一、市場(chǎng)概述
    當(dāng)今世界，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)機(jī)床工業(yè)高度重視，競(jìng)相發(fā)展機(jī)電一體化、高精、高效、高自動(dòng)化先進(jìn)機(jī)床，以加速工業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。尤其是數(shù)控機(jī)床發(fā)展迅速，年產(chǎn)量逐年攀升，但所產(chǎn)機(jī)床精度等方面達(dá)不到要求。長(zhǎng)期以來(lái)，歐、美、亞在國(guó)際市場(chǎng)上相互展開(kāi)激烈競(jìng)爭(zhēng)，已形成一條無(wú)形戰(zhàn)線，特別是隨微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)控機(jī)床在20世紀(jì)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(guó)際機(jī)床展上各國(guó)機(jī)床制造商競(jìng)相展示先進(jìn)技術(shù)、爭(zhēng)奪用戶、擴(kuò)大市場(chǎng)的焦點(diǎn)。

    目前，我國(guó)的數(shù)控機(jī)床無(wú)論從產(chǎn)品種類、技術(shù)水平、質(zhì)量和產(chǎn)量上都取得了很大的發(fā)展，在一些關(guān)鍵技術(shù)方面也取得了重大突破。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)可供市場(chǎng)的數(shù)控機(jī)床有1500種，幾乎覆蓋了整個(gè)金屬切削機(jī)床的品種類別和主要的鍛壓機(jī)械。這標(biāo)志著國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床已進(jìn)入快速發(fā)展的時(shí)期。

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(guò)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)床組成示意圖如下圖所示。

    （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(pán)、磁盤(pán)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(kāi)關(guān)、卡盤(pán)夾緊松開(kāi)、機(jī)械手取送刀等動(dòng)作；還對(duì)機(jī)床外部開(kāi)關(guān)（行程開(kāi)關(guān)、壓力開(kāi)關(guān)、溫控開(kāi)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。

2、在數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用

（1）CNC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。

（2）HMI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。

（3）PLC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(lái)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(méi)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(guò)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。

（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(guò)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。

（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)。

（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(kāi)關(guān)等部件。

三、機(jī)床行業(yè)市場(chǎng)分析

1、機(jī)床行業(yè)整體市場(chǎng)
    中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)顯示，2015年是機(jī)床工具行業(yè)市場(chǎng)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行進(jìn)入下行通道的第5個(gè)年頭，與前幾年相比，行業(yè)承受的下行壓力強(qiáng)度更大，范圍更廣，整體形勢(shì)比較嚴(yán)峻。機(jī)床市場(chǎng)銷售金額1260.4億元，同比下降13.7%%。工具行業(yè)、金切機(jī)床行業(yè)、成型機(jī)床行業(yè)運(yùn)行情況如下。

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

（2）成型機(jī)床行業(yè)
    成型機(jī)床行業(yè)銷售金額545.6億元，同比下降16.6%；成型機(jī)床同比下降16.8%。（見(jiàn)表1）

    2015年機(jī)床行業(yè)累計(jì)進(jìn)出口額717.7億美元，同比下降15.3%；其中進(jìn)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(jìn)出口逆差330.7億美元，同比下降14.5%。（見(jiàn)表2）

2、機(jī)床市場(chǎng)的未來(lái)發(fā)展預(yù)測(cè)
    2012年下半年開(kāi)始，機(jī)床行業(yè)出現(xiàn)急速下滑的局面，主要原因是國(guó)內(nèi)重點(diǎn)行業(yè)投資減速，對(duì)大型設(shè)備的需求量減少，加上2011年以前機(jī)床行業(yè)急速擴(kuò)張，產(chǎn)能過(guò)剩嚴(yán)重。

    2015年機(jī)床行業(yè)延續(xù)2014年以來(lái)的頹勢(shì)，呈現(xiàn)下降幅度再度擴(kuò)大、下行領(lǐng)域全面擴(kuò)展、內(nèi)外貿(mào)雙下降和全行業(yè)利潤(rùn)狀況持續(xù)惡化等特征。

    基于國(guó)內(nèi)宏觀經(jīng)濟(jì)形勢(shì)和機(jī)床行業(yè)特點(diǎn)，預(yù)計(jì)2016年機(jī)床行業(yè)整體銷售額將比2015年有下降，產(chǎn)品進(jìn)出口額將有較大幅度縮減。

四、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，根據(jù)跟蹤了解市場(chǎng)上重要用戶及多個(gè)廠家的使用情況，得到如下所示數(shù)據(jù)。（見(jiàn)表3、圖2）

1、CNC系統(tǒng)在機(jī)床市場(chǎng)增長(zhǎng)判斷
    CNC市場(chǎng)隨著機(jī)床行業(yè)的波動(dòng)，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(jī)型的需求情況較為穩(wěn)定，但整體還是下降的趨勢(shì)，2015年及2011-2016年CNC市場(chǎng)容量及增長(zhǎng)情況如下。（見(jiàn)表4、圖3）

2、HMI在機(jī)床行業(yè)增長(zhǎng)判斷
    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(lái)連接機(jī)器與人的操控。由于機(jī)床市場(chǎng)低迷，2015年HMI市場(chǎng)依舊延續(xù)下降趨勢(shì)。（見(jiàn)表5、圖4）

3、PLC在機(jī)床增長(zhǎng)判斷
    PLC在工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域應(yīng)用愈來(lái)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(guò)程控制、數(shù)據(jù)處理等方面的應(yīng)用也越來(lái)越多。在機(jī)床的實(shí)際設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)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。

    受市場(chǎng)低迷影響，機(jī)床行業(yè)PLC市場(chǎng)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(lái)一年的預(yù)測(cè)。（見(jiàn)表6、圖5）

4、伺服系統(tǒng)在機(jī)床行業(yè)增長(zhǎng)判斷
    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(lái)發(fā)展了多種伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)?？梢灶A(yù)見(jiàn)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。

    隨著市場(chǎng)大環(huán)境的變化，機(jī)床行業(yè)伺服系統(tǒng)的市場(chǎng)容量在2015年延續(xù)了下滑的趨勢(shì)。（見(jiàn)表7、圖6）

5、電機(jī)在機(jī)床增長(zhǎng)判斷
    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(wú)法相比的優(yōu)秀性能。過(guò)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，2015年依然延續(xù)下降趨勢(shì)。（見(jiàn)表8、圖7）

6、低壓電氣產(chǎn)品在機(jī)床增長(zhǎng)判斷
    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(kāi)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，2015年各類低壓電氣產(chǎn)品產(chǎn)品的市場(chǎng)容量相較于2014年呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。（見(jiàn)表9、圖8）

7、低壓變頻器在機(jī)床增長(zhǎng)判斷
    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(lái)說(shuō)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(wú)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。

    據(jù)市場(chǎng)上相關(guān)數(shù)據(jù)指標(biāo)分析，2015年各類低壓變頻器產(chǎn)品的市場(chǎng)容量相較于2014年呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。（見(jiàn)表10、圖9）

    當(dāng)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(jī)械”商品化等特點(diǎn)，由傳統(tǒng)的萬(wàn)能機(jī)床向機(jī)床功能專用化和產(chǎn)品多樣化發(fā)展是必然；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；發(fā)展經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床和加工中心已成為當(dāng)前數(shù)控機(jī)床發(fā)展的一種趨勢(shì)。在金切機(jī)床中幾乎所有品種均可實(shí)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(dá)1萬(wàn)轉(zhuǎn)／min以上，最高達(dá)4—5萬(wàn)轉(zhuǎn)／min，快速進(jìn)給速度達(dá)100m／min。機(jī)械加工向工序復(fù)合化、智能化方向發(fā)展。未來(lái)工廠將廣泛應(yīng)用數(shù)控機(jī)床、柔性加工單元和柔性加工生產(chǎn)線，最終實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)。工廠可以靈活地根據(jù)用戶需要，在短時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)、制造出全新的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)更高精度、效率和效益。

供稿：睿工業(yè)

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