滾動功能部件：發(fā)展中不能承受之輕——追本溯源話“滾動”

顧問/Consultant：黃祖堯/HUANG Zuyao

撰稿/Writer：譚弘穎/TAN Hongying

滾動功能部件產(chǎn)品包括：滾珠絲杠副（精密、高速、大導(dǎo)程、冷軋、重載、超大型、微型、行星滾珠等）；滾動直線導(dǎo)軌副（滾珠、滾柱、圓弧型滾子等）；滾動元部件（滾珠花鍵、滾珠蝸母條、十字坐標工作臺、精密線性工作臺、致動器等）以及外圍配套元件（自鎖器、制動器、聯(lián)軸器、防護裝置、高剛度專用軸承等）。在滾動功能部件中，又以滾珠絲杠副和滾動直線導(dǎo)軌副為主。滾珠絲杠副是螺旋傳動副與滾動軸承融合而成，滾動直線導(dǎo)軌副則是直線滾動軸承蛻變而成，所以，從本質(zhì)上來講，滾動功能部件其實就是從滾動軸承衍生而來。

世界上早在19世紀末就發(fā)明了滾珠絲杠副，但因制造難度大，很長一段時間未能付諸實際。1940年，美國通用汽車公司最早使用滾珠絲杠副，它將滾珠絲杠副用于汽車的轉(zhuǎn)向機構(gòu)上，此后滾珠絲杠副的用途不斷被拓展。精密螺紋磨床的出現(xiàn)使?jié)L珠絲杠副在精度和性能上產(chǎn)生了較大的飛躍，使之開始在航空和機床行業(yè)中廣泛應(yīng)用；數(shù)控機床和各種自動化設(shè)備的發(fā)展，促進了滾珠絲杠副的研究和生產(chǎn)。早期擁有滾動功能部件生產(chǎn)能力的國家寥寥無幾，如日本、美國、德國、意大利、法國、英國以及前蘇聯(lián)。從20世紀50年代開始，在工業(yè)發(fā)達國家中，滾珠絲杠副生產(chǎn)廠家如雨后春筍般迅速出現(xiàn)，例如：日本的NSK公司、THK公司以及TSUBAKI公司；美國的WARNER-BEAVER公司、GM－SAGINAW公司；德國的RACO公司；意大利的SKF公司；英國的ROTAX公司等。時至今日，這些老牌產(chǎn)品大多數(shù)傳承至今、享譽海內(nèi)外。

我國以滾珠絲杠副為代表的滾動功能部件產(chǎn)業(yè)起步于上世紀60年代，是伴隨著我國精密機床、數(shù)控機床、機電一體化產(chǎn)品發(fā)展而逐漸成長起來的一個新興產(chǎn)業(yè)。眾所周知，數(shù)控機床主要由主機、數(shù)控系統(tǒng)以及功能部件3大部分構(gòu)成。在我國，功能部件的稱謂源于20世紀80年代，最早稱之為“機床配套件”。數(shù)控機床的主體為功能部件提供了發(fā)揮其功能的平臺，功能部件作為單元技術(shù)的載體，承擔(dān)了既定的功能，通過主機的集成和CNC控制形成機床總體的性能和精度，正因如此，數(shù)控機床許多核心技術(shù)頭體現(xiàn)在控制技術(shù)和功能部件上。裝備制造業(yè)的強弱對一個國家的國民經(jīng)濟和國防建設(shè)的重要性毋庸置疑，數(shù)控機床是裝備制造業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ) ，那么功能部件的重要性不言而喻?？v觀各國裝備制造業(yè)的發(fā)展軌跡，先進工業(yè)國家之所以成為機床制造業(yè)強國，有一批高水平的數(shù)控機床功能部件專業(yè)化知名企業(yè)可以說是其必要條件。

筑巢引鳳共發(fā)展

新中國建立之初，在機床行業(yè)里，隨著國家建設(shè)的深入發(fā)展，不僅需要普通中小機，而且需要重型及高精度精密機床。高精度精密零部件是精密機床的核心，那時世界上只有瑞士、美國、英國、德國、蘇聯(lián)少數(shù)國家能生產(chǎn)。

1960年，正值新中國實施“二五”計劃步入工業(yè)化初期，為響應(yīng)毛主席號召“要自力更生，走自己工業(yè)發(fā)展的道路?！闭匍_了高精度精密機床會議，決定成立中央6人領(lǐng)導(dǎo)小，由李富春副總理直接領(lǐng)導(dǎo)在一機部二局設(shè)立戰(zhàn)役辦公室，開展高精度精密機床戰(zhàn)役，制定規(guī)劃增加高精度精密機床生產(chǎn)能力（1960～1970年開發(fā)56種（后調(diào)整為46種）高精度精密機床，年產(chǎn)量700～800臺），建設(shè)上海機床廠、昆明機床廠、北京精密機床零件廠（由北京機床研究所組建）和武漢重型機床廠恒溫車間及增加關(guān)鍵加工與檢測能力?！爸鳈C與精密零部件同步攻關(guān)、并行發(fā)展”的策略帶動了一系列的調(diào)整。1964年，南京軸承廠更名為南京工藝裝備制造廠，組建了我國第一個滾珠絲杠車間；1966年，山東濟寧絲杠廠（現(xiàn)山東濟寧博特精工股份有限公司）成立；1969年，響應(yīng)國家支援西部建設(shè)的號召，上海機床廠第四車間連人帶設(shè)備全部搬遷到陜西漢中成立漢江機床廠。在這樣的背景下，一批先行者們“不依賴、不迷信”，集“研究、設(shè)計、生產(chǎn)”三結(jié)合，開展技術(shù)攻關(guān)，經(jīng)過幾年的努力，硬是攻克了關(guān)鍵技術(shù)，使之投入批量生產(chǎn)，為我國自主研發(fā)的第一代精密機床及時提供了關(guān)鍵零部件。如北京機床研究所研制的“0.5～1.0 μm/1 000 mm高精度金屬線紋尺”、“1級/500 mm的調(diào)質(zhì)車削絲杠副”；南京工藝裝備制造廠研制出中國第一套滾珠絲杠，并應(yīng)用于北京第一機床廠生產(chǎn)的銑床上等，而高精密精度機床的規(guī)劃也得到了較好的履行（1970年，發(fā)展了35種高精密精度機床，年產(chǎn)量達到1 225臺）。這個時期，無論是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)還是制造工藝，都是處于仿制階段，尤其深受前蘇聯(lián)的影響，可以說是“百廢待興”。然而正是因為有了這次成功的“戰(zhàn)役”，我國滾動功能部件始有雛形。

齊心協(xié)力繪藍圖

1972年春，在上海舉行的日本機床展展出的9臺數(shù)控機床引起了國內(nèi)的注意，激發(fā)了開發(fā)數(shù)控機床的積極性。世界機床的發(fā)展潮流也有了變化，數(shù)控機床漸漸登上了舞臺。一機部適時召開了“全國數(shù)控機床攻關(guān)”會議，安排了開發(fā)和生產(chǎn)任務(wù)，從主機到配套確定了生產(chǎn)點，拉開了“數(shù)控機床攻關(guān)戰(zhàn)役”的序幕?！捌呶濉逼陂g國家安排了以引進技術(shù)消化吸收（包括5種主機、3種數(shù)控系統(tǒng)）為主要內(nèi)容的“數(shù)控一條龍”項目，對數(shù)控機床關(guān)鍵功能部件的研究與開發(fā)也得到了同樣的重視。在改革開放初期的這種“引進消化吸收”政策的指引下，我國從瑞士、德國、意大利引進了一批高精度螺紋磨床、導(dǎo)軌磨床和檢測儀器，使得在滾動功能部件的“精密化”這個領(lǐng)域擁有了自己的優(yōu)勢，如北京機床研究所在國內(nèi)首先研制成功的用于精密滾珠絲杠批量生產(chǎn)的S7420絲杠磨床激光反饋校正技術(shù)、漢江機床有限公司研創(chuàng)的用于在線測量的5 m絲杠激光動態(tài)測量儀等。而在工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量上，南京工藝裝備制造廠從德國引進的工程塑料返向器內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副制造技術(shù)和CNC中頻淬火機等關(guān)鍵設(shè)備也促進了整個行業(yè)的水平提高。

1973年，在原機械部機床局的直接指導(dǎo)下，國內(nèi)首次召開了滾珠絲杠副系列化講座談會，第一個滾珠絲杠副的尺寸系列和精度等級規(guī)范（試行）產(chǎn)生了。北京機床研究所組織開展了與ISO標準的對口活動，1982年，我國加入了國際標準化組織下屬滾珠絲杠工作組（ISO/TC39/WG7）。

1983年，根據(jù)機床局的委托，北京機床研究所在密云召開了“全國滾珠絲杠攻關(guān)協(xié)調(diào)會”，重點聯(lián)合研發(fā)專業(yè)生產(chǎn)滾珠絲杠副的大型專用檢測儀器，北京機床研究所、漢江機床廠、南京工藝裝備廠、華中理工大學(xué)、華東工程學(xué)院（現(xiàn)南京理工大學(xué)）等單位產(chǎn)學(xué)研結(jié)合先后完成了滾珠絲杠副摩擦特性、傳動效率、剛度、Coa、Ca、壽命的初步研究，研制成功了反向器新結(jié)構(gòu)新曲線、第一代滾珠絲杠副的測量儀器，拿下了一批“七五”、“八五”攻關(guān)項目。

1987年，滾動功能部件協(xié)會成立。至此，研究和生產(chǎn)滾動功能部件的單位也由原來的幾個增加到十幾個。于我國滾動功能部件行業(yè)而言，由于經(jīng)歷過“精密機床戰(zhàn)役”以及“數(shù)控機床攻關(guān)戰(zhàn)役”的錘煉，一支數(shù)控功能部件攻關(guān)和生產(chǎn)團隊漸漸成長起來；一個以“北京機床研究所、南京工藝裝備廠、漢江機床廠”為代表的滾動功能部件小產(chǎn)業(yè)也開始形成。以此為基礎(chǔ)，滾動功能部件行業(yè)初步形成跨部門、跨地區(qū)的橫向聯(lián)合體系。

百舸爭流謀新篇

1988年3月，中國機床工具協(xié)會成立，滾動功能部件協(xié)會并入成為直屬分會。這在某種意義上是行業(yè)大聯(lián)合、標志著滾動功能部件行業(yè)更進一步走向成熟、穩(wěn)定。

根據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要，1990年10月，經(jīng)國家技術(shù)監(jiān)督局批準，全國金切機床標準化技術(shù)委員會正式成立滾動功能部件分會，這標志著我國滾動功能部件的標準化工作邁向一個新的臺階。國內(nèi)從事滾珠絲杠副的骨干廠和科研單位紛紛投入力量開發(fā)高檔次專用測量儀器，并取得了不錯的成績，比如：北京機床研究所在原JCS-014激光絲杠檢查儀的基礎(chǔ)上研制成功JCS-040三米雙頻激光滾珠絲杠副綜合動態(tài)測量儀，漢江機床廠和上?？萍即髮W(xué)合作在HJY025絲杠動態(tài)測量儀的基礎(chǔ)上研制成功HJY028三米雙頻激光絲杠動態(tài)測量儀，華東理工大學(xué)研制成功滾珠絲杠副預(yù)緊力、動態(tài)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩和傳動效率測量系統(tǒng)，北京機床研究所和南京工藝裝備廠合作研制出三米滾珠絲杠副力矩測量儀，漢江機床廠也研制出力矩儀。這些專用監(jiān)測儀器的誕生，使產(chǎn)品質(zhì)量得到提高。

“八五”計劃綱要將滾珠絲杠和滾動直線導(dǎo)軌列為重點振興的“特定基礎(chǔ)件產(chǎn)品”，以及隨著我國加入WTO，我國滾動功能部件民族工業(yè)迎來了一場挑戰(zhàn)和機遇并存的浪潮。由此，國家對原有骨干企業(yè)的支持力度進一步加大，比如南京工藝裝備廠在這期間國家投資引進了一批先進設(shè)備，產(chǎn)品的品種、規(guī)格、系列和產(chǎn)量都有了很大提升；漢江機床廠則加盟秦川集團，從制造轉(zhuǎn)向創(chuàng)造；濟寧博特則通過產(chǎn)業(yè)調(diào)整，在政府的扶持和科研所的技術(shù)幫助下，舊貌換新顏；北京精密天工滾珠絲杠股份有限公司繼承了北京機床研究所50多年的技術(shù)成果，改制面市。一批新生企業(yè)得以冒出，如1994年廣東高新凱特精機股份有限公司的成立使我國滾動直線導(dǎo)軌副的專業(yè)生產(chǎn)向高起點邁出了一大步；2005年由大連機床集團和華中科技大學(xué)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合組建的大連高金數(shù)控集團公司的成立則厚積薄發(fā)，成為行業(yè)中的后起之秀。

在經(jīng)歷了“八五”、“九五”、“十五”的技術(shù)攻關(guān)和改造后，行業(yè)中的重點骨干企業(yè)無論是裝備水平、生產(chǎn)能力或是產(chǎn)品規(guī)格品種、技術(shù)水平都處于國際中上水平，少數(shù)產(chǎn)品達到國際先進水平。隨著數(shù)控技術(shù)成為我國機床行業(yè)主導(dǎo)性技術(shù)之后，對裝備制造業(yè)包括機床行業(yè)的支持，不僅有宏觀方面的支持，也有了一些細化的具體措施。

2006年，這對我國裝備行業(yè)來說是一個不同凡響、具有重要意義的一年。因為“十一五”規(guī)劃啟動了，《國務(wù)院關(guān)于加快振興裝備制造業(yè)的若干意見》（簡稱《若干意見》也終于正式發(fā)布了。在“十一五”規(guī)劃中，“數(shù)控機床發(fā)展專項規(guī)劃”選擇了包括中高檔數(shù)控系統(tǒng)、滾珠絲杠副、滾動直線導(dǎo)軌副、電主軸及伺服單元、直線電機、數(shù)控轉(zhuǎn)臺等9種數(shù)控功能部件作為發(fā)展的重點，高速加工功能部件的開發(fā)、高速驅(qū)動技術(shù)、精密加工技術(shù)等列為需要重點解決的關(guān)鍵技術(shù)，要求在“十一五”末，功能部件配套齊全；在《若干意見》中，把發(fā)展數(shù)控裝備、數(shù)控系統(tǒng)和關(guān)鍵功能部件作為振興我國裝備制造業(yè)的16個重點領(lǐng)域之一，發(fā)展“大型、精密、高速”數(shù)控裝備和數(shù)控系統(tǒng)及功能部件，改變大型、高精度數(shù)控機床大部分依賴進口的現(xiàn)狀，滿足機械、航空航天、國際軍工等工業(yè)發(fā)展的需要。在此之前，其實我國滾動功能部件行業(yè)包括傳承幾十年的精密螺紋制造技術(shù)、從國外引進的高端設(shè)備、重點骨干企業(yè)都有自己的滾研所與研發(fā)中心等等，幾十年的沉淀已夠新一輪爆發(fā)，“十一五”規(guī)劃和《若干意見》的實施，使其邁出了可喜的一步，迎來了疾速發(fā)展的時期。2009年初，國務(wù)院常務(wù)會議通過的《裝備制造業(yè)調(diào)整振興規(guī)劃（2009—2011）》（以下簡稱“三年規(guī)劃”）指出，加快振興裝備制造業(yè)，必須依托國家重點建設(shè)工程，大規(guī)模開展重大技術(shù)裝備自主化工作；通過加大技術(shù)改造投入，增強企業(yè)自主創(chuàng)新能力，大幅度提高基礎(chǔ)配套件和基礎(chǔ)工藝水平，促進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級?！叭暌?guī)劃”的提出，再一次彰顯了滾動功能部件的重要性。據(jù)統(tǒng)計，在“十一五”期間，滾動功能部件行業(yè)工業(yè)總產(chǎn)值年平均增長水平達到51.5%。中國滾動功能部件經(jīng)過2009及近兩年重大專項的實施，產(chǎn)品有了長足的進步，10 m以內(nèi)的滾珠絲杠對于我們許多功能部件生產(chǎn)企業(yè)來講已經(jīng)不再是什么是難題，高速重載滾動絲杠和直線導(dǎo)軌已經(jīng)頻頻亮相國際國內(nèi)重大展會。

2010年10月，山東博特精工股份有限公司、陜西漢江機床有限公司、南京工藝裝備制造有限公司和廣東高新凱特精密機械有限公司等單位參加了中國機床工具協(xié)會在北京召開的第6屆常務(wù)理事（擴大）會議暨2010年第二次秘書長工作會議，參與討論和編制了功能部件“十二五”發(fā)展規(guī)劃。機床工具行業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃指出重點發(fā)展中高檔數(shù)控機床急需的高速、高效、高精度、高可靠性功能部件和機床附件（雙擺角數(shù)控萬能銑頭、滾珠絲杠副、滾動直線導(dǎo)軌副、主軸單元、刀庫及自動換刀裝置、數(shù)控刀架、數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺、數(shù)控平旋盤、動力卡盤、電永磁吸盤、高速防護裝置、液壓配套件等），開展基礎(chǔ)、共性（CAD/CAE/CAM技術(shù)研究；提高機床可靠性及使用壽命研究；機床靜態(tài)動態(tài)測量技術(shù)研究、機床熱變形及補償技術(shù)研究、數(shù)控機床制造工藝及裝備研究）以及關(guān)鍵技術(shù)研究（直接驅(qū)動技術(shù)研究；高速加工技術(shù)研究；精密加工技術(shù)研究；多軸聯(lián)動與復(fù)合加工技術(shù)研究、智能化技術(shù)開發(fā)、網(wǎng)絡(luò)制造技術(shù)應(yīng)用吸收和再創(chuàng)新，提高了技術(shù)水平和自主創(chuàng)新能力，如提高了技術(shù)水平，拓寬了銷售渠道。如北京第一機床等），強調(diào)全力實施結(jié)構(gòu)調(diào)整工程、技術(shù)創(chuàng)新工程、兩化融合工程、品牌建設(shè)工程、綠色制造工程、人才培育工程。

2011年，我們欣喜地看到：（1）行業(yè)中的龍頭企業(yè)在國家科技重大專項的支持下，在向精密、高速、大型重載等高檔產(chǎn)品進軍中取得了可喜成就。南京工藝裝備廠、陜西漢江機床有限公司、山東博特精工股份有限公司、大連高金數(shù)控集團有限公司、北京精密天工滾珠絲杠有限公司等研發(fā)成功精密高速滾珠絲杠副及高速精密綜合檢測儀取得重大進展，其產(chǎn)品已開始在部分國產(chǎn)中高檔高速數(shù)控機床、加工中心中采用。（2）一大批中小民營企業(yè)在迅速成長，這些民營企業(yè)擺脫了傳統(tǒng)的手工操作等落后工藝，采用了最新工藝及設(shè)備。如江蘇啟東潤澤機床附件有限公司、深圳威遠精密技術(shù)有限公司、浙江得利亞自動化制造有限公司、廣州敏佳制造技術(shù)有限公司等。（3）中國滾動功能部件產(chǎn)業(yè)鏈隨之亦得到完善，產(chǎn)品、市場多元化，在螺紋制造技術(shù)、高檔螺紋磨床以及用于滾動功能部件的關(guān)鍵、大型、動態(tài)檢測儀器都有了很高水平的突破。

教學(xué)相長知不足

50多年里，我國滾動功能部件產(chǎn)業(yè)從無到有，規(guī)模從小到大。制造技術(shù)由試制、模仿到自主開發(fā)；產(chǎn)品由單一品種到多品種、全系列；生產(chǎn)規(guī)模由小批量、單件生產(chǎn)到大規(guī)模專業(yè)生產(chǎn)?？梢哉f是集結(jié)了幾代人的心血，正朝著專業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化方向闊步前進。在這50多年里，大浪淘沙，我國滾動功能部件生產(chǎn)企業(yè)也從最早伴隨我國精密機床、數(shù)控機床發(fā)展成長起來的骨干企業(yè)一枝獨秀，到如今與外資或合資企業(yè)、民營企業(yè)為主體的新生企業(yè)并存的局面，且就企業(yè)的數(shù)量而言是規(guī)模很大的。據(jù)統(tǒng)計，2011年，滾動功能部件分會共37家會員單位，約占全行業(yè)企業(yè)數(shù)的50%。然而，我國滾動功能部件行業(yè)的優(yōu)點和缺點都是顯而易見的，都頗具中國特色。它的歷史，是波瀾壯闊的我國機床行業(yè)歷史不可或缺的一部分，有著同樣的雄奇變化的同時，還矯矯不群、自為風(fēng)氣。了解這段歷史，與我們而言，只是“知不足，然后能自反，繼而能自強”的第一步。