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《2014中國(guó)金屬雕刻機(jī)市場(chǎng)研究報(bào)告》

文：2014年第六期

1 金屬雕刻機(jī)行業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品應(yīng)用介紹

在金屬雕刻機(jī)行業(yè)，應(yīng)用自動(dòng)化產(chǎn)品最多、最為廣泛的莫過于數(shù)控金屬雕刻機(jī)。數(shù)控金屬雕刻機(jī)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)和金屬雕刻機(jī)床體（組成金屬雕刻機(jī)本體的各機(jī)械部件）組成。數(shù)控金屬雕刻機(jī)組成示意圖如圖1所示。

（1）輸入輸出裝置：輸入裝置可將不同加工信息傳遞于計(jì)算機(jī)。在數(shù)控金屬雕刻機(jī)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：數(shù)控裝置是數(shù)控金屬雕刻機(jī)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)控金屬雕刻機(jī)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）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)控金屬雕刻機(jī)加工精度。

（4）金屬雕刻機(jī)主機(jī)：數(shù)控金屬雕刻機(jī)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。

A.CNC系統(tǒng)在數(shù)控金屬雕刻機(jī)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)控金屬雕刻機(jī)主要控制系統(tǒng)，對(duì)金屬雕刻機(jī)設(shè)備的影響極為關(guān)鍵。

B.HMI在數(shù)控金屬雕刻機(jī)中的應(yīng)用

為實(shí)現(xiàn)數(shù)控金屬雕刻機(jī)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。

C.伺服系統(tǒng)在數(shù)控金屬雕刻機(jī)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)控金屬雕刻機(jī)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)金屬雕刻機(jī)坐標(biāo)軸、主軸帶動(dòng)工作臺(tái)及刀架，通過軸的聯(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。

D.電機(jī)在數(shù)控金屬雕刻機(jī)中的應(yīng)用

金屬雕刻機(jī)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)金屬雕刻機(jī)剛性、解決高速高加速運(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)。

E.低壓電器在數(shù)控金屬雕刻機(jī)中的應(yīng)用

低壓電器在各種電控設(shè)備中都有廣泛應(yīng)用，數(shù)控金屬雕刻機(jī)中的低壓電器種類也相對(duì)較多，如低壓斷路器、熔斷保護(hù)器、開關(guān)等部件。

2 金屬雕刻機(jī)行業(yè)自動(dòng)化市場(chǎng)容量

金屬雕刻機(jī)行業(yè)使用的自動(dòng)化產(chǎn)品包括伺服系統(tǒng)、HMI、變頻器等。各類金屬雕刻機(jī)用產(chǎn)品的市場(chǎng)容量規(guī)模相對(duì)都比較大，我們跟蹤市場(chǎng)上重要用戶及多個(gè)廠家的使用情況，得到如表1所示數(shù)據(jù)。

A. HMI在金屬雕刻機(jī)行業(yè)市場(chǎng)容量

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)控金屬雕刻機(jī)都需要一個(gè)人機(jī)界面來(lái)連接機(jī)器與人的操控。

2013年HMI產(chǎn)品在金屬雕刻機(jī)行業(yè)整體行業(yè)應(yīng)用占比為6.43%，隨著金屬雕刻機(jī)行業(yè)在2013年的穩(wěn)定發(fā)展，展現(xiàn)出來(lái)的良好形勢(shì)來(lái)判斷，未來(lái)金屬雕刻機(jī)行業(yè)對(duì)HMI的需求將會(huì)有更大的提升。

]B. 伺服系統(tǒng)在金屬雕刻機(jī)行業(yè)市場(chǎng)容量

作為數(shù)控金屬雕刻機(jī)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)控金屬雕刻機(jī)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。

目前在金屬雕刻機(jī)行業(yè)主要采用的伺服產(chǎn)品以日系品牌產(chǎn)品為主，主要為安川，三菱，松下等日系品牌產(chǎn)品，占比約為整體伺服采購(gòu)額度的80%以上，其余如西門子，臺(tái)達(dá)等產(chǎn)品市場(chǎng)份額比較少。

2013年伺服電機(jī)在金屬雕刻機(jī)行業(yè)應(yīng)用占比為70.12%，是金屬雕刻機(jī)自動(dòng)化產(chǎn)品中占比最大的產(chǎn)品。

C. 變頻器在金屬雕刻機(jī)市場(chǎng)容量

隨著電力電子技術(shù)磨床發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)磨床越來(lái)越普及，機(jī)械加工行業(yè)變頻器磨床應(yīng)用收到很好磨床效果。變頻器磨床無(wú)級(jí)調(diào)速，軟啟動(dòng)，恒轉(zhuǎn)矩輸出極大磨床滿足了機(jī)械加工設(shè)備對(duì)恒速度/恒轉(zhuǎn)矩磨床要求。

主軸系統(tǒng)是數(shù)控雕刻機(jī)的重要組成部件，其性能對(duì)數(shù)控雕刻機(jī)整機(jī)的性能有著至關(guān)重要的影響。數(shù)控雕刻機(jī)要求主軸系統(tǒng)采用無(wú)級(jí)變速，目前多采用變頻器驅(qū)動(dòng)異步交流電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。主軸電機(jī)多采用兩極高速無(wú)刷水冷電機(jī)，噪音小、切割力度大。運(yùn)行轉(zhuǎn)速一般在0～24000r/min，對(duì)應(yīng)的變頻器運(yùn)行頻率為0～400Hz。為了提高加工效率，大型的雕刻機(jī)會(huì)裝有多個(gè)主軸機(jī)頭，一臺(tái)變頻器同時(shí)驅(qū)動(dòng)多個(gè)主軸電機(jī)工作。

2013年變頻器產(chǎn)品在金屬雕刻機(jī)行業(yè)應(yīng)用占比為23.44%。隨著未來(lái)金屬雕刻機(jī)的發(fā)展，變頻器應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛。

3 金屬雕刻機(jī)行業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品供應(yīng)商和市場(chǎng)份額

A. HMI

HMI是操作人員與數(shù)控裝置進(jìn)行信息交流的工具，主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各個(gè)參數(shù)的狀態(tài)值等監(jiān)視、設(shè)置加工初始值信息等。HMI與伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)之間進(jìn)行通信，實(shí)時(shí)采集機(jī)床實(shí)際運(yùn)行中的各項(xiàng)參數(shù)并給定相關(guān)參數(shù)值調(diào)整控制器相關(guān)動(dòng)作。HMI提供串口作為通信接口，能夠作為Modbus從站與Modbus主站設(shè)備實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線通信。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為CANopen主站，能實(shí)時(shí)將控制器參數(shù)上傳到人機(jī)界面HMI，并且根據(jù)人機(jī)界面HMI的給定量參數(shù)值進(jìn)行相關(guān)動(dòng)作調(diào)整。

隨著HMI產(chǎn)品應(yīng)用越來(lái)越廣泛，用戶對(duì)產(chǎn)品功能的要求也逐漸提高。該市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，低端人機(jī)界面產(chǎn)品帶來(lái)的利潤(rùn)已經(jīng)十分有限，供應(yīng)商已經(jīng)已經(jīng)將大尺寸、高性能的HMI產(chǎn)品作為主力產(chǎn)品來(lái)推動(dòng)。

B. 伺服系統(tǒng)

作為數(shù)控金屬雕刻機(jī)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。

為此，國(guó)內(nèi)越來(lái)越多的廠家不斷改進(jìn)伺服技術(shù)，爭(zhēng)先在中國(guó)市場(chǎng)占有一定的份額。

C. 變頻器

變頻器是指應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機(jī)工作電源頻率方式來(lái)控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備。

變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元微處理單元等組成。隨著電力電子技術(shù)磨床發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)磨床越來(lái)越普及，機(jī)械加工行業(yè)變頻器磨床應(yīng)用收到很好磨床效果。變頻器磨床無(wú)級(jí)調(diào)速，軟啟動(dòng)，恒轉(zhuǎn)矩輸出極大磨床滿足了機(jī)械加工設(shè)備對(duì)恒速度/恒轉(zhuǎn)矩磨床要求。

供稿/德佳咨詢（www.delkaconsulting.com）

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