根據(jù)中國機床工具工業(yè)協(xié)會對重點聯(lián)系企業(yè)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，以及協(xié)會企業(yè)調(diào)研情況和部分分會提供的資料顯示，2021年1-12月，行業(yè)整體運行保持穩(wěn)定增長，運行效益持續(xù)提升，全年總體呈現(xiàn)增速前高后低、分行業(yè)間差異逐漸加大的特點，總體來看，各項主要指標(biāo)整體仍保持在較高水平：全年月累計完成營業(yè)收入同比增長26.2%，增幅比上年擴大23.2個百分點，所有分行業(yè)同比增幅均在10%以上（見表1）。綜合考慮各種有利與不利因素，預(yù)計2022年我國機床工具行業(yè)將延續(xù)2021年的良好運行態(tài)勢，但因2021年基數(shù)較高，2022年全年營業(yè)收入等主要指標(biāo)可能與2021年持平或略有增長。

表1  2021年1-12月重點聯(lián)系企業(yè)部分分行業(yè)營業(yè)收入同比情況（資料來源：中國機床工具工業(yè)協(xié)會）

從中國機床工具工業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，2021年金屬加工機床產(chǎn)量和訂單量均明顯增加，其中，從圖1、圖2看，金屬切削機床和金屬成形機床近三年的產(chǎn)量同比增速變化，與營業(yè)收入的同比增速變化趨勢相似，但相對而言，金屬切削機床產(chǎn)量同比增勢更強一些。

圖1  金屬切削機床產(chǎn)量同比增速情況（資料來源：中國機床工具工業(yè)協(xié)會）

圖2  金屬成形機床產(chǎn)量同比增速情況（資料來源：中國機床工具工業(yè)協(xié)會）

另一方面，有行業(yè)頭部企業(yè)估算，在通用領(lǐng)域，目前中國立式加工中心、車床、臥式加工中心和龍門加工中心的市場需求分別約為10-12萬臺/年、10-12萬臺/年、4,000-6,000臺/年和3,000-5,000臺/年；在3C領(lǐng)域，存量替換和新興需求將驅(qū)動國內(nèi)鉆攻機市場保持平穩(wěn)成長，考慮到存量替換約為4.0萬臺年需求量（智能機、筆記本電腦、平板）和新興市場約為1萬臺年需求量（VR/AR、可穿戴、機器人、電子煙、醫(yī)療器械和無人機等），合計整體約5萬臺、100億元人民幣的年市場規(guī)模。

2021年以來，新冠疫情多次大范圍反復(fù)，自然災(zāi)害頻發(fā)，工業(yè)原材料價格上漲，國際物流受限，出口成本上漲等不利因素對機床工具行業(yè)的運行帶來較大沖擊，其中有些因素是2021年三季度后新出現(xiàn)的。同時，在國內(nèi)外疫情影響下，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理，產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈某些薄弱環(huán)節(jié)制約凸顯，這些對機床工具行業(yè)運行及市場需求的后續(xù)影響仍不容忽視， 行業(yè)運行不利因素有所增加。

高端數(shù)控機床——五軸聯(lián)動成開發(fā)熱點

      高端機床智能化是“中國制造2025”國家戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)，去年8月，國資委進一步強調(diào)要針對工業(yè)“母機”、高端芯片等加強關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)。其中，五軸聯(lián)動加工中心是現(xiàn)階段行業(yè)開發(fā)的一個熱點，根據(jù)有關(guān)機構(gòu)的統(tǒng)計及預(yù)測，2021年全球五軸數(shù)控機床的市場銷售額達到了76億美元，預(yù)計至2028年將達到154億美元，年復(fù)合增長率（CAGR）約為10.6%（2022-2028），從地區(qū)層面來看，中國市場的增長速度較快。據(jù)MIR睿工業(yè)的調(diào)查顯示，作為高端機床代表的五軸機床，2020年中國市場的規(guī)模約為68.2億元（圖3），預(yù)計2021與2022年均會保持在兩位數(shù)的增長速率。

圖3  2018-2022年中國五軸機床市場規(guī)模統(tǒng)計及預(yù)測（資料來源：MIR DATABANK，此數(shù)據(jù)中包含全五軸機床、3+2型五軸機床、4+1型五軸機床）

通常來說，五軸聯(lián)動數(shù)控機床是指機床基本的直線軸三軸 X、Y、Z 及附加的旋轉(zhuǎn)軸 A、B、C 中的兩軸，五個軸同時運動，任意調(diào)整刀具或工件的姿態(tài)，實現(xiàn)復(fù)雜空間曲面加工、異形加工、鏤空加工、斜孔/斜切加工等操作。應(yīng)用先進的加工方式，五軸聯(lián)動數(shù)控機床或加工中心取代傳統(tǒng)的修邊模和沖孔模的加工方法，一次裝夾就可完成多面加工，減少了多次裝夾造成的重復(fù)定位誤差，縮短了上下料的輔助時間，降低了制造成本，有效提升了加工效率和穩(wěn)定可靠性，也優(yōu)化了產(chǎn)品性能。

由于具有高速度、高精度、高穩(wěn)定性等特點，配以五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)，這類機床即可對復(fù)雜的空間曲面進行高精度加工，因而特別適用于精密模具、新能源汽車、航天航空等高端領(lǐng)域復(fù)雜工序零件的加工場景，在“工業(yè)4.0”、“中國制造2025”不斷深化的大背景下，五軸應(yīng)用技術(shù)勢必將推動制造業(yè)向價值鏈高端不斷前進。據(jù)介紹，在五軸應(yīng)用中，目前國內(nèi)的熱沖壓成形技術(shù)和熱沖壓生產(chǎn)線正在飛速發(fā)展，市場需求也在倍速增長，以實現(xiàn)國產(chǎn)品牌的進口替代以及技術(shù)的自主可控，真正破解被國外技術(shù)“卡脖子”的難題。

按照作業(yè)方式的不同，目前的五軸聯(lián)動數(shù)控機床大致上可以分為五軸立式加工中心、五軸臥式加工中心、五軸龍門加工中心、臥式銑車復(fù)合加工中心、五軸工具磨削中心等。按照機械結(jié)構(gòu)形式來劃分，五軸聯(lián)動數(shù)控機床一般可以分為雙擺頭形式、俯垂型擺頭式、雙轉(zhuǎn)臺形式、俯垂型工作臺式、一擺一轉(zhuǎn)形式等。國際上知名的制造商包括德瑪吉、馬扎克、哈斯、OKUMA 、HURCO、HELLER等；國內(nèi)則包括科德數(shù)控、北京金雕、海天精工、新瑞重工、上海日進等企業(yè)，部分廠商主要是以向國外采購零部件進行組裝加工。

在五軸聯(lián)動數(shù)控機床整機的生產(chǎn)制造過程中，涉及到的關(guān)鍵功能部件包括各類電機、電主軸、轉(zhuǎn)臺、傳感器、數(shù)控刀具等，以及五軸數(shù)控系統(tǒng)，伴隨著目前國內(nèi)自主化率和國產(chǎn)化率要求的提升，迫切需要這些功能部件和控制系統(tǒng)供應(yīng)廠商也要能夠配合整機廠做產(chǎn)品的配套開發(fā)，以滿足五軸聯(lián)動機床對高精度、高動態(tài)性能的技術(shù)要求。

圖4 五軸聯(lián)動數(shù)控機床大致分類及相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域（資料來源：華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院）

直驅(qū)技術(shù)產(chǎn)品嶄露頭角

相較于一些發(fā)達國家，直驅(qū)技術(shù)在國內(nèi)數(shù)控機床行業(yè)的應(yīng)用時間較晚，當(dāng)中也走過一段曲折的過程。伴隨著近年中國高端數(shù)控裝備行業(yè)應(yīng)用直驅(qū)技術(shù)的“春天”到來，也為眾多國內(nèi)直驅(qū)廠商開辟出一片可以大展拳腳的新天地。一般來說，生產(chǎn)效率和精度是機床競爭能力的兩項重要指標(biāo)，五軸聯(lián)動加工技術(shù)在提高生產(chǎn)效率方面有著巨大的潛力，而機床直線軸和旋轉(zhuǎn)軸的運動定位精度對五軸聯(lián)動機床的性能起到至關(guān)重要的作用。

例如，針對高端直驅(qū)機床的發(fā)展趨勢，雅科貝思憑借機械、電控、軟件等較為齊全的產(chǎn)品線，采用與機床行業(yè)設(shè)備廠商聯(lián)合開發(fā)的形式，將直驅(qū)技術(shù)引入這一領(lǐng)域，積極參與了多個“卡脖子”高端機床的技術(shù)攻關(guān)項目，并且在雅科貝思內(nèi)部每個工廠的機加車間都配備有這些共同開發(fā)的高端機床，通過大量的生產(chǎn)實踐，親身驗證直驅(qū)技術(shù)產(chǎn)品和機床整機的穩(wěn)定可靠性，為客戶提供更多的數(shù)據(jù)做技術(shù)支撐。據(jù)介紹，雅科貝思CNC專用直線電機、直驅(qū)轉(zhuǎn)臺、擺頭均已通過多家高端機床客戶的認(rèn)可，裝機量暴增；其中，高性價比的AKMF系列已在通用車床、銑床、磨床等加工機床上得到了大批量應(yīng)用；同時，對于更高動態(tài)響應(yīng)需求的下一代高端五軸聯(lián)動全直驅(qū)加工中心，雅科貝思也推出了AKH系列等更高性能產(chǎn)品，并已在多個客戶的應(yīng)用場景中取得了成功驗證，產(chǎn)品品質(zhì)得到了高度認(rèn)可，助力中國機床行業(yè)向高速、高精方向的轉(zhuǎn)型升級。

借助多年來在高端數(shù)控機床領(lǐng)域積累的豐富實踐經(jīng)驗，長沙一派直驅(qū)近一、兩年陸續(xù)開發(fā)出多款數(shù)控機床行業(yè)相對應(yīng)的通用型直線電機系列，目前已被大量應(yīng)用在導(dǎo)軌磨床、激光切割大行程龍門系統(tǒng)、加工中心（三軸、五軸聯(lián)動）等數(shù)控裝備領(lǐng)域。一派直驅(qū)堅持以中大推力直驅(qū)技術(shù)路線的創(chuàng)新開發(fā)為重心，特別是最近幾年，一派直驅(qū)加大了針對數(shù)控機床直線電機應(yīng)用的基礎(chǔ)研究投入，潛心鉆研，在直線電機的高精度（微米級）、穩(wěn)定性、高防護等級、散熱/冷卻性能，以及對銅質(zhì)、矽鋼片等核心原材料的分析等方面，大力夯實基礎(chǔ)科研，持續(xù)創(chuàng)新技術(shù)與方案，在精密數(shù)控機床用直線電機領(lǐng)域，與國內(nèi)優(yōu)秀的系統(tǒng)供應(yīng)商合作，打造一整套直線電機高精度機床解決方案，協(xié)助提升高檔數(shù)控機床的國產(chǎn)化率。

為了應(yīng)對五軸數(shù)控機床市場的快速崛起，德瑪特目前已推出了全系列五軸搖籃產(chǎn)品，基本對五軸機床市場的需求進行了全覆蓋。例如，德瑪特數(shù)控雙臂五軸搖籃轉(zhuǎn)臺RDD系列的搖籃式雙軸聯(lián)動直驅(qū)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺依據(jù)先進的設(shè)計理念，采用力矩電機直驅(qū)方案，使其具備響應(yīng)快、精度高、維護方便等優(yōu)點，高效精簡的剎車方案在保證工作可靠的同時，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)的緊湊性；此外，根據(jù)客戶的需求，還可提供適用不同使用場景的電機、軸承和圓光柵選配方案，在滿足使用的前提下，保持高性價比。德瑪特RDDS400A五軸搖籃轉(zhuǎn)臺的定位精度可高達±1角秒，高剛度、可用來進行精密模具加工，全直驅(qū)電機驅(qū)動，達到毫秒級高動態(tài)響應(yīng)性能。

五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)：高精度、智能化

   目前，國內(nèi)80%以上的機床數(shù)控系統(tǒng)都是以西門子、海德漢、發(fā)那科、三菱等國際品牌為主，特別是在五軸聯(lián)動這類高端數(shù)控機床領(lǐng)域。例如：西門子SINUMERIK 840D sl 代表著高端數(shù)控系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)，適用于幾乎所有的機床方案，其高性能的硬件架構(gòu)、智能控制算法以及高級驅(qū)動和電機技術(shù)，確保了極高的動態(tài)性能和加工精度；海德漢TNC 640高檔數(shù)控系統(tǒng)具有優(yōu)良的運動控制、高速和5軸功能；三菱M700V數(shù)控系統(tǒng)配備有高級的全納米控制；FANUC 31i-MODEL B5系列數(shù)控系統(tǒng)具備高速、高精度、高質(zhì)量五軸聯(lián)動加工復(fù)雜形狀工件的功能。

數(shù)控系統(tǒng)的RTCP（Rotation Tool Center Point）功能是五軸聯(lián)動數(shù)控機床必須要具備的特征之一。除此之外，在精度方面，五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)由五個坐標(biāo)軸運動合成，旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的加入，加重了插補運算的負(fù)擔(dān)，微小的運算誤差就會直接導(dǎo)致加工精度降低，因此要求控制器能夠達到很高的運算精度。目前，隨著數(shù)控機床上應(yīng)用的CPU從6位發(fā)展到64位，其頻率也從5MHZ提高到上千MHZ，這進一步提升了系統(tǒng)的運算速度和分辨率（0.1μm 、 0.01μm ），完全滿足高負(fù)荷計算和圖形顯示的要求。

另一方面，智能化也必不可少。例如，去年下半年海德漢推出的新一代TNC7數(shù)控系統(tǒng)提供精優(yōu)輪廓銑削（OCM）功能，可在整個銑削過程中始終使用理想的切削參數(shù)；全新坐標(biāo)磨功能在一次裝夾中有效提高加工件的表面質(zhì)量；加工監(jiān)測功能幫助用戶可靠地達到所需的加工效果；動態(tài)碰撞監(jiān)測（DCM）功能不僅可避免機床部件與刀具間的碰撞，還能避免刀具與夾具間碰撞；圖形化的編程功能可智能地生成NC數(shù)控程序；并提供創(chuàng)新和可自定義的用戶界面。

值得關(guān)注的是，最近幾年，五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的國產(chǎn)化開發(fā)也掀起了一波熱潮。由中國機床監(jiān)督檢測中心出具的報告顯示，目前科德數(shù)控開發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)在功能上已可達到西門子 840D 的95.85%，基本可實現(xiàn)進口替代；上海錸鈉克數(shù)控科技有限公司專注于CNC五軸應(yīng)用平臺的開發(fā)，配合機床廠家及客戶提供CNC控制系統(tǒng)、CAM軟件和整體解決方案；上海維宏電子科技股份有限公司開發(fā)的NK530M加工中心數(shù)控系統(tǒng)對HST高速梯形算法和HPCS高精度輪廓光滑處理進行了優(yōu)化，加上強大二次開發(fā)功能的PHOENIX數(shù)控平臺以及NcCloud維保云平臺，可為用戶提供高性價比的五軸加工中心數(shù)控系統(tǒng)解決方案。

在最近的“TIMTOS x TMTS 2022”工具機展上，針對進階加工高精高速、一機多任務(wù)以及五軸加工的成長需求，臺達以全新推出的OPEN CNC控制器NC50E為核心，為機械業(yè)者達奈美克打造了五軸加工中心，不僅實現(xiàn)同時控制多通道運行“一機多任務(wù)”，更整合了臺達工業(yè)機器人領(lǐng)域新品——垂直多關(guān)節(jié)機器人DRVA4LC進行自動上下料，并通過旋轉(zhuǎn)刀具尖點控制RTCP功能，一次裝夾即可完成五面加工，實現(xiàn)了高精、高速復(fù)合加工。同時，臺達還提出了全新的智能CNC系統(tǒng)架構(gòu)，以CNC控制器為核心，串聯(lián)臺達豐富產(chǎn)品，NC5系列支持開放式EtherCAT泛用運動總線，兼容性高且線纜長度長達1,000米，可高速穩(wěn)定地整合臺達交流伺服驅(qū)動驅(qū)動系統(tǒng)，組成完整加工方案；此外，對于基礎(chǔ)需求的客戶，臺達也提供CNC控制器NC3系列，基于DMCNET高速通訊運動控制，可串接交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)，并以Remote I/O整合高速串聯(lián)光耦合型I/O NC-EIO。兩種方案皆可搭配通訊型環(huán)形編碼器RHM或脈波編碼器EH5。

綜上所述，從目前下游應(yīng)用端來看，五軸聯(lián)動數(shù)控機床除了在航空航天領(lǐng)域具有明顯的增長需求之外，在汽車、精密模具、刀具、電子、工程機械、清潔能源、醫(yī)療器械等民用市場中，隨著中國制造業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的逐漸升級，下游零部件、模具加工難度正逐漸增強，對加工效率的要求也越來越高，這使得下游行業(yè)用戶持續(xù)新增對五軸聯(lián)動機床的需求，傳統(tǒng)機床具有一定的周期屬性，而以五軸聯(lián)動加工中心為代表的高端數(shù)控機床替代傳統(tǒng)的加工方式，能夠為用戶創(chuàng)造更高的應(yīng)用價值和生產(chǎn)效率，是未來行業(yè)發(fā)展的重要方向之一。

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