高檔數控機床主軸軸承與機器人軸承發展趨勢
2020-7-14 來源：- 作者：-
一，概述
機床行業是國民經濟的基礎裝備產業，是裝備制造業發展的重中之重。機床行業水平代表著一個國家制造業的發展水平。
我國已經成為世界第一大機床消費大國和制造大國。尤其是進入 21 世紀之后，我國數控機床進入黃金發展階段，各類機床產品產值持續位居世界前列。數控機床年產量從2001 年的 1 萬臺，到 2014 年達到 39.1 萬臺。我國已連續 11 年成為世界金屬加工機床第一消費大國。期間，我國機床工具行業自主創新成果顯著，開發了一批高速、精密、復合、多軸聯動數控機床，以及一批大規格、大噸位重型、超重型數控機床新產品。近年來，隨著我國各種新興產業的繁榮和高端裝備制造業的發展，隨著機械類產品的高精度、高性能、高一致性、高可靠性要求的提升，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、高效率要求的高檔數控機床已經進入工業經濟的各個領域。
我國2010--2016年數控機床產量
與此同時，我國機器人行業也得到了快速發展，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 萬臺，超越日本成為全球第一大機器人市場；2016 年，我國工業機器人銷量達到 8.9萬臺，平均每年增長20%以上。
2009--2016中國工業機器人市場銷量
隨著數控技術的快速發展，復合、高速、智能、精密、環保已成為當今機床工業技術發展的主要趨勢。軸承作為機床的基礎配套部件，其性能直接影響到機床的轉速、回轉精度、剛性、抗振動切削性能、噪聲、溫升及熱變形等，進而影響到機床的本質性能。由于新研發的高檔數控機床普遍具有多軸化、多功能化、多性能化要求，因此，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主軸軸承系統（含電主軸軸承、動靜壓軸承）、直線導軌軸承、滾珠絲杠等功能部件（見圖 3）。這些產品作為機床加工精度的決 定性因素而受到機床制造者、機床用戶的高度關注。
典型的機床主軸軸承系統圖
高速電主軸軸承系統典型結構圖
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，單、雙 列圓柱滾子軸承，單、雙向推力角接觸球軸承，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，量大面廣的應用主要以精密角接觸球軸承為主。
表2 精密角接觸球軸承的類型及性能特點
（2）高檔數控機床主軸軸承發展趨勢
自2002 年開始，我國機床產品消費額上升到世界第一位，并且連續保持至今。
根據有關產業研究院提供的數據，2016年全球機床行業市場規模為 1080 億美元左右?？傮w情況如圖 5 所示。
圖5 2009--2016年全球機床行業市場規模
與此同時，國內市場對于進口機床的需求不降反升。2014 年，機床工具進口總額 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，以關鍵系統、零部件為配套主導?？梢?，高端高檔數控類機床產品仍舊是我國機床產業發展的軟肋。
國內產品的精度、可靠性、穩定性、耐用性差，與國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；嚴重缺乏各種先進基礎元件，先進配套件大量進口。
目前，受到國內機床行業發展的整體影響，高檔數控機床主軸軸承的市場亦主要被國外軸承生產企業所占有，國內只有少數軸承企業研制了部分產品，但是依然難于得到核心高檔數控機床的應用與實踐的機會。以 P4 及以上級超精密角接觸球軸承為例，國內機床行業年需求約 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；并且，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行業解決方案，以最大程度提供令用戶滿意的服務?？梢姡瑢τ诩夹g含量高、附加值高、加工難度大的高檔數控機床主軸軸承研制，一直是各國軸承企業投入與關注的重點。
軸承的使用性能和產品服務是客戶選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性水平的逐步提高，加之國內軸承企業在產品服務以及成本控制上的巨大優勢，國產高檔數控機床主軸軸承的市場占有率正處于穩步提升之中。目前，我國自主研發、生產的高檔數控機床主軸軸承已經逐步替代進口，占據了一定的 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傾斜于“中國制造”。
精度和切削能力是衡量機床質量的兩個重要標準，它們取決于機床的整體設計，在很大程度上也取決于機床工件主軸-軸承系統。軸承的結構和精度在很大程度上決定了機床的性能，高檔數控機床主軸軸承為 P4 及以上高精度等級的滾動軸承。隨著現代機床向高精度、高效率、高智能化方向的發展，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，更低的溫升和摩擦力 矩，更高的精度保持性。與此同時，更合理方便的安裝使用、調整維修、潤滑密封等需求也在不斷提出，集成化、單元化、智能化已成為數控機床主軸軸承的技術發展目標。
三、工業機器人軸承
（1）工業機器人軸承種類
工業機器人軸承種類見表3。
表3 工業機器人軸承種類
除上述軸承外，工業機器人還應用直線軸承、關節軸承、磁懸浮軸承、氣體靜壓 推力軸承等。
（2）機器人軸承發展趨勢
機器人的研發及產業化應用程度，是衡量一個國家科技創新、高端制造發展水平的重要標志。自 2010 年以來，全球對工業機器人的需求不斷增長。國際機器人聯合會（IFR）近日發布最新報告稱，未來工業機器人需求仍將加速增長。
該機構此前發布的數據顯示，2010 —2014 年，工業機器人年均復合增長率為17%。
在此之前，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 萬臺。2010 —2014 年，這一數字增長至 17.1 萬臺，增長量約 48%。
2013 年，中國以 3.7 萬臺的銷售量，首超日本，全球排名第一。2014 年，全球 工業機器人銷量增長了 29%，共計 22.9 萬臺；其中，來自中國的銷量就達到 5.7 萬臺，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，我國機器人密度還是很低，2012 年我國制造業中工業機器人擁有量僅為 23 臺 / 萬人，遠低于世界平均的 58 臺 / 萬人。即使排除不可比 因素，我國機器人密度還存在較大的提升空間，工業機器人市場潛力巨大。
2016 年， 我國工業機器人銷量超過 8.9 萬臺。預計到 2020 年，我國工業機器人市場需求量將達到 15 萬臺，保有量達到 80 萬臺；到 2025 年，我國工業機器人市場需求量將達到 26 萬臺，保有量達到 180 萬臺。
多年來，軸承行業內的科研單位和骨干企業，對機器人軸承進行了持續不斷地 理論研究、產品試制和產業化探索，并取得了一些階段性成果，在實現機器人專用軸承國產化的道路上進行了嘗試。但是，從總體上看，我國工業機器人軸承的研發不充分、碎片化明顯，工程化不好，研發成果向生產力轉化不利；沒有進行充分的研發和 工程化，就直接小批量生產，向主機廠供貨，很多問題需要解決。
2016 年，工信部把“工業機器人軸承”列為強基工程項目，軸承行業兩個骨干企業得到相關資金的資助。可以預計，經過有識之士持續不斷地努力和技術改造項目的實施，不遠的將來，我國的機器人軸承一定能夠滿足主機市場的配套需求。
未來中國高檔數控機床主軸軸承和機器人軸承將以高精度、高剛性、高承載、高可靠、低摩擦力矩、長壽命、新材料、新結構為主要研究方向。近幾年國家不斷加大對高檔數控機床軸承的投入力度，相信在不久的將來，高檔數控機床主軸軸承和機器人軸承大部分依賴進口的局面將得到根本改變。
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如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
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