝備需求銜接，布局重點攻關(guān)任務(wù)；加強與各類科技計劃的有效銜接、協(xié)同攻關(guān)，加快實現(xiàn)短板技術(shù)與裝備的創(chuàng)新突破。

技術(shù)路線圖

高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備技術(shù)路線圖如圖2-1所示。