2018年9月，習近平總書記在東北三省考察時指出：“制造業(yè)特別是裝備制造業(yè)高質量發(fā)展是我國經(jīng)濟高質量發(fā)展的重中之重，是一個現(xiàn)代化大國必不可少的。”縱觀世界史，各個經(jīng)濟強國背后都有一個強大的裝備制造業(yè)作為支撐，而工業(yè)母機作為制造業(yè)的“心臟”，已成為當今世界科技競爭的關鍵領域。

    在制造業(yè)中，機床是制造機器的最基本設備，是生產一切工業(yè)裝備的必要工具，因此被稱為“工業(yè)母機”。黨的十八大以來，我國工業(yè)母機領域攻關取得階段性成果，先后突破一批關鍵核心技術，有力推動制造業(yè)轉型升級，為建設制造強國奠定堅實基礎。

   制造機器的機器，工業(yè)基礎的基礎

    雖然我們在日常生活中很少見到機床，但它卻與我們的生活息息相關。比如手機的金屬外殼、屏幕和攝像頭鏡片，汽車的發(fā)動機缸體、缸蓋、曲軸等，都是用數(shù)控機床加工出來的。又如航空、航天、船舶等領域的關鍵零件需要使用高端數(shù)控機床進行制造�？梢哉f，沒有高端數(shù)控機床，就不會有鷹擊長空的殲—20，不會有巨如鯤鵬的運—20、C919，更不會有劈波斬浪的國產航母。

    早在近400年前，我國明代的《天工開物》中就記載了使用旋轉金屬盤加工玉石的“腳踏磨床”，歐洲中世紀也曾出現(xiàn)過用于加工金屬和木料的“腳踏車床”，這些就是機床的原型。機床的工作原理是切削刀具相對于工件的運動形成了工件的輪廓，好比在制作陶器的時候，底盤帶動毛坯旋轉，人的手就像刀具一樣約束形成陶器的外形。隨著科技的發(fā)展，機床的驅動方式從人力到水力，再從蒸汽到電力。為了提升機床的加工質量與效率、減輕人的體力勞動強度，帶有計算機數(shù)字控制的數(shù)控機床應運而生，能夠根據(jù)所編制的程序自動完成加工任務。由于高端裝備中許多零件的材料、結構、形狀都具有特殊性和復雜性，增加了零件的加工難度，更高性能的多軸聯(lián)動、超精密、特種加工機床相繼出現(xiàn)。

    數(shù)控機床由主機、數(shù)控裝置、伺服單元、伺服電機等組成。主機是機床的“軀干”，包括床身、立柱、工作臺、主軸、進給機構等機械部件，是實現(xiàn)加工的主體；數(shù)控裝置相當于數(shù)控機床的“大腦”，控制機床主機的運動；伺服單元和伺服電機分別是數(shù)控機床的“神經(jīng)”和“肌肉”，傳遞控制信號并驅動主機運動部件。相較于普通數(shù)控機床，高端數(shù)控機床控制的軸數(shù)更多，運動精度和效率更高，也更智能，能夠實現(xiàn)零點幾個微米以下的定位控制，加工精度能夠達到微米級甚至更高。

    新中國成立初期，由于缺少工業(yè)母機，飛機、坦克等國防武器裝備制造極其困難，民用卡車、拖拉機等運輸工具生產也大受限制。為此，我國在“一五”計劃期間籌建了18家骨干機床企業(yè)，同時也建立了“七所一院”等機床工具研究機構，大力發(fā)展工業(yè)母機，由此誕生了第一臺車床、第一臺大中型龍門刨床、第一臺磨床等。上世紀70年代中后期，我國啟動了數(shù)控機床研制生產，誕生了第一臺數(shù)控龍門式銑床。改革開放后，數(shù)控機床進入新的發(fā)展時期，初步建立產業(yè)體系并推進產業(yè)化，形成數(shù)控車床、加工中心、數(shù)控磨床、數(shù)控鍛壓機床和數(shù)控重型機床等主機批量生產能力和關鍵配套能力，數(shù)控技術得到了快速提升和普及。

    高端數(shù)控機床技術突破，帶動制造裝備升級

    工欲善其事，必先利其器。工業(yè)母機的發(fā)展直接影響高端制造業(yè)的發(fā)展，其中又以高端數(shù)控機床最為重要。為了實現(xiàn)以科技發(fā)展帶動生產力跨越發(fā)展，滿足國內主要行業(yè)對裝備制造的基本需求，助力制造業(yè)實現(xiàn)轉型升級、邁上新臺階，我國將“高檔數(shù)控機床與基礎制造裝備”列為科技重大專項。經(jīng)過十余年的攻堅克難，我國已在工業(yè)母機的多項核心技術和產品上取得突破。

    大飛機是航空工業(yè)的王冠。然而大飛機的機身結構件、起落架、發(fā)動機吊掛等關鍵部件體積巨大，并且需要承受高達100噸的起飛重量，這要求必須使用超大型模鍛壓機進行制備。在國家科技重大專項的支持下，我國針對大型模鍛壓機展開了技術攻關，自主設計、制造了當今世界最大、最先進的8萬噸模鍛壓機，實現(xiàn)了飛機起落架模鍛件、發(fā)動機鍛件以及機身結構鍛件等的自主制造，滿足了國產大飛機對大型模鍛件的急迫需求。

    在船舶制造中，關鍵動力零件——螺旋槳的制造對技術要求很高。如何制造直徑十幾米的超大型螺旋槳？如何保證螺旋槳復雜弧度、曲面的加工精度？如何保證螺旋槳葉片的光潔度？這些問題不僅與動力大小、壽命長短有關，也與其降噪能力有關。高端多軸聯(lián)動數(shù)控機床是加工大型螺旋槳的關鍵裝備。我國已經(jīng)研制出能夠加工8米巨型螺旋槳的七軸五聯(lián)動車銑復合立式加工中心，助推更多大型船舶、高端艦艇駛向深藍。

    核電是我國清潔能源發(fā)展重點之一。作為核電站常規(guī)島中最關鍵的設備之一，核電汽輪機的制造至關重要。它在構造上包括低壓內缸和高壓外缸等部件，這些部件尺寸大、結構復雜，其結構和加工精度直接影響汽輪機安全系數(shù)和使用性能，需要使用高端多軸聯(lián)動數(shù)控機床進行加工。我國研制的數(shù)控重型橋式龍門五軸聯(lián)動車銑復合機床，是目前世界最大規(guī)格的龍門機床之一，滿足了大型核電站常規(guī)島設備制造和超重型零件制造的設備需求。

    近年來，我國在高端數(shù)控機床的發(fā)展中取得長足進步，助力航空、船舶、能源等多個領域取得突破，但總體技術水平與國際先進水平仍存在一定差距。在機床制造的上游，高端功能部件配套能力不足，精度及精度保持性、批量制造的產品質量穩(wěn)定性與可靠性等指標上還有提升空間。在機床的應用方面，往往需要大量零件加工的適應性驗證，才能形成與工藝深度結合的、穩(wěn)定高效滿足加工質量要求的機床產品。目前，機床制造企業(yè)還要進一步拓展對工藝的認知，爭取更多循環(huán)迭代機會，不斷豐富產品功能，提升產品性能和可靠性。

    朝向高性能化、復合化、智能化、綠色化的發(fā)展之路

    70多年來，從新中國成立初期的百廢待興到全數(shù)字化高速高精運動控制多軸聯(lián)動關鍵核心技術的突破，從第一臺機床的制造到“高檔數(shù)控機床與基礎制造裝備”科技重大專項等的實施，我國科技工作者從無到有、從點到面、從低到高，打開了通往制造強國的大門。如今，我國工業(yè)母機可以滿足國內重點行業(yè)對制造裝備的基本需求。汽車沖壓生產線國內和全球新增市場占有率分別達到80%和40%；發(fā)電設備制造領域實現(xiàn)了由進口為主到走向出口的轉變；成功研制船用重型曲軸所需的車銑加工中心，掌握了自主制造船舶大型零部件的能力，等等。

    工業(yè)母機未來可期。工業(yè)母機將持續(xù)向著高性能化方向發(fā)展，以研制高速、高效、超高精度數(shù)控機床為目標，滿足航空、航天等重點領域產品高速發(fā)展和新材料應用的需求；向著復合化方向發(fā)展，促進高精尖復雜零件制造成本的降低，以及加工質量、生產效率的提升；向著智能化方向發(fā)展，機床產品與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、新一代人工智能技術等加速融合，實現(xiàn)自感知、自學習、自適應、自組織和自決策，支撐智能制造系統(tǒng)；向著綠色化方向發(fā)展，突破輕量化設計、新型材料及環(huán)保介質應用、綠色制造工藝、低碳排放控制、綜合能耗降低和能量回收利用等技術，助力“雙碳”目標的實現(xiàn)。

    工業(yè)母機的水平是國家現(xiàn)代化的重要標志，承載著我國制造業(yè)的星辰大海。我們應面向國家重大需求和國民經(jīng)濟主戰(zhàn)場，統(tǒng)籌資源進行聯(lián)合攻關，聚焦行業(yè)自主創(chuàng)新能力提升，聚焦關鍵核心技術攻關，解決重點領域中的“卡脖子”問題，助力我國實現(xiàn)制造強國夢。

（作者為中國工程院院士、西安交通大學教授）