一、市場概述

當今世界，工業(yè)發(fā)達國家對機床工業(yè)高度重視，競相發(fā)展機電一體化、高精、高效、高自動化先進機床，以加速工業(yè)和國民經(jīng)濟的發(fā)展。尤其是數(shù)控機床發(fā)展迅速，年產(chǎn)量逐年攀升，但所產(chǎn)機床精度等方面達不到要求。長期以來，歐、美、亞在國際市場上相互展開激烈競爭，已形成一條無形戰(zhàn)線，特別是隨微電子、計算機技術的進步，數(shù)控機床在20世紀80年代以后加速發(fā)展，各方用戶提出更多需求，早已成為四大國際機床展上各國機床制造商競相展示先進技術、爭奪用戶、擴大市場的焦點。

目前，我國的數(shù)控機床無論從產(chǎn)品種類、技術水平、質(zhì)量和產(chǎn)量上都取得了很大的發(fā)展，在一些關鍵技術方面也取得了重大突破。據(jù)統(tǒng)計，目前我國可供市場的數(shù)控機床有1500種，幾乎覆蓋了整個金屬切削機床的品種類別和主要的鍛壓機械。這標志著國內(nèi)數(shù)控機床已進入快速發(fā)展的時期。

二、機床行業(yè)自動化產(chǎn)品應用介紹

1、機床的自動化產(chǎn)品組成

在機床行業(yè)，應用自動化產(chǎn)品最多、最為廣泛的莫過于數(shù)控機床。數(shù)控機床一般由輸入裝置、數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、測量環(huán)節(jié)和機床床體（組成機床本體的各機械部件）組成。數(shù)控機床組成示意圖如下圖所示。

（1）輸入裝置可將不同加工信息傳遞于計算機。在數(shù)控機床產(chǎn)生的初期，輸入裝置為穿孔紙帶，現(xiàn)已趨于淘汰。目前，使用鍵盤、磁盤等，大大方便了信息輸入工作。

（2）數(shù)控裝置是數(shù)控機床的核心與主導，完成所有加工數(shù)據(jù)的處理、計算工作，最終實現(xiàn)數(shù)控機床各功能的指揮工作。它包含微計算機的電路，各種接口電路、CRT顯示器等硬件及相應的軟件。

（3）可編程控制器即PLC，它對主軸單元實現(xiàn)控制，將程序中的轉(zhuǎn)速指令進行處理而控制主軸轉(zhuǎn)速；管理刀庫，進行自動刀具交換、選刀方式、刀具累計使用次數(shù)、刀具剩余壽命及刀具刃磨次數(shù)等管理；控制主軸正反轉(zhuǎn)和停止、準停、切削液開關、卡盤夾緊松開、機械手取送刀等動作；還對機床外部開關（行程開關、壓力開關、溫控開關等）進行控制；對輸出信號（刀庫、機械手、回轉(zhuǎn)工作臺等）進行控制。

（4）檢測反饋裝置由檢測元件和相應的電路組成，主要是檢測速度和位移，并將信息反饋于數(shù)控裝置，實現(xiàn)閉環(huán)控制以保證數(shù)控機床加工精度。

（5）機床主機是數(shù)控機床的主體，包括床身、主軸、進給傳動機構(gòu)等機械部件。

2、在數(shù)控機床的應用

（1）CNC系統(tǒng)在數(shù)控機床中的應用

CNC系統(tǒng)最主要的應用領域是數(shù)控車床，隨著數(shù)控車床產(chǎn)量的增長，對CNC系統(tǒng)的需求量也在不斷上升。CNC作為數(shù)控機床主要控制系統(tǒng)，對機床設備的影響極為關鍵

（2）HMI在數(shù)控機床中的應用

為實現(xiàn)數(shù)控機床和CNC加工中心的高度模塊化，采用HMI連接人的指令與機器的執(zhí)行。

（3）PLC在數(shù)控機床中的應用

 數(shù)控機床中所用的PLC可分為兩類：一類是專為實現(xiàn)數(shù)控機床順序控制而設計制造的內(nèi)裝型PLC(built-inType)，另一類是那些輸入輸出技術規(guī)范，輸入輸出點數(shù)，程序存儲容量以及運算和控制功能等均能滿足數(shù)控機床控制要求的獨立型PLC(Stand-aloneType)。

內(nèi)裝式PLC也稱集成式PLC，采用這種方式的數(shù)控系統(tǒng)，在設計之初就將NC和PLC結(jié)合起來考慮，NC和PLC之間的信號傳遞是在內(nèi)部總線的基礎上進行的，因而有較高的交換速度和較寬的信息通道。它們可以共用一個CPU也可以是單獨的CPU。這種結(jié)構(gòu)從軟硬件整體上考慮，PLC和NC之間沒有多余的導線連接，增加了系統(tǒng)的可靠性，而且NC和PLC之間易實現(xiàn)許多高級功能。PLC中的信息也能通過CNC的顯示器顯示,這種方式對于系統(tǒng)的使用具有較大的優(yōu)勢。高檔次的數(shù)控系統(tǒng)一般都采用這種形式的PLC。

獨立式PLC也稱外裝式PLC，它獨立于NC裝置，具有獨立完成控制功能的PLC。采用這種應用方式，可根據(jù)用戶自己的特點，選用不同專業(yè)PLC廠商的產(chǎn)品，并且可以更為方便的對控制規(guī)模進行調(diào)整。

（4）伺服系統(tǒng)在數(shù)控機床中的應用

伺服系統(tǒng)是以機械運動的驅(qū)動設備—電機為控制對象，以控制器為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機構(gòu)的電氣傳動控制系統(tǒng)。這類系統(tǒng)控制電機的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角，將電能轉(zhuǎn)換為機械能，實現(xiàn)運動機械的運動要求。具體在數(shù)控機床中，伺服系統(tǒng)接收數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的位移、速度指令，經(jīng)變換、放大與調(diào)整后，由電機和機械傳動機構(gòu)驅(qū)動機床坐標軸、主軸帶動工作臺及刀架，通過軸的聯(lián)動使刀具相對工件產(chǎn)生各種復雜的機械運動，從而加工出用戶所需的工件。

（5）電機在數(shù)控機床中的應用

機床在設計中采用直線電機驅(qū)動，對減輕運動部件質(zhì)量、加強機床剛性、解決高速運動下的抗沖擊性、直線電機的防護，以及控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)與電機的匹配和優(yōu)化調(diào)試等方面做了突出的貢獻。

（6）低壓電氣產(chǎn)品在數(shù)控機床中的應用

低壓電氣產(chǎn)品在各種電控設備中都有廣泛應用，數(shù)控機床中的低壓電氣產(chǎn)品種類也相對較多，如低壓斷路器、熔斷保護器、開關等部件。

三、機床行業(yè)市場分析

1、機床行業(yè)整體市場

中國機床工具工業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)顯示，2015年是機床工具行業(yè)市場和經(jīng)濟運行進入下行通道的第5個年頭，與前幾年相比，行業(yè)承受的下行壓力強度更大，范圍更廣，整體形勢比較嚴峻。機床市場銷售金額1260.4億元，同比下降13.7%%。工具行業(yè)、金切機床行業(yè)、成型機床行業(yè)運行情況如下。

（1）金切機床行業(yè)

金切機床行業(yè)銷售金額714.8億元，同比下降12.5%；金切機床同比降低14.7%。

（2）成型機床行業(yè)

成型機床行業(yè)銷售金額545.6億元，同比下降16.6%；成型機床同比下降16.8%。（見表1）

2015年機床行業(yè)累計進出口額717.7億美元，同比下降15.3%；其中進口額524.2億美元，同比下降21.1%；出口額193.5億美元，同比下降6.1%。進出口逆差330.7億美元，同比下降14.5%。（見表2）

2、機床市場的未來發(fā)展預測

2012年下半年開始，機床行業(yè)出現(xiàn)急速下滑的局面，主要原因是國內(nèi)重點行業(yè)投資減速，對大型設備的需求量減少，加上2011年以前機床行業(yè)急速擴張，產(chǎn)能過剩嚴重。

2015年機床行業(yè)延續(xù)2014年以來的頹勢，呈現(xiàn)下降幅度再度擴大、下行領域全面擴展、內(nèi)外貿(mào)雙下降和全行業(yè)利潤狀況持續(xù)惡化等特征。

基于國內(nèi)宏觀經(jīng)濟形勢和機床行業(yè)特點，預計2016年機床行業(yè)整體銷售額將比2015年有下降，產(chǎn)品進出口額將有較大幅度縮減。

四、機床行業(yè)自動化市場容量和產(chǎn)品份額

機床行業(yè)使用的自動化產(chǎn)品包括CNC系統(tǒng)、PLC、電機、伺服系統(tǒng)、HMI、低壓電氣產(chǎn)品等。各類機床用產(chǎn)品的市場容量規(guī)模相對都比較大，根據(jù)跟蹤了解市場上重要用戶及多個廠家的使用情況，得到如下所示數(shù)據(jù)。（見表3、圖2）

1、CNC系統(tǒng)在機床市場增長判斷

CNC市場隨著機床行業(yè)的波動，近幾年變化明顯。因軍工、教育等行業(yè)需求的支撐，2015年高端機型的需求情況較為穩(wěn)定，但整體還是下降的趨勢，2015年及2011-2016年CNC市場容量及增長情況如下。（見表4、圖3）

2、HMI在機床行業(yè)增長判斷

HMI即操作面板，是操作人員與數(shù)控裝置進行信息交流的工具組成：按鈕站/狀態(tài)燈/按鍵陣列/顯示器。基本每種數(shù)控機床都需要一個人機界面來連接機器與人的操控。由于機床市場低迷，2015年HMI市場依舊延續(xù)下降趨勢。（見表5、圖4）

3、PLC在機床增長判斷

PLC在工業(yè)自動控制領域應用愈來愈廣，它在控制性能、組機周期和硬件成本等方面所表現(xiàn)出的綜合優(yōu)勢是其它工控產(chǎn)品難以比擬的。隨著PLC技術的發(fā)展，它在位置控制、過程控制、數(shù)據(jù)處理等方面的應用也越來越多。在機床的實際設計和生產(chǎn)過程中，為了提高數(shù)控機床加工的精度，對其定位控制裝置的選擇就顯得尤為重要。

受市場低迷影響，機床行業(yè)PLC市場銷售額依舊出現(xiàn)較大幅度下降，下表是近幾年的銷售額情況以及未來一年的預測。（見表6、圖5）

4、伺服系統(tǒng)在機床行業(yè)增長判斷

作為數(shù)控機床的重要功能部件，伺服系統(tǒng)的特性一直是影響系統(tǒng)加工性能的重要指標。圍繞伺服系統(tǒng)動態(tài)特性與靜態(tài)特性的提高，近年來發(fā)展了多種伺服驅(qū)動技術。可以預見隨著超高速切削、超精密加工、網(wǎng)絡制造等先進制造技術的發(fā)展，具有網(wǎng)絡接口的全數(shù)字伺服系統(tǒng)、直線電動機及高速電主軸等將成為數(shù)控機床行業(yè)的關注的熱點，并成為伺服系統(tǒng)的發(fā)展方向。由此可以判斷，應用在電機上伺服系統(tǒng)將愈加廣泛。

隨著市場大環(huán)境的變化，機床行業(yè)伺服系統(tǒng)的市場容量在2015年延續(xù)了下滑的趨勢。（見表7、圖6）

5、電機在機床增長判斷

直線電機及其驅(qū)動控制體系在技能上已日趨老練，已具有枯燥傳動裝置無法相比的優(yōu)秀性能。過往人們所擔心的直線電機推力小、體積大、溫舉高、可靠性差、擔心定、難安置、難防護等標題，隨著電機制造技能的改革，已不再是大標題。而驅(qū)動與控制技能的成長又為其性能拓展和安定性提供了包管。選擇得當?shù)闹本€電機及驅(qū)動控制體系，配以合理的機床設計，完全可以生產(chǎn)出高性能、高可靠性的機床。

電機市場受機床行業(yè)生產(chǎn)情況的影響較大，2015年依然延續(xù)下降趨勢。（見表8、圖7）

6、低壓電氣產(chǎn)品在機床增長判斷

低壓電氣產(chǎn)品在機床中應用廣泛，種類分別是低壓斷路器、繼電器、開關電源、變壓器、按鈕和指示燈。其中主要部件為低壓斷路器。據(jù)市場上相關數(shù)據(jù)指標分析，2015年各類低壓電氣產(chǎn)品產(chǎn)品的市場容量相較于2014年呈現(xiàn)下降趨勢。（見表9、圖8）

7、低壓變頻器在機床增長判斷

由于機床加工范圍較廣，不同的工件，不同的工序，使用不同的刀具，要求機床執(zhí)行部件具有不同的運動速度，因此機床的主運動應能進行調(diào)速，機床用戶對變頻器產(chǎn)品的調(diào)速作用更為關注。

主軸是車床構(gòu)成中一個重要的部分，對于提高加工效率，擴大加工材料范圍，提升加工質(zhì)量都有著很重要的作用，變頻器主要應用于主軸調(diào)速系統(tǒng)。目前對客戶來說變頻器的性價比很高，所以變頻器在車床上使用非常普遍。

通用變頻器要想順利的使用在機床行業(yè)必須有兩個重要考慮：一是選用無速度傳感器矢量控制的產(chǎn)品，二是要設計在超速運轉(zhuǎn)以提高低速轉(zhuǎn)矩。

據(jù)市場上相關數(shù)據(jù)指標分析，2015年各類低壓變頻器產(chǎn)品的市場容量相較于2014年呈現(xiàn)下降趨勢。（見表10、圖9）

當前，數(shù)控行業(yè)呈現(xiàn)出高精度化、高速化、高可靠性、系統(tǒng)化、微型化、智能化、“電子——機械”商品化等特點，由傳統(tǒng)的萬能機床向機床功能專用化和產(chǎn)品多樣化發(fā)展是必然；以模塊化設計實現(xiàn)產(chǎn)品多樣化，功能專用化，已成為當前機床發(fā)展的主流；發(fā)展經(jīng)濟型數(shù)控機床和加工中心已成為當前數(shù)控機床發(fā)展的一種趨勢。在金切機床中幾乎所有品種均可實現(xiàn)數(shù)控化。數(shù)控系統(tǒng)向高度集成(采用64位CPU)、高分辨率(0.1um)、小型化方向發(fā)展。加工中心的定位精度在5um以內(nèi)，主軸轉(zhuǎn)速達1萬轉(zhuǎn)／min以上，最高達4—5萬轉(zhuǎn)／min，快速進給速度達100m／min。機械加工向工序復合化、智能化方向發(fā)展。未來工廠將廣泛應用數(shù)控機床、柔性加工單元和柔性加工生產(chǎn)線，最終實現(xiàn)計算機集成制造系統(tǒng)。工廠可以靈活地根據(jù)用戶需要，在短時間內(nèi)設計、制造出全新的產(chǎn)品，實現(xiàn)更高精度、效率和效益。

供稿：睿工業(yè)

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