一、市場概述

當今世界，工業發達國家對機床工業高度重視，競相發展機電一體化、高精、高效、高自動化先進機床，以加速工業和國民經濟的發展。尤其是數控機床發展迅速，年產量逐年攀升，但所產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，已形成一條無形戰線，特別是隨微電子、計算機技術的進步，數控機床在20世紀80年代以后加速發展，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，我國的數控機床無論從產品種類、技術水平、質量和產量上都取得了很大的發展，在一些關鍵技術方面也取得了重大突破。據統計，目前我國可供市場的數控機床有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。這標志著國內數控機床已進入快速發展的時期。

二、機床行業自動化產品應用介紹

1、機床的自動化產品組成

在機床行業，應用自動化產品最多、最為廣泛的莫過于數控機床。數控機床一般由輸入裝置、數控系統、伺服系統、測量環節和機床床體（組成機床本體的各機械部件）組成。數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。在數控機床產生的初期，輸入裝置為穿孔紙帶，現已趨于淘汰。目前，使用鍵盤、磁盤等，大大方便了信息輸入工作。

（2）數控裝置是數控機床的核心與主導，完成所有加工數據的處理、計算工作，最終實現數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，它對主軸單元實現控制，將程序中的轉速指令進行處理而控制主軸轉速；管理刀庫，進行自動刀具交換、選刀方式、刀具累計使用次數、刀具剩余壽命及刀具刃磨次數等管理；控制主軸正反轉和停止、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，并將信息反饋于數控裝置，實現閉環控制以保證數控機床加工精度。

（5）機床主機是數控機床的主體，包括床身、主軸、進給傳動機構等機械部件。

2、在數控機床的應用

（1）CNC系統在數控機床中的應用

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

（2）HMI在數控機床中的應用

為實現數控機床和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行。

（3）PLC在數控機床中的應用

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

內裝式PLC也稱集成式PLC，采用這種方式的數控系統，在設計之初就將NC和PLC結合起來考慮，NC和PLC之間的信號傳遞是在內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。這種結構從軟硬件整體上考慮，PLC和NC之間沒有多余的導線連接，增加了系統的可靠性，而且NC和PLC之間易實現許多高級功能。PLC中的信息也能通過CNC的顯示器顯示,這種方式對于系統的使用具有較大的優勢。高檔次的數控系統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，可根據用戶自己的特點，選用不同專業PLC廠商的產品，并且可以更為方便的對控制規模進行調整。

（4）伺服系統在數控機床中的應用

伺服系統是以機械運動的驅動設備—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行機構的電氣傳動控制系統。這類系統控制電機的轉矩、轉速和轉角，將電能轉換為機械能，實現運動機械的運動要求。具體在數控機床中，伺服系統接收數控系統發出的位移、速度指令，經變換、放大與調整后，由電機和機械傳動機構驅動機床坐標軸、主軸帶動工作臺及刀架，通過軸的聯動使刀具相對工件產生各種復雜的機械運動，從而加工出用戶所需的工件。

（5）電機在數控機床中的應用

機床在設計中采用直線電機驅動，對減輕運動部件質量、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、伺服系統與電機的匹配和優化調試等方面做了突出的貢獻。

（6）低壓電氣產品在數控機床中的應用

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

三、機床行業市場分析

1、機床行業整體市場

中國機床工具工業協會數據顯示，2015年是機床工具行業市場和經濟運行進入下行通道的第5個年頭，與前幾年相比，行業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、金切機床行業、成型機床行業運行情況如下。

（1）金切機床行業

金切機床行業銷售金額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

成型機床行業銷售金額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、機床市場的未來發展預測

2012年下半年開始，機床行業出現急速下滑的局面，主要原因是國內重點行業投資減速，對大型設備的需求量減少，加上2011年以前機床行業急速擴張，產能過剩嚴重。

2015年機床行業延續2014年以來的頹勢，呈現下降幅度再度擴大、下行領域全面擴展、內外貿雙下降和全行業利潤狀況持續惡化等特征。

基于國內宏觀經濟形勢和機床行業特點，預計2016年機床行業整體銷售額將比2015年有下降，產品進出口額將有較大幅度縮減。

四、機床行業自動化市場容量和產品份額

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

1、CNC系統在機床市場增長判斷

CNC市場隨著機床行業的波動，近幾年變化明顯。因軍工、教育等行業需求的支撐，2015年高端機型的需求情況較為穩定，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在機床行業增長判斷

HMI即操作面板，是操作人員與數控裝置進行信息交流的工具組成：按鈕站/狀態燈/按鍵陣列/顯示器。基本每種數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市場依舊延續下降趨勢。（見表5、圖4）

3、PLC在機床增長判斷

PLC在工業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出的綜合優勢是其它工控產品難以比擬的。隨著PLC技術的發展，它在位置控制、過程控制、數據處理等方面的應用也越來越多。在機床的實際設計和生產過程中，為了提高數控機床加工的精度，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PLC市場銷售額依舊出現較大幅度下降，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、伺服系統在機床行業增長判斷

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

隨著市場大環境的變化，機床行業伺服系統的市場容量在2015年延續了下滑的趨勢。（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。選擇得當的直線電機及驅動控制體系，配以合理的機床設計，完全可以生產出高性能、高可靠性的機床。

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

6、低壓電氣產品在機床增長判斷

低壓電氣產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。據市場上相關數據指標分析，2015年各類低壓電氣產品產品的市場容量相較于2014年呈現下降趨勢。（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速，機床用戶對變頻器產品的調速作用更為關注。

主軸是車床構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，提升加工質量都有著很重要的作用，變頻器主要應用于主軸調速系統。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品，二是要設計在超速運轉以提高低速轉矩。

據市場上相關數據指標分析，2015年各類低壓變頻器產品的市場容量相較于2014年呈現下降趨勢。（見表10、圖9）

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

供稿：睿工業

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