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(chē)銑復(fù)合加工中心——WNC500S。自此，“一次裝卡、全部完工”的車(chē)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(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，以及汽車(chē)、航空航天、精密醫(yī)療器械等下游行業(yè)對(duì)成品精度和加工效率要求的不斷提高，以車(chē)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(guó)內(nèi)外機(jī)床行業(yè)持續(xù)關(guān)注的焦點(diǎn)。

　　1 獨(dú)特優(yōu)勢(shì)：一次裝夾實(shí)現(xiàn)多序整合

　　機(jī)加工領(lǐng)域?qū)?fù)合加工類機(jī)床尚無(wú)統(tǒng)一的歸類和定義。MIR通過(guò)對(duì)主流車(chē)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(chǎng)發(fā)展情況，進(jìn)行了分類，如圖1所示。

圖1 車(chē)銑復(fù)合機(jī)床分類

　　目前，大多數(shù)的車(chē)銑復(fù)合加工是由車(chē)削中心完成。車(chē)削中心是在車(chē)床刀架上配置動(dòng)力頭等刀具，從而實(shí)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(dòng)力頭的功率小、轉(zhuǎn)速低和刀具尺寸受限等原因，車(chē)削中心的功能仍以車(chē)為主，銑、鉆功能僅用于滿足一些基礎(chǔ)的輔助加工。

　　五軸車(chē)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(chē)銑復(fù)合加工中心的車(chē)削功能多為采購(gòu)時(shí)的選配項(xiàng)，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(mén)生產(chǎn)該類機(jī)型。

　　相較于傳統(tǒng)的車(chē)削、銑削分序加工，車(chē)銑復(fù)合機(jī)床可以對(duì)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(lái)的誤差積累，也能降低上下料和機(jī)床維修過(guò)程中的人工和時(shí)間成本。除此之外，高端車(chē)銑復(fù)合機(jī)床大都配置較為先進(jìn)的實(shí)時(shí)檢測(cè)功能，實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程關(guān)鍵數(shù)據(jù)的在位檢測(cè)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(chē)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(shì)。

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

　　2 車(chē)銑復(fù)合機(jī)床市場(chǎng)規(guī)模分析

　　近年來(lái)，在金切機(jī)床整體市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)下滑的不利情形下，車(chē)銑復(fù)合機(jī)床市場(chǎng)反而表現(xiàn)出較為穩(wěn)健的增長(zhǎng)趨勢(shì)，高于金切機(jī)床行業(yè)的整體增速。長(zhǎng)期來(lái)看，車(chē)銑復(fù)合加工方式將對(duì)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(huì)推動(dòng)中高端車(chē)銑復(fù)合機(jī)床需求的持續(xù)增長(zhǎng)(圖2)。

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

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

　　(1)車(chē)削中心市場(chǎng)

　　2012年之后，車(chē)削中心在中國(guó)市場(chǎng)開(kāi)始逐漸興起。車(chē)削中心應(yīng)用范圍廣泛，幾乎可以用于任何行業(yè)的車(chē)銑加工工序的整合。但目前來(lái)看，相當(dāng)數(shù)量的下游廠商對(duì)復(fù)合加工的意識(shí)和優(yōu)勢(shì)認(rèn)知仍然不足。

　　目前，各家車(chē)削中心廠商在努力開(kāi)拓半導(dǎo)體、風(fēng)電等新興戰(zhàn)略行業(yè)客戶，減少對(duì)傳統(tǒng)行業(yè)的客戶群體依賴。新興行業(yè)的潛在需求會(huì)極大程度帶動(dòng)車(chē)削中心未來(lái)市場(chǎng)規(guī)模的增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2025年市場(chǎng)規(guī)模將突破60億元。

　　(2)五軸車(chē)銑復(fù)合加工中心市場(chǎng)

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

　　五軸車(chē)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(shì)。國(guó)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(guó)內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用率仍處于較低水平。

　　3 車(chē)銑復(fù)合機(jī)床的下游應(yīng)用

　　汽車(chē)行業(yè)是車(chē)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(chē)、精密醫(yī)療器械、風(fēng)電、航空航天等行業(yè)。車(chē)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(guò)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(chē)銑復(fù)合機(jī)床進(jìn)行試驗(yàn)樣品和模具的精密加工，也可大幅降低設(shè)計(jì)和制造難度。

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

　　4 國(guó)產(chǎn)車(chē)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(chē)削中心方面，國(guó)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(lái)國(guó)產(chǎn)車(chē)削中心的市場(chǎng)份額增長(zhǎng)迅速，極大超越進(jìn)口車(chē)削中心(圖5)。海德曼、紐威等頭部數(shù)控車(chē)床生產(chǎn)商早已布局車(chē)削中心的研發(fā)和生產(chǎn)，MAZAK、OKUMA等頭部外資品牌也將越來(lái)越多的車(chē)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(guó)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(guó)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(guó)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(diǎn)在提升加工精度、穩(wěn)定性、車(chē)銑功率等方面。未來(lái)，國(guó)產(chǎn)車(chē)削中心有望對(duì)高端進(jìn)口機(jī)型實(shí)現(xiàn)全面替代。

　　與車(chē)削中心國(guó)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(chē)銑復(fù)合加工中心的國(guó)產(chǎn)化率仍處于較低水平，國(guó)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(guó)內(nèi)的可行性不大。

　　近年來(lái)，國(guó)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(chǎng)認(rèn)可度目前普遍不高。下游生產(chǎn)中仍會(huì)選擇分序加工或采購(gòu)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(guó)產(chǎn)與進(jìn)口車(chē)削中心市場(chǎng)規(guī)模對(duì)比(按金額)

圖6 2019-2025E國(guó)產(chǎn)與進(jìn)口五軸車(chē)銑復(fù)合加工中心市場(chǎng)規(guī)模對(duì)比(按金額)

　　5 車(chē)銑復(fù)合機(jī)床廠商競(jìng)爭(zhēng)格局

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

　　相較于車(chē)削中心，五軸車(chē)銑復(fù)合加工中心由于技術(shù)壁壘較高，從業(yè)廠商相對(duì)較少，所以競(jìng)爭(zhēng)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(chē)削中心廠商競(jìng)爭(zhēng)格局(按金額)

圖8 2023年五軸車(chē)銑復(fù)合加工中心廠商競(jìng)爭(zhēng)格局(按金額)

　　6 結(jié)語(yǔ)

　　無(wú)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(chē)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(guó)產(chǎn)替代所帶來(lái)的機(jī)床價(jià)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(lái)在各個(gè)下游行業(yè)尤其是汽車(chē)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(chē)銑復(fù)合機(jī)床更為廣闊的市場(chǎng)空間。

　　經(jīng)過(guò)多年的研發(fā)投入，國(guó)產(chǎn)車(chē)銑復(fù)合機(jī)床對(duì)日系、臺(tái)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(chē)銑復(fù)合機(jī)領(lǐng)域，無(wú)論是車(chē)削中心還是五軸車(chē)銑復(fù)合加工中心，國(guó)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(duì)車(chē)銑復(fù)合機(jī)床需求的日益擴(kuò)大，主流國(guó)產(chǎn)機(jī)床廠商都在五軸車(chē)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(chē)銑復(fù)合機(jī)床的全面國(guó)產(chǎn)化也將指日可待。

圖9 五軸車(chē)銑復(fù)合加工中心加工的部分零部件