“十三五”滾動功能部件行業規?；a模式轉變思考與對策

■南京理工大學教授 馮虎田

“十三五”滾動功能部件行業規?；a模式轉變思考與對策

■南京理工大學教授 馮虎田

摘要：針對國產滾動功能部件現狀、趨勢及需求進行分析，提出滾動功能部件行業規?；a模式，從三個方面提出對策。

目前國產滾動絲杠副及直線導軌副生產經營形勢實在是不容樂觀，THK、NSK、Rexroth等國際著名品牌為了更加貼近中國市場，加快交貨周期，已相繼計劃或已在國內設廠，他們打著進口品牌美譽度大舉進攻國內市場。此外還有HIWIN、AMT、SKF、STAF和CPC等臺灣品牌大規模專業化生產，對大陸市場造成很大沖擊，還有臺灣在青島設廠如TBI等品牌以極低價格的競爭，對國產品牌形成了極大壓力。實際上，造成國內行業規模和成本處于劣勢背后的真正原因是我們缺乏規?；a關鍵基礎技術研究，境外同行在關鍵零件精密加工工藝穩定性、在線自動化檢測、零部件互換性、精密高效裝配等基礎性關鍵技術研究及其專業化設備研發應用方面已經遠遠走在我們前面，并以此形成了全新規?；a模式。

現狀分析

從全球范圍看，我國雖然是滾動功能部件產業制造廠商最多的國家，但生產不集中、分布不合理、總產量和產值不高，除少數重點骨干企業的部分產品達到或接近國外水平外，多數企業只能生產中低檔產品，且品種單一、含金量偏低，至今尚無一個在國際上有影響力的知名品牌，尚無一家上市公司。目前我國滾動功能部件生產企業有50家（不含中國臺灣?。?，研究院所、高校共3家，企業附屬研究機構3個。生產滾珠絲杠的企業有48家，年產值可達6.5億元，生產滾動直線導軌的企業有8家（其中4家同時生產滾珠絲杠），年產值可達2.5億元。在50家企業中，生產規模大、工藝裝備較齊全、產量大、品種多的企業有6家，其余絕大部分企業規模小、產量不高、產品品種單一。

功能部件產業與國外主要差距是：專業生產水平不高；信息化管理滯后；產業化進程緩慢；個性化服務跟不上。從產品總體水平看，我們處于發達國家名牌產品之下，發展中國家之上的中偏上水平，中低檔產品與國外同類產品差距較小或基本持平，但

生產效率卻遠遠低于國外。

上銀集團成立僅僅幾年，但在政策和銀行的支持下，發展迅猛。2010年達到100多億元臺幣，2011年的目標是200億臺幣，大于目前國內滾動功能部件產值的總和。中國臺灣的龍頭企業生產規模大，信息化管理水平高，以大規模集約化制造的成本和速度，提供全方位滿足用戶個性化需求的眾多系列產品；而且對市場需求反應十分靈敏，每年都推出一批具有時代氣息的自主知識產權的新品，并迅速申請專利；同時，在工藝上，裝備數控化率高、生產效率高、產品質量穩定，并且擁有先進的檢測儀器和產品性能試驗設備，為批量生產的產品和新產品的研發提供品質保證，用檢測數據和性能對比曲線取信用戶。

ECFA的正式實施，更增強了臺灣滾動功能部件的競爭力，給大陸正在蓬勃發展中的滾動功能部件行業帶來巨大的壓力。

時至今日，國外各類生產線已取得了長足的進步。德國已經進入制造4.0時代，并作為國家戰略被鮮明提出，在德國企業界得到廣泛應用，工業制造4.0是以智能制造為主的工業革命，將傳統制造技術與現代無處不在的互聯網技術相融合，產生智能化的機械設備制造，在制造領域，將資源、信息、物品和人相互關聯，形成“虛擬網絡-實體物理系統（Cyber-Physical System，CPS），物流運輸方面，應用工業機器人自動上下料，實現了生產線多品種、混流自動加工；生產線控制方面，對生產線運行過程中各類信息采用集成控制方案，實現了生產線的智能化管理。相比之下，國產滾動絲杠副及直線導軌副生產可靠性、模塊化程度等方面仍有差距。

趨勢分析

國際上近年來在滾動功能部件規?；a業化方面提出了綠色制造的概念，以CNC硬旋銑代替傳統的磨制螺紋加工技術，其加工精度可達P2～P3級，表面粗糙度值可達Ra＝0.4μm，這是螺紋制造領域典型的高效能、低耗、低排放的綠色制造技術，給規?；a業化生產大型、超長、重載滾珠絲杠副帶來一場工藝革命。

20世紀90年代開始在精密滾軋技術HPR（High Precision Rolling）的推動下，高剛度數控精密滾軋機的智能化水平得到提升，先后由德國（PROFIROLL）和美國（KINEFAC）推出新一代的高檔滾軋機，使RBS（冷軋滾珠絲杠）的精度穩定達到P5級，部分達到P3級。RBS由量變到質變，其典型的無屑、快速一次成型技術顛覆了“非磨無以成器”的傳統制造理念，于是P3～P5級的精密RBS已進入閉環和半閉環CNC機床和自動化工業裝備領域。

通常意義上來講，滾道表面經過常規精加工后，其表面質量（包括：粗糙度、紋理、微細毛刺、表層的金相組織和殘余應力等）都會對產品使用性能產生直接影響。針對這一點，國外滾動功能部件專用加工設備制造廠商提出了在精磨之后再實施超精研拋是十分必要的。日本NSK在其精密滾珠絲杠生產線上就配置了自行研制的“滾珠絲杠螺紋滾道超精研機床”，在精磨螺紋后用特制的油石對滾道面施加一定壓力，沿螺紋滾道進行震蕩式仿形超精加工，可使表面粗糙度達到高精度及高質量要求?？傊?，國內近年來在滾動功能部件專用制造設備研發投入方面取得了長足的發展，這將提升滾動功能部件產業規?；瘜I生產的制造工藝水平，在提高生產效率的同時，還為研制高端產品找到最佳工藝途徑。

需求分析

滾動直線導軌副是保證主機運動精度的關鍵性部件。眾所周知，滾動直線導軌是當今數控機床中使用非常廣泛的功能部件，由滾動直線導軌組成的滑臺傳動裝置性能的好壞將對機床的最終性能產生非常重要的影響。國外眾多直線導軌制造企業通過技術創新和產業升級，已經實現了大規模高效生產。利用其穩定的產品質量和較低的價格，正在不斷地擠壓國內同類生產廠家的生存空間。為了應對這種狀況，有必要重點支持直線導軌副生產企業的加工制造和測試試驗能力的提升，同時圍繞產品質量，擴大生產規模，降低產品成本，提高市場占有率。支持開展大批量自動化制造及檢測關鍵技術研究，建設有示范作用的直線導軌副產品批量自動化生產線。

04專項在“十二五”期間安排了一系列國產滾動功能部件專用加工設備項目，并通過用戶使用得到認可。針對“十三五”，

我們必須以穩定產品質量，擴大生產規模，降低產品成本，提高市場占有率的總體目標，支持開展大批量自動化制造及檢測關鍵技術研究，以國產功能部件專用裝備建設有示范作用的功能部件產品批量自動化生產線。

安排功能部件專用制造裝備的示范應用，研究國產功能部件專用制造裝備在滾動功能部件產品自動智能化加工、裝配、檢測試驗等領域的應用；基于自動化高效專用工藝配套國產中高檔數控機床；基于先進工藝引進部分國內一流加工設備與實驗設備，從而推動滾動功能部件生產模式的轉型升級，實現滾動功能部件前期課題成果產品集約化大規模柔性化生產模式，以大幅度提高產品批量生產的質量穩定性，形成產品規?；a能力，為國產中高檔數控機床提供規模配套，以適應中高檔數控機床行業的發展需求，解決目前國產中高檔滾動功能部件90%依賴進口的現狀，降低國產中高檔數控機床的成本，提升我國中高檔數控機床的競爭優勢。

對策

依據高檔數控機床及其他重點行業的迫切需求，開展滾動功能部件大批量自動化制造及檢測關鍵技術研究，建立國產功能部件產品批量自動化生產線；在現有產品設計原理與加工工藝路線的基礎上，進行產品規?；a業化加工制造的工藝研究，解決專用制造裝備及試驗設備緊缺等制約生產的加工能力的問題，提升產業自主創新能力；滿足高檔數控機床需求，最終形成穩定的批量生產能力，為國內高端用戶提供優質的產品，替代進口，促進行業快速發展。

一是滾動功能部件加工企業苦練內功，產學研合作開展行業產品研發、檢測條件建設，為規?；a提供軟件基礎。

（1）進行國產功能部件型譜參數測定試驗和性能檢測，與境外產品進行全面的試驗對比，建立國產滾動功能部件型譜參數數據庫。將針對國內龍頭企業的產品以及日本、臺灣、歐洲的滾動功能部件進行精度、剛性、噪聲、振動、加速度、額定靜載荷、額定動載荷等性能測試，并加以對比，建立國產滾動功能部件型譜參數數據庫，找到國產產品的真實差距。

（2）進行功能部件可靠性、壽命、精度保持性試驗驗證，通過試驗進行功能故障、精度衰退、壽命失效機理研究。研究將集中在精度保持性、疲勞壽命、功能可靠性的試驗方法、評價方法研究，并針對部分產品進行符合性驗證試驗。引入材料、工藝、表面參數、使用工況等其他影響參數，研究多參數以及使用方法對可靠性、壽命、精度保持性的影響機理以及優化方法。建立健全針對滾動功能部件的統一的檢測試驗體系。

（3）針對功能部件，開展材料級別的摩擦磨損、接觸疲勞、冷卻潤滑等基礎性試驗工作，結合理論分析與試驗研究填補行業內對基礎研究的空白。

（4）聯合功能部件龍頭企業以及各大主機企業，進行功能部件應用試驗研究。該研究針對功能部件如何在主機上運用得更好，增進企業與主機廠家的溝通。

二是國產裝備企業與滾動功能部件加工企業共擔風險，強化國產專用裝備應用示范，為規?；a提供硬件基礎。

目前國內的主要滾動功能部件生產廠家的高精度設備大部分為進口，國產裝備在整體精度及穩定性方面還有較大的差距，要想縮小這種差距，關鍵在于在應用中不斷發現問題，切實地改進問題，不斷地積累提高，使國產設備的整體質量更貼近于滾動功能部件加工日益提高的要求，促進滾動功能部件的發展，同時滾動功能部件的發展亦可支撐國產裝備的進一步提升，這是相輔相成的，因此加大國產設備的配套還是有必要的。

針對產品的加工工藝，引進專業化及生產線成套專用設備。需要設備制造商深度了解加工工藝及制造成本的要求，對于專用設備及其專用夾具的研究尤其重要。

如導軌和滑塊的關鍵工序為磨削基準面和溝槽，這些設備應為專用設備。而前道加工需求為專用或專用成線配套設備?；瑝K復合加工設備滿足回珠孔及定位安裝孔加工（鉆、鉸、攻螺紋），銑型腔、軌道復合加工的設備，可達到一次裝夾完成80%以上的工序。專用滑塊精磨基準面設備可以減少磨削余量及磨削加工面，提高加工效率。導軌鉆孔、沉孔、倒角（正反倒角）專用設備滿足產品批量化生

產需要，鉆孔、沉孔尺寸精度?；瑝K銑端面及倒角，實現自動上下料、自動裝夾?；瑝K由鍛件銑面、銑槽、倒角、鉆孔、攻螺紋等工藝，形成局部工序生產線，目標為1min/件的加工效率。導軌磨床實現三面同時磨削，效率為30min/4m。

如外螺紋磨床穩定加工P2，部分達到P1，能夠實現磨削熱伸長、螺距誤差、錐度分段計算機補償，砂輪架螺旋角數控調整，砂輪自動動平衡，金剛滾輪數控自動修整砂輪。螺母磨削中心可以實現滾珠螺母外圓、端面、內螺紋滾道的一次裝夾磨削，對刀裝置實現返向器孔與內螺紋滾道相對位置的自動對刀，實現非圓法蘭產品裝夾，固定不同規格螺母的加工程序，不需要單獨編程，實現大導程螺母的磨削。滾珠絲杠、滾珠螺母在線檢測設備實現滾道錐度、橢圓度在線檢測，滾珠螺母內螺紋中徑值在線檢測，滾珠螺母內螺紋滾道螺距精度在線檢測，滾珠螺母內螺紋滾道錐度、橢圓度在線檢測。

滾動功能部件國產裝備及滾動功能部件本身這兩者是相互促進的關系，示范應該是相互的，最好實現滾動功能部件國產裝備企業與滾動功能部件加工企業的聯合示范，這樣一方面滾動功能部件國產裝備企業可以更好得了解功能部件在制造過程中的實際需求，另一方面功能部件企業亦可更好地了解產品的實際應用情況。國產專用裝備應用示范在主機廠與功能部件廠之間做好分配協調，以承擔各自風險。

三是轉變生產模式、優化布局，強化新工藝研究，建設規?；a線。

關鍵零件制造精度及批量化生產能力提升，主要依靠加工手段數控化、柔性化形成加工生產線，不僅可以有保障地控制產品質量，減少因人為因素產生的質量事故，還可以有效地提高生產率。通過建立產品裝配線、檢測線，可以穩定裝配環節的質量及效率，形成穩定的裝配工藝及檢測工藝。通過試驗手段的不斷加強、檢驗規范的嚴格實施、制造過程的有效控制以及在管理措施上的堅持不懈，來提高產品的可靠性。

（1）滾珠絲杠、滾珠螺母及其裝配過程自動化加工技術研究與應用，實現滾珠絲杠副規?；a。

研究滾珠絲杠優質高效加工技術，建立規?；圃旖z杠生產線。針對滾珠螺紋滾道加工，開展高效精密成型加工技術研究，形成可有效提高加工精度、加工效率和加工表面質量的新方法，以提高滾道加工質量穩定性，降低成本；研究砂輪精確修型技術，采用多線切削滾道加工方法，提高滾道加工效率及穩定性。軸端型式多樣化是滾珠絲杠無法形成批量制造的主要矛盾，研究高效的以車代磨技術，實現滾珠絲杠軸端加工中一次粗精車達到磨削效果加工工藝，替代傳統先車后磨加工工藝，提高效率，同時開發具有在線自動檢測的數控復合硬體切削專用機床，提高零件加工柔性，在一次裝夾下，完成軸頸上鍵槽等部位的銑削加工，提高產品位置精度，提高產品制造柔性，縮短產品工藝流程。滾珠絲杠屬于細長類零件，熱處理中的變形大造成精加工余量需放大，增加了制造成本和時間，淬硬層不對稱，對后期機加工的不對稱切削破壞了金屬流線，會導致零件的變形，不利于零件加工質量穩定性，研究小變形、高對稱性淬火技術，提高滾珠絲杠后期加工質量和效率。研究開發螺紋齒形輪廓與螺紋精度一體化的在線快速檢測裝置，減少精加工與檢測間裝夾的環節，縮短加工節拍。

研究滾珠螺母關鍵加工技術，建立規?；圃炻菽干a線。研究螺母微變形淬火技術，減少螺母滾道的精加工余量，縮短精加工節拍。滾珠螺母硬車加工中心代替磨削，實現對淬火滾珠螺母外圓、端面、內螺紋滾道的一次裝夾車削，對刀裝置實現返向器孔與內螺紋滾道相對位置的自動對刀，可實現非圓法蘭產品的裝夾，固定不同規格螺母的加工程序，不需要單獨編程；實現大導程螺母的車削。完成滾珠螺母內滾道、端面、外圓硬體車削以及各部尺寸的在線檢測?？s短滾珠螺母淬火后精加工工藝路徑，提高加工效率及質量。

研究高效裝配關鍵技術，凈化裝配環境，形成規?；z杠副裝配能力。研究滾珠螺母與滾珠絲杠互換性設計技術、互換性加工工藝、互換性精度檢測、互換性零件管理及裝配技術，達到同規格任意螺母與絲杠互換，實現絲杠副互換性生產。滾珠副總成精度要求高，傳統人工檢測方法效率低，勞動強度大，檢測不確定因素較多，無法實現精確、高效測量。研究利用先進傳感技術、激光非接觸檢測技術，開發多點位置、尺寸精度等高度集成精密檢測裝置，并配以能對數據進行處理和評判的專用軟件，實現滾珠絲杠副總成精度的高效自動檢測。

（2）滾動導軌、滾動滑塊及其裝配過程自動化加工技術研究與應用，實現滾動直線導軌副規?；a。

研究滾動直線導軌的互換、綠色加工技術，建立規?；瘜к壣a線。目前導軌的冷拉型材多數采用進口材料，尤其是高精度、大規格及復雜型面的滾柱導軌的冷拉型材全部依賴進口，居高不下的原材料成本已經成為國內導軌成本難以下調的主要因素，嚴重制約了導軌的發展。研究國產導軌冷拉型材小變形淬火、校直校扭等關鍵工藝技術，逐步達到進口材料水平，實現批量國產化替代，進一步縮短生產周期、提高效率、降低生產成本。大幅擴大導軌磨滾道磨削加工產能，研究導軌滾道磨削的分規格分線生產模式，通過對影響導軌互換的關鍵性因素研究，包括導軌中心距尺寸一致性，滾道一致性要求，滾道等高等，對以上尺寸進行精確磨削和在線測量，細化導軌零件管理，對已經檢測的導軌按不同精度等級編號、分檔，實現信息化管理，從而改變導軌的生產模式，實現規?；Q性生產。

研究自動、復合、高效滑塊加工技術，建立規?；瑝K生產線。傳統的滾動滑塊端面銑削、磨削均是通過普通銑床、普通平磨進行加工，每道工序加工一端面后再加工另一端面，加工效率低，勞動強度大。研究數控自動專業化加工方式，配置數控化臥式雙端面銑削、雙端面磨削流水線，工件通過間斷自動輸送方式進行自動上下料，自動裝夾，進行滑塊兩端面的精密銑削、磨削加工，達到加工效率高，勞動強度低，質量穩定性好?；瑝K零件形狀復雜，多孔且滾道與孔的相關位置精度要求高，加工難度大，傳統的孔加工工序均在加工中心完成，加工完一端后再掉頭裝夾進行另一端孔加工，精度難以保證，且滑塊上加工孔非常多，加工效率極低。針對這種復雜零件的加工，研究多工位多頭加工方法，配置圓弧轉盤，工件在不同工位同時進行滑塊不同位置的孔加工，每旋轉一次，相當于完成一個滑塊加工，工件不需重復裝夾，加工效率高、精度穩定性好，適用于規?；庸?。傳統的滑塊淬火工藝，變形大、氧化皮多、淬火時間長，效率低。研究滑塊滾道小變形、高效淬火工藝，提高質量穩定性，實現滑塊滾道淬火的高效、穩定加工。

研究滾動導軌副自動、敏捷、智能化裝配技術，凈化裝配環境，形成規?；瘜к壐毖b配能力。滾動導軌、滑塊實現分線式生產后，要求導軌副的裝配實現信息化、智能化管理。導軌、滑塊滾道加工結束后，對已經檢測的導軌、滑塊按不同精度等級編號、分檔，實現信息化管理，裝配時根據產品需求進行最優化自動匹配領料，實現智能化。滾動滑塊由滑塊、滾動體、返向器、保持架及密封件等組成，結構復雜，裝配要求高，目前均通過手工裝配，加工效率低，質量穩定性差。研究標準化裝配模式，集成自動化的裝配流水線，減少裝配過程中人為因素的影響，減小勞動強度、大幅提高加工效率，提升質量穩定性。滾動導軌副總成精度檢測項目多，要求高，傳統檢測方法過程復雜、人工檢測不確定因素較多，工作量大，無法實現精確、高效測量?；谙鄬z測原理，用幾何模擬的方法對檢測要素按設定的間隔進行若干截面上的數據檢測，通過數據處理形成設定范圍的檢測數據，按照給定的允差值進行質量狀態評定與分組。對某一階段出現的質量問題進行分析與提示，以提高檢測效率，也為產品的精度提升提供測量保障。

收稿日期：（20150206）