1500毫米大口徑非球面超精密車磨復合加工機床。 　　西安交通大學供圖

8萬噸模鍛壓機。 　　圖片來源：中國機械工業集團有限公司官方網站

　　2018年9月，習近平總書記在東北三省考察時指出：“制造業特別是裝備制造業高質量發展是我國經濟高質量發展的重中之重，是一個現代化大國必不可少的。”縱觀世界史，各個經濟強國背后都有一個強大的裝備制造業作為支撐，而工業母機作為制造業的“心臟”，已成為當今世界科技競爭的關鍵領域。

　　在制造業中，機床是制造機器的最基本設備，是生產一切工業裝備的必要工具，因此被稱為“工業母機”。黨的十八大以來，我國工業母機領域攻關取得階段性成果，先后突破一批關鍵核心技術，有力推動制造業轉型升級，為建設制造強國奠定堅實基礎。

　　制造機器的機器，工業基礎的基礎

　　雖然我們在日常生活中很少見到機床，但它卻與我們的生活息息相關。比如手機的金屬外殼、屏幕和攝像頭鏡片，汽車的發動機缸體、缸蓋、曲軸等，都是用數控機床加工出來的。又如航空、航天、船舶等領域的關鍵零件需要使用高端數控機床進行制造。可以說，沒有高端數控機床，就不會有鷹擊長空的殲—20，不會有巨如鯤鵬的運—20、C919，更不會有劈波斬浪的國產航母。

　　早在近400年前，我國明代的《天工開物》中就記載了使用旋轉金屬盤加工玉石的“腳踏磨床”，歐洲中世紀也曾出現過用于加工金屬和木料的“腳踏車床”，這些就是機床的原型。機床的工作原理是切削刀具相對于工件的運動形成了工件的輪廓，好比在制作陶器的時候，底盤帶動毛坯旋轉，人的手就像刀具一樣約束形成陶器的外形。隨著科技的發展，機床的驅動方式從人力到水力，再從蒸汽到電力。為了提升機床的加工質量與效率、減輕人的體力勞動強度，帶有計算機數字控制的數控機床應運而生，能夠根據所編制的程序自動完成加工任務。由于高端裝備中許多零件的材料、結構、形狀都具有特殊性和復雜性，增加了零件的加工難度，更高性能的多軸聯動、超精密、特種加工機床相繼出現。

　　數控機床由主機、數控裝置、伺服單元、伺服電機等組成。主機是機床的“軀干”，包括床身、立柱、工作臺、主軸、進給機構等機械部件，是實現加工的主體；數控裝置相當于數控機床的“大腦”，控制機床主機的運動；伺服單元和伺服電機分別是數控機床的“神經”和“肌肉”，傳遞控制信號并驅動主機運動部件。相較于普通數控機床，高端數控機床控制的軸數更多，運動精度和效率更高，也更智能，能夠實現零點幾個微米以下的定位控制，加工精度能夠達到微米級甚至更高。

　　新中國成立初期，由于缺少工業母機，飛機、坦克等國防武器裝備制造極其困難，民用卡車、拖拉機等運輸工具生產也大受限制。為此，我國在“一五”計劃期間籌建了18家骨干機床企業，同時也建立了“七所一院”等機床工具研究機構，大力發展工業母機，由此誕生了第一臺車床、第一臺大中型龍門刨床、第一臺磨床等。上世紀70年代中后期，我國啟動了數控機床研制生產，誕生了第一臺數控龍門式銑床。改革開放后，數控機床進入新的發展時期，初步建立產業體系并推進產業化，形成數控車床、加工中心、數控磨床、數控鍛壓機床和數控重型機床等主機批量生產能力和關鍵配套能力，數控技術得到了快速提升和普及。

　　高端數控機床技術突破，帶動制造裝備升級

　　工欲善其事，必先利其器。工業母機的發展直接影響高端制造業的發展，其中又以高端數控機床最為重要。為了實現以科技發展帶動生產力跨越發展，滿足國內主要行業對裝備制造的基本需求，助力制造業實現轉型升級、邁上新臺階，我國將“高檔數控機床與基礎制造裝備”列為科技重大專項。經過十余年的攻堅克難，我國已在工業母機的多項核心技術和產品上取得突破。

　　大飛機是航空工業的王冠。然而大飛機的機身結構件、起落架、發動機吊掛等關鍵部件體積巨大，并且需要承受高達100噸的起飛重量，這要求必須使用超大型模鍛壓機進行制備。在國家科技重大專項的支持下，我國針對大型模鍛壓機展開了技術攻關，自主設計、制造了當今世界最大、最先進的8萬噸模鍛壓機，實現了飛機起落架模鍛件、發動機鍛件以及機身結構鍛件等的自主制造，滿足了國產大飛機對大型模鍛件的急迫需求。

　　在船舶制造中，關鍵動力零件——螺旋槳的制造對技術要求很高。如何制造直徑十幾米的超大型螺旋槳？如何保證螺旋槳復雜弧度、曲面的加工精度？如何保證螺旋槳葉片的光潔度？這些問題不僅與動力大小、壽命長短有關，也與其降噪能力有關。高端多軸聯動數控機床是加工大型螺旋槳的關鍵裝備。我國已經研制出能夠加工8米巨型螺旋槳的七軸五聯動車銑復合立式加工中心，助推更多大型船舶、高端艦艇駛向深藍。

　　核電是我國清潔能源發展重點之一。作為核電站常規島中最關鍵的設備之一，核電汽輪機的制造至關重要。它在構造上包括低壓內缸和高壓外缸等部件，這些部件尺寸大、結構復雜，其結構和加工精度直接影響汽輪機安全系數和使用性能，需要使用高端多軸聯動數控機床進行加工。我國研制的數控重型橋式龍門五軸聯動車銑復合機床，是目前世界最大規格的龍門機床之一，滿足了大型核電站常規島設備制造和超重型零件制造的設備需求。

　　近年來，我國在高端數控機床的發展中取得長足進步，助力航空、船舶、能源等多個領域取得突破，但總體技術水平與國際先進水平仍存在一定差距。在機床制造的上游，高端功能部件配套能力不足，精度及精度保持性、批量制造的產品質量穩定性與可靠性等指標上還有提升空間。在機床的應用方面，往往需要大量零件加工的適應性驗證，才能形成與工藝深度結合的、穩定高效滿足加工質量要求的機床產品。目前，機床制造企業還要進一步拓展對工藝的認知，爭取更多循環迭代機會，不斷豐富產品功能，提升產品性能和可靠性。

　　朝向高性能化、復合化、智能化、綠色化的發展之路

　　70多年來，從新中國成立初期的百廢待興到全數字化高速高精運動控制多軸聯動關鍵核心技術的突破，從第一臺機床的制造到“高檔數控機床與基礎制造裝備”科技重大專項等的實施，我國科技工作者從無到有、從點到面、從低到高，打開了通往制造強國的大門。如今，我國工業母機可以滿足國內重點行業對制造裝備的基本需求。汽車沖壓生產線國內和全球新增市場占有率分別達到80%和40%；發電設備制造領域實現了由進口為主到走向出口的轉變；成功研制船用重型曲軸所需的車銑加工中心，掌握了自主制造船舶大型零部件的能力，等等。

　　工業母機未來可期。工業母機將持續向著高性能化方向發展，以研制高速、高效、超高精度數控機床為目標，滿足航空、航天等重點領域產品高速發展和新材料應用的需求；向著復合化方向發展，促進高精尖復雜零件制造成本的降低，以及加工質量、生產效率的提升；向著智能化方向發展，機床產品與工業互聯網、大數據、新一代人工智能技術等加速融合，實現自感知、自學習、自適應、自組織和自決策，支撐智能制造系統；向著綠色化方向發展，突破輕量化設計、新型材料及環保介質應用、綠色制造工藝、低碳排放控制、綜合能耗降低和能量回收利用等技術，助力“雙碳”目標的實現。

　　工業母機的水平是國家現代化的重要標志，承載著我國制造業的星辰大海。我們應面向國家重大需求和國民經濟主戰場，統籌資源進行聯合攻關，聚焦行業自主創新能力提升，聚焦關鍵核心技術攻關，解決重點領域中的“卡脖子”問題，助力我國實現制造強國夢。

　　（作者為中國工程院院士、西安交通大學教授）

　　制圖：張芳曼 

　　推薦讀物：

　　《復雜曲面零件五軸數控加工理論與技術》：畢慶貞、丁漢、王宇晗著；武漢理工大學出版社出版。

　　《智能制造裝備及系統》：王立平主編；清華大學出版社出版。

　　《中國好設計：制造裝備創新設計案例研究》：譚建榮、張樹有、徐敬華編著；中國科學技術出版社出版。

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