機床行業系列專題(二)：數控機床的簡單結構拆解

專題研究
　　我們在上篇專題《機床行業系列專題（一）：工業母機，快速突圍》中介紹了機床的種類和主要參與企業等基本概念，同時也提到了國內機床行業的數控化發展趨勢，數控機床的普及率將快速提升，在數控機床領域將面臨更加卡脖子的技術和工藝，每一個核心零部件的突破都將推進工業母機的國產化，接下來我們將用數周的時間介紹數控機床的原理、結構和核心零部件。
　　隨著科學技術的飛速發展，社會對產品多樣化的要求日益強烈，產品更新越來越快，多品種、中小批量生產的比重明顯增大。為了實現單件、小批量、特別是復雜型面零件加工的自動化并滿足質量要求，數字控制機床應運而生。數控機床將加工過程的工藝信息數字化，通過信息載體輸入數控裝置，用數字信息控制機床自動地將零件加工出來。
　　數控系統的工作過程大致可分為三步：（1）數控系統接收數控程序（NC 代碼）；（2）“翻譯”NC 代碼為機器碼；（3）將機器碼轉換為控制信號。對于一臺完整的數控機床來說，一般由數控程序、數控裝置、伺服系統（伺服驅動裝置、伺服電動機、位置檢測裝置）、可編程控制器PLC、機床本體（主運動機構、進給運動機構、刀庫/刀塔、床身支承件等）及輔助裝置（冷卻、潤滑、轉位和夾緊等）組成。
　　伺服系統是以機床移動部件的位置和速度為控制量的自動控制系統。伺服系統決定了數控機床的精度、穩定性、可靠性和加工效率，技術進步方向主要在需求精度高、穩定性好、快速響應、調速范圍寬、低速大轉矩等方面。伺服系統按照控制方式及有無檢測反饋環節可分為開環伺服系統、全閉伺服系統、半閉環伺服系統，其執行部件不同，開環伺服系統為步進電動機，其余兩種為交流/直流伺服電動機。我國伺服電機市場規模呈現穩步增長態勢，預計今年市場規模將超過195 億元，下游應用機床工具行業占主要位置。目前國內伺服電機產品主要集中在中低端市場，主流為5kw 以下的中小型產品，且產品尺寸偏大，高端市場仍然依賴進口，國際上領先的企業如松下、安川、三菱、西門子、博世力士樂等。
　　數控機床主體中的主運動結構，是驅動主軸實現切削基本運動的系統。而“電主軸”，或稱“主軸單元”，是在數控機床領域出現的、將原本的機械主軸與主軸電機融為一體的新技術。這種主軸電動機與機床主軸“合二為一”的傳動結構形式，使主軸部件從機床的傳動系統和整體結構中區分出來，電機主軸不依賴外部電機提供扭矩和功率，電機作為主軸和殼體組件的一個組成部分，以達到高轉速、高精度、高效率、低噪音、高可靠性等諸多優勢。我國電主軸行業正處于迅速擴大、競爭加劇的階段，2022 年中國電主軸市場規模達到5.26億美元，預計2028 年將達到7.74 億美元，同時電主軸產品價格在競爭加劇的環境下呈現下降趨勢。大功率、高轉速、高主軸回轉精度是電主軸產品的技術迭代方向。我國電主軸產業化起步較晚，與瑞士、德國等先進水平仍有一定差距，但正在持續追趕之中。
　　風險提示：
　　機床行業需求不及預期風險；核心零部件供應受阻風險；海外市場出口壓力增大風險；政策引導力度低于預期風險。
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（責任編輯：王丹 ）

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