现代制造技术难题研究(精密机床：我国制造业致命短板，外媒称无日本机床我们造不出飞机)

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据统计，我国精密机床系统和主要功能部件进口率高达95%。除了芯片、工业软件存在被他国卡脖子的情况以外，我国在精密机床领域同样面临这个问题。

美国Moore摩尔单点金刚石车床

本文就精密机床相关问题、我国精密机床发展情况以及我国精密机床制造面临的难题这三个话题展开较为深入的论述。

制造业的核心在于工业软件和精密设备，而精密设备主要针对机床，不论是航空发动机、航母、战斗机，甚至导弹，其加工过程都离不开机床，尤其是精密机床。

零件加工

在制造领域，根据精度的不同，可将机床分为三类，即普通精度机床、精密机床和高精密度机床。整体来说，在精密机床领域，技术实力最雄厚的当属德国和日本，最具代表性的为德国德国吉特迈公司，是欧洲最大的机床生产公司，其立卧转换万能镗铣床（DMU）、立式加工中心（DMC-V）、卧式加工中心（DMC-H）最有名。目前，德国最先进的机床精度已达0.001㎜，据笔者了解，即使在军工制造业领域，其加工精度也大都在0.01㎜左右，所以可见德国在精密机床领域的实力有多雄厚。

吉特迈公司下属的二级公司

尤其在20世纪初，德国机床制造在全球几乎都处于垄断地位，排名前10的基本上都是德国企业，而日本机床制造属于后起之秀，这些都是后话。

德国机床给外界的第一反应就是技术先进，加工精度高，而且不光机床，很多德国制造的产品质量都处于一流水准，例如欧瑞康巴马格公司生产的纺丝机、克拉斯公司生产的农用机械等。

德国精密机床

再来看日本机床，最具代表性的当属美德龙数控加工中心，据说美国F-22战斗机在制造过程中都曾使用了日本五轴龙镗铣机床，所以以目前的技术水平来看，日本精密机床大有超越德国机床的势头。以2021年数据为例，日本机床订单金额共1.5万亿日元，这其中保守估计有1万亿日元的订单来源于海外。

美F-22战机

上述篇幅笔者简要介绍了德国、日本精密机床情况，那么，有一个问题，具体来说，精密机床到底在加工过程中起哪些重要作用。

首先，精密机床可保证加工精度。以航天产品为例，其某些核心部件的加工精度要求达到头发丝的1/7，而且对于某个零件来说，除了加工精度以外，还有关键尺寸精度，其要求则更加苛刻，甚至为头发丝的十几分之一。民用领域产品相对来说对加工精度要求不是那么高，可以使用普通精度机床，但对于军用产品，只能使用精密机床，甚至超高精密机床。

零件装配图

再有，精密机床加工的产品可保证装配精度。一般来说，一款完整的产品是由很多部件装配而成，在没有加工精度保证的前提下，是无法保证装配精度的。假设一种情况，要加工某款航天产品，而零部件是由不同的厂家加工，在这种情况下，只有各个厂家保证部件的加工精度，最后才能严丝合缝的装配出最终成品，否则就会影响产品性能。早在2016年的时候，德国“旋风”战斗机就曾因为座舱螺丝松动而停飞的事件，所以可见装配的重要性。

“旋风”战斗机

最后，精密机床加工出来的产品质量高，零部件互换能力强。在普通机床加工和精密机床加工两种不同条件下，即使能加工出来同一款产品，但是由于精度以及粗糙度的不同，其在使用寿命和性能方面也有很大差异。此外，零部件的互换性问题也很重要，假设某款设备的某个零件需要更换，在精密机床加工条件下，只需要迅速更换其替代零件即可，原因很简单，因为精度有保证。

相比之下，我国在精密机床制造领域依然和德国、日本等国存在一定的差距。

日本精密机床

时至今日，我国精密机床大多从日本进口，这也就是为什么外媒认为若没有日本机床，我国甚至连飞机都造不出来的原因。

当然，外媒的看法有些贬低的成分。但对于任何事物的分析都应该客观、公正、理性的看待，下面笔者将阐述我国精密机床的发展情况。

就全球来看，我国依然是第一大机床生产国，但是整体表现为结构失衡，具体来说就是普通机床我们完全可以自己生产，有属于自己的核心技术，最大的短板在于精密机床。

2018年全球机床行业各国/地区进出口值

从上图可以明显看出，我国机床进口量大于出口量，所以更加印证了结构不平衡的问题。再来看一个具体数值，2018年我国低档数控机床的国产化率高达82%，而高端的立式加工中心、卧式加工中心、龙门铣加工中心的国产化率仅为6%。

但实事求是来说，对于高端制造业，尤其是航天、航空领域，拼的就是高端机床，即精密机床。

虽然如此，我国依然有属于自己的精密机床制造企业，当属沈阳机床厂和大连机床厂，而且沈阳机床厂也有过高光时刻，以2012年的数据为例，沈阳机床凭借180亿元的销售收入，排名世界第一。

2008年和2018年世界机床龙头企业前20强

换个角度再来看这个问题，外界一直说我们没有属于自己的精密机床，那么我国的航母、战斗机又是怎么生产出来的？所以这种言论不攻自破，只能说我国精密机床同世界顶尖精密机床之间存在一定的差距而已。

来看最后一个问题，我国精密机床制造面临哪些难题。

整体来看，精密机床之所以难造，总共有两个方面的技术限制，即产品和技术。

产品方面。不论是普通机床还是精密机床，其高强度的刀具都是重中之重，例如铣刀、镗刀等，还有高精度纳米导轨等，此外，还有先进的数控系统，这些都与国外顶级厂商之间存在差距。

铣刀

技术方面。其一、零件受热变形问题，国外先进的机床制造厂商已经能够通过高精度仿真模型来解决这个问题。其二、对机床机理研究不够透彻，归根结底是针对机床特性的工程数据库积累不足，以至于国产的机床返修率很高。其三、传感器技术仍有待突破。对精密机床而言，传感器技术显得尤为重要，例如温度、振动、湿度传感器等，完善而先进的传感器系统可在零件加工过程中对核心数据进行采集并且记录，这对于保证零件加工精度有重要意义。其四、相关智能技术的应用。简单来说，就是人机交互问题，这里以德国CELOS机床为例，该机床可实现高精度仿真，而且可将加工过程以可视化的方式展现给操作者。

各种传感器

但总体来看，我国精密机床制造正有序逐步发展。

文章开头已经说过，工业软件、精密机床是制造业的核心关键，笔者认为，目前我们对其的重视程度依然不够，以工业软件为例，美国已将其上升为国家战略层面。尤其是这些很容易被“卡脖子”的技术，我们应该尤为重视，试想一下，未来发生战争，一旦他国禁止对我国出口这些技术，后果将会非常可怕，更是不敢想象的。