根據(jù)中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)對(duì)重點(diǎn)聯(lián)系企業(yè)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，以及協(xié)會(huì)企業(yè)調(diào)研情況和部分分會(huì)提供的資料顯示，2021年1-12月，行業(yè)整體運(yùn)行保持穩(wěn)定增長(zhǎng)，運(yùn)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(diǎn)，總體來(lái)看，各項(xiàng)主要指標(biāo)整體仍保持在較高水平：全年月累計(jì)完成營(yíng)業(yè)收入同比增長(zhǎng)26.2%，增幅比上年擴(kuò)大23.2個(gè)百分點(diǎn)，所有分行業(yè)同比增幅均在10%以上（見(jiàn)表1）。綜合考慮各種有利與不利因素，預(yù)計(jì)2022年我國(guó)機(jī)床工具行業(yè)將延續(xù)2021年的良好運(yùn)行態(tài)勢(shì)，但因2021年基數(shù)較高，2022年全年?duì)I業(yè)收入等主要指標(biāo)可能與2021年持平或略有增長(zhǎng)。

表1  2021年1-12月重點(diǎn)聯(lián)系企業(yè)部分分行業(yè)營(yíng)業(yè)收入同比情況（資料來(lái)源：中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)）

從中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，2021年金屬加工機(jī)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(jī)床和金屬成形機(jī)床近三年的產(chǎn)量同比增速變化，與營(yíng)業(yè)收入的同比增速變化趨勢(shì)相似，但相對(duì)而言，金屬切削機(jī)床產(chǎn)量同比增勢(shì)更強(qiáng)一些。

圖1  金屬切削機(jī)床產(chǎn)量同比增速情況（資料來(lái)源：中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)）

圖2  金屬成形機(jī)床產(chǎn)量同比增速情況（資料來(lái)源：中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)）

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(guó)立式加工中心、車(chē)床、臥式加工中心和龍門(mén)加工中心的市場(chǎng)需求分別約為10-12萬(wàn)臺(tái)/年、10-12萬(wàn)臺(tái)/年、4,000-6,000臺(tái)/年和3,000-5,000臺(tái)/年；在3C領(lǐng)域，存量替換和新興需求將驅(qū)動(dòng)國(guó)內(nèi)鉆攻機(jī)市場(chǎng)保持平穩(wěn)成長(zhǎng)，考慮到存量替換約為4.0萬(wàn)臺(tái)年需求量（智能機(jī)、筆記本電腦、平板）和新興市場(chǎng)約為1萬(wàn)臺(tái)年需求量（VR/AR、可穿戴、機(jī)器人、電子煙、醫(yī)療器械和無(wú)人機(jī)等），合計(jì)整體約5萬(wàn)臺(tái)、100億元人民幣的年市場(chǎng)規(guī)模。

2021年以來(lái)，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(jià)格上漲，國(guó)際物流受限，出口成本上漲等不利因素對(duì)機(jī)床工具行業(yè)的運(yùn)行帶來(lái)較大沖擊，其中有些因素是2021年三季度后新出現(xiàn)的。同時(shí)，在國(guó)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(duì)機(jī)床工具行業(yè)運(yùn)行及市場(chǎng)需求的后續(xù)影響仍不容忽視， 行業(yè)運(yùn)行不利因素有所增加。

高端數(shù)控機(jī)床——五軸聯(lián)動(dòng)成開(kāi)發(fā)熱點(diǎn)

      高端機(jī)床智能化是“中國(guó)制造2025”國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)，去年8月，國(guó)資委進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)要針對(duì)工業(yè)“母機(jī)”、高端芯片等加強(qiáng)關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)。其中，五軸聯(lián)動(dòng)加工中心是現(xiàn)階段行業(yè)開(kāi)發(fā)的一個(gè)熱點(diǎn)，根據(jù)有關(guān)機(jī)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)及預(yù)測(cè)，2021年全球五軸數(shù)控機(jī)床的市場(chǎng)銷(xiāo)售額達(dá)到了76億美元，預(yù)計(jì)至2028年將達(dá)到154億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率（CAGR）約為10.6%（2022-2028），從地區(qū)層面來(lái)看，中國(guó)市場(chǎng)的增長(zhǎng)速度較快。據(jù)MIR睿工業(yè)的調(diào)查顯示，作為高端機(jī)床代表的五軸機(jī)床，2020年中國(guó)市場(chǎng)的規(guī)模約為68.2億元（圖3），預(yù)計(jì)2021與2022年均會(huì)保持在兩位數(shù)的增長(zhǎng)速率。

圖3  2018-2022年中國(guó)五軸機(jī)床市場(chǎng)規(guī)模統(tǒng)計(jì)及預(yù)測(cè)（資料來(lái)源：MIR DATABANK，此數(shù)據(jù)中包含全五軸機(jī)床、3+2型五軸機(jī)床、4+1型五軸機(jī)床）

通常來(lái)說(shuō)，五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床是指機(jī)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(gè)軸同時(shí)運(yùn)動(dòng)，任意調(diào)整刀具或工件的姿態(tài)，實(shí)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(jìn)的加工方式，五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)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(shí)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(diǎn)，配以五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)，這類(lèi)機(jī)床即可對(duì)復(fù)雜的空間曲面進(jìn)行高精度加工，因而特別適用于精密模具、新能源汽車(chē)、航天航空等高端領(lǐng)域復(fù)雜工序零件的加工場(chǎng)景，在“工業(yè)4.0”、“中國(guó)制造2025”不斷深化的大背景下，五軸應(yīng)用技術(shù)勢(shì)必將推動(dòng)制造業(yè)向價(jià)值鏈高端不斷前進(jìn)。據(jù)介紹，在五軸應(yīng)用中，目前國(guó)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(chǎng)需求也在倍速增長(zhǎng)，以實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)品牌的進(jìn)口替代以及技術(shù)的自主可控，真正破解被國(guó)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(dòng)數(shù)控機(jī)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(mén)加工中心、臥式銑車(chē)復(fù)合加工中心、五軸工具磨削中心等。按照機(jī)械結(jié)構(gòu)形式來(lái)劃分，五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床一般可以分為雙擺頭形式、俯垂型擺頭式、雙轉(zhuǎn)臺(tái)形式、俯垂型工作臺(tái)式、一擺一轉(zhuǎn)形式等。國(guó)際上知名的制造商包括德瑪吉、馬扎克、哈斯、OKUMA 、HURCO、HELLER等；國(guó)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(jìn)等企業(yè)，部分廠商主要是以向國(guó)外采購(gòu)零部件進(jìn)行組裝加工。

在五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床整機(jī)的生產(chǎn)制造過(guò)程中，涉及到的關(guān)鍵功能部件包括各類(lèi)電機(jī)、電主軸、轉(zhuǎn)臺(tái)、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(guó)內(nèi)自主化率和國(guó)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(jī)廠做產(chǎn)品的配套開(kāi)發(fā)，以滿足五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床對(duì)高精度、高動(dòng)態(tài)性能的技術(shù)要求。

圖4 五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床大致分類(lèi)及相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域（資料來(lái)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(dá)國(guó)家，直驅(qū)技術(shù)在國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床行業(yè)的應(yīng)用時(shí)間較晚，當(dāng)中也走過(guò)一段曲折的過(guò)程。伴隨著近年中國(guó)高端數(shù)控裝備行業(yè)應(yīng)用直驅(qū)技術(shù)的“春天”到來(lái)，也為眾多國(guó)內(nèi)直驅(qū)廠商開(kāi)辟出一片可以大展拳腳的新天地。一般來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)效率和精度是機(jī)床競(jìng)爭(zhēng)能力的兩項(xiàng)重要指標(biāo)，五軸聯(lián)動(dòng)加工技術(shù)在提高生產(chǎn)效率方面有著巨大的潛力，而機(jī)床直線軸和旋轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動(dòng)定位精度對(duì)五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的性能起到至關(guān)重要的作用。

例如，針對(duì)高端直驅(qū)機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)，雅科貝思憑借機(jī)械、電控、軟件等較為齊全的產(chǎn)品線，采用與機(jī)床行業(yè)設(shè)備廠商聯(lián)合開(kāi)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(gè)“卡脖子”高端機(jī)床的技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目，并且在雅科貝思內(nèi)部每個(gè)工廠的機(jī)加車(chē)間都配備有這些共同開(kāi)發(fā)的高端機(jī)床，通過(guò)大量的生產(chǎn)實(shí)踐，親身驗(yàn)證直驅(qū)技術(shù)產(chǎn)品和機(jī)床整機(jī)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(zhuān)用直線電機(jī)、直驅(qū)轉(zhuǎn)臺(tái)、擺頭均已通過(guò)多家高端機(jī)床客戶的認(rèn)可，裝機(jī)量暴增；其中，高性?xún)r(jià)比的AKMF系列已在通用車(chē)床、銑床、磨床等加工機(jī)床上得到了大批量應(yīng)用；同時(shí)，對(duì)于更高動(dòng)態(tài)響應(yīng)需求的下一代高端五軸聯(lián)動(dòng)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(gè)客戶的應(yīng)用場(chǎng)景中取得了成功驗(yàn)證，產(chǎn)品品質(zhì)得到了高度認(rèn)可，助力中國(guó)機(jī)床行業(yè)向高速、高精方向的轉(zhuǎn)型升級(jí)。

借助多年來(lái)在高端數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域積累的豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，長(zhǎng)沙一派直驅(qū)近一、兩年陸續(xù)開(kāi)發(fā)出多款數(shù)控機(jī)床行業(yè)相對(duì)應(yīng)的通用型直線電機(jī)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(mén)系統(tǒng)、加工中心（三軸、五軸聯(lián)動(dòng)）等數(shù)控裝備領(lǐng)域。一派直驅(qū)堅(jiān)持以中大推力直驅(qū)技術(shù)路線的創(chuàng)新開(kāi)發(fā)為重心，特別是最近幾年，一派直驅(qū)加大了針對(duì)數(shù)控機(jī)床直線電機(jī)應(yīng)用的基礎(chǔ)研究投入，潛心鉆研，在直線電機(jī)的高精度（微米級(jí)）、穩(wěn)定性、高防護(hù)等級(jí)、散熱/冷卻性能，以及對(duì)銅質(zhì)、矽鋼片等核心原材料的分析等方面，大力夯實(shí)基礎(chǔ)科研，持續(xù)創(chuàng)新技術(shù)與方案，在精密數(shù)控機(jī)床用直線電機(jī)領(lǐng)域，與國(guó)內(nèi)優(yōu)秀的系統(tǒng)供應(yīng)商合作，打造一整套直線電機(jī)高精度機(jī)床解決方案，協(xié)助提升高檔數(shù)控機(jī)床的國(guó)產(chǎn)化率。

為了應(yīng)對(duì)五軸數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)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(duì)五軸機(jī)床市場(chǎng)的需求進(jìn)行了全覆蓋。例如，德瑪特?cái)?shù)控雙臂五軸搖籃轉(zhuǎn)臺(tái)RDD系列的搖籃式雙軸聯(lián)動(dòng)直驅(qū)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)依據(jù)先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，采用力矩電機(jī)直驅(qū)方案，使其具備響應(yīng)快、精度高、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，高效精簡(jiǎn)的剎車(chē)方案在保證工作可靠的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)臺(tái)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(chǎng)景的電機(jī)、軸承和圓光柵選配方案，在滿足使用的前提下，保持高性?xún)r(jià)比。德瑪特RDDS400A五軸搖籃轉(zhuǎn)臺(tái)的定位精度可高達(dá)±1角秒，高剛度、可用來(lái)進(jìn)行精密模具加工，全直驅(qū)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，達(dá)到毫秒級(jí)高動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。

五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)：高精度、智能化

   目前，國(guó)內(nèi)80%以上的機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)都是以西門(mén)子、海德漢、發(fā)那科、三菱等國(guó)際品牌為主，特別是在五軸聯(lián)動(dòng)這類(lèi)高端數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域。例如：西門(mén)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(jī)床方案，其高性能的硬件架構(gòu)、智能控制算法以及高級(jí)驅(qū)動(dòng)和電機(jī)技術(shù)，確保了極高的動(dòng)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(yùn)動(dòng)控制、高速和5軸功能；三菱M700V數(shù)控系統(tǒng)配備有高級(jí)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(dòng)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(dòng)數(shù)控機(jī)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(dòng)數(shù)控系統(tǒng)由五個(gè)坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)合成，旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的加入，加重了插補(bǔ)運(yùn)算的負(fù)擔(dān)，微小的運(yùn)算誤差就會(huì)直接導(dǎo)致加工精度降低，因此要求控制器能夠達(dá)到很高的運(yùn)算精度。目前，隨著數(shù)控機(jī)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(jìn)一步提升了系統(tǒng)的運(yùn)算速度和分辨率（0.1μm 、 0.01μm ），完全滿足高負(fù)荷計(jì)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(gè)銑削過(guò)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(cè)功能幫助用戶可靠地達(dá)到所需的加工效果；動(dòng)態(tài)碰撞監(jiān)測(cè)（DCM）功能不僅可避免機(jī)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(dòng)數(shù)控系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化開(kāi)發(fā)也掀起了一波熱潮。由中國(guó)機(jī)床監(jiān)督檢測(cè)中心出具的報(bào)告顯示，目前科德數(shù)控開(kāi)發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)在功能上已可達(dá)到西門(mén)子 840D 的95.85%，基本可實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代；上海錸鈉克數(shù)控科技有限公司專(zhuān)注于CNC五軸應(yīng)用平臺(tái)的開(kāi)發(fā)，配合機(jī)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(kāi)發(fā)的NK530M加工中心數(shù)控系統(tǒng)對(duì)HST高速梯形算法和HPCS高精度輪廓光滑處理進(jìn)行了優(yōu)化，加上強(qiáng)大二次開(kāi)發(fā)功能的PHOENIX數(shù)控平臺(tái)以及NcCloud維保云平臺(tái)，可為用戶提供高性?xún)r(jià)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(jī)展上，針對(duì)進(jìn)階加工高精高速、一機(jī)多任務(wù)以及五軸加工的成長(zhǎng)需求，臺(tái)達(dá)以全新推出的OPEN CNC控制器NC50E為核心，為機(jī)械業(yè)者達(dá)奈美克打造了五軸加工中心，不僅實(shí)現(xiàn)同時(shí)控制多通道運(yùn)行“一機(jī)多任務(wù)”，更整合了臺(tái)達(dá)工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域新品——垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人DRVA4LC進(jìn)行自動(dòng)上下料，并通過(guò)旋轉(zhuǎn)刀具尖點(diǎn)控制RTCP功能，一次裝夾即可完成五面加工，實(shí)現(xiàn)了高精、高速?gòu)?fù)合加工。同時(shí)，臺(tái)達(dá)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(tái)達(dá)豐富產(chǎn)品，NC5系列支持開(kāi)放式EtherCAT泛用運(yùn)動(dòng)總線，兼容性高且線纜長(zhǎng)度長(zhǎng)達(dá)1,000米，可高速穩(wěn)定地整合臺(tái)達(dá)交流伺服驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，組成完整加工方案；此外，對(duì)于基礎(chǔ)需求的客戶，臺(tái)達(dá)也提供CNC控制器NC3系列，基于DMCNET高速通訊運(yùn)動(dòng)控制，可串接交流伺服驅(qū)動(dòng)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(lái)看，五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床除了在航空航天領(lǐng)域具有明顯的增長(zhǎng)需求之外，在汽車(chē)、精密模具、刀具、電子、工程機(jī)械、清潔能源、醫(yī)療器械等民用市場(chǎng)中，隨著中國(guó)制造業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的逐漸升級(jí)，下游零部件、模具加工難度正逐漸增強(qiáng)，對(duì)加工效率的要求也越來(lái)越高，這使得下游行業(yè)用戶持續(xù)新增對(duì)五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的需求，傳統(tǒng)機(jī)床具有一定的周期屬性，而以五軸聯(lián)動(dòng)加工中心為代表的高端數(shù)控機(jī)床替代傳統(tǒng)的加工方式，能夠?yàn)橛脩魟?chuàng)造更高的應(yīng)用價(jià)值和生產(chǎn)效率，是未來(lái)行業(yè)發(fā)展的重要方向之一。

聲明：本文版權(quán)為中國(guó)傳動(dòng)網(wǎng)所有，歡迎轉(zhuǎn)載但請(qǐng)務(wù)必注明來(lái)源、作者。