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国内滚动功能部件产业的现状与展望

http://cn.newmaker.com 6/17/2006 3:55:00 PM 佳工机电网

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展厅 9	导轨/丝杠展厅滚珠丝杠, 梯形丝杠, 直线导轨, 交叉导轨, 直线轴承, 直线滑块, ...

从功能部件的“功能”说起

回顾我国数控机床的发展历史，在上世纪八十年代首次提出了“功能部件”的慨念，把数控机床中的重要零部件用“功能”来定位它在主机中的作用，功能部件作为单元技术的载体，承担着既定的功能，成为主机总体功能中不可分割的部分。这一慨念的提出打破了“重主机、轻配套”的传统思维，给功能部件产业的发展注入了新的活力。

滚动功能部件是由以滚动摩擦代替滑动摩擦为特徵的零部件所组成的，包括：各类滚珠丝杠副、滚动直线导轨副、行星式滚柱丝杠副、滚珠花键、滚珠导套、滚动元件组合单元……等。与滑动珠杠、滑动导轨、静压丝杠、静压导轨、齿轮——齿条传动、油缸驱动以及直线电机等线性传动装置比较，滚动功能部件具有自身的特定功能。从图1中可以看出滚动功能部件不但是数控机床的关键零部件，而且也是符合21世纪生态环保理念机械制造业的重要基础元部件，它的每一种或几种功能的组合或延伸都在装备制造业中找到应用领域。

国内滚动功能部件产业面面观

我国滚动功能部件产业起步于上世纪六十年代，是伴随我国精密机床、数控机床的发展而逐渐壮大起来的一个新兴产业。据不完全估计全行业有制造企业80家左右，年生产能力在15亿元左右。按照企业的性质、规模及发展情况，大体上可分为三种类型：（A）伴随我国精密机床、数控机床发展成长起来的企业群，（B）注入外资或合资企业群，（C）以民营企业为主体的新生企业群，这三类企业的基本状态详见表1。我国滚动功能部件产业是从机床行业中孵化出来的，而日本等西方国家的滚动功能部件产业多数是从轴承行业中孵化出来的，由于“出身”的差异显示出成长的差异。“出身”机床行业的我国滚动功能部件企业的绝大部分装备基本上都是“Made in China”，中国装备的水平决定了滚动功能部件产品水平。而国外滚动功能部件的不少知名企业由于是从轴承行业中派生出来的，轴承的基础理论及性能试验方法和手段，例如滚动摩擦特性、疲劳寿命机理、弹性变形理论、不同工况下的振动、噪声分析、测试……等。很快就被推广应用到滚动功能部件产品上来，从而大大提高了产品的性能，并使新产品开发建立在坚实的基础上。

以全球范围看，我国滚动功能部件的制造企业的数量是最多的，在地域分布上呈现出在长江下游及沿海聚集的现象，除少数重点骨干企业外，专业化生产的规模小，集中度低，全国总产量和产值还不如国外一个知名大企业，至今尚无一个在国内外市场上有影响力的知名品牌，尚无一家上市公司。

处于成长期的民族滚动功能部件产业

我国滚动功能部件产业是植根于神洲沃土、土生土长的民族工业，历经40多个坎坷岁月有厚重的历史沉积。在表1的一类企业群中有一批这个行业的核心企业，他们是我国滚动功能部件民族工业的精英，产业的支柱。汉江机床有限公司把精密、数控机床和滚动功能部件作为两大主业，滚动功能部件主业下属三个分厂（汉中、昆山、上海）、一个滚研所，2005年初又在昆山组建了吸纳国内人才的滚动功能部件研发中心。滚动功能部件行业中绝大部分螺纹磨床和部分检测设备产自该公司。2005年滚动功能部件的产值达1.3亿元。

南京工艺装备制造有限公司是我国最早从事滚珠丝杠量产的企业，是行业中引进关键设备最多，产品的品种、规格、系列最全的企业。2005年滚动功能部件产值达1.2亿元左右，该公司“十一五”的目标是年产25万套滚动功能部件，产值5亿元。

广东高新凯特精密机械公司，是上世纪90年代初由国内和香港最具经济实力的投资公司高起点投资、集产学研于一体的滚动直线导轨专业制造企业，能批量生产六大系列数十个规格的产品，该公司以华中科技大学为技术依托成立了滚动直线导轨研发中心。2005年产值约0.5亿元，到“十一五”末将达到年产精密滚动直线导轨10万米（套）的能力。山东济宁博特精密丝杠制造有限公司，始建于1966年，是国内机床三杠（丝杠、花键、光杠）配件厂最早（1986）成功转型为滚动功能部件的专业生产厂。该公司曾与北京机床研究所、山东工业大学建立紧密合作关系，2002年改制后产品范围扩大，开发并量产电主轴、行星式滚柱丝杠副、滚柱导轨等新产品。2005年滚动功能部件年产值0.55亿元。北京机床所精密机电有限公司滚珠丝杠厂，其前身是原机械部机床所下属“北京精密机床零件厂”，是我国最早从事滚珠丝杠开发（1960）、试验研究和检测仪器的科研单位，是国内最早推出“浮动反向器”内循环滚珠丝杠、大导程和高速滚珠丝杠的单位，在激光反馈校正技术、测量技术方面处于国内领先水平。2005年滚珠丝杠副产量达5000套。

在民族工业企业群中还有西北机器厂滚珠丝杠厂、大连高金数控功能部件公司、上海中恒导轨有限公司、贵州平水滚珠丝杠公司……等，限于篇幅不一一列举。

我国民族工业的这批骨干企业虽然在整个机械工业中所占的比重很小，但作为基础工业所发挥的作用是不可低估的。他们历经了“重主机、轻配套”错误理念的干扰。经受了“合资”的诱惑，以产业报国为己任，“立民族志气，创世界名牌”，正朝着专业化、产业化方向阔步前近。据不完全调查和统计：在国内市场滚动功能部件的国产化率，滚珠丝杠约65%，滚动直线导轨约40%。

归纳起来，我国滚动功能部件产业中的上述核心企业在以下几方面取得可喜进展：

（1）传承了几十年精密螺纹制造的经验，在螺纹磨削的激光反馈校正技术、CNC误差补偿技术、导程精度自动检测技术及仪器等方面拥有我国的自主知识产权并处于国际先进水平。

（2）在我国滚动功能部件产业中拥有一批宝贵的大型专用设备，例如S7450五米丝杠磨床、SK7450×9000CNC超大型丝杠磨床、4m、6m CNC滚动导轨磨床、6m CNC中频淬火机、5m冰冷处理设备（-80℃）、5m丝杠导程自动测量仪……等，与国外同行比，我国的重型、超长滚动功能部件产品无论在产能还是在性价比方面都具有比较优势。为大型装备的国产化创造了条件。

（3）最近几年在技术创新和新产品研发方面也取得长足进展；例如：V=48~70m/min、加速度0.5~1g的精密高速滚珠丝杠副及配套的检测仪器；行星式滚柱丝杠副以及用于电动注塑机的高负荷滚珠丝杠副已推出商品并系列化；研制成功滚柱直线导轨和高互换性超长滚动导轨副；用于核电站、太空仓、导弹制导系统等特殊工况的高性能高可靠性滚珠丝杠副……等等。

（4）滚动功能部件的绿色制造迈出了可喜的第一步。例如：滚珠丝杠和滚动直线导轨副的循环返向装置正在逐步推广省材省工的绿色制造技术——MIM金属粉末注射成形和高强度工程塑料一次成形；CNC旋风硬铣削技术及装备正落户中国；淬火GCr15钢高速硬车削技术已从工艺试验进入生产现场并取得明显效果；研制成功自润式滚动功能部件新产品……等等。

找准差距，正视差距

虽然近十多年来我国滚动功能部件产业有较快的发展，但与当今世界先进工业国家的水平相比，依然存在明显差距，表现在以下几方面：

（1）企业既多又很分散，多数企业盲目无序发展，没有形成集约化大规模生产模式，专业化生产水平不高，信息化管理滞后，产业化进程跟不上主机发展步伐，不少企业尚不能按主机配套的周期有节奏地供货。

（2）在产品的技术水平和质量方面：我国滚动功能部件产品的总体水平处于发达国家名牌产品之下、发展中国家之上的中偏上水平，行业中重点骨干企业的部分产品达到或接近国外本世纪初的先进水平；中低档产品与国外同类产品差距较小或基本持平，但生产效率却远远低于国外，而高性能、高档次的产品，例如高速、超高速、超高精度、高刚度、低噪声、机电一体功能复合化……等方面我国与当今世界水平存在明显差距，成为制约我国高档数控机床国产化的瓶颈。按产品的具体指标分析，性能指标的差距远远大于精度指标，在前述一类企业群的产品中精度指标与国外持平，但在△Tp（动态预紧转矩公差，N．m）和滚动体的流畅性、Knu（轴向刚度）、Fpr（预负荷，N）的稳定性、高速运转时的噪声、平稳性、可靠性……等方面与海外知名品牌相比，存在明显差距。

（3）传统的工艺和装备制约了制造技术的创新。数十年一贯制的以螺纹磨削为主的传统工艺，不管什麽精度都用螺纹磨床加工，使生产效率低，耗能、费工、环境污染等问题也得不到根本解决。而国外，螺纹的CNC冷轧成形技术、CNC旋风硬铣技术已广泛应用。近年来我国虽然引进了不少关键设备，有不少设备发挥了很好的作用（例如滚动直线导轨的CNC专用磨床），但还有部分设备受整体工业水平的制约，出现“水土不服”的现象。而我国内自己研发的新一代高档CNC专机（例如：CNC内螺纹磨削中心、CNC高精度高性能丝杠磨床），还跟不上产业化发展的需求。

（4）用于滚动功能部件的国产Gcr15钢等原材料，不能适应工艺革新的要求，制约了高效制造技术的发展。

（5）新产品开发速度慢，技术创新能力不强，拥有自主知识产权和专利技术的项目少。在多数三类企业中产品品种单一、产品结构及尺寸系列雷同化。

（6）对滚动功能部件的基础理论和性能试验的研究不重视，投入较少。这是导致我国的产品性能指标与国外差距大的根本原因。

在科学发展观的指导下，把滚动功能部件民族产业做强做大

2006年是我国“十一五规划”开局之年。在“十一五”期间国家将重点扶持一批功能部件龙头企业，以带动整个数控机床功能部件产业与主机同步发展。我国滚动功能部件产业发展到目前，上述一类企业中的“四大金刚”已具备做强做大的主客观条件。全方位地回顾40年的发展历程使我们得到许多启示，只要能抓住机遇、理顺矛盾、找准差距，就一定能够借助新的经济增长方式在不断创新中把民族产业做强做大。为此，笔者提出如下建议：

（1）用高效绿色制造理念改造传统的制造工艺。在螺纹制造技术中应推广高速干切削技术、CNC旋风硬铣削技术、冷轧成形技术。在滚珠螺母制造中采用CNC车铣中心、CNC内螺纹磨削中心复合加工技术。在返向机构的制造中采用金属粉未注射成形MIM技术和高强度工程塑料一次成形技术。在推广高效绿色制造技术的过程中首先要突破材料关，企业与高校和研究院所合作共同研发用于高速硬切削的易切削微变形钢、用于冷轧成形的延伸率好、滚压特性优良的钢材。

（2）企业的研发中心要从最基础的工作做起，在滚动摩擦理论、力矩特性、动静刚度特性、高速和微动时的动态摩擦特性、滚动体在不同工况下的运动机理、振动与噪声……等方面踏踏实实地做一些试验研究。在人力资源和测试手段等硬件设施上加大投入，为企业研发新产品、提高产品的内在性能和质量奠定坚实的基础。这是企业创新发展、提高核心竞争力的关键。

（3）根据机电产品高速、精密、复合化、智能化、环保的发展方向，迅速研制一批高性能的滚动功能部件产品及其装备。例如：批量生产精密高速滚珠丝杠副的制造技术和装备；与直线电机配套的高速、高刚度、低噪声精密滚动直线导轨副；与重型数控机床和重型机械配套的高负荷滚柱直线导轨副和滚珠螺母条；自润式、免维修、长寿命的绿色滚动功能部件产品；满足主机要求的智能化、复合化、机电一体化产品等。

（4）在滚动功能部件产业链的互动中实现管理创新，用信息化带动产业化。

滚动功能部件的产业链包括上游的二次配套企业和装备制造企业、下游的终端用户群。如果上游的二次配套产品（例如：滚珠、滚柱、返向器、密封件、润滑件等）都由企业自己解决，显然是不明智的。滚动功能部件制造企业与二次配套企业间是双赢、互动的紧密关系，这既有利于降低成本、缩短周期，也有利于提高产品质量，并使企业能集中主要精力解决主要矛盾。

而产业链的下游则是滚动功能部件的主机用户群。滚动功能部件的制造企业应与用户建立紧密的战略伙伴关系，而不仅仅是产品的买卖关系，要对用户实施“全过程服务”，吃透主机的总体功能，使滚动功能部件的功能在主机中得到充分发挥。在主机新产品开发时，从一开始就介入合作，两者的新品开发同步进行，使滚动功能部件开发出的新产品针对性强，适用性高，能更快商品化。

要使产业链实现良性循环，必须采用信息化的管理手段，才能达到专业化生产的五大目标，即：T——生产周期短、供货及时；Q——产品质量好、性能可靠；C——成本低、物耗小；S——售前售后服务好、全程服务；E——绿色环保。

从图4还折射出滚动功能部件产品具有资本密集型、技术密集型的特徵，它的应用范围遍及装备制造的各个领域，产品的生命力强。

（5）造就一支专业队伍是滚动功能部件产业发展的百年大计。

滚动功能部件是从滚动轴承派生出来的，虽然存在滚动摩擦方面的共同性，但与轴承却有很大差异，滚动体的循环运动要比轴承复杂得多，有许多基础理论方面的问题若不进行深入研究就很难在技术创新上取得突破性进展。在国外早在1978年Hilmer就将滚珠轴承的额定动负荷和疲劳寿命的计算引入滚珠丝杠副，德国、日本等国都有一批人专门从事这个领域的理论研究和性能试验。

“国家兴旺，人才为本”，产业要创新人才是关键，在知识经济时代需要造就一批有敬业精神、高素质、跨学科的复合型人才，成为推动企业技术创新的中坚力量。

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