產(chǎn)學(xué)研用結(jié)合振興國產(chǎn)齒輪機(jī)床

提到齒輪，我們的第一反應(yīng)也許是鐘表中那一個個彼此精密咬合的“小家伙”。不過，這里說的制齒機(jī)床所生產(chǎn)的齒輪并不是用在鐘表上，而是應(yīng)用于汽車、摩托車、風(fēng)力發(fā)電、鐵路機(jī)車、船舶、工程機(jī)械以及冶金設(shè)備當(dāng)中，都是些精密的“大家伙”。

　　不久前，由重慶機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司（以下簡稱重慶機(jī)床集團(tuán)）開發(fā)的數(shù)控高效制齒機(jī)床成套技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用項目獲得了國家科技進(jìn)步獎二等獎，這也給了讀者一個了解制齒機(jī)床奧秘的機(jī)會。

　　啟動產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)

　　齒輪是最基礎(chǔ)的機(jī)械傳動元件，量大面廣。齒輪機(jī)床是機(jī)床工業(yè)公認(rèn)的工作母機(jī)中技術(shù)含量最高、零部件最多、結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的產(chǎn)品之一。在上世紀(jì)90年代末期，我國齒輪機(jī)床行業(yè)處在一個十分尷尬的境地。當(dāng)時我國機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)在技術(shù)上相對落后，普遍缺乏自主創(chuàng)新能力及關(guān)鍵、核心技術(shù)支撐，其產(chǎn)品主要以生產(chǎn)低端產(chǎn)品為主，缺乏競爭力，在數(shù)控機(jī)床質(zhì)量的穩(wěn)定性、可靠性、耐用性上同國外先進(jìn)產(chǎn)品相比存在明顯差距。可是國內(nèi)市場上低端機(jī)床處于供應(yīng)過剩的局面，而對于數(shù)控精密齒輪機(jī)床等高端產(chǎn)品的需求卻因缺少國產(chǎn)產(chǎn)品而主要靠進(jìn)口。由于進(jìn)口機(jī)床價格較高，真正的有效需求也沒能完全釋放出來。一方面是低端產(chǎn)品供給的過剩，另一方面是高端產(chǎn)品供給的不足。我國雖然是裝備制造業(yè)大國，也是全球機(jī)床消費(fèi)第一大國，但大量機(jī)床主要依靠進(jìn)口。 中國塑料模具網(wǎng)

　　國際上只有美國、日本、德國等少數(shù)發(fā)達(dá)國家能夠生產(chǎn)齒輪機(jī)床，我國的齒輪機(jī)床市場絕大部分被境外生產(chǎn)商所占有。據(jù)不完全統(tǒng)計，當(dāng)時我國高端機(jī)床市場上的國產(chǎn)化占有率不足30%，國外生產(chǎn)商占據(jù)了70%的市場份額。而數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域，國產(chǎn)化的占有率更是低于25%。

　　供需失衡局面的出現(xiàn)正說明了彼時國內(nèi)機(jī)床行業(yè)與市場需求的嚴(yán)重脫節(jié)，而重慶機(jī)床集團(tuán)也在此列，甚至一度差點(diǎn)破產(chǎn)。針對這樣的局面，重慶機(jī)床集團(tuán)在2000年提出要以“實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化”為目標(biāo)，大力開發(fā)數(shù)控齒輪機(jī)床。

　　內(nèi)外兼修新思路

　　數(shù)控高效制齒機(jī)床成套技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用項目并不是完全獨(dú)立的，而是以“西部開發(fā)科技行動”重大項目課題———數(shù)控高速高精度滾齒/插齒/磨齒機(jī)床的成套技術(shù)開發(fā)為研究主線，由國家火炬計劃項目數(shù)控制齒裝備、國家重大技術(shù)裝備國產(chǎn)化創(chuàng)新研制項目YKS3120六軸四聯(lián)動數(shù)控高速滾齒機(jī)及其系列產(chǎn)品模塊化等科技項目支撐。

　　該項目總體上可以分成兩個部分：一部分是針對機(jī)床用戶的數(shù)控高效制齒機(jī)床成套技術(shù)，旨在提高用戶的生產(chǎn)效率和精度，涉及到加工齒輪所需的所有設(shè)備，包括六軸四聯(lián)動數(shù)控高效制齒機(jī)床控制技術(shù)研究；制齒機(jī)床高速高精度主軸系統(tǒng)的研制；制齒機(jī)床高速、高精度工作臺系統(tǒng)的研制；機(jī)床熱變形控制技術(shù)的研究；滾齒機(jī)零編程技術(shù)的開發(fā)；綠色制齒技術(shù)與裝備的研發(fā)；機(jī)床智能化及自動化系統(tǒng)的研發(fā)；高精度分度轉(zhuǎn)臺等機(jī)床功能部件的研發(fā)；高速、高精度復(fù)雜齒輪刀具的開發(fā)等子課題研究。 中國塑料模具網(wǎng)

　　另一部分則是針對重慶機(jī)床自身的技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，旨在增強(qiáng)重慶機(jī)床集團(tuán)的生產(chǎn)研發(fā)效率，主要是以模塊化設(shè)計為主，用一系列標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)快速開發(fā)和快速生產(chǎn)，主要指滾齒/插齒/磨齒機(jī)床模塊化可重構(gòu)技術(shù)研究。

　　高速數(shù)控機(jī)床首先要過的就是高速關(guān)，傳統(tǒng)齒輪機(jī)床切削速度通常不足30米/分鐘，而重慶機(jī)床集團(tuán)按照國內(nèi)用戶的需求研發(fā)出了切削速度200米/分鐘的高速數(shù)控齒輪機(jī)床。雖然還和國外的高端機(jī)床有差距，但已經(jīng)從原來的20~30年的差距縮小到了2~3年。

　　數(shù)控高效制齒機(jī)床成套技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用項目也體現(xiàn)出深刻的環(huán)保色彩。傳統(tǒng)機(jī)床所用的切削液對水、土地和空氣造成污染，治理難度較大。而該項目成功研發(fā)出干式高速切削技術(shù)，淘汰了切削液，在加工過程中無切削液的飛濺和油霧的產(chǎn)生，對環(huán)境和人沒有污染、危害。另外，機(jī)床由過去的敞開型改為全密封，增加了多重安全防護(hù)，護(hù)罩防護(hù)結(jié)構(gòu)使排屑器能從床身中部迅速將炙熱的切屑排除，增強(qiáng)了用戶在操作時的安全性，保證了干式高速切削的需要。

　　擴(kuò)張中的市場規(guī)模

　　應(yīng)用于汽車變速箱當(dāng)中的齒輪是其市場的重要組成部分，我國齒輪機(jī)床工業(yè)的發(fā)展很大程度上得益于近年來我國汽車工業(yè)的飛速發(fā)展。這種飛速發(fā)展體現(xiàn)在：我國汽車年產(chǎn)量從100萬輛增長到200萬輛用了10年的時間，從200萬輛增長到300萬輛則只用了3年，從300萬輛增長到400萬輛只用了1年，而且自此之后以每年100萬輛以上的速度增長。2007年我國汽車年產(chǎn)量達(dá)到了880萬輛，2008年這個數(shù)字還將繼續(xù)擴(kuò)大。通常每輛汽車需要30~50個齒輪，汽車產(chǎn)量的增長直接導(dǎo)致齒輪需求量的上升，而且由于對齒輪的質(zhì)量要求越來越高，數(shù)控高效制齒機(jī)床的市場前景隨之更為廣闊。 中國塑料模具網(wǎng)

　　另外，在重型汽車和摩托車的變速箱中也大量使用齒輪。我國現(xiàn)在年產(chǎn)50萬輛重型汽車，每輛需60多個齒輪；年產(chǎn)2500輛摩托車，每輛需20~30個齒輪。這給齒輪機(jī)床企業(yè)帶來了另一個巨大的市場。

　　國產(chǎn)化帶動經(jīng)濟(jì)發(fā)展

　　數(shù)控高效制齒機(jī)床成套技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用項目最重要的意義在于其產(chǎn)業(yè)化為我國鐵路大提速，風(fēng)力設(shè)備井噴式的增長，高速發(fā)展的汽車、摩托車、工程機(jī)械以及冶金設(shè)備提供了巨大的技術(shù)支持。由于性價比優(yōu)勢明顯，重慶機(jī)床集團(tuán)的產(chǎn)品逐步收復(fù)了原來被境外企業(yè)占據(jù)的齒輪機(jī)床市場，部分產(chǎn)品完全能夠替代進(jìn)口產(chǎn)品，使我國進(jìn)口齒輪機(jī)床數(shù)開始下降。據(jù)重慶機(jī)床集團(tuán)董事長廖紹華介紹，目前，我國國產(chǎn)機(jī)床國內(nèi)市場占有率突破了50%，國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床占有率則達(dá)到40%。而在齒輪機(jī)床領(lǐng)域，重慶機(jī)床集團(tuán)的齒輪機(jī)床綜合市場份額已近50%，滾齒機(jī)床市場份額達(dá)到70%~80%。除此之外，該項目的相關(guān)產(chǎn)品相繼出口日、韓、印及歐洲國家，高端產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了批量出口。

　　數(shù)控高效制齒機(jī)床的加工效率比傳統(tǒng)機(jī)床提高了3~5倍，性能達(dá)到了國際一流水平，而價格只是國外同類產(chǎn)品的二分之一到三分之一，表現(xiàn)出了相當(dāng)高的性價比。在占領(lǐng)國內(nèi)市場之后，這一產(chǎn)品帶動齒輪機(jī)床的市場價格整體下降，尤其是國外機(jī)床產(chǎn)品，價格降低了三分之一到二分之一。這樣，機(jī)床用戶在使用到了性能更好、精度更高的機(jī)床的同時，也節(jié)約了購買設(shè)備的成本，從而提高了效益和發(fā)展速度。