中國機床已經創造了很多“世界第一”——2009年實現機床產值世界第一(產值接近德國、日本的總和，且多年穩居世界第一)，2016年成為世界數控機床市場份額第一(占據全球數控機床1/4以上份額)，包括世界最大模鍛液壓機、世界最大超重型數控臥式機床、世界最大數控龍門鏜銑床、世界最大高精度數控軋輥磨床、世界最大加工直徑螺旋槳加工機床、世界最大油壓機、世界最大立式車銑床、世界最大齒輪數控加工設備等都產生在我們國家。
值得一提的是，2010年，由上海機床廠有限公司(以下簡稱“上海機床”)研制的世界最大的數控軋輥磨床，最大磨削直徑為2500mm，有效磨削工件長度為15m，最大磨削工件重量250噸，并配以具有自主知識產權的軟件系統，標志著我國重載高精度數控機床躋身世界頂尖水平。
磨床：加工精度之王
機床要做的事情主要是“車鉗銑刨磨”，就是將原材料中不需要的部分一點點減掉，通過鉆孔、切削、彎折、打磨，得到產品結構中的物理零部件，代表了傳統工業社會“減材制造”思維。長期以來，衡量機床好壞的主要標準還是經驗指標——速度、精度和壽命。比如，我國機床產品的評定標準里有一個“平均無故障時間MTBF”概念，這是引進自日本的經驗指標，在歐洲的機床行業沒有這一概念。
如果要追求機床工具的加工精度，不僅取決于其機械結構形式和精度，還要通過最基礎的電子元器件來實現。如，要實現高精度測繪，就繞不過“光柵”測量元件。時至今日，幾家德國和英國公司幾乎可以壟斷光柵技術的全球市場，真正高精度的光柵，有錢也買不到，外國公司一般只會出口基本測量水平的光柵器件。
如果想在一臺機床上同時兼顧速度、精度兩個指標，也不容易實現。比如， 銑床屬于效率型機床，要求速度快;磨床屬于精度型機床，要求極端精確。對于追求效率的銑床來說，電主軸溫升通常能達到60~70攝氏度(高速運轉的設備都有摩擦生熱問題)，這就很難兼顧精度了(因為材料會熱脹冷縮)，所以對精度要求也不高，誤差在1%毫米左右就行。
但對于追求精度的磨床來說，其要求的精度是0.1%毫米級別，要特別考慮熱剛性問題，主軸溫度絕不能超過20攝氏度，否則會出現熱傳導效應，微小的熱脹冷縮就會對精度產生很大影響。為此，磨床主軸電機的載荷一般只能使用一半功率，避免出現發熱問題。所以，我國對于精密型的磨床和效率型的銑床，都是層層技術分解，由不同企業分頭去攻關，因為二者的差異性比二者的相同點顯著得多。
上海電氣下屬的機床業務主攻“加工精度之王”——磨床。我國絕大多數類型的磨床首臺產品都是由上海機床打造的。20世紀80年代，我國第一臺可磨2m直徑的Y70200大型齒輪磨床，第一臺可磨8m長、回轉直徑1250毫米的M82125大型曲軸磨床，填補國內空白的可磨直徑800mm、圓度0.001mm的高精度萬能外圓磨床MG1480/H，國內最小的納米精度微型數控磨床Elite，國內最大的頂磨加工250噸工件的數控軋輥磨床MK84250，以及國內首臺進入汽車主機廠發動機生產線的雙砂輪架隨動曲軸磨床MK8220/SD，都出自上海機床。
以上這些僅僅是上海機床產品體系的冰山一角，如今上機公司已擁有10余種大類、400余種系列的產品，覆蓋外圓、平面、軋輥、曲軸、雙端面、花鍵軸、齒輪、螺紋、凸輪軸等各類通用、大型、精密、專用、數控等磨床品種。
上海機床發展的前期已經實現了產品面的寬度，近些年來則更強調產品結構調整，突出重點以提升整體實力。針對上海特殊的產業布局，優勢產業包括航天技術、飛機制造、汽車制造、船舶制造、港口機械和電子元件等，上海機床不再側重發展規模化產業，而是對產品進行整體的梳理，以用戶為導向，重點關注汽車及配套加工、能源、鐵路裝備領域，做專、做精，突出大型高精、外圓磨床。
上海電氣對未來的機床制造業有過一個基本判斷——產品做精+技術領先，即繼續穩固市場占有率，進一步調整產品結構，做專、做精、做高質量產品，擴大在中高端市場的份額，選定細分市場進行深入挖掘;這里“技術領先”的含義更加廣泛，要兼顧產品可靠性、環境適應性、安全性、維修性、操控性、經濟性，以及良好的用戶體驗等多個維度。
人機融合實現諸多創新突破
機床作為“工業母機”，是一切機器的來源。如果進行細分，還能進一步區分為“工業母機”和“工作母機”。各種加工中心、車床、銑床都可以歸于“工業母機”，這類機器并不都是我們的技術軟肋。“生產機床的機床”即“工作母機”，是更高精度的機床，需要實現匠人技藝與機器設備的有機融合(人機融合)，往往更考驗高精度。如加工精度需要在微米級(千分之一毫米)，而“工業母機”的加工精度只需達到百分之一毫米的精度。高精度機床自身的零部件往往就需要“工作母機”來制作。
要提高加工精度，也不完全只靠設備，畢竟設備是死的，現在高端裝備制造業有很多高精度的加工還是靠人工來主導，往往是人工把精密的東西做出來以后，再把這個過程固化，變成設備的精度。國內外都是如此，先技能，后設備，再技能，再設備，兩者形成一個螺旋上升的過程。而上海機床最大的財富其實就是一些技術精湛的老師傅，可以將人的技藝非常好地融入機器之中。
比如，MK8220/SD機床是專門為上海通用汽車配備的設備，尾架頂尖使用的圓弧頂尖過去從瑞士進口，每個需要一萬多元。但上海機床的師傅通過自制圓弧測量工裝，在一定程度上改進了修正圓弧砂輪的方法，完工后的零件各項技術均達標，成功替代進口。
還有，國家重點項目H402-AZ數控專用平面磨床砂輪架主軸的磨削加工，是上海機床有史以來加工技術要求最高的零件，其對精度要求極高。小到砂輪的選用、磨削參數的選擇，大到輔助工裝的自制，那里的師傅們都一絲不茍，保證了零件外圓及外錐體一次加工完成，其磨削操作法達到了非常高的水平。
在技術、工藝沒有出現革命性突破的情況下，制造業的提升主要靠匠人的經驗積累和長時間的專注。機床跟其他制造領域不同，其有很多傳統工藝一直在發揮作用。比如，手工刮研這道工序，哪怕在不少工業發達國家也會保留下來作為最后一道工序。機床行業的很多規律都是以10年作為周期閃現一次，外行人短時間很難悟透。尤其是機床行業，基本上都是面向專業市場，而越是往高端發展，客戶的專業化程度越高，市場細分也就越明顯。
例如，2008年，上海機床參與某核心零件的制造，需要實現極高的精度，尤其是關鍵部位的外圓及錐度誤差、跳動要求、表面粗糙度3個數據中，不能有任何一個超出范圍，否則就前功盡棄。這個級別的加工精度，就相當于在一根頭發絲里造一幢摩天大樓，難度非常高。接下任務以后，上海機床的師傅們每天跑圖書館查資料，埋頭苦干，用心設計加工方案和工具，經過近千次的試驗，才找到解決辦法。
“工業母機”用于成形或切削金屬，以及其他剛性材料，為裝備制造業提供生產設備。而“工作母機”則助力機床工業實現“根技術”的突破，是匠人技藝與機器設備進行有機融合的關鍵節點。加上下游工業應用場景、商業回報的持續反哺，即工業母機+工作母機+下游應用，構成了機床工業可持續發展的三大引擎。
下游應用支撐產業高端化發展
大概20多年前，中國制造業的處境是，生產出口8億件襯衫換回來的利潤才夠買到一架波音飛機。時至今日，中國國產的C919大型客機已經進入商業運營階段。這已經是中國制造業從低端向高端轉型的經典范例。可是，為何中國的機床產業從低端向高端的轉型沒有其他行業那么順利?
國內普遍認為，中國的各種優勢在機床這個品類上難以累積，是因為機床是客戶需求多樣且市場規模很有限的產品類別，這個觀點非常符合實際情況。2022年，在中國33.5萬億元的制造業增加值中，機床行業直接撐起了超過10萬億元的產出。但機床是制造業成功的結果，而不是原因，不可能指望做強機床產業，來撐起強大的制造業。相反，要靠下游(制造業)的諸多應用領域來反哺機床行業。
舉個例子，20世紀80年代，計算機控制系統CNC開始在機床領域逐漸滲透，最早發明計算機控制系統的，是美國麻省理工學院，而第一代計算機控制機床系統也誕生于美國機床廠Bendix。為什么最后日本企業反而領先了?看看目前數控機床的下游應用領域，汽車行業占到40%，是機床行業的第一大應用，也是對機床要求最高的行業，代表了機床行業的最高技術水準。另外，工程機械、航空航天、模具分別占到10%~20%不等的應用市場，也可以不同程度反哺機床行業。
當年，日本汽車行業迅速崛起，追平甚至反超了美國、歐洲的汽車行業，因為汽車行業的應用場景極其豐富且商業回報豐厚，對日本機床行業也是一次極大的反哺。哪怕是前幾年崛起的韓國機床，也明顯受益于汽車產業的驅動。起初韓國機床是沒有什么名氣的，但韓國的汽車、船舶零部件制造商將生產基地轉到中國以后，所有的工藝和設備都照搬原廠，企業主也會選擇從韓國進口設備，所以韓國的機床產業也開始在中國有了很多布局機會。
無疑，上海機床的發展紅利也明顯受益于下游應用領域的反哺作用。2016年，作為國家重大專項成果的“MK8220/SD雙砂輪架數控切點跟蹤曲軸磨床”已經成功應用于上海通用汽車有限公司，進行汽車發動機的關鍵零部件——曲軸的加工。這款機床設備也是國內首臺能夠進入汽車主機廠發動機生產線的數控磨床。
據悉，汽車發動機加工生產線對機床的要求是高效、高精和高可靠性，而磨床又承擔著所有工業零部件加工的最后一個關鍵工序——磨削，承擔著保證加工的尺寸和形位精度的重大責任。因此，之前通用公司，乃至整個國內汽車行業一直進口德國或英國造的磨床來承擔這一任務。
“MK8220/SD雙砂輪架數控切點跟蹤曲軸磨床”研發期間，上海電氣與上汽通用汽車緊密聯系，在下游應用廠商的協同配合下，上海電氣深入研究汽車企業的企業標準、加工工藝等信息，交付后快速并線生產，實現了與汽車生產線各環節的無縫銜接。設備上線不久，恰巧德國機床出現故障，上海電氣的磨床設備及時頂上，順利并線生產，承擔并保質保量完成大量任務，避免了交期滯后帶來的損失。從2016年4月交付用戶使用開始，這臺機床已經在通用的發動機曲軸LGE生產線上使用了多年時間，各項性能都達到了他們的預期。
除了在汽車制造這個最大應用領域不斷開拓，上海機床的產品線已經覆蓋到國內高端制造業的多個應用領域，尤其是航空航天、核電、軌道交通等極端制造領域，這是上海機床實現技術迭代和商業正反饋的基石。
高端制造業的用戶有很大黏性，生產廠家幾乎不可能因為價格更換設備。對他們來說，投資設備的錢都會作為固定成本攤銷到每一個產品上，只要訂單穩定，設備投資攤銷占總成本比例是不大的。而設備不穩定、不可靠，則會嚴重拖累生產線效率，制造商的損失就難以估計了。
機床產業未來發展
上海機床可以依靠豐富的產品線，滿足多細分領域客戶的多樣化需求，但是這也特別考驗企業的研發實力。很長時間內，國產機床的競爭是膠著的，但激烈的競爭也是一種市場的選擇和調整，在研發創新、品質服務方面扎根特別深的企業，會更具競爭力。
中國機床從傳統的機械控制時代向現代的數控系統時代發生轉變，還是近20年的事，要比歐美國家和日本晚一些。但國內機床企業的研發邏輯和設計思維，不可避免地受到這些歷史因素的影響。機械控制時代的做法是以單軸為主，幾個單軸做線性疊加，很適合簡單運動的場景，而且精度、速度都很有限，對機床的動態特性要求也不高。數控系統時代則是一個“多軸同步插補”的時代，對刀具的行程要做出更加細致的運動分解，動態響應特性要求很高，否則就很難保證多軸的同步。
以前，我們因為長期停留在機械控制時代，對動態特性理解不深。研發工程師們往往將機械部分、數控系統相互隔離，習慣先設計好機械部分，然后配上數控系統，而數控系統對機床設計的影響未得到足夠重視，導致一臺機床作為一個系統的完整性受到很大損害。
上海機床是國內最早進入數控系統時代的機床企業之一，不僅在硬件上的自主研發已有很多突破，比如，多年來對靜壓主軸、靜壓電主軸、閉式靜壓導軌、高精度轉臺等高檔數控機床的核心功能部件進行深入研究，積累了一批精密加工、裝配、檢測等工藝技術，精密靜壓/動靜壓主軸系統的回轉精度、閉式靜壓導軌重復定位精度均已達到百納米級，而且在系統和軟件層面也同步取得不少成就，比如，開發擁有自主知識產權的“磨削之星”機床軟件，運用優化算法實現磨削工藝封裝、參數化編程、磨削過程可視化等功能，人機交互界面友好。
上海機床深耕研發，尤其聚焦磨削工藝。決定機床磨削性能的主要是動態特性，而提高動態特性需要積累豐富的工程數據，每臺機床要有兩百多個測量點。上海機床很早就意識到建立起機床參數數據庫的重要性，并持續推動對剛性、頻率等關鍵參數按照嚴格的工程化標準來優化。
歸根到底，上海電氣及其下屬機床業務，在很大程度上是以精度和可靠性取勝，幫助客戶在各類細小、精密的零件生產加工中，最大限度提升空間利用率，確保生產流程穩定。而機床行業所有的創新突破最終都會達到一個效果——把簡單帶給制造業客戶，把復雜留給機床設計者自己。