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高檔數控機（jī）床主軸軸承與機器人軸承發（fā）展趨勢

2020-7-14 來源：- 作者：-

一，概述

機床行業是國民經濟的（de）基礎裝備產業（yè），是裝備製造業發展的重中之重。機床（chuáng）行業水平代表著一個國家製造業的（de）發展水平。

我國已經成為世界（jiè）第（dì）一大機床消費大國和製造大國。尤其是進入 21 世紀（jì）之後，我國數控機床進入黃金發展階段，各類機床產品產值持續（xù）位居世界（jiè）前列。數（shù）控（kòng）機床年產量從（cóng）2001 年的 1 萬台，到 2014 年達到 39.1 萬台。我國已連續 11 年（nián）成（chéng）為世界金屬加工機床第（dì）一消費大國。期間，我國機（jī）床工具行業自主創新成果顯著，開發了一批高速、精（jīng）密、複合、多軸聯動數控機床（chuáng），以及一批大（dà）規格、大噸位重型、超重型數控機床新產品。近年來，隨著（zhe）我國各種新興產業的繁榮和高端裝備製（zhì）造業的發展，隨著機械類產品的高精度、高性能、高一致性、高可靠（kào）性要（yào）求的提升，為之提供加工基礎的數控機床得到了迅猛發展，滿足高性能、高效率要求的（de）高檔數控機床已經進入工業經（jīng）濟的各個領域。

我國2010--2016年數（shù）控機床產量

與此同（tóng）時，我國機器人行業也得到（dào）了（le）快速發展（zhǎn），已經成為全球工業機器人重要市場。2013年，我國工業機器人銷量達到 3.7 萬台，超越日本成為全球第一大機器人市場；2016 年，我國（guó）工業（yè）機器人銷量達到（dào） 8.9萬台，平均每年增長20%以（yǐ）上。

2009--2016中國（guó）工業機器人市場銷量

隨（suí）著數控技術的快速發展（zhǎn），複合（hé）、高速、智能（néng）、精密、環保已成（chéng）為當今機床工業技術發展的主要趨勢。軸承作（zuò）為機床的基礎（chǔ）配套部件，其性（xìng）能直接影響到機床的轉速、回轉精度、剛性（xìng）、抗振動切削性（xìng）能（néng）、噪聲、溫升及熱變形等，進而影響到機床的本質性能。由於（yú）新研（yán）發的高檔（dàng）數控（kòng）機床（chuáng）普（pǔ）遍具有多軸化、多功能化、多性能化要求，因此（cǐ），其核心部件——軸承也倍受關注。

二、現狀與發展趨勢

（1）高檔數控機床主軸軸承種類

高檔數控機床軸承種類包括高速（sù）主軸軸承係統（含電主軸軸承、動靜壓軸承）、直線導軌軸承、滾珠（zhū）絲杠等功能部（bù）件（見圖 3）。這些產品作（zuò）為機（jī）床（chuáng）加工精度的決定性因素（sù）而（ér）受（shòu）到機（jī）床製造者、機床用戶的高度關注。

典型（xíng）的機（jī）床主軸軸承係統圖

高速電主軸軸承係統典型結構圖

其中，高檔數控機床主軸軸承主要類型有 4 類，分別為：角接觸球軸承（chéng），單、雙列圓柱滾子軸承，單、雙向推力角接觸（chù）球軸承，傳統設計還有圓錐滾子軸承。

表1 機床主軸軸承種類

在數控機床主軸軸承中，量大（dà）麵廣的應用主要以精（jīng）密角接觸（chù）球軸承（chéng）為主。

表2 精密（mì）角（jiǎo）接觸球軸承的類型及性能特點

（2）高檔（dàng）數控機床主軸軸承發展（zhǎn）趨勢

自2002 年開始，我國機床產品消費額上升到（dào）世界第一（yī）位，並且連續（xù）保持至今。

根（gēn）據有關產業研究院提供的數據，2016年全球機床行業市場規（guī）模為 1080 億美元左右。總（zǒng）體情況如圖 5 所示。

圖5 2009--2016年全球機床（chuáng）行業市場規模

與此同時，國內市場對於進口機（jī）床的需求不降反升。2014 年，機（jī）床工具進口總額 177.8 億美元，同比增加10.8%。這些進口機床產品的需求主要以高檔數控機床為核心，以關鍵係統、零部件為配套主導。可見，高端高檔數控類機床產品仍舊是我（wǒ）國機床產業（yè）發展的軟肋。

國內產品（pǐn）的精度（dù）、可靠性、穩定性、耐用性差，與國（guó）外先進的技術差距明顯。國外數控機床平均無故障時間一般為 2000h 以上，而國內機床一般在 500h 以內；嚴重缺（quē）乏各種先進基礎元件，先進配套件大量進（jìn）口（kǒu）。

目前，受到國內機床行業發展的整體影響（xiǎng），高檔數控機（jī）床主軸軸承的（de）市場亦主要被國外（wài）軸（zhóu）承生產企業所占有，國內隻有少數軸承企（qǐ）業研製了部分產品，但是依然難於得（dé）到核心（xīn）高檔數控機床（chuáng）的應用與實踐的機會。以 P4 及以上級超精密角（jiǎo）接觸球軸承為例，國內機床行（háng）業年需（xū）求約 15 萬套以上，其中，超過 50% 的產品來自 FAG、NSK、SKF、NTN 等國外軸承公司（sī）；並（bìng）且，國外軸承公司針對高檔數控機床主軸等部位所使用的高端軸承均提供了專業的（de）行業解決方案，以（yǐ）最大程度提供令（lìng）用戶滿意（yì）的服務。可見，對於技術含量高、附加值高、加工難度大的高檔數控機床主軸軸承研製（zhì），一直（zhí）是各國軸（zhóu）承企業投入與關注的重點。

軸承的（de）使用性能（néng）和產品服務是（shì）客戶（hù）選（xuǎn）擇軸承產品的主要依據。隨著國產超精密軸承的技術指標和可靠（kào）性（xìng）水平的（de）逐步提（tí）高，加之國內軸承企業在產品服務以及成本控製上的巨大優勢，國產高檔數控機床（chuáng）主軸（zhóu）軸承的市場占（zhàn）有率正處（chù）於穩步提升之中。目前，我國自主研發、生產（chǎn）的高檔數控機床主軸軸承已經逐步替代進口，占據了（le）一定的市場份額。相信隨著國內精密軸承的發展與提升，高檔數控機床主軸軸承的巨大市場需求必將日漸（jiàn）傾斜（xié）於“中國製造”。

精度和切削能力是衡量機床（chuáng）質量的兩個重要標準（zhǔn），它們取（qǔ）決於機床的整體設計，在很（hěn）大程度上（shàng）也取（qǔ）決於機床工件主軸-軸承係統。軸承的結構和精度在很大程度上決定了機床的性能，高檔（dàng）數控機床主軸（zhóu）軸承為 P4 及以上高精（jīng）度等級的滾動軸承（chéng）。隨著現代機床向高（gāo）精度、高效率、高智能化方向的發（fā）展，對機床主軸軸承也不斷提出新的更高要求，如更高的回轉精度，更高的靜、動態剛性，更高的極限轉速，更低的溫（wēn）升和（hé）摩擦力（lì）矩，更高的精（jīng）度（dù）保（bǎo）持性。與此同（tóng）時，更合理方便的安裝使用、調整維修、潤滑密封等（děng）需求也（yě）在不斷提出，集成化、單（dān）元化、智能（néng）化已成為數控機床（chuáng）主軸軸承的技術發展目標。

三、工業機器人軸承

（1）工業機器人（rén）軸承種類

工業機器（qì）人軸承種類見表（biǎo）3。

表（biǎo）3 工業機器人軸承種類（lèi）

除上（shàng）述（shù）軸承外，工業機器人還（hái）應（yīng）用直線軸承、關節軸承（chéng）、磁懸浮軸承、氣體靜壓推力軸承等。

（2）機器人軸（zhóu）承（chéng）發展趨勢

機器人（rén）的研發及產業化應（yīng）用程度，是（shì）衡量（liàng）一個國家科技創新、高端製造發展水平的重要標（biāo）誌。自 2010 年以來，全球對（duì）工（gōng）業機器人的需求不斷增長。國際機（jī）器人聯（lián）合會（IFR）近日發（fā）布（bù）最新報告稱，未來工業機器（qì）人（rén）需求仍（réng）將加速增長。

該機構此前發布的數據顯示，2010 —2014 年，工業機器人年均複合增長率為17%。

在此（cǐ）之前，工業機器人安裝量的增速從未如此迅速。2005 —2008 年，工業機器人年均銷售量約為 11.5 萬（wàn）台。2010 —2014 年，這（zhè）一數字增長至 17.1 萬台，增長量約 48%。

2013 年，中國以（yǐ） 3.7 萬台的銷售量，首超日本，全球排名第一。2014 年，全球（qiú）工業機器人銷量增長了 29%，共計 22.9 萬台；其中，來自中國的銷量就達到 5.7 萬（wàn）台，站穩全球最大工業機器人市場的領先地位。

相對德、日、韓等國而言，我國機器人（rén）密度還是很低，2012 年我（wǒ）國製造業中（zhōng）工業機器人擁有量僅為 23 台 / 萬人，遠低於世界平（píng）均的 58 台 / 萬人（rén）。即使排除不可比因素，我國機器人密度（dù）還存在較大的（de）提升空間，工業機器人市場潛力巨（jù）大。

2016 年，我國工業機（jī）器人銷量超過 8.9 萬（wàn）台。預計到 2020 年，我國工業機器人市場需求量將達（dá）到 15 萬台，保有量達到 80 萬台；到 2025 年，我國工業機器人市場需求量將（jiāng）達到（dào） 26 萬台，保有量達到 180 萬（wàn）台。

多年來，軸承行業內的科（kē）研單位和骨幹企業，對機器人（rén）軸承進行了持續不斷（duàn）地理（lǐ）論研究（jiū）、產品試製和產業化探索（suǒ），並取得了一些階段性成果，在實（shí）現機器人專用軸承國產化的道路上進行了嚐試。但是，從總體上看，我國工業機器（qì）人軸承的研發不充分、碎片化明顯，工程化不好，研發成果（guǒ）向生產力轉化不（bú）利；沒有進行充分的研發和工（gōng）程化，就直接小批（pī）量生產，向主機廠（chǎng）供貨，很多問題需（xū）要解決。

2016 年，工信部（bù）把（bǎ）“工業機器人軸承”列為強基工程項目，軸承行業兩個骨幹企業得到相關（guān）資金的資助。可以預計，經過（guò）有（yǒu）識之士持續不斷地努力和（hé）技術改造項目的實施，不遠的將來，我國的機（jī）器人軸承一定能夠滿足主機市場的配套需求。

未來中國高檔數控（kòng）機床主軸（zhóu）軸承和機器（qì）人軸承將（jiāng）以高精度、高剛性、高承載、高可靠、低摩擦力矩、長壽命、新材（cái）料、新結構（gòu）為（wéi）主要研究方向。近幾（jǐ）年國家不斷加大對高（gāo）檔數控機床軸承（chéng）的（de）投入力度，相信（xìn）在不久的（de）將來，高檔數控機床（chuáng）主（zhǔ）軸軸承和機（jī）器人（rén）軸承大部分依賴進口的局（jú）麵將得到根本（běn）改變。

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