【悉恩悉机床网】在消费市场对产品品质精益化需求的推动下，近年来国内高端数控机床行业进入到一个高速发展的阶段。数控机床作为装备制造业的“工作母机”，在“中国制造2025”规划中被列为国家重点发展的技术领域之一。

　　从新近发布的中国机床工具工业协会的统计数据可以看到，2017年整体中国机床工具市场的需求总量趋稳，需求结构加速升级，已成为机床工具行业的常态，同时分化态势日趋明显，其中功能部件、附件优于主机，成形机床优于金切机床。2017年全年，中国机床工具行业全国规模以上企业完成主营业务收入9922.8亿元，同比增长6.1%；实现利润总额686.3亿元，同比增长21.1%。其中，金属切削机床累计生产64.3万台，同比增长6.8%；金属成形机床累计生产30.6万台，同比增长1.7%；金属切削工具累计生产83.1亿件，同比增长12.3%；铸造机械累计生产237.9万台，产量同比增长8.8%。

　　从2018年1-2月进出口数据显示，国内机床工具市场均呈现两位数增长，其中金属加工机床进口同比增长57.84%。通过对统计数据及产品结构的分析，可以得出中国机床工具消费市场呈现“总量趋稳、结构升级”的新特征，未来将呈现温和增长的趋势。中国机床工具工业协会毛予锋副理事长指出，2018年机床市场需求将温和增长，产出持平或小幅增长，机床工具进出口也均会继续增长；近年来，国产机床取得的成绩有目共睹，尤其是在汽车、3C电子制造等领域颇具竞争力，在行业转型升级过程中，中国机床工具要保持原有的优势，持续强化基础应用研究，还要结合智能化、信息化等先进技术，争取实现中国机床工具行业“弯道超车”。

　　就市场规模销售前景来看，受益于中国汽车、航空航天、船舶、电力设备、工程机械等行业的快速发展，对机床市场，尤其是数控机床将产生巨大需求。未来五年，国内数控机床由于技术发展以及下游市场逐渐复苏等原因，将会继续保持10%-12%的增长速度，到2022年，中国数控机床行业的市场规模预计将突破5,000亿元，如图1所示。

图1：2017-2023年中国数控机床行业市场规模预测（单位：亿元）

　　数控机床市场现况及组件部分

    数控机床的分类，总体来讲包含加工中心、金属切削、特种加工、成型加工和其他等。

    加工中心：多轴联动、柔性加工单元；

    金属切削：数控车床、数控铣床、数控镗床、数控钻床、数控磨床、数控冲床；

    特种加工：电火花线切割机床、电火花成型机床、火焰切割机床、激光加工机床、高压水切割机床、数控自动焊接设备；

    成型机床：数控压力机、数控剪板机、数控折弯机、数控弯管机、多坐标测量机；

    其他：自动绘图机、工业机器人及专用数控系统。

　　目前来看，数控机床行业高端市场主要由欧美日韩等企业所占据，市场上重要的数控机床厂商主要包括DMGMORI、YamazakiMazak、FFG、Jtekt、Okuma、Makino、Doosan、Grob、Haas、GF等；国内的主要市场参与者包括沈阳、大连、济南、秦川等机床厂。

　　数控机床的电器部件大致上可包括：数控系统、伺服系统、控制电器、主轴系统、供电系统等几大部分（如图2所示）。

图2：数控机床的电器部件组成

　　在数控系系统部分，国产数控系统厂家主要为华中数控、广州数控、大连光洋、沈阳高精和航天数控等；激光数控机床主要有大族激光、金运激光、京华激光等。国内数控系统在高速、高精、五轴加工和智能化等方面仍有明显差距。据统计，2017年在高端数控机床的数控系统方面，国内产品仅占17.6%；而在普及型数控机床的数控系统中，虽然国产化率达到87.5%左右，但国产数控机床当中超出83.2%使用国外数控系统、88.5%使用进口伺服系统/电机。

　　在伺服系统方面，目前一些工业发达国家的伺服系统生产厂家基本上均能够提供全数字交流伺服系统或者可以与自己的CNC系统相配套，如日本FANUC、三菱电机、安川电机、松下、山洋电机、德国Siemens、力士乐Indramat、Lenze、美国A.B、Kollmorgen、Relliance、Baldor、PacificScientific等；国内伺服厂商则多以提供配套产品为主。

　　数控机床之技术链

　　数控机床的技术链由六大部分组成，大致上包括数控系统实时核技术、直驱电机加工控制技术、伺服电机加工控制技术、直线传感分辨率技术、角度传感分辨率技术和数控系统现场总线技术等，如图3所示。

图3：数控机床技术链六大组成部分

　　数控机床就组成而言，主要分为机床主体、传动系统和数控系统三大部分。机床主体是机床的主要组成部分，也是机床的硬件，是机床的重要机械附件部分。传动系统是数控机床的重要“脉络”，主导机床各部分的有序进行及完成机床的工作使命，他包括刀具、传动机械和辅助动力系统。

　　数控系统，可以说是数控机床的“灵魂”所在，是机床完成各项功能和作业精髓所在。数控系统基本又包括两大部分：（1）驱动装置，它包括高速主轴、力矩电机、直线电机、普通电机和步进电机；（2）控制及检测装置，包括CNC系统、可编程序控制器、进给伺服控制模块、位置检测模块等。

　　作为数控机床的执行机构，伺服系统将电力电子器件、控制、驱动及保护等集为一体，并随着数字脉宽调制技术、特种电机材料技术、微电子技术及现代控制技术的进步，经历了从步进到直流，进而到交流的发展历程。进给伺服以数控机床的各坐标为控制对象，产生机床的切削进给运动。为此，要求进给伺服能快速调节坐标轴的运动速度，并能精确地进行位置控制，具体要求其调速范围宽、位移精度高、稳定性好、动态响应快。根据系统使用的电动机，进给伺服可细分为步进伺服、直流伺服、交流伺服和直线伺服四类。

　　而在主轴伺服部分，由于数字式交流异步伺服系统加速特性近似直线，时间短，且可提高主轴定位控制时系统的刚性和精度，操作方便，因此是机床主轴驱动采用的主要形式。但与此同时，近年来，随着高能低价永磁体的开发和性能的不断提高，使得采用永磁同步调速电动机的交流同步伺服系统日益增多。此外，电主轴是电动机与主轴融合在一起的产物，它将主轴电动机的定子、转子直接装入主轴组件的内部，电动机的转子即为主轴的旋转部分，由于取消了齿轮变速箱的传动与电动机的连接，实现了主轴系统的一体化、“零传动”。因此，其具有结构紧凑、重量轻、惯性小、动态特性好等优点，并可改善机床的动平衡，避免振动和噪声，目前在超高速切削机床上得到了广泛的应用。

　　数控机床朝着高精、高速方向发展

　　伴随着中国装备制造业的整体转型升级，国内数控机床的技术发展正朝着高精度、高速、智能化、高柔性、复合化、高可靠度、网络化、开放式方向迈进。

　　提高数控机床的加工精度，一般可通过减少数控系统的误差和采用机床误差补偿技术等方法来实现。在减少CNC系统控制误差方面，通常采取提高数控系统的分辨率、提高位置检测精度、在位置伺服系统中采用前馈控制与非线性控制等方法；在机床误差补偿技术方面，除采用齿隙补偿、丝杠螺距误差补偿和刀具补偿等技术外，还可对设备热变形进行误差补偿。另外，伺服系统的质量直接关系到数控机床的加工精度，为此，现代数控机床采用了交流数字伺服系统，并采用新型控制理论可实现高速响应伺服系统。

　　要实现数控设备高速化，首先要求数控系统能对由微小程序段构成的加工程序进行高速处理，以计算出伺服电机的移动量。同时要求伺服电机能高速度地做出反应，采用32位及64位微处理器，是提高数控系统高速处理能力的有效手段。实现数控设备高速化的关键是提高切削速度、进给速度和减少辅助时间。

　　采用柔性自动化设备或系统，是提高加工精度和效率、缩短生产周期，适应市场变化需求和提高竞争能力的有效手段。数控机床在提高单机柔性化的同时，正朝着单元柔性化和系统柔性化的方向发展。如出现了可编程控制器（PLC)控制的可调组合机床、数控多轴加工中心、换刀换箱式加工中心、数控三坐标动力单元等具有柔性的高效加工设备、柔性加工单元(FMC)、柔性制造系统（FMS)以及介于传统自动线与FMS之间的柔性制造线（FTU）。

　　为适应制造业生产柔性化、自动化发展的需要，智能化正成为数控设备研究及发展的热点，它不仅贯穿于生产加工的全过程（如智能编程、智能数据库、智能监控），还贯穿于产品的售后服务和维修中。例如：自适应控制技术可根据切削条件的变化，自动调节工作参数，使加工系统能保持最佳工作状态，从而得到较高的加工精度和较低的表面粗糙度，同时也能提高刀具的使用寿命和设备的生产效率，达到改进系统运行状态的目的；故障自诊断、自修复技术在整个工作状态中，系统随时对CNC系统本身以及与其相连的各种设备进行自诊断、检查；模式识别技术应用图像识别和声控技术，使机器自己辨认图样，按照自然语音命令进行加工。

　　在零部件一体化程度不断提高、数量不断减少的同时，加工的产品形状日益复杂。另外，产品周期的缩短要求加工机床能够随时调整和适应新的变化，以满足各种各样产品的加工需求，这就要求1台机床能够处理以往需要几台机床处理的工序，复合型机床成为大势所趋。在保持工序集中和减少工件重新安装定位的前提下，使更多的不同加工过程复合在一台机床上，以减少占地面积，减少零件传送和库存，保证加工精度和节能降耗的要求。

　　为了提高数控机床的可靠性，数控系统采用更高集成度的电路芯片，利用大规模或超大规模的专用及混合式集成电路，以减少元器件的数景，提高可靠性。通过硬件功能软件化，以适应各种控制功能的要求，同时采用硬件结构机床本体的模块化、标准化和通用化及系列化，使得既提高硬件生产批量，又便于组织生产和质量把关。

　　数控机床的网络化，主要是指机床通过所配装的数控系统与外部的其他控制系统或上位计算机进行网络连接和网络控制。随着信息化技术在数控机床上的大量采用，目前越来越多的国内用户在进口数控机床时要求具有远程通信服务等功能。

　　开放式体系结构可以大量采用通用微机的先进技术，如多媒体技术，实现声控自动编程、图形扫描自动编程等，其新一代数控系统的硬件、软件和总线规范都是对外开放的，由于有充足的软、硬件资源可供利用，不仅使数控系统制造商和用户进行系统集成得到有力的支持，而且也为用户的二次开发带来极大方便，促进了数控系统多档次、多品种的开发和广泛应用。