产学研用结合振兴国产齿轮机床

图为向汽车行业提供的国家重大技术装备项目六轴四联动数控高速滚齿机。

提到齿轮，我们的第一反应也许是钟表中那一个个彼此精密咬合的“小家伙”。不过，这里说的制齿机床所生产的齿轮并不是用在钟表上，而是应用于汽车、摩托车、风力发电、铁路机车、船舶、工程机械以及冶金设备当中，都是些精密的“大家伙”。
　　
不久前，由重庆机床（集团）有限责任公司（以下简称重庆机床集团）开发的数控高效制齿机床成套技术研发及产业化应用项目获得了国家科技进步奖二等奖，这也给了读者一个了解制齿机床奥秘的机会。
　　
启动产业化目标
　　
齿轮是最基础的机械传动元件，量大面广。齿轮机床是机床工业公认的工作母机中技术含量最高、零部件最多、结构最复杂的产品之一。在上世纪90年代末期，我国齿轮机床行业处在一个十分尴尬的境地。当时我国机床生产企业在技术上相对落后，普遍缺乏自主创新能力及关键、核心技术支撑，其产品主要以生产低端产品为主，缺乏竞争力，在数控机床质量的稳定性、可靠性、耐用性上同国外先进产品相比存在明显差距。可是国内市场上低端机床处于供应过剩的局面，而对于数控精密齿轮机床等高端产品的需求却因缺少国产产品而主要靠进口。由于进口机床价格较高，真正的有效需求也没能完全释放出来。一方面是低端产品供给的过剩，另一方面是高端产品供给的不足。我国虽然是装备制造业大国，也是全球机床消费第一大国，但大量机床主要依靠进口。
　　
国际上只有美国、日本、德国等少数发达国家能够生产齿轮机床，我国的齿轮机床市场绝大部分被境外生产商所占有。据不完全统计，当时我国高端机床市场上的国产化占有率不足30%，国外生产商占据了70%的市场份额。而数控机床领域，国产化的占有率更是低于25%。
　　
供需失衡局面的出现正说明了彼时国内机床行业与市场需求的严重脱节，而重庆机床集团也在此列，甚至一度差点破产。针对这样的局面，重庆机床集团在2000年提出要以“实现数控机床产业化”为目标，大力开发数控齿轮机床。
　　
内外兼修新思路
　　
数控高效制齿机床成套技术研发及产业化应用项目并不是完全独立的，而是以“西部开发科技行动”重大项目课题———数控高速高精度滚齿/插齿/磨齿机床的成套技术开发为研究主线，由国家火炬计划项目数控制齿装备、国家重大技术装备国产化创新研制项目YKS3120六轴四联动数控高速滚齿机及其系列产品模块化等科技项目支撑。
　　
该项目总体上可以分成两个部分：一部分是针对机床用户的数控高效制齿机床成套技术，旨在提高用户的生产效率和精度，涉及到加工齿轮所需的所有设备，包括六轴四联动数控高效制齿机床控制技术研究；制齿机床高速高精度主轴系统的研制；制齿机床高速、高精度工作台系统的研制；机床热变形控制技术的研究；滚齿机零编程技术的开发；绿色制齿技术与装备的研发；机床智能化及自动化系统的研发；高精度分度转台等机床功能部件的研发；高速、高精度复杂齿轮刀具的开发等子课题研究。
　　
另一部分则是针对重庆机床自身的技术产业化应用，旨在增强重庆机床集团的生产研发效率，主要是以模块化设计为主，用一系列标准结构，实现快速开发和快速生产，主要指滚齿/插齿/磨齿机床模块化可重构技术研究。高速数控机床首先要过的就是高速关，传统齿轮机床切削速度通常不足30米/分钟，而重庆机床集团按照国内用户的需求研发出了切削速度200米/分钟的高速数控齿轮机床。虽然还和国外的高端机床有差距，但已经从原来的20～30年的差距缩小到了2～3年。
　　
数控高效制齿机床成套技术研发及产业化应用项目也体现出深刻的环保色彩。传统机床所用的切削液对水、土地和空气造成污染，治理难度较大。而该项目成功研发出干式高速切削技术，淘汰了切削液，在加工过程中无切削液的飞溅和油雾的产生，对环境和人没有污染、危害。另外，机床由过去的敞开型改为全密封，增加了多重安全防护，护罩防护结构使排屑器能从床身中部迅速将炙热的切屑排除，增强了用户在操作时的安全性，保证了干式高速切削的需要。
　　
扩张中的市场规模
　　
应用于汽车变速箱当中的齿轮是其市场的重要组成部分，我国齿轮机床工业的发展很大程度上得益于近年来我国汽车工业的飞速发展。这种飞速发展体现在：我国汽车年产量从100万辆增长到200万辆用了10年的时间，从200万辆增长到300万辆则只用了3年，从300万辆增长到400万辆只用了1年，而且自此之后以每年100万辆以上的速度增长。2007年我国汽车年产量达到了880万辆，2008年这个数字还将继续扩大。通常每辆汽车需要30～50个齿轮，汽车产量的增长直接导致齿轮需求量的上升，而且由于对齿轮的质量要求越来越高，数控高效制齿机床的市场前景随之更为广阔。
　　
另外，在重型汽车和摩托车的变速箱中也大量使用齿轮。我国现在年产50万辆重型汽车，每辆需60多个齿轮；年产2500辆摩托车，每辆需20～30个齿轮。这给齿轮机床企业带来了另一个巨大的市场。

国产化带动经济发展
　　
数控高效制齿机床成套技术研发及产业化应用项目最重要的意义在于其产业化为我国铁路大提速，风力设备井喷式的增长，高速发展的汽车、摩托车、工程机械以及冶金设备提供了巨大的技术支持。由于性价比优势明显，重庆机床集团的产品逐步收复了原来被境外企业占据的齿轮机床市场，部分产品完全能够替代进口产品，使我国进口齿轮机床数开始下降。据重庆机床集团董事长廖绍华介绍，目前，我国国产机床国内市场占有率突破了50%，国产数控机床占有率则达到40%。而在齿轮机床领域，重庆机床集团的齿轮机床综合市场份额已近50%，滚齿机床市场份额达到70%～80%。除此之外，该项目的相关产品相继出口日、韩、印及欧洲国家，高端产品实现了批量出口。
　　
数控高效制齿机床的加工效率比传统机床提高了3～5倍，性能达到了国际一流水平，而价格只是国外同类产品的二分之一到三分之一，表现出了相当高的性价比。在占领国内市场之后，这一产品带动齿轮机床的市场价格整体下降，尤其是国外机床产品，价格降低了三分之一到二分之一。这样，机床用户在使用到了性能更好、精度更高的机床的同时，也节约了购买设备的成本，从而提高了效益和发展速度。
　　
作为国内齿轮机床行业的排头兵，重庆机床集团负责了国内齿轮机床行业多项国家级标准的制定，对国内其他机床企业有着重要的带动作用。重庆机床集团推出的数控高效制齿机床在竞标中的出色表现也增强了企业对国产机床的信心，促进了本土机床企业的发展壮大。“我们在和国外企业同台比试的过程中，没有给国人丢脸。”廖绍华说，“现在越来越多的客户开始选用国产机床，事实会证明他们的选择没有错。”

尊重市场产研结合
　　
面向客户的真正需求是数控高效制齿机床成套技术研发及产业化应用项目开发的基本前提。以重庆机床集团为代表的研发队伍以“满足客户需求，为客户创造增值服务”为经营服务理念，以市场需求为导向，按照中国机床市场客户群结构的丰富性，开发出高、中、低三个层次的机床产品，适应了中国机床市场的发展需要。
　　
数控高效制齿机床成套技术研发及产业化应用项目背后的开发团队除了重庆机床集团之外，重庆大学、重庆工学院也参与其中，组成了产学研相结合的研发队伍。重庆机床集团正是通过联合重庆大学、重庆工学院实现了双方优势资源的整合，缩短了研发周期。高校拥有企业所不具备的人才结构及研发能力，能够帮助企业实现技术领域的理念，由企业将这些技术产业化，推向市场。
　　
在项目开展之初，分析研究市场发展趋势是项目最终在国内外市场上取得成功的重要原因。正是因为看到了中国齿轮机床市场的复杂性及发展趋势，重庆机床集团开始探索模块化道路，将生产组织活动与模块化思路相结合，极大地提高了企业生产研发的效率，能够快速对市场变化做出反应，满足不同层次客户的需求。据介绍，应用模块化思路以来，重庆机床集团的员工已经精简到原来的一半，但年产机床量则由1998年的104台增加到2007年的近1500台。
　　
数控高效制齿机床成套技术研发及产业化应用可以说是在我国机床行业产业升级大环境的催生下，由企业和科研机构合力打造、迎合客户的真正需求、符合市场发展趋势的项目技术。事实也同样证明，重庆机床集团这一系列的决策是没错的。
　　
中国机床工具工业协会点评
　　
由重庆机床（集团）有限责任公司牵头完成的数控高效制齿机床成套技术研发及产业化应用项目是近年来国家振兴装备制造业，大力推行企业自主创新，实施产学研用相结合的一个成功案例。
　　
该项目立题之初便瞄准国际先进水平，坚持以市场为导向，走产业化道路，通过攻克齿轮机床数字控制、切削力、刚性、振动、噪声、热变形和结构模态分析与测试等一系列技术难关，积极采用模块化技术、信息化技术，以及设计开发、工艺试制、生产调试并行工程和价值工程，开展集成创新和原始创新，大力推进技术创新能力平台建设和产品开发平台建设，促成了该项目的成功。
　　
该项目在数控高效制齿机床系列产品模块化研制的关键技术上取得了重大突破，代表了国内最高水平并保持着国际领先水平，在国际市场产生了重要影响。不仅为企业带来了巨大的经济效益，也为汽车、工程机械、风力发电等行业齿轮制造技术水平的提高起到了重要的推动作用，实现了“中国装备、装备中国”的示范效应。