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數(shù)控卷板機(jī)中滾珠絲杠應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)
我國(guó)以滾珠絲杠副為代表的滾動(dòng)功能部件產(chǎn)業(yè)起步于上世紀(jì)60年代,是伴隨我國(guó)精密機(jī)床、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展而逐漸壯大起來(lái)的一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)。據(jù)不*統(tǒng)計(jì),目前全行業(yè)有制造企業(yè)80家左右,機(jī)床工具協(xié)會(huì)滾動(dòng)功能部件分會(huì)會(huì)員單位近30家,行業(yè)總產(chǎn)值約20億元。
按照企業(yè)的性質(zhì)、規(guī)模及發(fā)展情況,滾動(dòng)功能部件的生產(chǎn)企業(yè)大體上可分為三種類(lèi)型:一是伴隨我國(guó)精密機(jī)床、數(shù)控機(jī)床發(fā)展成長(zhǎng)起來(lái)的骨干企業(yè),二是外資或合資企業(yè),三是以民營(yíng)企業(yè)為主體的新生企業(yè)。行業(yè)重點(diǎn)骨干企業(yè)包括漢江機(jī)床有限公司、南京工藝裝備制造有限公司、廣東高新凱特精密機(jī)械公司等。 從范圍看,我國(guó)滾動(dòng)功能部件產(chǎn)業(yè)雖然制造廠商眾多,但行業(yè)還沒(méi)有形成足夠大的規(guī)模,產(chǎn)業(yè)集中度差,專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)水平低,信息化管理滯后,產(chǎn)品的性能指標(biāo)需要提升,缺少有競(jìng)爭(zhēng)力的品牌。
雖然中低端市場(chǎng)基本被國(guó)內(nèi)產(chǎn)品所占領(lǐng),但高檔產(chǎn)品尚處于研發(fā)和試制階段,不能滿足國(guó)產(chǎn)高檔數(shù)控裝備配套的需要。
二、我國(guó)滾動(dòng)功能部件產(chǎn)業(yè)所取得的成績(jī) 我國(guó)滾動(dòng)功能部件產(chǎn)業(yè)歷經(jīng)40年的坎坷,從無(wú)到有,規(guī)模從小到大。制造技術(shù)由試制、模仿到自主開(kāi)發(fā);產(chǎn)品由單一品種到多品種、全系列;生產(chǎn)規(guī)模由小批量、單件生產(chǎn)到大規(guī)模專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)。專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)水平不斷完善,制造技術(shù)不斷提升,產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高。尤其是進(jìn)入21世紀(jì)后,滾動(dòng)功能部件產(chǎn)業(yè)迎來(lái)了快速發(fā)展的黃金時(shí)期,正朝著專(zhuān)業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化方向闊步前進(jìn)。據(jù)不*調(diào)查和統(tǒng)計(jì):國(guó)內(nèi)市場(chǎng)滾動(dòng)功能部件的國(guó)產(chǎn)化率,滾珠絲杠副約65%,滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副約46%。
歸納起來(lái),我國(guó)滾動(dòng)功能部件產(chǎn)業(yè)在以下幾方面取得了可喜進(jìn)展: (一)擁有傳承幾十年的精密螺紋制造經(jīng)驗(yàn)。在螺紋磨削的激光反饋校正技術(shù)、CNC誤差補(bǔ)償技術(shù)、導(dǎo)程精度自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀器等方面擁有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)并處于水平。
(二)在我國(guó)滾動(dòng)功能部件產(chǎn)業(yè)中擁有一批自主研發(fā)生產(chǎn)的專(zhuān)用設(shè)備。行業(yè)各企業(yè)中關(guān)鍵設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化率達(dá)60%~80%。如: 2米、3米、4米、5米、10米絲杠磨床,內(nèi)螺紋磨床(中心),2米、3米、4米、5米、8米、10米系列外圓磨床,系列數(shù)控導(dǎo)軌磨床,絲杠中頻淬火機(jī),絲杠動(dòng)態(tài)測(cè)量?jī)x,高速滾珠絲杠綜合性能測(cè)試系統(tǒng)等。
最的螺紋磨床整機(jī)生產(chǎn)企業(yè)是漢江機(jī)床有限公司。該公司螺紋磨床產(chǎn)量占全國(guó)的85%以上。滾動(dòng)功能部件行業(yè)中絕大部分螺紋磨床和部分檢測(cè)設(shè)備產(chǎn)自該公司。其中該公司生產(chǎn)的10米數(shù)控絲杠磨床是目前大的。他們還自主開(kāi)發(fā)出4米、6米、12米旋風(fēng)銑床,可以利用國(guó)內(nèi)材料和刀具進(jìn)行加工。
(三)在技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品研發(fā)方面取得長(zhǎng)足進(jìn)展。目前,滾珠絲杠副在批量上已能滿足國(guó)內(nèi)需求,中低端市場(chǎng)基本被國(guó)內(nèi)產(chǎn)品所占領(lǐng)。直線距離每分鐘40米以內(nèi)的絲杠已經(jīng)替代了進(jìn)口,達(dá)到國(guó)際中高檔水平。例如一汽第二發(fā)動(dòng)機(jī)廠流水線、東風(fēng)本田發(fā)動(dòng)機(jī)流水線、夏利發(fā)動(dòng)機(jī)流水線上加工中心的絲杠,目前已經(jīng)采用漢江機(jī)床的產(chǎn)品替代進(jìn)口,價(jià)格僅為進(jìn)口產(chǎn)品的五分之一。云南CY的立式加工中心所用的滾珠絲杠原來(lái)是中國(guó)臺(tái)灣的,用漢江機(jī)床替代后,價(jià)格下降了三分之一。 國(guó)產(chǎn)重型、超長(zhǎng)滾動(dòng)功能部件產(chǎn)品無(wú)論在產(chǎn)能、交貨期還是在性價(jià)比方面都具有比較優(yōu)勢(shì),在替代進(jìn)口方面已經(jīng)初見(jiàn)成效。如武漢重型機(jī)床廠、齊重?cái)?shù)控、昆明機(jī)床使用的大型絲杠基本都是國(guó)內(nèi)提供的。漢江機(jī)床已生產(chǎn)出的10米整體磨制滾珠絲杠。 另外,一些骨干企業(yè)還在不斷研制開(kāi)發(fā)機(jī)床以外的鐵路、航空、電工等行業(yè)領(lǐng)域所用的滾動(dòng)功能部件新產(chǎn)品,如研制成功了用于機(jī)場(chǎng)登機(jī)橋、鐵路轉(zhuǎn)輒機(jī)、核電站、太空倉(cāng)、制導(dǎo)系統(tǒng)等特殊工況的滾珠絲杠副等。
(四)制定了一整套與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)基本接軌的,較為完整的滾動(dòng)功能部件標(biāo)準(zhǔn)體系,包括國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。行業(yè)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化具有較高的水平,這是組織專(zhuān)業(yè)生產(chǎn),邁向規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的重要前提。
(五)滾動(dòng)功能部件的綠色制造邁出了可喜的一步。例如:滾珠絲杠和滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的循環(huán)返向裝置正在逐步推廣省材省工的綠色制造技術(shù)——MIM金屬粉末注射成形和高強(qiáng)度工程塑料一次成形;CNC旋風(fēng)硬銑削技術(shù)及裝備正落戶中國(guó);淬火GCr15鋼高速硬車(chē)削技術(shù)已從工藝試驗(yàn)進(jìn)入生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)并取得明顯效果;研制成功自潤(rùn)式滾動(dòng)功能部件新產(chǎn)品等。
三、存在的問(wèn)題 雖然近十多年來(lái)我國(guó)滾動(dòng)功能部件產(chǎn)業(yè)有較快的發(fā)展,但與當(dāng)今工業(yè)國(guó)家的水平相比,依然存在明顯差距。尤其是國(guó)際金融危機(jī)爆發(fā)以后,行業(yè)長(zhǎng)期積累的深層次矛盾日益凸顯。 中國(guó)機(jī)床工具協(xié)會(huì)滾動(dòng)功能部件分會(huì)年初對(duì)行業(yè)內(nèi)24家企業(yè)進(jìn)行了調(diào)研。調(diào)研反映,在2008年的四季度和2009年的1月份,受?chē)?guó)際金融危機(jī)影響,滾動(dòng)功能部件行業(yè)形勢(shì)非常嚴(yán)峻:合同逐月急劇下滑、貨款回收困難、產(chǎn)品庫(kù)存增加、運(yùn)營(yíng)成本上升、企業(yè)盈利下降,職工停工降薪,部分民營(yíng)企業(yè)減員50%以上。 由于是為主機(jī)配套的行業(yè),所以,主機(jī)受影響最嚴(yán)重的,也是功能部件受影響嚴(yán)重的。如產(chǎn)量特別大的、低檔次、小型的數(shù)控車(chē)床、銑床、線切割機(jī)床、雕刻機(jī)、木工機(jī)械等行業(yè),為其配套的滾珠絲杠副、滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的生產(chǎn)企業(yè),大多訂單下滑30%以上,個(gè)別企業(yè)達(dá)到80%以上。還有幾個(gè)民營(yíng)企業(yè),春節(jié)前放假后一直沒(méi)有開(kāi)門(mén)上班。反之,大型、超長(zhǎng)、高精度的滾動(dòng)功能部件訂單還有所上升。 有遠(yuǎn)見(jiàn)的業(yè)內(nèi)人士早就指出,滾動(dòng)功能部件行業(yè)早晚要“重新洗牌”。而這次國(guó)際金融危機(jī)使行業(yè)調(diào)整提前到來(lái)。 總體來(lái)說(shuō),行業(yè)存在的問(wèn)題主要表現(xiàn)在以下幾方面:
(一)產(chǎn)業(yè)集中度低,企業(yè)多而分散,真正形成規(guī)模,有自主開(kāi)發(fā)能力的企業(yè)很少,多數(shù)企業(yè)盲目無(wú)序發(fā)展,沒(méi)有形成集約化大規(guī)模生產(chǎn)模式。據(jù)不*統(tǒng)計(jì),2007年,滾動(dòng)功能部件全行業(yè)工業(yè)總產(chǎn)值達(dá)189808萬(wàn)元,其中總產(chǎn)值超億元的企業(yè)有5家,總產(chǎn)值在 5000萬(wàn)元左右的只有3家。在江蘇的啟東,有12家生產(chǎn)滾珠絲杠單一產(chǎn)品的企業(yè),年生產(chǎn)能力5000萬(wàn)元以上的一家、1000萬(wàn)元以上的一家。剩余10家企業(yè),年生產(chǎn)能力都在300萬(wàn)元以下。而且,大部分小企業(yè)缺乏技術(shù)研發(fā)能力和檢測(cè)設(shè)備。
(二)在產(chǎn)品的技術(shù)水平和質(zhì)量方面存在明顯差距。我國(guó)滾動(dòng)功能部件產(chǎn)品的總體水平處于發(fā)達(dá)之下、發(fā)展中國(guó)家之上的中偏上水平,行業(yè)中重點(diǎn)骨干企業(yè)的部分產(chǎn)品達(dá)到或接近國(guó)外本世紀(jì)初的*水平,中低檔產(chǎn)品與國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品差距較小或基本持平,但生產(chǎn)效率卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)外。而高性能、高檔次的產(chǎn)品,例如在高速、精密、重載方面與當(dāng)今水平差距較大。在高速方面差距,目前真正能滿足高檔數(shù)控機(jī)床的高速絲杠基本沒(méi)有國(guó)內(nèi)產(chǎn)品,在機(jī)床上配套的國(guó)內(nèi)產(chǎn)品目前達(dá)到每分鐘40米的速度,超過(guò)這個(gè)范圍的還沒(méi)有使用,國(guó)外速度已達(dá)到每分鐘120米,在試驗(yàn)臺(tái)上能達(dá)到200米左右。目前我國(guó)采購(gòu)的使用在機(jī)床上的國(guó)外產(chǎn)品大多是 60米。這次機(jī)床重大專(zhuān)項(xiàng)提出我們要達(dá)到60米的目標(biāo)。在重載方面,全電動(dòng)注塑機(jī)用滾珠絲杠差距大,這是重載絲杠的代表。主要表現(xiàn)在壽命、承載能力上有很大差距,目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家在攻關(guān)中。在精密方面,我們的起始精度與國(guó)外相當(dāng)甚至優(yōu)于國(guó)外,但可靠性差,這和我們的基礎(chǔ)理論研究、加工工藝、原材料以及觀念都有關(guān)系。
(三)低端產(chǎn)品產(chǎn)能?chē)?yán)重過(guò)剩。滾動(dòng)功能部件產(chǎn)業(yè)是在發(fā)展數(shù)控機(jī)床的急迫需求下催生出來(lái)的,近年來(lái),我國(guó)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展,年增速在30%以上,一大批重復(fù)生產(chǎn)中小規(guī)格、中低檔次滾珠絲杠的“80后”、“90后”民營(yíng)企業(yè),從大量生產(chǎn)中低檔數(shù)控機(jī)床的主機(jī)廠中找到了自己的生存空間。這些企業(yè)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)速度慢,技術(shù)創(chuàng)新能力不強(qiáng),擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和技術(shù)的項(xiàng)目少。產(chǎn)品品種單一、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及尺寸系列雷同化。形成了中小企業(yè)在低端產(chǎn)品市場(chǎng)(主要指長(zhǎng)度在2.5米以下的低精度絲杠)迅速聚集而產(chǎn)品又過(guò)于同質(zhì)化的局面。
(四)對(duì)機(jī)床行業(yè)的依存度大,市場(chǎng)單一。對(duì)機(jī)床這一單一市場(chǎng)的依存度降低了對(duì)裝備制造各產(chǎn)業(yè)需求的適應(yīng)度。在各類(lèi)機(jī)電產(chǎn)品中,機(jī)床的工作環(huán)境、受力狀態(tài)除高速、重載數(shù)控機(jī)床外,相比之下工況條件較好。以滾珠絲杠為例,一般數(shù)控卷板機(jī)機(jī)床主要是定位精度、系統(tǒng)剛度、對(duì)CNC指令的靈敏度、運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性等,對(duì)機(jī)床而言,很少因滾珠絲杠副的“疲勞壽命”出問(wèn)題的(除非選材和熱處理沒(méi)達(dá)到HR60或硬化層深度不夠),這樣一種使用狀態(tài)使我國(guó)滾動(dòng)功能部件的制造企業(yè)偏重于關(guān)心產(chǎn)品的精度指標(biāo),而對(duì)包括“疲勞壽命”在內(nèi)的性能指標(biāo)卻被嚴(yán)重淡化了。當(dāng)滾動(dòng)功能部件產(chǎn)品要進(jìn)入其他領(lǐng)域(航空、航天、能源裝備、重型機(jī)械、裝備、冶金裝備、高速鐵路等)時(shí)就暴露出現(xiàn)有技術(shù)的軟肋。 滾動(dòng)功能部件產(chǎn)業(yè)對(duì)卷板機(jī)機(jī)床市場(chǎng)過(guò)多的依存度所產(chǎn)生的負(fù)面影響還表現(xiàn)在,產(chǎn)品在其他機(jī)電產(chǎn)業(yè)的普及應(yīng)用中推動(dòng)力不足,決心不大,措施不力。而在國(guó)外,滾動(dòng)功能部件作為線性傳動(dòng)產(chǎn)業(yè),其應(yīng)用面很廣泛,其中機(jī)床大約只占30%~40%的*。它的普及率從一個(gè)側(cè)面反映了國(guó)家工業(yè)化、自動(dòng)化水平。
(五)制造工藝技術(shù)和設(shè)備落后,使我國(guó)滾動(dòng)功能部件行業(yè)產(chǎn)品在“低效率、高成本”的怪圈中徘徊。傳統(tǒng)的工藝和裝備制約了制造技術(shù)的創(chuàng)新。數(shù)十年一貫制的以螺紋磨削為主的傳統(tǒng)工藝,不管什么精度都用螺紋磨床加工,生產(chǎn)效率低,耗能、費(fèi)工、環(huán)境污染等問(wèn)題也得不到根本解決。而國(guó)外,高效環(huán)保的螺紋CNC冷軋成形技術(shù)、CNC旋風(fēng)硬銑技術(shù)已廣泛應(yīng)用。
(六)用于滾動(dòng)功能部件的國(guó)產(chǎn)Gcr15鋼等原材料,不能適應(yīng)工藝革新的要求,制約了高效制造技術(shù)的發(fā)展。絲杠的耐用度、精度的保持性、噪音、變形量的控制都和材料有直接的關(guān)系,國(guó)內(nèi)原材料供應(yīng)技術(shù)水平低,性能不穩(wěn)定,造成熱處理后變形大,不利于規(guī)模化生產(chǎn)。
(七)對(duì)滾動(dòng)功能部件的基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)性能試驗(yàn)的研究不重視,投入較少。這是導(dǎo)致我國(guó)的產(chǎn)品性能指標(biāo)與國(guó)外差距大的根本原因。 以滾珠絲杠為例,雖然早在上世紀(jì)70~80年代北京機(jī)床研究所、原華東工程學(xué)院、清華大學(xué)都開(kāi)展過(guò)摩擦力矩、傳動(dòng)效率、接觸剛度等方面的研究、甚至北京機(jī)床研究所還研制出我國(guó)*“滾珠絲杠副接觸剛度測(cè)量機(jī)”。但是由于那個(gè)年代滾珠絲杠主要為機(jī)床配套,而數(shù)控機(jī)床又都主要是中低檔產(chǎn)品,缺少市場(chǎng)需求的緊迫感,起步雖早,進(jìn)步不大,發(fā)展不均衡,致使這些研究成果沒(méi)有轉(zhuǎn)化為推動(dòng)專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)和產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步的生產(chǎn)力。
到目前為止,除行業(yè)中少數(shù)幾家重點(diǎn)骨干企業(yè)有較完備的監(jiān)測(cè)儀器外,絕大多數(shù)生產(chǎn)滾珠絲杠的小企業(yè)幾乎沒(méi)有性能指標(biāo)的監(jiān)測(cè)儀器,不少企業(yè)對(duì)動(dòng)態(tài)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩的檢測(cè)還停留在上世紀(jì)60~70年代用彈簧秤、手感評(píng)定這樣一種原始的方法上。 近年來(lái),高速滾珠絲杠副綜合功能性狀試驗(yàn)機(jī)在行業(yè)中相繼研制成功,相繼組建了研發(fā)中心和性能試驗(yàn)室,對(duì)高速滾珠絲杠副的精度特性、速度、加速度特性、溫升、噪聲等進(jìn)行了初步試驗(yàn)研究,取得了階段性進(jìn)展。在這方面我們與國(guó)外的差距正在縮小。但在動(dòng)剛度、各種工況下的疲勞壽命、可靠性、殘磁量、清潔度等內(nèi)在性能指標(biāo)方面尚有很多工作要做。
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