【2018年中國機床工具行業(yè)自動化市場研究報告】

一、機床行業(yè)概述

1.機床的分類

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

（1）普通機床：包括普通車床、鉆床、鏜床、銑床、刨插床等。

（2）精密機床：包括磨床、齒輪加工機床、螺紋加工機床和其他各種精密機床。

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

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

2.常用機床的基本機構(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，還可進行鉆孔、擴孔、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)是通過電動機的反轉(zhuǎn)來實現(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)運動；主軸是空心的，便于穿過長的工件；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，以獲得不同的進給量。主要用于車削不同種類的螺紋。

（4）進給箱進給箱用來改變進給量。主軸經(jīng)掛輪箱傳入進給箱的運動，通過移動變速手柄來改變進給箱中滑動齒輪的嚙合位置，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)動改變?yōu)榈都艿淖詣舆M給運動。光杠用于一般的車削，絲杠只用于車螺紋。溜板箱中設(shè)有互鎖機構(gòu)，使兩者不能同時使用。

（6）刀架刀架用來夾持車刀并使其作縱向、橫向或斜向進給運動。

（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在工作時保持準(zhǔn)確的相對位置。

（9）絲杠絲杠能帶動大拖板作縱向移動，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進給，以便長期保持絲杠的精度。

（10）光杠光杠用于機動進給時傳遞運動。通過光杠可把進給箱的運動傳遞給溜板箱，使刀架作縱向或橫向進給運動。

（11）操縱桿操縱桿是車床的控制機構(gòu)，在操縱桿左端和拖板箱右側(cè)各裝有一個手柄，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)控機床

    數(shù)控機床：數(shù)控機床較普通機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)動裝置和位置檢測裝置、輔助控制裝置、機床本體。

（1）程序編制及程序載體數(shù)控程序是數(shù)控機床自動加工零件的工作指令。在對加工零件進行工藝分析的基礎(chǔ)上，確定零件坐標(biāo)系在機床坐標(biāo)系上的相對位置，即零件在機床上的安裝位置；刀具與零件相對運動的尺寸參數(shù)；零件加工的工藝路線、切削加工的工藝參數(shù)以及輔助裝置的動作等。得到零件的所有運動、尺寸、工藝參數(shù)等加工信息后，用由文字、數(shù)字和符號組成的標(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行；對于形狀復(fù)雜的零件，則要在專用的編程機或通用計算機上進行自動編程（APT）或CAD/CAM設(shè)計。

（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)控制存儲介質(zhì)的不同，輸入裝置可以是光電閱讀機、磁帶機或軟盤驅(qū)動器等。數(shù)控機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算機用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)控機床的核心。數(shù)控裝置從內(nèi)部存儲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)軟件進行編譯、運算和邏輯處理后，輸出各種控制信息和指令，控制機床各部分的工作，使其進行規(guī)定的有序運動和動作。

（4）驅(qū)動裝置和位置檢測裝置驅(qū)動裝置接受來自數(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)動機床移動部件，以加工出符合圖樣要求的零件。因此，它的伺服精度和動態(tài)響應(yīng)性能是影響數(shù)控機床加工精度、表面質(zhì)量和生產(chǎn)率的重要因素之一。驅(qū)動裝置包括控制器（含功率放大器）和執(zhí)行機構(gòu)兩大部分。目前大都采用直流或交流伺服電動機作為執(zhí)行機構(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，經(jīng)過編譯、邏輯判別和運動，再經(jīng)功率放大后驅(qū)動相應(yīng)的電器，帶動機床的機械、液壓、氣動等輔助裝置完成指令規(guī)定的開關(guān)量動作。這些控制包括主軸運動部件的變速、換向和啟停指令，刀具的選擇和交換指令，冷卻、潤滑裝置的啟動停止，工件和機床部件的松開、夾緊，分度工作臺轉(zhuǎn)位分度等開關(guān)輔助動作。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機床開關(guān)等特點，現(xiàn)已廣泛用作數(shù)控機床的輔助控制裝置。

（6）機床本體數(shù)控機床的機床本體與傳統(tǒng)機床相似，由主軸傳動裝置、進給傳動裝置、床身、工作臺以及輔助運動裝置、液壓氣動系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻裝置等組成。但數(shù)控機床在整體布局、外觀造型、傳動系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及操作機構(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)控機床的要求和充分發(fā)揮數(shù)控機床。

2.3.2017年機床行業(yè)運行特征

    2017年中國機床行業(yè)在制造業(yè)回暖和下游市場需求逐步回升的支撐下，整體市場呈現(xiàn)恢復(fù)性增長態(tài)勢。

工業(yè)轉(zhuǎn)型升級與消費升級帶動數(shù)控機床行業(yè)發(fā)展

    隨著我國工業(yè)轉(zhuǎn)型升級和戰(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)成為國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，實現(xiàn)我國裝備制造業(yè)由大到強的轉(zhuǎn)變，已成為國家發(fā)展裝備制造業(yè)的主要目標(biāo)。與此同時，隨著全面建設(shè)小康社會戰(zhàn)略的實施，人們對生活品質(zhì)有了更高的要求，消費電子行業(yè)、汽車工業(yè)等反映“消費娛樂化”趨勢的領(lǐng)域正迎來高速發(fā)展期。在上述工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的大背景下，數(shù)控機床行業(yè)作為上述行業(yè)重要的加工設(shè)備也在消費升級的大趨勢中迎來新的增長點。

    數(shù)控化比例逐年提升。

    數(shù)控機床行業(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口。同時，相比日本、德國及美國發(fā)達(dá)國家的60%-70%的制造設(shè)備數(shù)控化率，我國機床的數(shù)控化率仍然較低。隨著未來下游產(chǎn)業(yè)的升級，我國機床工具產(chǎn)業(yè)將進行結(jié)構(gòu)性調(diào)整，數(shù)控機床將逐漸替代普通機床，占據(jù)主導(dǎo)地位。

    加工部件精度提升，要求機床更加精度化。

    精密制造技術(shù)的進步使機械加工實現(xiàn)了亞微米、納米級超精加工，精密機床制造進入了微納時代。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，實現(xiàn)擴展和替代腦力勞動的智能化控制技術(shù)，成為驅(qū)動數(shù)字化工廠建設(shè)的技術(shù)基礎(chǔ)。但高端數(shù)控機床設(shè)備中有些關(guān)鍵技術(shù)（如高速、高精運動控制技術(shù)，動態(tài)、熱態(tài)綜合補償技術(shù)，多軸聯(lián)動和復(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年機床行業(yè)整體呈現(xiàn)增長態(tài)勢，發(fā)展趨勢良好。

2.4國家宏觀政策和機床行業(yè)政策

    2017年，在世界經(jīng)濟環(huán)境復(fù)蘇，中國出口明顯上升，制造業(yè)全面回暖，國家政策鼓勵制造業(yè)升級，去產(chǎn)能初見成效，制造業(yè)周期性采購等多個因素影響下，中國機床行業(yè)實現(xiàn)恢復(fù)性增長，國家政策起到了重大的影響。

（1）《中國制造2025》

     國務(wù)院印發(fā)的《中國制造2025》，明確了9項戰(zhàn)略任務(wù)和重點，包括大力推動重點領(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)控機床和機器人、航空航天裝備、海洋工程裝備及高技術(shù)船舶、先進軌道交通裝備、節(jié)能與新能源汽車、電力裝備、農(nóng)機裝備、新材料、生物醫(yī)藥及高性能醫(yī)療器械等十大重點領(lǐng)域。實施工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量提升行動計劃，針對汽車、高檔數(shù)控機床、軌道交通裝備、大型成套技術(shù)裝備、工程機械、特種設(shè)備、關(guān)鍵原材料、基礎(chǔ)零部件、電子元器件等重點行業(yè)，組織攻克一批長期困擾產(chǎn)品質(zhì)量提升的關(guān)鍵共性質(zhì)量技術(shù)，加強可靠性設(shè)計、試驗與驗證技術(shù)開發(fā)應(yīng)用，推廣采用先進成型和加工方法、在線檢測裝置、智能化生產(chǎn)和物流系統(tǒng)及檢測設(shè)備等，使重點實物產(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)到國際同類產(chǎn)品先進水平。促進了機床本身和下游行業(yè)的發(fā)展。

（2）《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃綱要》

    2016年，十二屆全國人民代表大會四次會議表決通過了關(guān)于國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十三個五年規(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)控機床，明確提出“研制精密、高速、柔性數(shù)控機床與基礎(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，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機床向高精度、可靠性發(fā)展。

（3）《綠色制造工程實施指南（2016-2020年）》

    工信部編制的《綠色制造工程實施指南（2016-2020年）》，將以此為組織實施綠色制造工程的抓手，全面推行綠色制造，力爭率先實現(xiàn)《中國制造2025》的綠色發(fā)展目標(biāo)。以實施綠色制造工程作為全面推行綠色制造的切入點，重點實施傳統(tǒng)制造業(yè)綠色化改造，推進資源循環(huán)利用綠色發(fā)展，推動綠色制造技術(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，依托“一帶一路”推進綠色制造產(chǎn)業(yè)合作，實施節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)“走出去”工程，推動在沿線國家和地區(qū)建設(shè)綠色制造示范項目，加強綠色低碳技術(shù)裝備和產(chǎn)業(yè)等方面的國際合作。在此背景下，綠色制造是最大限度地減少對環(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，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)控機床設(shè)備將會成為行業(yè)內(nèi)的主流。

2.5機床行業(yè)發(fā)展趨勢

    目前中國現(xiàn)在已經(jīng)是世界第一大機床生產(chǎn)國和消費國，金屬切削機床無論從產(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。但是我國金屬切削機床的數(shù)控化率偏低，機床的技術(shù)水平與世界先進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，低技術(shù)水平的產(chǎn)品競爭激烈，國內(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)主要依靠進口。為了提升現(xiàn)階段我國金屬切削機床行業(yè)的技術(shù)水平，行業(yè)內(nèi)國產(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)引進與合作方面加強投入，努力提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。未來，機床行業(yè)發(fā)展主要呈現(xiàn)以下幾個特點。

（1）高精度化。國外數(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上，展示了實現(xiàn)納米加工的整套技術(shù)，實現(xiàn)了0.001um／脈沖的控制系統(tǒng)，能順利執(zhí)行每個脈沖當(dāng)量為0．001um的伺服單元，伺服電機、氣浮絲杠、氣浮主軸等部件，能檢測納米級精度的高精度檢測反饋系統(tǒng)。據(jù)資料介紹，這是世界上第一個真正實現(xiàn)納米加工的成套技術(shù)。

（2）高速化。快速行程已從24m／min提高到240m／min(當(dāng)設(shè)計單位為1um時)，加工中心的切削進給速度可達(dá)10m／min以上。數(shù)控系統(tǒng)已從16位微機發(fā)展到32位、64位機，或用40多個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公司的計算機數(shù)控系統(tǒng)的平均無故障工作時(MTBF)是0.01次／月•臺，即實現(xiàn)了100個月里出現(xiàn)一次故障的高可靠性，從而使機器人也實現(xiàn)了0.013次／月•臺的高可靠性(另一種說法是國外數(shù)控系統(tǒng)的MTBF在1萬小時以上)。

（4）系統(tǒng)化。在新廠籌建和老廠擴建過程中，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)控機床、柔性加工單位及柔性制造系統(tǒng)、機器人等機電一體化產(chǎn)品。德國的維勒爾公司已經(jīng)給世界各國提供了上百條柔性制造系統(tǒng)。FANUC公司還在筑波科學(xué)城中按計算機集成制造系統(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，富士電機也建立了C1MS工廠，德國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，已開始與其它公司，政府部門合作，開展了微型機器人的研制工作。用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的微型機器人要能進入人體，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行。如FANUC公司展示的7軸雙腕智能化機器人。日本在無人化工廠的研制上長期保持l～2個示范工廠的狀態(tài)現(xiàn)已打破，目前已有7個無人化工廠。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。

（7）由傳統(tǒng)的萬能機床向機床功能專用化和產(chǎn)品多樣化發(fā)展。由于機床的萬能性和多功能性，造成機床結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造周期長、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，功能浪費了，又不經(jīng)濟。現(xiàn)在機床制造業(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)。對每一種具體的機床產(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，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)把刀庫容量降到25把刀或以下。

（8）以模塊化設(shè)計實現(xiàn)產(chǎn)品多樣化，功能專用化，已成為當(dāng)前機床發(fā)展的主流。這類機床是較為專用化的機床。這類機床在機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)要為每個不同的用戶專門設(shè)計機床，而規(guī)格和功能完全相同的機床將愈來愈少。甚至于以后有可能不再出現(xiàn)。

（9）發(fā)展經(jīng)濟型數(shù)控機床和加工中心也成為當(dāng)前數(shù)控機床發(fā)展的一種趨勢。經(jīng)濟型(國外多稱為廉價型)數(shù)控機床，加工中心，是美國、日本等國的機床業(yè)作為一個參與市場競爭的新策略而再現(xiàn)的。起初這些企業(yè)為擴大銷售市場，眼光從西方轉(zhuǎn)向東方，針對中國大陸和東南亞這一片市場，如以功能復(fù)雜、檔次高而價格昂貴的數(shù)控機床、加工中心在市場上競爭并不有利，相反，以價廉和便于操作的數(shù)控機床來適應(yīng)，則更加符合于這些地區(qū)的實際需要。

（10）“電子——機械”商品化。一般認(rèn)為機電一體化商品，機械部分成本較高?，F(xiàn)在國際市場上機電一體化商品中的“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%，機械部分占40%，即形成以“電子”為主，以“機械”為輔的機電一體化商品。

二、機床行業(yè)自動化產(chǎn)品應(yīng)用介紹

1.機床的自動化產(chǎn)品組成

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

圖1數(shù)控機床組成示意圖

（1）輸入裝置可將不同加工信息傳遞于計算機。在數(shù)控機床產(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)控機床的核心與主導(dǎo)，完成所有加工數(shù)據(jù)的處理、計算工作，最終實現(xiàn)數(shù)控機床各功能的指揮工作。它包含微計算機的電路，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，它對主軸單元實現(xiàn)控制，將程序中的轉(zhuǎn)速指令進行處理而控制主軸轉(zhuǎn)速；管理刀庫，進行自動刀具交換、選刀方式、刀具累計使用次數(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、機械手取送刀等動作；還對機床外部開關(guān)（行程開關(guān)、壓力開關(guān)、溫控開關(guān)等）進行控制；對輸出信號（刀庫、機械手、回轉(zhuǎn)工作臺等）進行控制。

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

（5）機床主機是數(shù)控機床的主體，包括床身、主軸、進給傳動機構(gòu)等機械部件。

1.1CNC系統(tǒng)在數(shù)控機床中的應(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，對CNC系統(tǒng)的需求量也在不斷上升。CNC作為數(shù)控機床主要控制系統(tǒng)，對機床設(shè)備的影響極為關(guān)鍵。

1.2HMI在數(shù)控機床中的應(yīng)用

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

1.3PLC在數(shù)控機床中的應(yīng)用

    數(shù)控機床中所用的PLC可分為兩類：一類是專為實現(xiàn)數(shù)控機床順序控制而設(shè)計制造的內(nèi)裝型PLC(built-inType)，另一類是那些輸入輸出技術(shù)規(guī)范，輸入輸出點數(shù)，程序存儲容量以及運算和控制功能等均能滿足數(shù)控機床控制要求的獨立型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)計之初就將NC和PLC結(jié)合起來考慮，NC和PLC之間的信號傳遞是在內(nèi)部總線的基礎(chǔ)上進行的，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CPU也可以是單獨的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之間易實現(xiàn)許多高級功能。PLC中的信息也能通過CNC的顯示器顯示,這種方式對于系統(tǒng)的使用具有較大的優(yōu)勢。高檔次的數(shù)控系統(tǒng)一般都采用這種形式的PLC。

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

1.4伺服系統(tǒng)在數(shù)控機床中的應(yīng)用

    伺服系統(tǒng)是以機械運動的驅(qū)動設(shè)備—電機為控制對象，以控制器為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機構(gòu)的電氣傳動控制系統(tǒng)。這類系統(tǒng)控制電機的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角，將電能轉(zhuǎn)換為機械能，實現(xiàn)運動機械的運動要求。具體在數(shù)控機床中，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，由電機和機械傳動機構(gòu)驅(qū)動機床坐標(biāo)軸、主軸帶動工作臺及刀架，通過軸的聯(lián)動使刀具相對工件產(chǎn)生各種復(fù)雜的機械運動，從而加工出用戶所需的工件。

1.5電機在數(shù)控機床中的應(yīng)用

    機床在設(shè)計中采用直線電機驅(qū)動，對減輕運動部件質(zhì)量、加強機床剛性、解決高速運動下的抗沖擊性、直線電機的防護，以及控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)與電機的匹配和優(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)控機床中的低壓電氣產(chǎn)品種類也相對較多，如低壓斷路器、熔斷保護器、開關(guān)等部件。

三、機床行業(yè)自動化市場容量和產(chǎn)品份額

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

圖2 2017年機床行業(yè)自動化市場容量-按產(chǎn)品（MRMB）

1.CNC系統(tǒng)在機床市場容量及預(yù)測

    CNC市場隨著機床行業(yè)的波動，近幾年變化明顯。2017年機床市場發(fā)展較好，帶動CNC市場蓬勃發(fā)展，2017年CNC增長率達(dá)到22%，如表2所示。

表2 2015-2020年機床行業(yè)CNC市場容量及預(yù)測

2.HMI在機床行業(yè)市場容量及預(yù)測

    HMI即操作面板，是操作人員與數(shù)控裝置進行信息交流的工具組成：按鈕站/狀態(tài)燈/按鍵陣列/顯示器。基本每種數(shù)控機床都需要一個人機界面來連接機器與人的操控。受2017年機床市場影響，2017年HMI市場實現(xiàn)增長。2015-2020年機床行業(yè)HMI市場容量及預(yù)測如表3所示。

表3 2015-2020年機床行業(yè)HMI市場容量及預(yù)測

3.PLC在機床市場容量及預(yù)測

    PLC在工業(yè)自動控制領(lǐng)域應(yīng)用愈來愈廣，它在控制性能、組機周期和硬件成本等方面所表現(xiàn)出的綜合優(yōu)勢是其它工控產(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。在機床的實際設(shè)計和生產(chǎn)過程中,為了提高數(shù)控機床加工的精度,對其定位控制裝置的選擇就顯得尤為重要。

   受2017年機床市場快速發(fā)展影響，機床行業(yè)PLC市場銷售額也實現(xiàn)較大增長，如表4所示。

表4 2015-2020年機床行業(yè)PLC市場容量及預(yù)測

4.伺服系統(tǒng)在機床行業(yè)市場容量及預(yù)測

    作為數(shù)控機床的重要功能部件，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)、直線電動機及高速電主軸等將成為數(shù)控機床行業(yè)的關(guān)注的熱點，并成為伺服系統(tǒng)的發(fā)展方向。由此可以判斷，應(yīng)用在電機上伺服系統(tǒng)將愈加廣泛。

   隨著整個制造業(yè)大環(huán)境的回暖，2017年機床行業(yè)伺服系統(tǒng)的市場容量實現(xiàn)了快速增長，如表5所示。

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

5.電機在機床行業(yè)市場容量及預(yù)測

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

    電機市場受機床行業(yè)生產(chǎn)情況的影響較大，隨著機床市場快速增長，電機市場也實現(xiàn)增長，如表6所是。

表6 2015-2020年機床行業(yè)電機市場規(guī)模及預(yù)測

6.低壓電氣在機床市場容量及預(yù)測

    低壓電氣產(chǎn)品在機床中應(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)品的市場容量呈現(xiàn)上升趨勢，如表7所示。

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

7.低壓變頻器在機床市場容量及預(yù)測

    由于機床加工范圍較廣，不同的工件，不同的工序，使用不同的刀具，要求機床執(zhí)行部件具有不同的運動速度，因此機床的主運動應(yīng)能進行調(diào)速，機床用戶對變頻器產(chǎn)品的調(diào)速作用更為關(guān)注。

    主軸是車床構(gòu)成中一個重要的部分，對于提高加工效率，擴大加工材料范圍，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)。目前對客戶來說變頻器的性價比很高，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床行業(yè)必須有兩個重要考慮：一是選用無速度傳感器矢量控制的產(chǎn)品，二是要設(shè)計在超速運轉(zhuǎn)以提高低速轉(zhuǎn)矩。

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

表82015-2020年機床行業(yè)低壓變頻器市場容量及預(yù)測