高档数控机床与基础制造装备

作为工业母机，高档数控机床与基础制造装备是制造机器的机器，处于先进制造产业链的最顶端，主要包括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，等材制造的铸、锻、焊、热表处理、复合材料铺放等基础制造装备，增材制造（3D打印）装备，以及在线检测、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、战略性和使能性的特征，在先进制造与装备开发中日益发挥更大作用。

需求

作为世界第一大数控机床与基础制造装备生产国、消费国和进口国，我国总体情况可用“两个第一、三个三分之一”概括：产量世界第一、消费总额世界第一；产值约占全球三分之一、消费总额约占全球三分之一、进口机床约占国内市场总规模的三分之一。2018年，我国机床工具行业规模以上企业主营业务收入7151亿元，基础制造（含增材制造）装备等主营业务收入约3000亿元，行业总体规模约10000亿元，支撑了超过26万亿元的制造业GDP，在国民经济发展中起到“四两拨千斤”的重要作用。随着新一轮科技革命和产业变革的兴起，制造行业的重大新需求不断涌现，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、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装备提出新的战略性需求和转型挑战。与此同时，新形势下我国高档数控机床与基础制造装备在产业链安全可控性方面存在较大风险，制造高档数控机床与基础制造装备的工作母机一直遭受封锁，高档数控系统及高端核心零部件存在禁运风险，高端工业软件基本被国外垄断。这就要求我国高档数控机床与基础制造装备向超快、超高、超常和极大、极小、极端环境的“三超、三极限”，智能化、绿色化、轻量化，以及工艺与装备复合、结构设计与制造一体化复合、多工艺工序复合的“三化、三复合”的方向发展。

目标

到2025年，机床装备平均无故障时间超过2500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；我国高档数控系统与核心功能部件短板得到基本改善，部分前瞻及原创性装备实现突破，高档数控机床与国际先进水平差距明显减小，基础制造装备整体接近国际先进水平，增材制造装备迈向世界前列。

到2030年，基本解决关键高档数控系统与核心功能部件、先进制造工艺的精度保持性和可靠性问题，高档数控机床与基础制造装备整体技术水平达到世界先进，增材制造、近净成形等前瞻及原创性装备开始迈入世界领先水平。

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、新一代信息电子、船舶及海洋工程、大容量电力装备及新能源、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、专用设备及成组工艺生产线。

电子信息设备加工装备

重点开发进给分辨率达到0.1μm的SiC晶圆高效高精超声波加工机床，超精密减薄磨削与抛光复合加工机床磨床，微部件多轴联动多工艺复合加工系统，红外硫系玻璃模压成形设备等。

航空航天装备制造与装配装备

重点开发五轴联动大型龙门高精度加工机床，五轴卧式翻板高速加工柔性生产线，脆性材料精密激光抛光设备，桥式龙门摇篮五坐标加工中心；10m级运载火箭贮箱搅拌摩擦焊装备，大型复合材料铺放及热固化、检测装备，新一代单晶/细晶复杂叶片铸造工艺装备，多材质多能源大型构件少无变形焊/连接装备，大型构件高性能热表处理装备等。

船舶及海洋工程关键制造装备

重点开发精密五坐标数控镗床，五轴水切割机，船舶及海工高强钢板平面及曲面智能化分段流水线关键装备，深海大型工作站大型钛合金高效制造装备及生产线等。

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，时速350～600km/h列车用齿轮、轴承、轮对、转向架、制动系统等轻量化加工成形、测试实验成套装备，高速铁路轴承自动化渗碳+油淬/气淬+压淬热处理联合生产线等。

节能与新能源汽车制造装备

重点开发高可靠性双主轴卧式加工中心，精密高速磨齿机；轻量化异种材质混合车身、伺服冲压/模压成形装备，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，新能源汽车锂电池宽幅隔膜拉伸、涂布设备，多种材料合成焊装、轻质材料车身涂装、环保节能型涂装、机器人装配生产线等。

大容量电力装备及新能源制造装备

重点开发重型燃气轮机大尺寸单晶叶片铸造装备，耐1700℃高温燃气轮机叶片涂层成套技术装备，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，核电用特大型叶片近净成形设备，海洋核动力平台反应堆激光机器人焊接装备，高效晶硅PERC电池用激光消融设备等。

2. 增材制造装备

重点突破针对航空大型钛合金铸件HIP后处理的大型增材成形工艺装备、大Z向行程高性能电弧增减材制造设备、高纯净金属粉材制备设备等。

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，具有高负载特性、热补偿、振动抑制功能，具有自监控、维护、优化、重组等功能的高性能智能型数控系统；提供标准化基础平台，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和基于国产芯片的自主可控高档数控系统。发展具有实时运行内核、开放中间件的集成开发环境，形成支持不同硬件架构的数控系统开发平台。

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；重点开发高精、高速、高强度、长寿命机床主轴轴承、丝杠副轴承、转台轴承，1～2级超高速、超高加速度高性能滚珠丝杠副及军工用高可靠性、特殊工况滚珠丝杠副，20000～60000r/min超高速、大功率电主轴，高精度光栅尺及制造装备。

5. 关键共性技术

精密及超精密机床可靠性与精度保持性技术

突破面向全生命周期的数控系统可靠性的设计与分析技术、面向制造过程的可靠性试验与测评技术、高精度高可靠性控制技术、可靠性管控技术等。

动态补偿技术

突破热误差与空间几何误差实时补偿技术，加工过程机床末端动态误差建模、在线感知与补偿技术，高速精密主轴动态回转误差智能控制技术，多轴联动伺服系统机电耦合动态误差建模与补偿技术，融合动力学的数控机床插补与精度控制技术等。

绿色化智能加工/净成形技术

研究无切削液智能高效加工技术、无余量整体塑性净成形技术、低能耗连接技术、机械装备损伤再制造技术、无废弃物制造技术等关键技术。

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。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。

6. 关键材料

重点研发高纯净（氧含量不大于5ppm）、高均质（无宏观碳偏析）轴承钢材料，高强度、长寿命数控机床模具/刀具材料，低震动、低热变形机床床身材料等关键材料。

战略支撑与保障

（1）坚持国家战略，继续发挥新型举国体制优势，对国家实验室、国家技术创新中心实施国家投入为主、承担单位投入为辅的支持方式，实现对人、财、物及项目的全面支持，体现国家意志；对产品开发与应用项目，实行“国家引导、市场调节、企业主体”的支持方式，体现市场竞争机制。

（2）加快建设国家制造技术研究院，推进基础制造共性技术短板攻关，加速原创性及颠覆性制造技术研发。

（3）推进军民两用结合，加速推进创新突破与产业化应用，加强与国家重大专项、重大工程的高端机床与基础装备需求衔接，布局重点攻关任务；加强与各类科技计划的有效衔接、协同攻关，加快实现短板技术与装备的创新突破。

技术路线图

高档数控机床与基础制造装备技术路线图如图2-1所示。