1982年，位于奧地利林茨市的WFL公司，創(chuàng)造性地研發(fā)出世界上第一款五軸車銑復(fù)合加工中心——WNC500S。自此，“一次裝卡、全部完工”的車銑復(fù)合加工理念，在全球制造業(yè)范圍內(nèi)得到迅速普及。

　　隨后的四十余年里，伴隨機(jī)床行業(yè)數(shù)控技術(shù)和自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，以及汽車、航空航天、精密醫(yī)療器械等下游行業(yè)對成品精度和加工效率要求的不斷提高，以車銑復(fù)合機(jī)床為代表的復(fù)合加工機(jī)床在機(jī)加工領(lǐng)域日益顯現(xiàn)出難以替代的關(guān)鍵地位，成為當(dāng)下國內(nèi)外機(jī)床行業(yè)持續(xù)關(guān)注的焦點。

　　1 獨特優(yōu)勢：一次裝夾實現(xiàn)多序整合

　　機(jī)加工領(lǐng)域?qū)?fù)合加工類機(jī)床尚無統(tǒng)一的歸類和定義。MIR通過對主流車銑復(fù)合機(jī)床廠商的產(chǎn)品線進(jìn)行歸納總結(jié)，并結(jié)合整體市場發(fā)展情況，進(jìn)行了分類，如圖1所示。

圖1 車銑復(fù)合機(jī)床分類

　　目前，大多數(shù)的車銑復(fù)合加工是由車削中心完成。車削中心是在車床刀架上配置動力頭等刀具，從而實現(xiàn)銑削功能。由于刀架結(jié)構(gòu)和外形尺寸的限制，以及動力頭的功率小、轉(zhuǎn)速低和刀具尺寸受限等原因，車削中心的功能仍以車為主，銑、鉆功能僅用于滿足一些基礎(chǔ)的輔助加工。

　　五軸車銑復(fù)合加工中心可細(xì)分為擺頭式和搖籃式兩種類型，其中以擺頭式為主。搖籃式五軸車銑復(fù)合加工中心的車削功能多為采購時的選配項，在轉(zhuǎn)速和精度方面也不如擺頭式強(qiáng)大，很少有機(jī)床廠商專門生產(chǎn)該類機(jī)型。

　　相較于傳統(tǒng)的車削、銑削分序加工，車銑復(fù)合機(jī)床可以對工件僅進(jìn)行一次裝夾并整合多道機(jī)加工工序，由此避免由于定位基準(zhǔn)轉(zhuǎn)化而帶來的誤差積累，也能降低上下料和機(jī)床維修過程中的人工和時間成本。除此之外，高端車銑復(fù)合機(jī)床大都配置較為先進(jìn)的實時檢測功能，實現(xiàn)制造過程關(guān)鍵數(shù)據(jù)的在位檢測和精度控制，進(jìn)一步提高機(jī)加工精度。同樣的加工需求下，車銑復(fù)合加工具有占地面積小、工藝鏈縮減、提高生產(chǎn)效率等方面的優(yōu)勢。

　　無論是“車+銑”還是“銑+車”，車銑復(fù)合加工并非僅限于在車床或加工中心基礎(chǔ)上進(jìn)行簡單的功能添加，而是通過更為復(fù)雜的協(xié)同性車削與銑削工藝，在短時間內(nèi)以較低的成本完成對高精度和復(fù)雜形狀的加工要求。

　　2 車銑復(fù)合機(jī)床市場規(guī)模分析

　　近年來，在金切機(jī)床整體市場規(guī)模持續(xù)下滑的不利情形下，車銑復(fù)合機(jī)床市場反而表現(xiàn)出較為穩(wěn)健的增長趨勢，高于金切機(jī)床行業(yè)的整體增速。長期來看，車銑復(fù)合加工方式將對傳統(tǒng)機(jī)床應(yīng)用進(jìn)行整合替代，在半導(dǎo)體設(shè)備、醫(yī)療器械、航空航天等行業(yè)尤為明顯。精密零部件加工需求增加，會推動中高端車銑復(fù)合機(jī)床需求的持續(xù)增長(圖2)。

圖2 2019-2025E年車銑復(fù)合機(jī)床市場規(guī)模變化(按金額)

圖3 2023年車銑復(fù)合機(jī)床各機(jī)型市場份額占比(按金額)

　　(1)車削中心市場

　　2012年之后，車削中心在中國市場開始逐漸興起。車削中心應(yīng)用范圍廣泛，幾乎可以用于任何行業(yè)的車銑加工工序的整合。但目前來看，相當(dāng)數(shù)量的下游廠商對復(fù)合加工的意識和優(yōu)勢認(rèn)知仍然不足。

　　目前，各家車削中心廠商在努力開拓半導(dǎo)體、風(fēng)電等新興戰(zhàn)略行業(yè)客戶，減少對傳統(tǒng)行業(yè)的客戶群體依賴。新興行業(yè)的潛在需求會極大程度帶動車削中心未來市場規(guī)模的增長，預(yù)計到2025年市場規(guī)模將突破60億元。

　　(2)五軸車銑復(fù)合加工中心市場

　　作為高端切削機(jī)床的代表，五軸車銑復(fù)合加工中心的市場規(guī)模近年來呈現(xiàn)明顯上升趨勢，平均規(guī)模增速高于機(jī)床整體市場。自2020年以來，主流機(jī)床廠商面對只增不減的需求，頻繁對該類機(jī)型進(jìn)行漲價，所以造成平均價格有所提升。

　　五軸車銑技術(shù)在軍工、航空航天、船舶等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，尤其在航空航天領(lǐng)域形狀復(fù)雜的異形零件的加工中更具優(yōu)勢。國外早已在航空航天領(lǐng)域大批采用此類機(jī)床代替?zhèn)鹘y(tǒng)的加工設(shè)備，而國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用率仍處于較低水平。

　　3 車銑復(fù)合機(jī)床的下游應(yīng)用

　　汽車行業(yè)是車銑復(fù)合機(jī)床的主要下游應(yīng)用行業(yè)(圖4)。近幾年新增的應(yīng)用領(lǐng)域主要集中于新能源汽車、精密醫(yī)療器械、風(fēng)電、航空航天等行業(yè)。車銑復(fù)合機(jī)床是葉輪、螺桿、重型發(fā)電機(jī)、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子及大型柴油機(jī)曲軸等軸類和回轉(zhuǎn)類復(fù)雜零件生產(chǎn)過程中公認(rèn)最高效的加工方式。

　　除規(guī)?；a(chǎn)外，在新產(chǎn)品研發(fā)階段，使用車銑復(fù)合機(jī)床進(jìn)行試驗樣品和模具的精密加工，也可大幅降低設(shè)計和制造難度。

圖4 2023年車銑復(fù)合機(jī)床的下游行業(yè)應(yīng)用分布(按金額)

　　4 國產(chǎn)車銑復(fù)合機(jī)床：普通機(jī)型全面替代，高端機(jī)型任重道遠(yuǎn)

　　車削中心方面，國內(nèi)當(dāng)前已擁有較為完備的技術(shù)條件和供應(yīng)鏈體系。從數(shù)據(jù)可以看出，近年來國產(chǎn)車削中心的市場份額增長迅速，極大超越進(jìn)口車削中心(圖5)。海德曼、紐威等頭部數(shù)控車床生產(chǎn)商早已布局車削中心的研發(fā)和生產(chǎn)，MAZAK、OKUMA等頭部外資品牌也將越來越多的車削中心機(jī)型的生產(chǎn)環(huán)節(jié)和部分研發(fā)環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)移至國內(nèi)工廠。

　　當(dāng)前需求量較大的普通機(jī)型基本全部依靠國產(chǎn)，高端機(jī)型雖然仍以進(jìn)口為主，但技術(shù)壁壘并非不可攻克。國內(nèi)廠商均在持續(xù)進(jìn)行研發(fā)投入，縮小與進(jìn)口機(jī)型的差距，重點在提升加工精度、穩(wěn)定性、車銑功率等方面。未來，國產(chǎn)車削中心有望對高端進(jìn)口機(jī)型實現(xiàn)全面替代。

　　與車削中心國產(chǎn)化的進(jìn)程的發(fā)展情形相反，生產(chǎn)能力更強(qiáng)的五軸車銑復(fù)合加工中心的國產(chǎn)化率仍處于較低水平，國產(chǎn)機(jī)型的核心部件也幾乎全部依賴進(jìn)口。而且，受前沿技術(shù)出口限制的影響，外資廠商短期內(nèi)將機(jī)床生產(chǎn)轉(zhuǎn)移至國內(nèi)的可行性不大。

　　近年來，國產(chǎn)頭部五軸廠商都有推出相關(guān)機(jī)型，但精度、數(shù)控系統(tǒng)、切削刀具等方面仍存在較高的技術(shù)壁壘，故障率也難以降低至可接受的范圍，所以產(chǎn)品的市場認(rèn)可度目前普遍不高。下游生產(chǎn)中仍會選擇分序加工或采購DMG MORI、OKUMA、WFL、INDEX等日系和歐系廠商的進(jìn)口機(jī)型(圖6)。

圖5 2019-2025E年國產(chǎn)與進(jìn)口車削中心市場規(guī)模對比(按金額)

圖6 2019-2025E國產(chǎn)與進(jìn)口五軸車銑復(fù)合加工中心市場規(guī)模對比(按金額)

　　5 車銑復(fù)合機(jī)床廠商競爭格局

　　從2023年中國大陸地區(qū)的車削中心競爭格局來看，各廠商所占市場規(guī)模比較分散，TOP10廠商合計占比不超過30%，內(nèi)資廠商占據(jù)絕大部分，外資廠商的車削中心機(jī)型也多為國內(nèi)工廠生產(chǎn)(圖7)。這是由于刀塔機(jī)等低端機(jī)型銷量高，且沒有技術(shù)壁壘，所以越來越多的機(jī)床廠商加入車削中心的研發(fā)和生產(chǎn)。國產(chǎn)替代進(jìn)程的加速促進(jìn)了國產(chǎn)車削中心機(jī)型豐富程度提高，廠商競爭格局將進(jìn)一步分散化。

　　相較于車削中心，五軸車銑復(fù)合加工中心由于技術(shù)壁壘較高，從業(yè)廠商相對較少，所以競爭格局更加集中。頭部廠商中，除一家內(nèi)資廠商外，全部是外資廠商，且全部是進(jìn)口機(jī)型，這類機(jī)型一般應(yīng)用于航空、半導(dǎo)體等行業(yè)附加值極高的精密零部件加工(圖8)。

圖7 2023年車削中心廠商競爭格局(按金額)

圖8 2023年五軸車銑復(fù)合加工中心廠商競爭格局(按金額)

　　6 結(jié)語

　　無論是新興制造業(yè)的產(chǎn)能擴(kuò)充，還是傳統(tǒng)制造業(yè)的產(chǎn)線改造，車銑復(fù)合機(jī)床都在機(jī)加工領(lǐng)域的持續(xù)前進(jìn)中扮演著不可或缺的角色。隨著國產(chǎn)替代所帶來的機(jī)床價格的持續(xù)降低，少工序、高精度的復(fù)合加工工藝也將逐漸得到更廣泛的普及，未來在各個下游行業(yè)尤其是汽車和航空航天行業(yè)將得到更加普遍的應(yīng)用，由此激發(fā)出車銑復(fù)合機(jī)床更為廣闊的市場空間。

　　經(jīng)過多年的研發(fā)投入，國產(chǎn)車銑復(fù)合機(jī)床對日系、臺系普通進(jìn)口機(jī)型的替代比例日益提高，逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位。但是，在高端車銑復(fù)合機(jī)領(lǐng)域，無論是車削中心還是五軸車銑復(fù)合加工中心，國產(chǎn)廠商仍有難以攻克的技術(shù)壁壘，尤其是加工精度和機(jī)床穩(wěn)定性方面，與進(jìn)口機(jī)型仍有較大差距。面對車銑復(fù)合機(jī)床需求的日益擴(kuò)大，主流國產(chǎn)機(jī)床廠商都在五軸車銑中心的研發(fā)和制造這一前沿賽道持續(xù)發(fā)力，高端車銑復(fù)合機(jī)床的全面國產(chǎn)化也將指日可待。

圖9 五軸車銑復(fù)合加工中心加工的部分零部件