【2018年中國(guó)機(jī)床工具行業(yè)自動(dòng)化市場(chǎng)研究報(bào)告】

一、機(jī)床行業(yè)概述

1.機(jī)床的分類

    機(jī)床的分類形式多種多樣，可以按工件大小和機(jī)床重量、加工精度、自動(dòng)化程度、控制方式分類，又可以按機(jī)床的適用范圍、加工方式或加工對(duì)象分類，這里采用的分類方式最為常用，如下：

（1）普通機(jī)床：包括普通車床、鉆床、鏜床、銑床、刨插床等。

（2）精密機(jī)床：包括磨床、齒輪加工機(jī)床、螺紋加工機(jī)床和其他各種精密機(jī)床。

（3）高精度機(jī)床：包括坐標(biāo)鏜床、齒輪磨床、螺紋磨床、高精度滾齒機(jī)、高精度刻線機(jī)和其他高精度機(jī)床等。

（4）數(shù)控機(jī)床：數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制機(jī)床的簡(jiǎn)稱，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號(hào)指令規(guī)定的程序，并將其譯碼，從而使機(jī)床動(dòng)作并加工零件。

2.常用機(jī)床的基本機(jī)構(gòu)

2.1.普通車床

    普通車床：常用于加工工件的內(nèi)外回轉(zhuǎn)表面、端面和各種內(nèi)外螺紋，采用相應(yīng)的刀具和附件，還可進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、攻絲和滾花等。其基本結(jié)構(gòu)包括變速箱，主軸箱，掛輪箱，進(jìn)給箱，溜板箱，刀架，尾座等。

（1）變速箱變速箱用來改變主軸的轉(zhuǎn)速。主要由傳動(dòng)軸和變速齒輪組成。通過操縱變速箱和主軸箱外面的變速手柄改變齒輪或離合器的位置，可使主軸獲得12種不同的速度。主軸的反轉(zhuǎn)是通過電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)的。

（2）主軸箱主軸箱用來支承主軸，并使其作各種速度旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；主軸是空心的，便于穿過長(zhǎng)的工件；在主軸的前端可以利用錐孔安裝頂尖，也可利用主軸前端圓錐面安裝卡盤和撥盤，以便裝夾工件。

（3）掛輪箱掛輪箱用來搭配不同齒數(shù)的齒輪，以獲得不同的進(jìn)給量。主要用于車削不同種類的螺紋。

（4）進(jìn)給箱進(jìn)給箱用來改變進(jìn)給量。主軸經(jīng)掛輪箱傳入進(jìn)給箱的運(yùn)動(dòng)，通過移動(dòng)變速手柄來改變進(jìn)給箱中滑動(dòng)齒輪的嚙合位置，便可使光桿或絲桿獲得不同的轉(zhuǎn)速。

（5）溜板箱溜板箱用來使光杠和絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)改變?yōu)榈都艿淖詣?dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。光杠用于一般的車削，絲杠只用于車螺紋。溜板箱中設(shè)有互鎖機(jī)構(gòu)，使兩者不能同時(shí)使用。

（6）刀架刀架用來夾持車刀并使其作縱向、橫向或斜向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。

（7）尾座尾座用于安裝后頂尖以支持工件，或安裝鉆頭、鉸刀等刀具進(jìn)行孔加工。尾座的結(jié)構(gòu)如上圖所示，它主要由套筒、尾座體、底座等幾部分組成。轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，可調(diào)整套筒伸縮一定距離，并且尾座還可沿床身導(dǎo)軌推移至所需位置，以適應(yīng)不同工件加工的要求。

（8）床身固定在床腿上，床身是車床的基本支承件，床身的功用是支承各主要部件并使它們?cè)诠ぷ鲿r(shí)保持準(zhǔn)確的相對(duì)位置。

（9）絲杠絲杠能帶動(dòng)大拖板作縱向移動(dòng)，用來車削螺紋。絲杠是車床中主要精密件之一，一般不用絲杠自動(dòng)進(jìn)給，以便長(zhǎng)期保持絲杠的精度。

（10）光杠光杠用于機(jī)動(dòng)進(jìn)給時(shí)傳遞運(yùn)動(dòng)。通過光杠可把進(jìn)給箱的運(yùn)動(dòng)傳遞給溜板箱，使刀架作縱向或橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。

（11）操縱桿操縱桿是車床的控制機(jī)構(gòu)，在操縱桿左端和拖板箱右側(cè)各裝有一個(gè)手柄，操作工人可以很方便地操縱手柄以控制車床主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)或停車。

2.2.數(shù)控機(jī)床

    數(shù)控機(jī)床：數(shù)控機(jī)床較普通機(jī)床的不同之處在于它的控制系統(tǒng)—CNC系統(tǒng)。由程序編制及程序載體、輸入裝置、數(shù)控裝置、驅(qū)動(dòng)裝置和位置檢測(cè)裝置、輔助控制裝置、機(jī)床本體。

（1）程序編制及程序載體數(shù)控程序是數(shù)控機(jī)床自動(dòng)加工零件的工作指令。在對(duì)加工零件進(jìn)行工藝分析的基礎(chǔ)上，確定零件坐標(biāo)系在機(jī)床坐標(biāo)系上的相對(duì)位置，即零件在機(jī)床上的安裝位置；刀具與零件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的尺寸參數(shù)；零件加工的工藝路線、切削加工的工藝參數(shù)以及輔助裝置的動(dòng)作等。得到零件的所有運(yùn)動(dòng)、尺寸、工藝參數(shù)等加工信息后，用由文字、數(shù)字和符號(hào)組成的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控代碼，按規(guī)定的方法和格式，編制零件加工的數(shù)控程序單。編制程序的工作可由人工進(jìn)行；對(duì)于形狀復(fù)雜的零件，則要在專用的編程機(jī)或通用計(jì)算機(jī)上進(jìn)行自動(dòng)編程（APT）或CAD/CAM設(shè)計(jì)。

（2）輸入裝置輸入裝置的作用是將程序載體（信息載體）上的數(shù)控代碼傳遞并存入數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)。根據(jù)控制存儲(chǔ)介質(zhì)的不同，輸入裝置可以是光電閱讀機(jī)、磁帶機(jī)或軟盤驅(qū)動(dòng)器等。數(shù)控機(jī)床加工程序也可通過鍵盤用手工方式直接輸入數(shù)控系統(tǒng)；數(shù)控加工程序還可由編程計(jì)算機(jī)用RS232C或采用網(wǎng)絡(luò)通信方式傳送到數(shù)控系統(tǒng)中。

（3）數(shù)控裝置數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心。數(shù)控裝置從內(nèi)部存儲(chǔ)器中取出或接受輸入裝置送來的一段或幾段數(shù)控加工程序，經(jīng)過數(shù)控裝置的邏輯電路或系統(tǒng)軟件進(jìn)行編譯、運(yùn)算和邏輯處理后，輸出各種控制信息和指令，控制機(jī)床各部分的工作，使其進(jìn)行規(guī)定的有序運(yùn)動(dòng)和動(dòng)作。

（4）驅(qū)動(dòng)裝置和位置檢測(cè)裝置驅(qū)動(dòng)裝置接受來自數(shù)控裝置的指令信息，經(jīng)功率放大后，嚴(yán)格按照指令信息的要求驅(qū)動(dòng)機(jī)床移動(dòng)部件，以加工出符合圖樣要求的零件。因此，它的伺服精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能是影響數(shù)控機(jī)床加工精度、表面質(zhì)量和生產(chǎn)率的重要因素之一。驅(qū)動(dòng)裝置包括控制器（含功率放大器）和執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩大部分。目前大都采用直流或交流伺服電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

（5）輔助控制裝置輔助控制裝置的主要作用是接收數(shù)控裝置輸出的開關(guān)量指令信號(hào)，經(jīng)過編譯、邏輯判別和運(yùn)動(dòng)，再經(jīng)功率放大后驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電器，帶動(dòng)機(jī)床的機(jī)械、液壓、氣動(dòng)等輔助裝置完成指令規(guī)定的開關(guān)量動(dòng)作。這些控制包括主軸運(yùn)動(dòng)部件的變速、換向和啟停指令，刀具的選擇和交換指令，冷卻、潤(rùn)滑裝置的啟動(dòng)停止，工件和機(jī)床部件的松開、夾緊，分度工作臺(tái)轉(zhuǎn)位分度等開關(guān)輔助動(dòng)作。由于可編程邏輯控制器（PLC）具有響應(yīng)快，性能可靠，易于使用、編程和修改程序并可直接啟動(dòng)機(jī)床開關(guān)等特點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛用作數(shù)控機(jī)床的輔助控制裝置。

（6）機(jī)床本體數(shù)控機(jī)床的機(jī)床本體與傳統(tǒng)機(jī)床相似，由主軸傳動(dòng)裝置、進(jìn)給傳動(dòng)裝置、床身、工作臺(tái)以及輔助運(yùn)動(dòng)裝置、液壓氣動(dòng)系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻裝置等組成。但數(shù)控機(jī)床在整體布局、外觀造型、傳動(dòng)系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及操作機(jī)構(gòu)等方面都已發(fā)生了很大的變化。這種變化的目的是為了滿足數(shù)控機(jī)床的要求和充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床。

2.3.2017年機(jī)床行業(yè)運(yùn)行特征

    2017年中國(guó)機(jī)床行業(yè)在制造業(yè)回暖和下游市場(chǎng)需求逐步回升的支撐下，整體市場(chǎng)呈現(xiàn)恢復(fù)性增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。

工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)與消費(fèi)升級(jí)帶動(dòng)數(shù)控機(jī)床行業(yè)發(fā)展

    隨著我國(guó)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，以智能制造、綠色制造和服務(wù)型制造為代表的裝備制造業(yè)已經(jīng)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，實(shí)現(xiàn)我國(guó)裝備制造業(yè)由大到強(qiáng)的轉(zhuǎn)變，已成為國(guó)家發(fā)展裝備制造業(yè)的主要目標(biāo)。與此同時(shí)，隨著全面建設(shè)小康社會(huì)戰(zhàn)略的實(shí)施，人們對(duì)生活品質(zhì)有了更高的要求，消費(fèi)電子行業(yè)、汽車工業(yè)等反映“消費(fèi)娛樂化”趨勢(shì)的領(lǐng)域正迎來高速發(fā)展期。在上述工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的大背景下，數(shù)控機(jī)床行業(yè)作為上述行業(yè)重要的加工設(shè)備也在消費(fèi)升級(jí)的大趨勢(shì)中迎來新的增長(zhǎng)點(diǎn)。

    數(shù)控化比例逐年提升。

    數(shù)控機(jī)床行業(yè)屬于技術(shù)密集、資金密集、人才密集的產(chǎn)業(yè)，具有多門類、多品種、小批量、高社會(huì)效益等產(chǎn)業(yè)特性。目前行業(yè)配套的中高檔數(shù)控系統(tǒng)和關(guān)鍵功能部件主要依賴進(jìn)口。同時(shí)，相比日本、德國(guó)及美國(guó)發(fā)達(dá)國(guó)家的60%-70%的制造設(shè)備數(shù)控化率，我國(guó)機(jī)床的數(shù)控化率仍然較低。隨著未來下游產(chǎn)業(yè)的升級(jí)，我國(guó)機(jī)床工具產(chǎn)業(yè)將進(jìn)行結(jié)構(gòu)性調(diào)整，數(shù)控機(jī)床將逐漸替代普通機(jī)床，占據(jù)主導(dǎo)地位。

    加工部件精度提升，要求機(jī)床更加精度化。

    精密制造技術(shù)的進(jìn)步使機(jī)械加工實(shí)現(xiàn)了亞微米、納米級(jí)超精加工，精密機(jī)床制造進(jìn)入了微納時(shí)代。集信息技術(shù)、系統(tǒng)控制技術(shù)、電子技術(shù)、光電子技術(shù)、通信技術(shù)、傳感技術(shù)、軟件技術(shù)和專家系統(tǒng)等為一體，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展和替代腦力勞動(dòng)的智能化控制技術(shù)，成為驅(qū)動(dòng)數(shù)字化工廠建設(shè)的技術(shù)基礎(chǔ)。但高端數(shù)控機(jī)床設(shè)備中有些關(guān)鍵技術(shù)（如高速、高精運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，動(dòng)態(tài)、熱態(tài)綜合補(bǔ)償技術(shù)，多軸聯(lián)動(dòng)和復(fù)合加工技術(shù)，智能化控制技術(shù)，高精度直驅(qū)技術(shù)及可靠性技術(shù)等）尚需進(jìn)一步突破，有些重大技術(shù)離產(chǎn)業(yè)化還有相當(dāng)距離。以市場(chǎng)為導(dǎo)向、以企業(yè)為主體，產(chǎn)、學(xué)、研、用相結(jié)合的研發(fā)體系尚未真正建立，行業(yè)的自主創(chuàng)新發(fā)展缺乏基礎(chǔ)支撐。

    總體來說，2017年機(jī)床行業(yè)整體呈現(xiàn)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，發(fā)展趨勢(shì)良好。

2.4國(guó)家宏觀政策和機(jī)床行業(yè)政策

    2017年，在世界經(jīng)濟(jì)環(huán)境復(fù)蘇，中國(guó)出口明顯上升，制造業(yè)全面回暖，國(guó)家政策鼓勵(lì)制造業(yè)升級(jí)，去產(chǎn)能初見成效，制造業(yè)周期性采購(gòu)等多個(gè)因素影響下，中國(guó)機(jī)床行業(yè)實(shí)現(xiàn)恢復(fù)性增長(zhǎng)，國(guó)家政策起到了重大的影響。

（1）《中國(guó)制造2025》

     國(guó)務(wù)院印發(fā)的《中國(guó)制造2025》，明確了9項(xiàng)戰(zhàn)略任務(wù)和重點(diǎn)，包括大力推動(dòng)重點(diǎn)領(lǐng)域突破發(fā)展，聚焦新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)、高檔數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人、航空航天裝備、海洋工程裝備及高技術(shù)船舶、先進(jìn)軌道交通裝備、節(jié)能與新能源汽車、電力裝備、農(nóng)機(jī)裝備、新材料、生物醫(yī)藥及高性能醫(yī)療器械等十大重點(diǎn)領(lǐng)域。實(shí)施工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量提升行動(dòng)計(jì)劃，針對(duì)汽車、高檔數(shù)控機(jī)床、軌道交通裝備、大型成套技術(shù)裝備、工程機(jī)械、特種設(shè)備、關(guān)鍵原材料、基礎(chǔ)零部件、電子元器件等重點(diǎn)行業(yè)，組織攻克一批長(zhǎng)期困擾產(chǎn)品質(zhì)量提升的關(guān)鍵共性質(zhì)量技術(shù)，加強(qiáng)可靠性設(shè)計(jì)、試驗(yàn)與驗(yàn)證技術(shù)開發(fā)應(yīng)用，推廣采用先進(jìn)成型和加工方法、在線檢測(cè)裝置、智能化生產(chǎn)和物流系統(tǒng)及檢測(cè)設(shè)備等，使重點(diǎn)實(shí)物產(chǎn)品的性能穩(wěn)定性、質(zhì)量可靠性、環(huán)境適應(yīng)性、使用壽命等指標(biāo)達(dá)到國(guó)際同類產(chǎn)品先進(jìn)水平。促進(jìn)了機(jī)床本身和下游行業(yè)的發(fā)展。

（2）《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃綱要》

    2016年，十二屆全國(guó)人民代表大會(huì)四次會(huì)議表決通過了關(guān)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃綱要的決議，在高端裝備創(chuàng)新發(fā)展過程中提到高檔數(shù)控機(jī)床，明確提出“研制精密、高速、柔性數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備及集成制造系統(tǒng)，以提升可靠性、精度保持性為重點(diǎn)，開發(fā)高檔數(shù)控系統(tǒng)、軸承、光柵、傳感器等主要功能部件及關(guān)鍵應(yīng)用軟件?！蓖七M(jìn)機(jī)床向高精度、可靠性發(fā)展。

（3）《綠色制造工程實(shí)施指南（2016-2020年）》

    工信部編制的《綠色制造工程實(shí)施指南（2016-2020年）》，將以此為組織實(shí)施綠色制造工程的抓手，全面推行綠色制造，力爭(zhēng)率先實(shí)現(xiàn)《中國(guó)制造2025》的綠色發(fā)展目標(biāo)。以實(shí)施綠色制造工程作為全面推行綠色制造的切入點(diǎn)，重點(diǎn)實(shí)施傳統(tǒng)制造業(yè)綠色化改造，推進(jìn)資源循環(huán)利用綠色發(fā)展，推動(dòng)綠色制造技術(shù)創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)化，構(gòu)建涵蓋綠色產(chǎn)品、綠色工廠、綠色園區(qū)、綠色供應(yīng)鏈的綠色制造體系。建設(shè)綠色制造服務(wù)平臺(tái)，依托“一帶一路”推進(jìn)綠色制造產(chǎn)業(yè)合作，實(shí)施節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)“走出去”工程，推動(dòng)在沿線國(guó)家和地區(qū)建設(shè)綠色制造示范項(xiàng)目，加強(qiáng)綠色低碳技術(shù)裝備和產(chǎn)業(yè)等方面的國(guó)際合作。在此背景下，綠色制造是最大限度地減少對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響和使原材料、能源等的利用效率達(dá)到最高的現(xiàn)代制造模式，在保證高性能、高效率的同時(shí)，可以達(dá)到節(jié)能、低耗、環(huán)保的目的。未來節(jié)能環(huán)保精密加工數(shù)控機(jī)床設(shè)備將會(huì)成為行業(yè)內(nèi)的主流。

2.5機(jī)床行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

    目前中國(guó)現(xiàn)在已經(jīng)是世界第一大機(jī)床生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，金屬切削機(jī)床無論從產(chǎn)品種類、技術(shù)水平、質(zhì)量和產(chǎn)量上都取得快速的發(fā)展。但是我國(guó)金屬切削機(jī)床的數(shù)控化率偏低，機(jī)床的技術(shù)水平與世界先進(jìn)水平還有一定的差距，產(chǎn)品的質(zhì)量和精度保持性不夠穩(wěn)定，數(shù)控系統(tǒng)的研發(fā)還需提高。同時(shí)，低技術(shù)水平的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)激烈，國(guó)內(nèi)企業(yè)自行開發(fā)能力較差，配套的高質(zhì)量功能部件和數(shù)控系統(tǒng)主要依靠進(jìn)口。為了提升現(xiàn)階段我國(guó)金屬切削機(jī)床行業(yè)的技術(shù)水平，行業(yè)內(nèi)國(guó)產(chǎn)企業(yè)必須在生產(chǎn)專業(yè)化、產(chǎn)品研發(fā)能力和技術(shù)引進(jìn)與合作方面加強(qiáng)投入，努力提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。未來，機(jī)床行業(yè)發(fā)展主要呈現(xiàn)以下幾個(gè)特點(diǎn)。

（1）高精度化。國(guó)外數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)定單位由1um發(fā)展到0.1um和0.01um。1992年7月，日本FANUC公司在慶祝該公司成立二十周年的新成果展示會(huì)上，展示了實(shí)現(xiàn)納米加工的整套技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了0.001um／脈沖的控制系統(tǒng)，能順利執(zhí)行每個(gè)脈沖當(dāng)量為0．001um的伺服單元，伺服電機(jī)、氣浮絲杠、氣浮主軸等部件，能檢測(cè)納米級(jí)精度的高精度檢測(cè)反饋系統(tǒng)。據(jù)資料介紹，這是世界上第一個(gè)真正實(shí)現(xiàn)納米加工的成套技術(shù)。

（2）高速化?？焖傩谐桃褟?4m／min提高到240m／min(當(dāng)設(shè)計(jì)單位為1um時(shí))，加工中心的切削進(jìn)給速度可達(dá)10m／min以上。數(shù)控系統(tǒng)已從16位微機(jī)發(fā)展到32位、64位機(jī)，或用40多個(gè)CPU的結(jié)構(gòu)。FANUC公司開發(fā)的15B數(shù)控系統(tǒng)就采用了64位微機(jī)的RISC技術(shù)(壓縮、優(yōu)化程序、消除跟蹤誤差)。

（3）高可靠性。FANUC公司的計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的平均無故障工作時(shí)(MTBF)是0.01次／月•臺(tái)，即實(shí)現(xiàn)了100個(gè)月里出現(xiàn)一次故障的高可靠性，從而使機(jī)器人也實(shí)現(xiàn)了0.013次／月•臺(tái)的高可靠性(另一種說法是國(guó)外數(shù)控系統(tǒng)的MTBF在1萬小時(shí)以上)。

（4）系統(tǒng)化。在新廠籌建和老廠擴(kuò)建過程中，人們已注意到了要在系統(tǒng)工程觀念指導(dǎo)下來添置數(shù)控機(jī)床、柔性加工單位及柔性制造系統(tǒng)、機(jī)器人等機(jī)電一體化產(chǎn)品。德國(guó)的維勒爾公司已經(jīng)給世界各國(guó)提供了上百條柔性制造系統(tǒng)。FANUC公司還在筑波科學(xué)城中按計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(O1MS)的五層結(jié)構(gòu)建成CIMS模式的工廠。富士通公司建立了紹津CIMS工廠，富士電機(jī)也建立了C1MS工廠，德國(guó)的西門子公司建立了CIMS數(shù)控系統(tǒng)制造廠。

（5）微型化。FANUC公司由于采用了64位微處理器、RISC技術(shù)、SMT技術(shù)(表面涂裝技術(shù))，用液晶顯示器代替CRT及三維立體安裝等新技術(shù)。已將16、18等新數(shù)控系統(tǒng)縮小到原有數(shù)控系統(tǒng)的1/3。同時(shí)，已開始與其它公司，政府部門合作，開展了微型機(jī)器人的研制工作。用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的微型機(jī)器人要能進(jìn)入人體，執(zhí)行打通血管阻塞的任務(wù)，還要在任務(wù)完成后自動(dòng)退出人體。

（6）智能化。視覺、觸覺、模糊邏輯控制等智能化工作仍在積極進(jìn)行。如FANUC公司展示的7軸雙腕智能化機(jī)器人。日本在無人化工廠的研制上長(zhǎng)期保持l～2個(gè)示范工廠的狀態(tài)現(xiàn)已打破，目前已有7個(gè)無人化工廠。FANUC公司在無人化工廠的研制上每年投入1億美元的研制費(fèi)。

（7）由傳統(tǒng)的萬能機(jī)床向機(jī)床功能專用化和產(chǎn)品多樣化發(fā)展。由于機(jī)床的萬能性和多功能性，造成機(jī)床結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造周期長(zhǎng)、成本也相應(yīng)提高。用戶往往只需要部分功能，但付出的卻是多功能的代價(jià)，功能浪費(fèi)了，又不經(jīng)濟(jì)?，F(xiàn)在機(jī)床制造業(yè)從品種少、批量大的生產(chǎn)轉(zhuǎn)換為多品種、專業(yè)化和小批量生產(chǎn)。對(duì)每一種具體的機(jī)床產(chǎn)品來說，它的功能應(yīng)該是有限的，適合用戶特定需要的，盡量不帶不必要的功能。如加工中心的刀庫(kù)，原來一般為60把刀，后考慮多數(shù)用戶需要的刀數(shù)還不到一半，生產(chǎn)企業(yè)把刀庫(kù)容量降到25把刀或以下。

（8）以模塊化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品多樣化，功能專用化，已成為當(dāng)前機(jī)床發(fā)展的主流。這類機(jī)床是較為專用化的機(jī)床。這類機(jī)床在機(jī)床銷售額中所占的比重，過去5～10年為3%，現(xiàn)在已達(dá)到10%，再過5～10年，將達(dá)到50%以上。生產(chǎn)企業(yè)要為每個(gè)不同的用戶專門設(shè)計(jì)機(jī)床，而規(guī)格和功能完全相同的機(jī)床將愈來愈少。甚至于以后有可能不再出現(xiàn)。

（9）發(fā)展經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床和加工中心也成為當(dāng)前數(shù)控機(jī)床發(fā)展的一種趨勢(shì)。經(jīng)濟(jì)型(國(guó)外多稱為廉價(jià)型)數(shù)控機(jī)床，加工中心，是美國(guó)、日本等國(guó)的機(jī)床業(yè)作為一個(gè)參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的新策略而再現(xiàn)的。起初這些企業(yè)為擴(kuò)大銷售市場(chǎng)，眼光從西方轉(zhuǎn)向東方，針對(duì)中國(guó)大陸和東南亞這一片市場(chǎng)，如以功能復(fù)雜、檔次高而價(jià)格昂貴的數(shù)控機(jī)床、加工中心在市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)并不有利，相反，以價(jià)廉和便于操作的數(shù)控機(jī)床來適應(yīng)，則更加符合于這些地區(qū)的實(shí)際需要。

（10）“電子——機(jī)械”商品化。一般認(rèn)為機(jī)電一體化商品，機(jī)械部分成本較高?，F(xiàn)在國(guó)際市場(chǎng)上機(jī)電一體化商品中的“電子”部分的比例不斷增加。FANUC公司正準(zhǔn)備將成本中的電子部分增加到占60%，機(jī)械部分占40%，即形成以“電子”為主，以“機(jī)械”為輔的機(jī)電一體化商品。

二、機(jī)床行業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品應(yīng)用介紹

1.機(jī)床的自動(dòng)化產(chǎn)品組成

在機(jī)床行業(yè)，應(yīng)用自動(dòng)化產(chǎn)品最多、最為廣泛的莫過于數(shù)控機(jī)床。數(shù)控機(jī)床一般由輸入裝置、數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、測(cè)量環(huán)節(jié)和機(jī)床床體（組成機(jī)床本體的各機(jī)械部件）組成。數(shù)控機(jī)床組成示意圖如圖1所示。

圖1數(shù)控機(jī)床組成示意圖

（1）輸入裝置可將不同加工信息傳遞于計(jì)算機(jī)。在數(shù)控機(jī)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(jī)床的核心與主導(dǎo)，完成所有加工數(shù)據(jù)的處理、計(jì)算工作，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床各功能的指揮工作。它包含微計(jì)算機(jī)的電路，各種接口電路、CRT顯示器等硬件及相應(yīng)的軟件。

（3）可編程控制器即PLC，它對(duì)主軸單元實(shí)現(xiàn)控制，將程序中的轉(zhuǎn)速指令進(jìn)行處理而控制主軸轉(zhuǎn)速；管理刀庫(kù)，進(jìn)行自動(dòng)刀具交換、選刀方式、刀具累計(jì)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(zhǔn)停、切削液開關(guān)、卡盤夾緊松開、機(jī)械手取送刀等動(dòng)作；還對(duì)機(jī)床外部開關(guān)（行程開關(guān)、壓力開關(guān)、溫控開關(guān)等）進(jìn)行控制；對(duì)輸出信號(hào)（刀庫(kù)、機(jī)械手、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)等）進(jìn)行控制。

（4）檢測(cè)反饋裝置由檢測(cè)元件和相應(yīng)的電路組成，主要是檢測(cè)速度和位移，并將信息反饋于數(shù)控裝置，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制以保證數(shù)控機(jī)床加工精度。

（5）機(jī)床主機(jī)是數(shù)控機(jī)床的主體，包括床身、主軸、進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等機(jī)械部件。

1.1CNC系統(tǒng)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用

    CNC系統(tǒng)最主要的應(yīng)用領(lǐng)域是數(shù)控車床，隨著數(shù)控車床產(chǎn)量的增長(zhǎng)，對(duì)CNC系統(tǒng)的需求量也在不斷上升。CNC作為數(shù)控機(jī)床主要控制系統(tǒng)，對(duì)機(jī)床設(shè)備的影響極為關(guān)鍵。

1.2HMI在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用

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

1.3PLC在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用

    數(shù)控機(jī)床中所用的PLC可分為兩類：一類是專為實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床順序控制而設(shè)計(jì)制造的內(nèi)裝型PLC(built-inType)，另一類是那些輸入輸出技術(shù)規(guī)范，輸入輸出點(diǎn)數(shù)，程序存儲(chǔ)容量以及運(yùn)算和控制功能等均能滿足數(shù)控機(jī)床控制要求的獨(dú)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(shè)計(jì)之初就將NC和PLC結(jié)合起來考慮，NC和PLC之間的信號(hào)傳遞是在內(nèi)部總線的基礎(chǔ)上進(jìn)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(gè)CPU也可以是單獨(dú)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(dǎo)線連接，增加了系統(tǒng)的可靠性，而且NC和PLC之間易實(shí)現(xiàn)許多高級(jí)功能。PLC中的信息也能通過CNC的顯示器顯示,這種方式對(duì)于系統(tǒng)的使用具有較大的優(yōu)勢(shì)。高檔次的數(shù)控系統(tǒng)一般都采用這種形式的PLC。

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

1.4伺服系統(tǒng)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用

    伺服系統(tǒng)是以機(jī)械運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備—電機(jī)為控制對(duì)象，以控制器為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)。這類系統(tǒng)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)要求。具體在數(shù)控機(jī)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(jī)和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)床坐標(biāo)軸、主軸帶動(dòng)工作臺(tái)及刀架，通過軸的聯(lián)動(dòng)使刀具相對(duì)工件產(chǎn)生各種復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，從而加工出用戶所需的工件。

1.5電機(jī)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用

    機(jī)床在設(shè)計(jì)中采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，對(duì)減輕運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量、加強(qiáng)機(jī)床剛性、解決高速運(yùn)動(dòng)下的抗沖擊性、直線電機(jī)的防護(hù)，以及控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)與電機(jī)的匹配和優(yōu)化調(diào)試等方面做了突出的貢獻(xiàn)。

1.6低壓電氣產(chǎn)品在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用

    低壓電氣產(chǎn)品在各種電控設(shè)備中都有廣泛應(yīng)用，數(shù)控機(jī)床中的低壓電氣產(chǎn)品種類也相對(duì)較多，如低壓斷路器、熔斷保護(hù)器、開關(guān)等部件。

三、機(jī)床行業(yè)自動(dòng)化市場(chǎng)容量和產(chǎn)品份額

    機(jī)床行業(yè)使用的自動(dòng)化產(chǎn)品包括CNC系統(tǒng)、PLC、電機(jī)、伺服系統(tǒng)、HMI、低壓電氣產(chǎn)品等。各類機(jī)床用產(chǎn)品的市場(chǎng)容量規(guī)模相對(duì)都比較大，我們跟蹤市場(chǎng)上重要用戶及多個(gè)廠家的使用情況，得到的數(shù)據(jù)如表1、圖2所示。

圖2 2017年機(jī)床行業(yè)自動(dòng)化市場(chǎng)容量-按產(chǎn)品（MRMB）

1.CNC系統(tǒng)在機(jī)床市場(chǎng)容量及預(yù)測(cè)

    CNC市場(chǎng)隨著機(jī)床行業(yè)的波動(dòng)，近幾年變化明顯。2017年機(jī)床市場(chǎng)發(fā)展較好，帶動(dòng)CNC市場(chǎng)蓬勃發(fā)展，2017年CNC增長(zhǎng)率達(dá)到22%，如表2所示。

表2 2015-2020年機(jī)床行業(yè)CNC市場(chǎng)容量及預(yù)測(cè)

2.HMI在機(jī)床行業(yè)市場(chǎng)容量及預(yù)測(cè)

    HMI即操作面板，是操作人員與數(shù)控裝置進(jìn)行信息交流的工具組成：按鈕站/狀態(tài)燈/按鍵陣列/顯示器?；久糠N數(shù)控機(jī)床都需要一個(gè)人機(jī)界面來連接機(jī)器與人的操控。受2017年機(jī)床市場(chǎng)影響，2017年HMI市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)增長(zhǎng)。2015-2020年機(jī)床行業(yè)HMI市場(chǎng)容量及預(yù)測(cè)如表3所示。

表3 2015-2020年機(jī)床行業(yè)HMI市場(chǎng)容量及預(yù)測(cè)

3.PLC在機(jī)床市場(chǎng)容量及預(yù)測(cè)

    PLC在工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域應(yīng)用愈來愈廣，它在控制性能、組機(jī)周期和硬件成本等方面所表現(xiàn)出的綜合優(yōu)勢(shì)是其它工控產(chǎn)品難以比擬的。隨著PLC技術(shù)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(yīng)用也越來越多。在機(jī)床的實(shí)際設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程中,為了提高數(shù)控機(jī)床加工的精度,對(duì)其定位控制裝置的選擇就顯得尤為重要。

   受2017年機(jī)床市場(chǎng)快速發(fā)展影響，機(jī)床行業(yè)PLC市場(chǎng)銷售額也實(shí)現(xiàn)較大增長(zhǎng)，如表4所示。

表4 2015-2020年機(jī)床行業(yè)PLC市場(chǎng)容量及預(yù)測(cè)

4.伺服系統(tǒng)在機(jī)床行業(yè)市場(chǎng)容量及預(yù)測(cè)

    作為數(shù)控機(jī)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(biāo)。圍繞伺服系統(tǒng)動(dòng)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(dòng)技術(shù)?？梢灶A(yù)見隨著超高速切削、超精密加工、網(wǎng)絡(luò)制造等先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，具有網(wǎng)絡(luò)接口的全數(shù)字伺服系統(tǒng)、直線電動(dòng)機(jī)及高速電主軸等將成為數(shù)控機(jī)床行業(yè)的關(guān)注的熱點(diǎn)，并成為伺服系統(tǒng)的發(fā)展方向。由此可以判斷，應(yīng)用在電機(jī)上伺服系統(tǒng)將愈加廣泛。

   隨著整個(gè)制造業(yè)大環(huán)境的回暖，2017年機(jī)床行業(yè)伺服系統(tǒng)的市場(chǎng)容量實(shí)現(xiàn)了快速增長(zhǎng)，如表5所示。

表5 2015-2020年機(jī)床行業(yè)伺服系統(tǒng)市場(chǎng)容量及預(yù)測(cè)

5.電機(jī)在機(jī)床行業(yè)市場(chǎng)容量及預(yù)測(cè)

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

    電機(jī)市場(chǎng)受機(jī)床行業(yè)生產(chǎn)情況的影響較大，隨著機(jī)床市場(chǎng)快速增長(zhǎng)，電機(jī)市場(chǎng)也實(shí)現(xiàn)增長(zhǎng)，如表6所是。

表6 2015-2020年機(jī)床行業(yè)電機(jī)市場(chǎng)規(guī)模及預(yù)測(cè)

6.低壓電氣在機(jī)床市場(chǎng)容量及預(yù)測(cè)

    低壓電氣產(chǎn)品在機(jī)床中應(yīng)用廣泛，種類分別是低壓斷路器、繼電器、開關(guān)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(chǎng)上相關(guān)數(shù)據(jù)指標(biāo)分析，2017年各類低壓電氣產(chǎn)品產(chǎn)品的市場(chǎng)容量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，如表7所示。

表7 2015-2020年機(jī)床行業(yè)低壓電氣產(chǎn)品市場(chǎng)容量及預(yù)測(cè)

7.低壓變頻器在機(jī)床市場(chǎng)容量及預(yù)測(cè)

    由于機(jī)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(jī)床執(zhí)行部件具有不同的運(yùn)動(dòng)速度，因此機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)應(yīng)能進(jìn)行調(diào)速，機(jī)床用戶對(duì)變頻器產(chǎn)品的調(diào)速作用更為關(guān)注。

    主軸是車床構(gòu)成中一個(gè)重要的部分，對(duì)于提高加工效率，擴(kuò)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(yīng)用于主軸調(diào)速系統(tǒng)。目前對(duì)客戶來說變頻器的性價(jià)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(jī)床行業(yè)必須有兩個(gè)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(shè)計(jì)在超速運(yùn)轉(zhuǎn)以提高低速轉(zhuǎn)矩。

   受2017年制造業(yè)回暖和機(jī)床市場(chǎng)蓬勃發(fā)展影響，2017年機(jī)床行業(yè)低壓變頻器市場(chǎng)容量增長(zhǎng)明顯，如表8所示。

表82015-2020年機(jī)床行業(yè)低壓變頻器市場(chǎng)容量及預(yù)測(cè)