高档数控机床与基础制造装备

高档数控机床是指具有高速、精密、智能、复合、多轴联动、网络通信等功能的数控机床，本处特指减材制造的各种金属切削加工机床（车、铣、刨、磨、钻、镗等）及特种加工机床；基础制造装备是制造各种机器和设备的装备总称，本处特指各种增材制造（铸/锻/焊/热表处理）、增材制造装备及在线检测、自动化装配、试验、物流装备等。高档数控机床与基础制造装备具有基础性、通用性和战略性的特征。

需求

我国已连续多年成为世界最大的机床装备生产国、消费国和进口国。未来十年，节能与新能源汽车、新一代信息电子、航空航天、轨道交通、电力能源、农业机械、新材料等重点产业的快速发展，以及工业互联网、大数据、人工智能等新技术的不断进步将对数控机床与基础制造装备提出新的战略性需求和转型挑战，其市场年总体需求规模将有望超过10000亿元、并保持每年10%以上的高速增长。其需求将由中低档向中高档转变、由高精度多轴联动等多功能型向高可靠性智能化等高性能型转变，由单机向集成机器人上下料和在线检测功能的制造单元和成套系统转变，由自动化、数字化向柔性化、网络化、智能化转变，由通用机床向功能定制的个性化机床转变。节能与新能源汽车、新一代电子信息、医疗装备、新材料等将是新的需求热点。

目标

到2020年，高档数控机床与基础制造装备具有满足国内市场超过70%的供给能力，数控系统标准型、智能型分别具有满足国内市场超过60%、10%的供给能力，主轴、丝杠、导轨等中高档功能部件具有满足国内市场超过50%的供给能力。

到2025年，高档数控机床与基础制造装备具有满足国内市场超过80%的供给能力，机床装备平均无故障时间超过2000小时，机床装备设备能力指数CMK超过1.67，精度保持性达到10年；数控系统标准型、智能型分别具有满足国内市场超过80%、30%的供给能力；主轴、丝杠、导轨、光栅尺、伺服电机等中高档功能部件具有满足国内市场80%的供给能力；高档数控机床与基础制造装备总体进入世界强国行列。

■■ 发展重点

1．重点产品

重点针对航空航天装备、节能与新能源汽车、新一代电子信息、医疗装备、新材料等重点产业发展的需要，开发高档数控机床、先进成形装备、增材制造装备、专用短板设备及成组工艺生产线。

▶ 电子信息设备加工装备

重点开发20000～60000r/min高速钻攻中心、五轴联动高速加工中心、多功能五轴磨抛机、PSA贴敷机、晶圆电化学沉积（ECD）设备、高速光通信器件封装设备、低温共烧陶瓷（LTCC）与薄膜等先进基板制造成套装备、表面贴装成套装备、面板激光精密切割装备以及机器人智能化检测装配生产线等。

▶ 航空航天装备大型结构件及微纳零件精密制造与装配装备

重点开发铝/镁/钛/高温合金等难加工材料，采用多轴联动龙门数控铣床、五坐标蒙皮镜像加工机床、大型五坐标翻板铣床、大规格坐标磨床，机器人集群自动钻铆、复合材料自动铺丝/铺带、大型数控三维编织成型装备、三维五轴激光切割装备、飞机蒙皮数控多单元高效制孔机床、10米级大型运载火箭原位焊接装备、飞机起落架加工用重型卧式车铣复合加工中心、多维摩擦焊、超塑/扩散成形、精密控制热处理、结构疲劳及承载力测试装备、大飞机及大型火箭数字化总装、跨尺度复杂结构微纳零件、三维空间精密检测精密制造与装配装备等。

▶ 航空发动机制造关键装备

重点开发针对高温合金叶片、整体叶盘叶轮、涡轮盘、盘轴、机匣、传动轴、燃烧室部件等关键零部件加工设备，采用精加工卧式五轴加工中心、五轴镗铣加工中心、叶片/整体叶盘数控自动抛磨中心、数控强力磨床、高精度坐标镗床、精密电解/高效五轴电火花加工设备、数控内外圆磨床、多轴高效叶盘榫槽线切割机床，发动机涡轮盘/钛铝叶片智能锻压装备、整体钛电极挤压装备，以及重载惯性摩擦焊、辗压成形、单晶叶片定向凝固铸造、高温真空热处理、表面强化、激光微孔成形装备、狭窄工作面喷丸设备等。

▶ 船舶及海洋工程装备关键制造装备

重点开发船舶及海工高强钢板单面焊双面成形（FCB）、曲面分段柔性支撑、大功率激光复合焊、多点压力成形等平面、曲面分段流水线关键装备；大型柴油机缸体、曲轴、齿轮、叶片、海工齿条等先进加工成形装备、海上风电大型程控双作用水下液压打桩锤、舰船燃气轮机机匣加工用五轴立式铣车复合加工中心；水深超过1000m深海水下焊接修复及水液压驱动的深水作业装备、深海大型工作站大型钛合金高效制造装备及生产线。

▶ 轨道交通装备关键零部件成套加工装备

重点开发铝镁合金/不锈钢车体的高效激光/搅拌摩擦焊新型装备，30吨轴重重载电力机车核心零部件制造装备、120km/h以上移动式高速焊轨设备，时速350km/h以上列车用齿轮、轴承、轮对、转向架、制动系统等轻量化加工成形成套装备、辙叉加工生产线等。

▶ 汽车关键零部件加工成套装备

重点开发汽车发动机/变速箱等高效加工/近净成形装备及成组工艺生产线；高性能铝合金铸件挤压铸造成形生产线和真空反重力铸造成形生产线、多车型新能源汽车底盘结构件焊接生产线；柴油高压共轨、汽车安全、超高强钢/铝合金/镁合金/碳纤维汽车零部件、新能源汽车机电耦合系统等高效加工、在线检测与装配成套装备、圆柱电芯锂电池包装（pack）智能生产线、动力电池大规模智能制造成套装备。

▶ 汽车四大工艺总成生产线

面向中高端车型，以超高强钢/铝合金/碳纤维轻质高强材料应用为方向，重点开发车身钢铝混合板材伺服冲压、轻量化异种材质混合车身、伺服冲压/模压成形、大型变截面梯度结构复合材料构件三维织造成形装备、高效连接（激光焊接、铆接、黏结）、多种材料合成焊装、轻质材料车身涂装、环保节能型涂装、采用机器人的装配等生产线。

▶ 大容量电力装备及新能源制造装备

重点开发百万千瓦级核电主管道、壳体类等关键部件的电渣熔铸—锻造—挤压成形工艺与设备、汽轮机焊接转子制造成套装备、百万千瓦级水轮机转轮焊接成套装备、超高压输变电设备精密制造装备、数字化装配成套装、高效晶硅PERC电池用激光消融设备、太阳能电池智能化印刷线。

▶ 工程及农业机械生产线

重点开发工程和农业机械发动机、变速箱，以及高压大流量液压系统及关键部件的精密加工成形装备与生产线，焊接、涂装、装配等基于机器人的生产线及在线质量检测系统。

2．增材制造装备

重点突破具有系列原创技术的钛合金、高强合金钢、高强铝合金、高温合金、非金属工程材料与复合材料等高性能大型关键构件高效增材制造工艺、成套装备、专用材料及工程化关键技术，发展激光、电子束、离子束及其他能源驱动的工艺装备；攻克高端金属及非金属增材制造专业材料制备、打印头、智能软件等瓶颈，打造产业链。

3．高档数控系统

重点解决速度平滑广顺、伺服带宽提升，机电耦合模型辨识和参数优化等关键技术问题；重点开发多轴、多通道，高精度插补、动态补偿和智能化编程、具有自监控、维护、优化、重组等功能的智能型数控系统；开发具备识别危险、自动预防干涉、识别异常自动停止、刀尖跟随高精度补偿功能的数控系统；提供标准化基础平台，允许开发商、不同软硬件模块介入，具有标准接口、模块化、可移植性、可扩展性及可互换性、安全保密等功能的开放型数控系统。

4．高性能功能部件

重点解决高速主轴热变形问题，保证数控加工过程的重复定位精度，满足各类精度要求的加工，重点提升数控刀具的刀体材料质量、热处理技术、涂层技术；重点开发20000～60000r/min高速电主轴、多轴联动主轴头、精密光栅、高速高精度主轴轴承、1～2级滚珠丝杠导轨、摆角定位精度<3弧秒、定位精度小于5”的转台、大功率伺服电机及配套全数字大功率驱动器等、高速加工机床直线电机传动技术，开发高性能功能部件精密加工、成形、检测、装配成套装备。

5．关键共性技术

▶ 数字化协同设计及3D/4D全制造流程仿真技术

开展基于开放式网络、众创式协同创新设计，以及面向装备产品全生命周期的数字化全流程建模与仿真技术。

▶ 精密及超精密机床的可靠性及精度保持技术

研究高精度机床的可靠性和精度保持性技术，并建立可靠性及精度保持性大数据平台。

▶ 复杂型面和难加工材料高效加工及成形技术

针对航空航天、核电装备用难加工材料及复杂型面零件加工，研究高速、高效加工与先进成形技术。

▶ 轻量化材料精密成形技术

研究铝/镁/钛合金、碳纤维等高强度轻量化材料构件成形全过程控形——控性技术，推动其在航空航天装备、汽车、轨道交通装备等领域的低成本规模化应用。

▶ 在线精密检测与智能装配技术

基于机器视觉、非接触测量及灵巧机器人等先进技术，研究在线精密检测与智能化装配技术。

■■ 应用示范工程

（1）高档数控机床与基础制造装备智能化升级工程。

（2）航空航天装备高端制造装备应用示范工程。

（3）聚变新能源跨尺度微纳零件超精密制造与装配装备应用示范工程。

（4）汽车轻量化材质关键部件及总成新工艺装备应用示范工程。

（5）汽车发动机、变速箱及其关键部件精密成形/加工/装配/测试装备一条龙应用示范工程。

（6）核电大型关键部件近净成形工艺与装备应用示范工程。

（7）舰船平面/曲面智能化加工流水线应用示范工程。

■■ 战略支撑与保障

（1）加快组建高档数控机床共性技术国家制造业创新中心，集中解决数字化设计技术、动静热特性试验技术，以及可靠性、精度保持性等制约性关键技术。

（2）加快建设轻量化材料先进成形工艺与装备国家制造业创新中心、推进基础制造工艺与制造装备的紧密结合，加速轻量化材料在重点领域的规模化产业化应用，推动先进制造技术国家实验室的组建。

■■ 高档数控机床与基础制造装备技术路线图

高档数控机床与基础制造装备技术路线如图2-1所示。