数控习题.doc

Ch1 什么是数控？什么是数控机床？什么是数控系统？ 数控系统主要由那几部分组成？ 简述CNC系统的工作流程 CNC机床有哪些特点？ 数控机床按伺服系统的控制方式可以分为哪几类？ 数控机床按控制系统的特点可以分为哪几类？ 什么是FMC？它由哪几部分组成？ 什么是FMS？它由哪几部分组成？ FMS的效益体现在哪几方面？Ch21.数控加工中常用的坐标系有哪些？他们之间有什么关系？2.数控机床采用的是什么坐标系统？3.自己编制一个简单的数控加工程序（参照教材中的习题）。Ch3 CNC系统由哪几部分组成？ CNC装置的基本控制流程是什么？ CNC装置硬件结构由哪几种形式，其特点分别是什么？ 多微处理器的CNC装置包括哪些基本功能模块，各功能模块的主要作用什么？ CNC装置的系统软件必须完成哪两项任务，其内容是什么？ 常见的CNC装置的软件结构形式有哪两种？它们适合的对象是什么？Ch4 什么是插补？常用的插补算法有哪两种？ 逐点比较法插补计算，每输出一个脉冲需要哪四个节拍？ 逐点比较法直线插补的偏差判别函数是什么？ 何谓前加减速控制，何谓后加减速控制，各有什么优缺点？开环控制系统中，采用哪两种方法进行加减速控制？ 直线起点为坐标原点O（0，0），终点坐标为A（9，4）试用逐点比较法对这条直线进行插补，并画出插补轨迹。 B刀具半径补偿和C刀具半径补偿的区别是什么？刀具半径补偿的执行步骤是什么？C刀具半径补偿程序段间转接有几种形式？在这些转接形式中有几种转接类型？数控技术和装备发展趋势及对策 作者：中国机电工程师|来源：中国机电工程师|点击数：512|更新时间：2004-12-13|录入：站长 3 对我国数控技术和产业化发展的战略思考3.1 战略考虑 我国是制造大国，在世界产业转移中要尽量接受前端而不是后端的转移，即要掌握先进制造核心技术，否则在新一轮国际产业结构调整中，我国制造业将进一步“空芯”。我们以资源、环境、市场为代价，交换得到的可能仅仅是世界新经济格局中的国际“加工中心”和“组装中心”，而非掌握核心技术的制造中心的地位，这样将会严重影响我国现代制造业的发展进程。我们应站在国家安全战略的高度来重视数控技术和产业问题，首先从社会安全看，因为制造业是我国就业人口最多的行业，制造业发展不仅可提高人民的生活水平，而且还可缓解我国就业的压力，保障社会的稳定；其次从国防安全看，西方发达国家把高精尖数控产品都列为国家的战略物质，对我国实现禁运和限制，“东芝事件”和“考克斯报告”就是最好的例证。3.2 发展策略 从我国基本国情的角度出发，以国家的战略需求和国民经济的市场需求为导向，以提高我国制造装备业综合竞争能力和产业化水平为目标，用系统的方法，选择能够主导21世纪初期我国制造装备业发展升级的关键技术以及支持产业化发展的支撑技术、配套技术作为研究开发的内容，实现制造装备业的跨跃式发展。强调市场需求为导向，即以数控终端产品为主，以整机（如量大面广的数控车床、铣床、高速高精高性能数控机床、典型数字化机械、重点行业关键设备等）带动数控产业的发展。重点解决数控系统和相关功能部件（数字化伺服系统与电机、高速电主轴系统和新型装备的附件等）的可靠性和生产规模问题。没有规模就不会有高可靠性的产品；没有规模就不会有价格低廉而富有竞争力的产品；当然，没有规模中国的数控装备最终难以有出头之日。 在高精尖装备研发方面，要强调产、学、研以及最终用户的紧密结合，以“做得出、用得上、卖得掉”为目标，按国家意志实施攻关，以解决国家之急需。 在竞争前数控技术方面，强调创新，强调研究开发具有自主知识产权的技术和产品，为我国数控产业、装备制造业乃至整个制造业的可持续发展奠定基础。挺起中国的脊梁（连载10）作者： 高梁 | 2005年03月08日05时20分 | 接连载9 第六章、数控机床工业篇 1999年的考克斯报告，专门提到中国把从美国进口的16台二手四、五轴联动数控机床用于军工生产，要求对我加强禁运。其实，五轴联动高级数控机床的生产技术，在国内已如“一马平川”了。 西方国家在高档数控机床（系统）方面，至今严格对我限制出口，这说明数控机床工业在国家经济建设中，具有超越一般市场价值的战略地位。数控化是当代机床行业技术进步的主流。一国数控机床的水平和拥有量是衡量工业现代化程度、衡量国家综合竞争力的重要指标。数控机床的核心技术是电子控制系统（数控系统）。数控机床的使用迅速普及，性能迅速提高，这是和电子技术、电子工业的飞速发展密切相关的。目前，国际数控机床的市场，由日本法那克和德国西门子占据绝对垄断地位。我国工业中，机床拥有量的数控化率仅1.9%，和先进国家90年代水平相比，差了一个数量级。按照技术层次，数控机床可分为高级型、普及型和经济型三种。我国现在对数控机床的需求结构，大体上是1：3：6的比例。这个市场中，数控机床的70%80%、数控系统（普及型、高级型）的90%，被日、德厂商（含在我国境内的合资企业）及其他外商占领。目前，我国机床产值占GDP的0.17%, 其中数控机床产值占机床产值的29%，但它对国民经济的贡献则远高出这一数量概念。装备工业必须赶上国际技术进步的潮流，这对于用高新技术加快装备工业的现代化改造、打破西方在高档数控机床方面对我国的进口限制、加强国防建设，意义重大。经过连续三个五年计划的攻关，以及近10年电子技术的飞速发展，集成电路性能提高、价格下降，我国数控系统的研制水平获得突破性进展。当前，部分国产中高档数控系统，无论就其技术水平还是可靠性，已经与国外产品相差无几。我国已出现了一批多种经济形式、具有较强竞争力的数控系统及数控机床生产企业。但是，由于政策上过分强调对外商优惠，对民族工业造成了一定损害。自身的原因则包括产业的弱小、体制的束缚和竞争策略的失误等多方面因素。我国数控机床行业在中高档领域，还难以扭转跨国公司垄断我国市场的局面。事实上，数控行业目前仍面临着生存危机。要以提高国产数控机床和数控系统的市场占有率为主体目标，以发展普及型数控机床及数控系统为主攻方向，大力发展我国数控机床行业。国家也有必要加大扶持的力度。 发展数控机床行业的战略意义数控化是机床行业技术进步的主流机械工业是向国民经济各部门提供装备的部门，是现代经济的支柱产业。当今世界，工业发达国家都是机械工业强国，而且都是机电设备出口大国，这绝不是偶然的。机械工业的发达与否，是一国工业化程度的重要指标。而机床行业又是机械工业的基础行业，是向机械工业（以及其他加工工业、国防工业）提供加工装备的部门，是“支柱的支柱”。 当今机床行业，计算机数控化已成为技术进步的大趋势。数控机床是电子信息技术和传统机械加工技术结合的产物，它集现代精密机械、计算机、通讯、液压气动、光电等多学科技术为一体，具有高效率、高精度、高自动化和高柔性的特点，是当代机械制造业的主流装备。数控机床大大提高了机械加工的性能（可以精确加工传统机床无法处理的复杂零件），有效提高了加工质量和效率，实现了柔性自动化（相对于传统技术基础上大批量生产的刚性自动化），并向智能化、集成化方向发展。所以，可以毫不夸张地说，（计算机）数控技术，是现代先进制造技术的基础和核心。一国数控机床的水平和拥有量，已经是衡量当今制造业水平、工业现代化程度的重要指标，也是衡量国家综合竞争力的重要指标。数控机床是国防尖端工业不可缺少的战略物资数控技术是因国防工业的需要而诞生的。国防工业中复杂、高精度零件加工（如飞机发动机叶片、导弹尾喷管、导航系统反射镜等）比例大，一些曲面按照特定理论函数设计，非用多轴联动、高速高精度的数控机床加工不可，故高性能数控机床属于战略物资。冷战时期，高性能高精度数控机床被列入“巴统”禁运清单。1982-1983年著名的“东芝事件”，起因于日本东芝公司卖给前苏联6台大型五轴联动数控铣床，从而大大提高了苏核潜艇螺旋浆加工精度，大幅度降低了潜艇噪声，导致美国对日本制裁。当时，三轴以及三轴以上联动的数控系统，曾先后被列为对我国禁运物资。现在，“巴统”尽管已取消，但西方国家在与我方有关先进数控机床及其重要配套装备的贸易中，仍对我多方歧视和限制。如最近我国有几家企业想进口五轴联动、分辩率为0.1m的数控系统，对方答复，需要经对方政府批准，而且不得用于军事用途。尽管这部分机床需求总量不大，但属于“卡脖子”产品，战略意义不可小视（部分高性能指标的产品，在“八五”攻关中被我们攻下，不再受到外国限制）。1999年的考克斯报告，特别提到我从美国进口16台二手的四、五轴联动数控机床用于军工生产，叫嚷要加强对我禁运。这说明发展我们自己的高级数控机床，具有超越一般市场价值的战略地位。数控机床是发达国家装备工业争夺技术优势的制高点由于数控机床的优越技术性能以及在国防上的重要意义，从1950年代起，美日德等先进国家竞相投入巨资进行研发，其技术在国际上遥遥领先。数控机床的核心技术是电子控制系统（数控系统），因此，数控机床技术和电子技术的进步与电子工业的发展密切相关。西方国家经过30年的努力，计算机微电子技术进入成熟和推广阶段，故1970年代末80年代初，西方工业发达国家中数控机床的使用不再局限于国防尖端领域，而在民用领域大规模地应用和普及。开始了以数控机床为代表的高新技术对传统机械工业的大规模改造。数控机床产值的比重迅速超过传统机床，成为主导产品。1989年，日、德、美、意、法、英六国机床产值占世界的61%，这六国也都是数控机床大国。其中日、德是世界数控机床的主要生产国，近年来机床工业的产值数控化率已超过70%（见表6-1）。 表6-1 日、德、美数控机床生产情况西方国家的机械制造业中数控机床拥有量迅速上升（见表6-2）。 表6-2 几个主要国家机床拥有量及其数控化率机械制造业中的技术密集行业，如航空、航天、汽车、机床工业等数控化率高达60%90%，而且大量使用由数控机床组成的各种生产单元、柔性线、生产线。如FMC（柔性制造单元）、FMS（柔性制造系统）、FTL（柔性传送生产线），可实行二、三班无人看管生产。相比之下，我国工业装备水平和西方的差距，在这20年中明显拉大。1995年我国工业普查表明，我国机床拥有总量383.5万台，其中有7.28万台数控机床（包括以单板机和步进电机为特征的经济型数控机床），机床拥有量数控化率仅1.9%，和先进国家90年代水平相比，差了一个数量级。以上量的比较，所反映的实质内容是：80年代以来，由于数控机床的推广，西方工业在装备水平、加工范围、加工质量和生产效率方面获得革命性的进展，对加工业水平的提高，起到了关键性的作用，从而空前拉大了发达国家与发展中国家的差距。我国机械工业因多年来总体效益水平不断下降，这一差距尤其明显。例如，日本Mazak公司2000年与我合资建立的银川“小巨人机床公司”，全部用数控机床装备，含有三条FMS，实现二、三班无人看管生产，有九台数控车铣复合机床、数控龙门五面铣床和超精密卧式加工中心、四台精密数控折弯机和五台精密数控磨床，实现了智能网络制造。全公司只有135人，年产420台加工中心和数控车床，人均年产值160万元，是我机床工业人均年产值的40倍。国际竞争和国家保护数控机床是投资类产品，市场容量小（目前全世界数控机床的年产销量约10万台），但同时又和国家利益关系密切，它跨越电子、机械等行业，技术含量高，具有技术垄断性质；品种繁多且产品更新换代快，专业化程度高。因此，数控机床的市场竞争具有以下特点。 由于专业化程度高，一国的机床工业不可能供应所有数控机床品种的需求，故行业内部（各功能部件）分工很细，且品种的分工高度国际化。现在，其国际贸易量约占全球总产量的50%以上。 由于市场容量小，故国际垄断性强。数控机床的核心功能部件数控系统，现基本上由两大跨国集团日本法那克（FANUC, 即“富士通自动数字控制”）和德国西门子占据了绝对垄断地位。前者是专业化的数控系统生产厂商，占有国际市场份额的50%左右，后者占国际市场份额的25%。我国数控机床市场份额的70%80%、数控系统（普及型、高级型）90%的已被外商占领。 由于关键功能部件（特别是数控系统）技术含量高，随着电子技术的快速发展，其技术制高点不断转移，开发周期加快，新产品不断推出，各国在技术方面的竞争十分激烈。当前，在技术上能够与法那克和西门子相抗衡的公司很多（如美国Allen Bradley， 日本三菱电机，安川电机，德国Heidenhein，Idramat，法国Num， 英国Control Technology），特别是美国GE曾经是世界数控系统的技术先导，但至今均未能显著改变两巨头的垄断地位。 世界许多国家都对本国数控机床行业采取保护措施。日本、意大利、西班牙、法国、印度等国在不同阶段，都采取过扶持、保护本国数控机床产业的措施。日本制定机械振兴法，法国、西班牙采取特殊贸易补贴。印度实行关税壁垒。美国政府为保护自己的机床工业免受过量机床进口冲击，1986年颁布了总统国内行动计划，与11个国家和台湾地区签订限制向美出口数控机床的所谓“自动约束限制协议（VRA）”，还签订了促进美国本身数控机床的发展计划等。显然，这些措施并非遵循自由贸易原则，而是出于国家战略利益的考虑。所以，数控技术是机床工业各大国竞争的技术制高点，是国际竞争的焦点之一。发展数控机床对于我国的战略意义一国装备工业的实力和国际竞争力，关系到国家整体工业竞争力和综合国力在世界上的位置，而数控机床作为国家装备工业的主流产品和技术方向，在国家经济发展战略中具有重要的地位。尽管从数量上看，该行业在国民经济中所占比重很小（1998年，我国机床产值占GDP的0.17%, 数控机床产值占机床产值的29%），但它对国民经济的贡献则远高出这一数量概念，是经济发展战略中不可轻易放弃的重要支柱。发展数控机床行业具有战略意义。一是用高新技术加快装备工业的现代化改造，是优化经济结构的重要环节；二是西方在尖端数控机床品种的进口和技术转让方面，对我实行限制政策，而中高档数控机床的自行研制和国产化对国防建设意义重大。这是我们保持大国地位，保持自己在国际上的自主行动能力的技术后盾。因此，我们必须通过技术的吸收消化和研究发展，在尽可能高的技术档次和尽可能多的品种方面，获得自主知识产权。一种意见认为，既然尖端数控设备的需求量较少，学当年苏联的样子绕道到国外去买就可以，不必花这么大力气去搞自己的数控机床行业。但是，任何行业质的提高都要依靠量的增加。今天培植自己的幼小的以低端系统为主的数控机床行业，正是为了明天自己有强大的足以和国际垄断集团竞争的企业。总之，应该深刻认识到，以数控化为核心的装备工业技术进步，是优化结构、增强国力、保证我国在21世纪现代化建设中实现追赶世界先进水平的中心环节，这是应该放到发展战略高度来认识的。 行业构成和技术发展趋势数控机床一般由主机、数控系统（包括伺服及驱动系统）及相关配套件三部分组成，产品包括数控金属切削机床、数控锻压机床等。数控机床产业分为主机制造、功能部件（机械部分、电子数控部分）制造、工具制造三大企业群。见表6-3. 表6-3 数控机床产业的构成根据数控系统控制联动坐标轴数、驱动电机、脉冲当量、进给速度及CPU计算单元的时钟频率等指标，可把机床数控系统划分为高级型、普及型、经济型三个档次。见表6-4。 表6-4 数控机床和数控系统的分类特点参考依据 数控系统是数控机床的核心部件，其技术发展代表了数控机床的发展潮流。世界上第一台数控机床是1952诞生的。近50年来，数控系统经历了两个阶段六代的发展，只是发展到了第五代以后，才从根本上解决了可靠性低、价格昂贵、应用不便等关键问题。多年来，国际上数控系统的硬件结构，是与计算机不互通的专用系统（插板式的专用总线结构），主板，软件全部自己设计制造，只是使用计算机的芯片等配件。 20世纪90年代，计算机及芯片更新换代越来越快。现在，一块超大规模集成电路可代替过去的几十块集成电路，其可靠性也相应大大提高。这就促使数控系统工业调整硬件结构，以缩短更新周期，方便配件采购，降低成本。这就出现了和以往专用系统不同的、建立在通用计算机平台上的开放式数控系统（PCNC）。这一思路是由美国率先提出的。我国华中理工、沈阳数控走的也是这条路线。其优点如下： 可利用成熟的计算机工业基础（元器件集成度高，性能好，可靠度高），简化硬件生产，降低研发成本，缩短升级换代周期；为数控系统厂商提供了性能良好的开发平台和开放式的基础，可供利用的软硬件资源极为丰富，数控功能得到扩展。凡在PC机上可以运行的软件（如CAD,CAM,CAPP，工厂、车间生产调度管理软件），在新一代数控系统均可运行。它的缺点是价格较高，一般只适用于普及型和高级型数控系统。与此有区别的另一种思路是采用和通用计算机兼容的平台，开发自己的系统。我国现在有一些系统厂商采取这一这种路线。它的特点是：资源上和通用机兼容，如总线标准和通用机一致，文件管理、存储区的分配等技术和计算机统一起来，通过最大限度借鉴通用机技术，使功能和通用计算机兼容。其所开发的技术界面将提供一个好的开发平台，以适应计算机更新速度，采购元器件方便，便于加快研发速度，适于联网。但它在体系结构上不和通用机兼容。理由是：数控系统设计要适应工业环境（抗干扰性、防尘、维修等因素），要求整体性好，可靠度高；可降低制造成本。西门子目前也在走这条路线（如840D）。 我国数控机床行业的基本情况和市场环境我国数控机床行业的发展历程和当前技术水平 我国数控技术的开发始于1958年，几乎与国外同时起步。但由于自身电子技术的落后，研制进展十分缓慢。70年代末，正是国际上电子技术成熟，数控机床进入大规模产业化的时期。改革开放以来的20年，国家每个五年计划均将数控机床列为重点攻关项目，总共约投入十多亿研发资金。经过“六五”引进技术，“七五”消化吸收，“八五”科技攻关，“九五”产业化攻关，我国数控系统技术有了明显进步。 “六五”期间，机床行业开展国际合作生产和技术引进，陆续引进日本法那克和德国西门子的数控技术。但当时引进的，只是属于即将淘汰的落后产品的组装技术（同时也受“巴统”的限制）。在主机方面，一批中档产品的国际合作取得成效。 “七五”时期，配置我国自主开发的经济型数控系统的数控机床开始登场。航天工业、中科院、高等院校分别参与了普及型和高级型数控系统自主开发工作，取得了一些成果。1990年代转入技术攻关阶段。数控系统是数控机床的核心功能部件，“八五”期间国家制定了数控系统研发“三大三小”支持政策（“三大”是航天数控、珠峰数控，东方西门子；“三小”是上海开通、南京大方、辽宁精密机械厂。当时规划分工，“三大”主要搞普及型，“三小”主要搞经济型）。通过“八五”攻关，我国数控系统厂家已经可向用户提供高级型、普及型、经济型各个档次的数控系统，并经过了生产验证。过去对我国禁运的高性能系统，基本上已被我国掌握。在此期间，我国自行成功开发了一批数控机床产品（配进口数控系统），如16米超重立车、数控车床，通过国际合作引进技术，推出若干重要产品（数控龙门镗铣床、数控落地镗铣床、数控大型加工中心、数控回轮头冲机等），并已有少数配置国产数控系统的重要产品（数控重型轧辊磨床、扇形齿轮插齿机等）进入市场，获得了用户好评。配置我国自行开发的经济型数控系统的一些数控机床，也逐渐成熟。特别是国产数控电加工机床，除少量高档品种外，基本能满足国内需求（年产几千台）。1999、2000年两次数控机床展览会上，展出了90年代末期开发的1300种数控机床产品，有30多台配置了国产数控系统。 “九五”以来，我国机床在关键技术的突破上主要表现在以下方面： 数控系统网络化、集成化。应用PC机开发出了8轴联动，可控48轴的分布式数控系统，以及可靠性达到15000小时的高分辨率数控系统。 实现了高速主轴、快速进给、高速换刀机构的“三高”技术的突破。电主轴的开发成功，使国产加工中心的主轴转速达到1万1.2万r/min，快速进给一般都达到3040m/min。 静压技术、精密传动技术的突破，有效地提高了重型机床的主轴精度和定位精度。如武汉重型机床厂和齐齐哈尔第一机床厂开发的精密双齿轮条传动系统，大大消除了齿轮传动间隙，提高了传动精度。通过“八五”、“九五”的技术改造和一些关键技术上的突破，我国数控机床生产能力有了很大提高，基本具备了产业化的条件。 国产数控机床由单机向制造单元（FMC）、制造系统（FMS）和承接成套生产线进一步发展（多数仍配进口系统）。我国主要数控机床配套企业已经初具规模。其中，数控刀架、滚珠丝杠、滚动导轨、主轴部件（包括电主轴）、刀库、机床电器等都可为主机配套，专业化生产的格局已开始建立。 国内数控机床市场态势 机床存量数控化率很低，但数控机床需求快速增长，机床销售数控化率稳步提高。如前所述，我国约400万台机床拥有量中，数控机床拥有率仅1.9%，远远落后于先进国家。机床的需求（销售）与经济周期、从而与固定资产投资密切相关。我国机床的销售在前10年中呈波浪式上升。在此期间，普通金切机床的销售量基本没有增长，而金切数控机床需求旺盛，销售量年均增长14%。事实上，1995年以来,我国已经成为数控机床的世界第二大消费国和第二大进口国。根据有关方面分析预测，到2005年，我国国产数控金切机床年消费量为3万3.5万台（15亿18亿美元），出口2000台（1亿美元）。金切机床销售总量于1993年达到高潮后随即跌入低谷，1999年才恢复到1994年水平。但其中国产金切数控机床的销售，1996年即恢复到1993年水平（金额）。1999年，金切数控机床国内消费总量达2.11万台（其中国产1.35万台），金额10.4亿美元（其中国产4亿美元）。由此，国产机床销售数控化率也呈稳步提高态势，见表6-5. 表6-5 国产机床销售数控化率数控机床进口多年来居高不下。1990年代，我国机床进口大量增长。其中，金切数控机床的进口在1996年达到高峰，进口金额为国产销售额的4倍多。国产（金切）机床占国内市场的份额，1995年降低为14%（金额）和40%（台）近三年恢复到40%（金额）和60%（台）。进口机床中，进口数控机床一直维持在60%左右（金额）。 需求层次和需求主体 多年来，我国数控机床的需求结构大体是：高级型10%，普及型29%，经济型61%左右。从发展趋势看，普及型比重将逐渐加大。数控机床的需求几乎涵盖机械工业的所有部门。根据国际经验，机床行业产品中，50%的用户是汽车工业，我国汽车摩托车行业产能和市场均有很大潜力，为数控机床的潜在大客户。国防、尖端产品加工的需求数量小，但其地位十分重要。设备更新改造对数控机床的需求是主要部分。一是每年都有相当数量超期服役的机床退出，二是现有设备的改造潜力很大，把机械部分修整改动一下，配上数控系统，马上就可提高质量。我国现在机床保有量在400万台以上，绝大部分为传统机床。原机械工业局要求2010年使我国数控化率达到发达国家20%的水平，则10内需要更新改造80万台。如果重新购置，需数百亿投资，机械行业显然无力承担。 近10年来，我国已将2万余台普通机床改造成经济型数控机床（主要是车床），最近5年，我国又成功地用国产数控系统将普通机床改造为普及型和高级型数控机床，并改造了部分技术已老化的进口数控机床。例如，华中数控公司把东方电机厂（国家大型发电设备制造重点企业）等大中型企业约70台关键设备（包括重型设备），改造为普及型和高级型数控机床。若购置一台数控重型机床，进口的上千万元，国产的几百万人民币，而数控化改造，只需要几十万元。又如，高档数控国家工程研究中心为沈阳黎明发动机公司、天津机车车辆厂的20余台进口数控机床进行改造，效益也十分显著。由于改造机床利润不高，国外同行对此不屑一顾，抓好这一市场，就能可以我国数控机床工业提供大好机遇。 从需求主体来看，国有大中型企业是数控机床的主要用户。这类企业对经济波动及宏观政策极其敏感，1990年代中期，因通货紧缩，对数控机床需求减弱。国有经济机制的问题尚未解决，不计成本、贪大求洋倾向较强，但目前对国产品需求也在增加。 1990年代，乡镇及民营企业持续以20%30%的速度发展，其产值已占工业产值50%以上，对数控机床需求逐渐增强。所需机床品种多，层次偏低，一般要求质量较好，易于操作维修。其市场潜力较大。市场竞争使乡镇、民营企业切身感到数控机床，特别是国产中低档数控机床的优越性。首先，市场对产品质量要求越来越高，如无法保证产品的一致性就接不到定单。其次，从经营管理角度看，购置数控设备与雇佣熟练工人相比，前者成本较低。工人培训成本高，熟练工人可跳槽就把技术带走，并会影响生产。但数控机床及其中的较高“技术含量”谁也带不走，并且它对操作工人的技艺水平要求不高，只要稳住编程人员，既可保证企业的运转。最后，乡镇民营企业老板是“预算硬约束”，进口数控机床对他们来说过于昂贵，质量虽好，但如收不回投资，他们还是会买国内产品。三资企业占市场份额的三成左右，所需多为中高档机床，且多以投资形式直接进口数控机床。今后，其对数控机床的需求也会不断增大。我国数控机床行业生产能力及行业结构特点目前，我国数控机床生产能力达到1.5万台，数控系统生产能力1.5万套，其中经济型（金切）数控系统6500套。电力电子器件（伺服驱动单元和主轴驱动单元所用）也在10年中发展了3代，在部分性能和指标上也达到了当前国际上的先进水平。我国数控机床生产企业有100多家，配套产品主要生产厂家有500多家，包括机床电器，量仪、磨料、辅助装置等，生产3296种产品。 现在，数控系统生产企业大小上百家。其中，有相当自主开发能力，并有一定批量的（年产100套以上）的不到10家。在具有相当开发能力的企业中，既有国家重点扶持的国有企业（包括已经改制的国有企业），也有白手起家的科技型民营企业。 航天数控：1985年成立，国有企业。目前在品种、数量、市场份额上处于全国领先地位。1997年经中国质量协会抽检，其产品的可靠度、服务质量与法那克不相上下。华中数控：1995年成立，华中理工大学、科技部、湖北省等单位投资组建。主攻高中档数控系统，率先采用工业通用微机为硬件平台的开放式体系。其中，“华中型”系统在某些性能上已经超过国外产品，被列入“九五国家科技成果重点推广计划”.北京凯恩帝：个体股份企业，主要开发中低端系统。北京华科：个体企业。北京珠峰：北京机床研究所组建。南京仁和：从南京大方演变过来，主要开发低档系统。 上海开通：原上海机床研究所，“三大三小”之一。 广州数控：个体企业，主要从事旧机床改型。沈阳数控：由沈阳机床股份有限公司、中科院沈阳计算机所等投资组建的股份公司，引进美国桥堡微机式数控技术和数字式AC、DC伺服系统。如上所述，我国国产数控系统的可靠性已经大大提高。其主要原因，一是该领域近年来出现的基于通用计算机平台（或与通用机兼容的平台）新潮流，硬件外购方便，质量有保证，方便了系统研发制造，自身的原因，则是厂商对系统产品质量保证的规律性认识大大深化，自制电路板及其配件严格实施了质量保证体系。这样，国产系统的可靠性已不低于国外产品水平。目前已有2千余台以上配国产数控系统的数控机床可靠地使用了35年以上的记录，违禁后的发展积累了经验。当前，凡是通过国家攻关验收和鉴定的产品（包括珠峰的中华型，航天数控的航天型，华中数控的华中型等，沈阳高档数控国家工程研究中心的蓝天型等）；以及其他通过“国家机床质量监督测试中心”测试合格的国产系统，无论其技术水平还是可靠性，都与国外产品相差无几。我国自行开发的高档数控系统，已出口到俄罗斯80套。我国数控机床行业，虽已初步具备产业化能力，但在结构上带有传统机械工业的许多缺陷。 企业过于分散，规模偏小，研发实力不足。现有100多家数控机床整机企业中，有批量的不到20家，平均年产4050台（日本数控机床生产企业平均年产300400台）。数控机床品种已有500多种，但年度能正常提供商品的只有200多种。又如，100多家数控系统企业中，真正具有自主开发能力的，不过56家（其余购买系统散件组装），国内较有规模的系统企业，年产量一般不过数百套，最多的不过1000套。而1989年法那克在日本本土工厂的月产量是6000套以上，全部自动化生产。这一鲜明对比，既说明我国数控系统行业处于起步阶段，也反映了我国与国际数控系统的垄断厂商相比，实力悬殊的现状。 数控机床行业内部，尚有多项功能部件质量性能水平低，竞争力差。数控机床由多项功能部件组成，需要各类专业生产厂商分工协作，外协功能部件占整机价值的50%以上。而我国机床（机械）行业“大而全”、“小而全”的组织模式和“重整机、轻部件”的倾向，与这种综合性极强的新兴行业的发展规律很不适应，在传统国有企业技术进步动力弱、研发能力和经费不足的情况下，功能部件的研发和攻关，主要还是被动地等待国家（行业）去组织。其中，最核心的数控系统，“八五”时期才取得技术突破。其他如数字伺服系统、精密机械部件（如滚珠丝杠、滚动导轨和车床刀架）性能和质量水平不高。加工中心刀库尚无专业厂生产。新兴加工中心、铣床和车床所必须的电主轴技术上还不成熟，专业化生产刚刚开始酝酿。因此，这些类型的功能部件还要大量进口。我国刀具行业与国外的差距也相当大。例如，我国硬质合金刀具只占到刀具总产值的30%（国外为80），其中细颗粒、超细颗粒硬质合金比重很小，或还是空白。国外硬质合金涂层刀片已达7080%，我国仅510。我国高速钢刀具主要是普通高速钢，而国外主要已使用高性能高速和粉末冶金高速钢。特别是针对用户个性要求的专用刀具品种很少。这方面的国内市场基本上为外商所垄断。由于功能部件及刀具、刀架等多种缺项，或产品质量不过关，多采用国产品则性能质量上不去，依赖进口则削弱成本竞争力。这是摆在行业面前的现实困难。这些方面的问题，不仅是影响我国数控机床竞争力的障碍因素，也是影响我国整个机械工业的发展的障碍因素。 我国机械工业的技术进步，还存在着重技术攻关、轻视新技术向商品转化的问题，尤其是市场营销方式陈旧，力度不足。数控机床是机电一体化产品，技术更新、新产品推出速度快，营销不力的问题就尤其突出。机床工具行业传统上以单调不变的“万能产品”应付各种需求（如只管卖整机，不管卖刀具），一个主机厂对付一批用户，对个性化需求的服务意识不强，对数控机床用户产品的配套性（各功能部件齐全）、成套性（交钥匙工程）的要求，以及售前售后服务的要求，还不能适应；技术人员和销售人员脱节，大大钝化了对用户需求的针对性和反馈速度。这些弱点，使得我们在和国际垄断巨头的竞争中，处于十分不利的地位。我国数控系统面临国际垄断厂商的严峻竞争 国产数控机床市场占有率过低根据历年统计，我国数控机床需求总量中，高级型占10%，普及型占29%，经济型占61%（按台数计）。各型国产系统占有率如表6-6所示。 表6-6 我国数控机床及数控系统市场的国产品份额表6-6反映了我国数控机床行业基本的竞争态势：第一，我国数控机床行业在低档（经济型）产品领域，目前占有绝对优势（其中包括电加工数控机床，低档金切数控机床年销售额也就是几千台）；第二，中档（普及型）领域，进口数控机床即已经占有70%以上的市场份额，高级型数控机床则基本被进口货占领；第三，在国产普及型、高级型数控机床仅有的市场份额中，所用数控系统的90%以上被外国占领（机床的最终用户有权选择用谁的系统）。 我国数控机床行业今日的不利处境，其外部环境的原因方面，很大程度上要归结于对外开放政策执行中无原则的“胳膊肘向外拧”，损害了民族工业；自身的原因则包括产业的弱小、体制的束缚和竞争策略的失误等多方面因素。1990年代，进口数控机床大幅度增长，其最重要的外部原因，是我国数控机床系统已经在90年代初期就彻底失去了国家关税保护，早已提前进入了WTO。90年代初第一轮“入世”谈判时，我国就将数控机床进口关税率降到9.7%，数控系统关税降到5%，低于WTO规定发展中国家平均10%的水平。再加上国家对企业重点技改项目和国家重点建设项目所需设备进口，享受零关税待遇，以及特区对外商投资企业自定更加优惠的条件，其结果，就是外国机床厂商在中国境内享受了比中国企业优惠得多的超国民待遇。据估计,关税降低使外国（及台湾）的大陆销售，比国内厂商多获利31%。这对我国弱小的数控机床行业等于雪上加霜。至于国产数控机床中的国产数控系统市场份额问题，需要说明的是，这里的“国产数控系统”没有包括国际两大巨头（法那克和西门子）在我国的合资企业生产的数控系统产品。理由是这两大企业的产品是散件组装性质，使用的是外国品牌，基本上不涉及技术合作与技术扩散。它们在国内的生产销售，实际上是跨国公司与国内民族数控企业争夺市场。国产普及型、高级型数控机床所用数控系统的90%以上被外商占领，而法那克和西门子就占了70%80%。如此推算，则普及型国产数控系统仅占国内总市场份额的2.5%左右，而高级型领域就更不用提了。法那克和西门子这两大数控系统巨头，已通过与国内企业合资“本地化”，名正言顺地垄断了国内市场。这是国外垄断集团通过非对等合作进入我国市场，损害民族工业的典型案例。和这两家国际垄断巨头相比，我国数控系统厂商处于极大的劣势地位。一是面对两大国际数控巨头积累数十年的品牌声誉，我方在产品知名度和信誉上处于劣势。应该老实承认，10多年前，我国自主开发的普及型数控系统，在可靠性尚未充分验证的情况下大面积推广使用，个别骨干企业在电子元器件质量不过关的情况下，曾片面强调元器件国产化，导致国产数控系统可靠性差，影响了全行业信誉。到了今天，尽管国产数控系统技术水平已有能力与国外品牌抗衡，但信誉尚未恢复（设备可靠性差和售后服务差，对用户的生产进度和产品质量影响很大，信誉多年难以挽回）。二是国产数控系统在技术性能，产品质量上，和国外仍有差距。 我国数控机床产业刚刚达到进入产业化的技术水平，处于从幼稚到成熟的过程之中。我国工业组织存在“大而全”、“小而全”的痼疾，数控系统企业力量分散、小而弱的格局，与技术资金实力雄厚的数控巨人相比，优劣之势一目了然。且由于“九五”期间，机械行业滑坡，企业多被三角债所拖累，在技术的积累、研发和资金实力方面，均无法和国际巨头相比。 从以上分析可见，我国数控机床行业的实际情况比正式统计口径所反映的差得多，尤其是数控系统面临的国际竞争形势十分严峻。尽管经过“八五”期间攻关，数控系统技术取得全面突破，在技术上已基本具备国际竞争能力，但至今未能夺回原有的市场份额。 日德两巨头对我国潜力巨大的市场虎视耽耽，采用技术封锁和低价倾销的双重竞争策略。一方面，对我国不能生产的产品，不仅抬高价格，并且附加许多限制；另一方面，对我国能生产的数控系统，连续采取大幅度降价措施，使原来价格差23倍，变为只差30%左右。它们一改过去不屑于生产低档产品的传统，企图夺取我们仅占有的低端产品的市场份额，并不惜重金从我国数控企业挖走熟悉业务的市场策划和销售人员。据了解，法那克10年前的6系统（1995年前停产），价格16万人民币。现在的0 D系统（北京合资厂生产，专门在中国销售）性能比6系统还好，价格仅6万左右。西门子在法那克的冲击下，1996年正式推出低端系统802S，现采取“买一送一”办法，一套车床系统，仅7万元左右。估计其在我国内销售基本不赢利。对待国际巨头的倾销手段，目前没有更好的办法。因为已经“引狼入室”，国际竞争已国内化。十多年前，台湾的数控系统发展势头也很好，但最终被法那克的低价销售策略挤垮，这就是前车之鉴。业内人士指出：单靠企业孤军奋战，难以扩大市场份额，攻关成果也难以产业化，天长日久，民族数控产业难免最终被挤垮，这样的忧虑不是没有道理的。 对数控机床行业发展滞后的检讨对装备工业重要性的认识下降，产业政策不协调建国以来，从“一五”开始的前四个五年计划中，国家一直把机床工业列为优先发展的重点行业。应该说，前几个五年计划在“优先发展重工业”的方针下，基本奠定了我国机械工业的基础，机床行业对机械工业所需基本品种满足率达到80%以上，高精度精密机床在制造工艺和品种方面达到了当时的国际先进水平。由于建立了这样的基础，我们才能在没有外援的情况下，基本依靠自己的力量支持了“两弹一星”、二汽工程这样的超大规模项目。无论如何，这是计划经济条件下全国人民省吃俭用所积累下来的宝贵资产和取得的辉煌成就。但随着计划经济体制下各地低水平的重复建设，机床工业被认定为需要限制的“长线”。从70年代后期开始，相当长一段时期未能受到应有的关注，技改投入也大大下降。但此时正是国际上电子技术及数控机床高速发展阶段，我国与国外装备技术差距明显加大。而在开放和体制转轨期间，我国装备工业缓慢的技术进步无法满足最终产品（例如家电类）需求猛烈扩大对设备的要求，进口洋设备遂成为“技术进步”、“技术改造”的时尚和潮流。对国内装备工业这一块“内需”长期拉动不起来，成为装备工业市场萎缩、效益下降的重要的长期因素。1 这反过来又进一步阻碍了装备工业资金积累和技术改造，进一步拉大了和国际水平的差距，形成恶性循环。见表6-7. 表6-7 中国机械工业综合技术水平与发达国家的差距长期以来，机械工业一直是工业发达国家竞相发展的战略产业。日本把机械工业看作“经济起飞的先导部门”，明确提出机械工业是“实现国民经济良性循环的纲”，前苏联把机械工业称作“国民经济技术改造的基础”，美国把机械工业称为国民经济的“命脉”，一再加大扶持的力度，使其得到超前发展。因此，所谓机械工业是“夕阳工业”的认识是片面和错误的。我们在70年代末纠正“重重轻轻”的倾向是必要的，但在纠正的过程中，却一度在政策上走向另一个极端。在宏观管理部门，一些同志笼统强调“机械工业是长线”，而不注意其结构优化的紧迫性，甚至有“禁止投资加工业”的说法。这种说法，混淆了目前“低水平重复”的一般现状和装备工业亟需技术升级两者的区别。“七五”以来，国家有关主管部门对发展装备工业的重视程度有很大提高，在几个五年计划中，都将发展具有自主知识产权的数控机床（系统）作为重点，在技改和科技攻关上采取了一系列支持措施。但从整体上看，支持力度不够，政策不协调，同时也存在支持着力点使用不当的问题。正由于指导思想不明确、不坚决，在实际政策中就难免出现不协调的情况。数控机床提前进入WTO回顾数控机床10年发展的历史，有必要在关于对外合作方针策略的问题上，认真总结经验教训。由于上述对机械工业和装备工业的糊涂认识，我国刚刚萌芽的数控机床行业，成为第一批被彻底“抛”进国际市场的行业之一。在关税问题上，一方面对诸如汽车工业这样的大众消费品实行“过度保护”，另一方面对市场相对有限的装备工业实行“过度暴露”，这是对外经贸关系和国内产业政策衔接不协调的两个极端案例。这一方面表明我国对骨干产业（战略产业）发展具有自主知识产权的产品开发的重要性认识不足，同时也突出表明，当时的政策制定者对于工业各部门的位置和产业政策，缺乏全面的协调和把握。国家决策部门（包括计委、机械部等）已经在多个五年计划中将该行业作为重点支持对象，并出面组织数控系统攻关，但此政策与对外开放政策有机协调的问题，却解决得很差。除了大幅度降低关税之外，又同意国内重点国有企业（机械部、兵器部所属企业各一）与国际巨头法那克和西门子合资。当时就有人对这种技术实力悬殊的合资持有不同意见。当然，按统计口径，合资厂的产品是国产品，甚至还有人主张“在中国领土上的企业就是民族产业”，但以电子产品技术难以扩散的性质，这种散件组装式的合资，我方让了市场却学不到技术（或得到的只是人家即将淘汰的技术），相反对民族工业造成了巨大冲击；而国际巨头却获得了躲避关税和倾销的阵地。综合评价双方的得失，业内普遍认为，这是失败的合资。这说明当时我们在开放大原则下，对如何通过灵活合作策略获取自身利益这一问题，认识不清醒。行业特点对宏观政策水平和企业活力提出高要求数控机床行业是具有高技术含量的行业。其特点是：对技术后盾要求高，产品更新换代快，投资密度大；产品综合性强，各功能部件的水平对整机的质量、性能和价格竞争力至关重要；市场容量小，竞争对手强大。行业的基本特点，对政府支持协调和企业经营的有效灵活性，提出了很高的要求。因此，产业政策基本的方向，是要把国家支持、行业结构的改善和灵活高效的企业机制三者更好地结合起来。管理部门对行业特点的认识是逐步深化的，政策也需要不断完善。首先，由于数控技术体系复杂庞大，尤其数控系统属于高科技型电子类行业（兼有软硬件研发内容），要求有较大资金技术实力，决非一家一户可以支撑。过去，一些企业部门轻率投资上马，日后无力支撑，容易造成人力财力不应有的损失。所以，政府的全面规划和统筹安排是必要的。其次，从行业的综合性要求来看，我国数控机床行业在结构上还处于幼稚阶段，需要大力扶持。由于上文所述各项原因，国产数控系统尽管已经在技术上取得突破，形成产业化条件，但市场开拓困难，企业分散，尚未形成规模生产，行业整合是必然趋势。其他各项功能部件（数字伺服系统、精密机械部件、加工中心刀库、电主轴等）过分依赖进口，整体上不利于提高行业的竞争力。需要像“八五”时期的数控系统攻关那样，国家选择重点，组织攻关。最后，行业的高度竞争性，要求把加快企业机制转换作为贯彻行业政策的微观基础。“八五”以来，国家对数控机床行业支持的力度，应该说不小了，但支持的着力点似有必要认真审视和调整。“八五”时期“三