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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 金屬雕刻機行業自動化產品應用介紹

在金屬雕刻機行業，應用自動化產品最多、最為廣泛的莫過于數控金屬雕刻機。數控金屬雕刻機一般由輸入裝置、數控系統、伺服系統、測量環節和金屬雕刻機床體（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。在數控金屬雕刻機產生的初期，輸入裝置為穿孔紙帶，現已趨于淘汰；目前，使用鍵盤、磁盤等，大大方便了信息輸入工作。

（2）數控裝置：數控裝置是數控金屬雕刻機的核心與主導，完成所有加工數據的處理、計算工作，最終實現數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，并將信息反饋于數控裝置，實現閉環控制以保證數控金屬雕刻機加工精度。

（4）金屬雕刻機主機：數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系統在數控金屬雕刻機中的應用

CNC系統最主要的應用領域是數控車床，隨著數控車床產量的增長，對CNC系統的需求量也在不斷上升。CNC作為數控金屬雕刻機主要控制系統，對金屬雕刻機設備的影響極為關鍵。

B.HMI在數控金屬雕刻機中的應用

為實現數控金屬雕刻機和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行。

C.伺服系統在數控金屬雕刻機中的應用

伺服系統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行機構的電氣傳動控制系統。這類系統控制電機的轉矩、轉速和轉角，將電能轉換為機械能，實現運動機械的運動要求。具體在數控金屬雕刻機中，伺服系統接收數控系統發出的位移、速度指令，經變換、放大與調整后，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，通過軸的聯動使刀具相對工件產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、伺服系統與電機的匹配和優化調試等方面做了突出的貢獻。

E.低壓電器在數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 金屬雕刻機行業自動化市場容量

金屬雕刻機行業使用的自動化產品包括伺服系統、HMI、變頻器等。各類金屬雕刻機用產品的市場容量規模相對都比較大，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所示數據。

A. HMI在金屬雕刻機行業市場容量

HMI即操作面板，是操作人員與數控裝置進行信息交流的工具組成：按鈕站/狀態燈/按鍵陣列/顯示器。基本每種數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產品在金屬雕刻機行業整體行業應用占比為6.43%，隨著金屬雕刻機行業在2013年的穩定發展，展現出來的良好形勢來判斷，未來金屬雕刻機行業對HMI的需求將會有更大的提升。

]B. 伺服系統在金屬雕刻機行業市場容量

作為數控金屬雕刻機的重要功能部件，伺服系統的特性一直是影響系統加工性能的重要指標。圍繞伺服系統動態特性與靜態特性的提高，近年來發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、網絡制造等先進制造技術的發展，具有網絡接口的全數字伺服系統、直線電動機及高速電主軸等將成為數控金屬雕刻機行業的關注的熱點，并成為伺服系統的發展方向。由此可以判斷，應用在電機上伺服系統將愈加廣泛。

目前在金屬雕刻機行業主要采用的伺服產品以日系品牌產品為主，主要為安川，三菱，松下等日系品牌產品，占比約為整體伺服采購額度的80%以上，其余如西門子，臺達等產品市場份額比較少。

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

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展，變頻調速技術磨床越來越普及，機械加工行業變頻器磨床應用收到很好磨床效果。變頻器磨床無級調速，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。

主軸系統是數控雕刻機的重要組成部件，其性能對數控雕刻機整機的性能有著至關重要的影響。數控雕刻機要求主軸系統采用無級變速，目前多采用變頻器驅動異步交流電機來實現。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年變頻器產品在金屬雕刻機行業應用占比為23.44%。隨著未來金屬雕刻機的發展，變頻器應用會越來越廣泛。

3 金屬雕刻機行業自動化產品供應商和市場份額

A. HMI

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

隨著HMI產品應用越來越廣泛，用戶對產品功能的要求也逐漸提高。該市場的競爭日趨激烈，低端人機界面產品帶來的利潤已經十分有限，供應商已經已經將大尺寸、高性能的HMI產品作為主力產品來推動。

B. 伺服系統

作為數控金屬雕刻機的重要功能部件，伺服系統的特性一直是影響系統加工性能的重要指標。圍繞伺服系統動態特性與靜態特性的提高，近年來發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、網絡制造等先進制造技術的發展，具有網絡接口的全數字伺服系統、直線電動機及高速電主軸等將成為數控機床行業的關注的熱點，并成為伺服系統的發展方向。

為此，國內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展，變頻調速技術磨床越來越普及，機械加工行業變頻器磨床應用收到很好磨床效果。變頻器磨床無級調速，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。