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《2014中國金屬雕刻機市場研究報告》

文：2014年第六期

1 金屬雕刻機行業(yè)自動化產(chǎn)品應用介紹

在金屬雕刻機行業(yè)，應用自動化產(chǎn)品最多、最為廣泛的莫過于數(shù)控金屬雕刻機。數(shù)控金屬雕刻機一般由輸入裝置、數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、測量環(huán)節(jié)和金屬雕刻機床體（組成金屬雕刻機本體的各機械部件）組成。數(shù)控金屬雕刻機組成示意圖如圖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算機。在數(shù)控金屬雕刻機產(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)控金屬雕刻機的核心與主導，完成所有加工數(shù) 據(jù) 的處理、計算工作，最終實現(xiàn)數(shù)控金屬雕刻機各功能的指揮工作。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的軟件。

（3）檢測反饋裝置：由檢測元件和相應的電路組成，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)控金屬雕刻機加工精度。

（4）金屬雕刻機主機：數(shù)控金屬雕刻機的主體，包括床身、主軸、進給傳動機構等機械部件。

A.CNC系統(tǒng)在數(shù)控金屬雕刻機中的應用

CNC系統(tǒng)最主要的應用領域是數(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)控金屬雕刻機主要控制系統(tǒng)，對金屬雕刻機設備的影響極為關鍵。

B.HMI在數(shù)控金屬雕刻機中的應用

為實現(xiàn)數(shù)控金屬雕刻機和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。

C.伺服系統(tǒng)在數(shù)控金屬雕刻機中的應用

伺服系統(tǒng)是以機械運動的驅動設備—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)行機構的電氣傳動控制系統(tǒng)。這類系統(tǒng)控制電機的轉矩、轉速和轉角，將電能轉換為機械能，實現(xiàn)運動機械的運動要求。具體在數(shù)控金屬雕刻機中，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驅動金屬雕刻機坐標軸、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)生各種復雜的機械運動，從而加工出用戶所需的工件。

D.電機在數(shù)控金屬雕刻機中的應用

金屬雕刻機在設計中采用直線電機驅動，對減輕運動部件質量、加強金屬雕刻機剛性、解決高速高加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。

E.低壓電器在數(shù)控金屬雕刻機中的應用

低壓電器在各種電控設備中都有廣泛應用，數(shù)控金屬雕刻機中的低壓電器種類也相對較多，如低壓斷路器、熔斷保護器、開關等部件。

2 金屬雕刻機行業(yè)自動化市場容量

金屬雕刻機行業(yè)使用的自動化產(chǎn)品包括伺服系統(tǒng)、HMI、變頻器等。各類金屬雕刻機用產(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，得到如表1所示數(shù)據(jù)。

A. HMI在金屬雕刻機行業(yè)市場容量

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?；久糠N數(shù)控金屬雕刻機都需要一個人機界面來連接機器與人的操控。

2013年HMI產(chǎn)品在金屬雕刻機行業(yè)整體行業(yè)應用占比為6.43%，隨著金屬雕刻機行業(yè)在2013年的穩(wěn)定發(fā)展，展現(xiàn)出來的良好形勢來判斷，未來金屬雕刻機行業(yè)對HMI的需求將會有更大的提升。

]B. 伺服系統(tǒng)在金屬雕刻機行業(yè)市場容量

作為數(shù)控金屬雕刻機的重要功能部件，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。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)展了多種伺服驅動技術。可以預見隨著超高速切削、超精密加工、網(wǎng)絡制造等先進制造技術的發(fā)展，具有網(wǎng)絡接口的全數(shù)字伺服系統(tǒng)、直線電動機及高速電主軸等將成為數(shù)控金屬雕刻機行業(yè)的關注的熱點，并成為伺服系統(tǒng)的發(fā)展方向。由此可以判斷，應用在電機上伺服系統(tǒng)將愈加廣泛。

目前在金屬雕刻機行業(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額度的80%以上，其余如西門子，臺達等產(chǎn)品市場份額比較少。

2013年伺服電機在金屬雕刻機行業(yè)應用占比為70.12%，是金屬雕刻機自動化產(chǎn)品中占比最大的產(chǎn)品。

C. 變頻器在金屬雕刻機市場容量

隨著電力電子技術磨床發(fā)展，變頻調(diào)速技術磨床越來越普及，機械加工行業(yè)變頻器磨床應用收到很好磨床效果。變頻器磨床無級調(diào)速，軟啟動，恒轉矩輸出極大磨床滿足了機械加工設備對恒速度/恒轉矩磨床要求。

主軸系統(tǒng)是數(shù)控雕刻機的重要組成部件，其性能對數(shù)控雕刻機整機的性能有著至關重要的影響。數(shù)控雕刻機要求主軸系統(tǒng)采用無級變速，目前多采用變頻器驅動異步交流電機來實現(xiàn)。主軸電機多采用兩極高速無刷水冷電機，噪音小、切割力度大。運行轉速一般在0～24000r/min，對應的變頻器運行頻率為0～400Hz。為了提高加工效率，大型的雕刻機會裝有多個主軸機頭，一臺變頻器同時驅動多個主軸電機工作。

2013年變頻器產(chǎn)品在金屬雕刻機行業(yè)應用占比為23.44%。隨著未來金屬雕刻機的發(fā)展，變頻器應用會越來越廣泛。

3 金屬雕刻機行業(yè)自動化產(chǎn)品供應商和市場份額

A. HMI

HMI是操作人員與數(shù)控裝置進行信息交流的工具，主要用來實現(xiàn)系統(tǒng)各個參數(shù)的狀態(tài)值等監(jiān)視、設置加工初始值信息等。HMI與伺服驅動系統(tǒng)之間進行通信，實時采集機床實際運行中的各項參數(shù)并給定相關參數(shù)值調(diào)整控制器相關動作。HMI提供串口作為通信接口，能夠作為Modbus從站與Modbus主站設備實現(xiàn)現(xiàn)場總線通信。伺服驅動系統(tǒng)作為CANopen主站，能實時將控制器參數(shù)上傳到人機界面HMI，并且根據(jù)人機界面HMI的給定量參數(shù)值進行相關動作調(diào)整。

隨著HMI產(chǎn)品應用越來越廣泛，用戶對產(chǎn)品功能的要求也逐漸提高。該市場的競爭日趨激烈，低端人機界面產(chǎn)品帶來的利潤已經(jīng)十分有限，供應商已經(jīng)已經(jīng)將大尺寸、高性能的HMI產(chǎn)品作為主力產(chǎn)品來推動。

B. 伺服系統(tǒng)

作為數(shù)控金屬雕刻機的重要功能部件，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。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)展了多種伺服驅動技術。可以預見隨著超高速切削、超精密加工、網(wǎng)絡制造等先進制造技術的發(fā)展，具有網(wǎng)絡接口的全數(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)的關注的熱點，并成為伺服系統(tǒng)的發(fā)展方向。

為此，國內(nèi)越來越多的廠家不斷改進伺服技術，爭先在中國市場占有一定的份額。

C. 變頻器

變頻器是指應用變頻技術與微電子技術，通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設備。

變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅動單元、檢測單元微處理單元等組成。隨著電力電子技術磨床發(fā)展，變頻調(diào)速技術磨床越來越普及，機械加工行業(yè)變頻器磨床應用收到很好磨床效果。變頻器磨床無級調(diào)速，軟啟動，恒轉矩輸出極大磨床滿足了機械加工設備對恒速度/恒轉矩磨床要求。

供稿/德佳咨詢（www.delkaconsulting.com）

《2014中國金屬雕刻機市場研究報告》

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