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根據中國機床工具工業協會對重點聯系企業的統計數據，以及協會企業調研情況和部分分會提供的資料顯示，2021年1-12月，行業整體運行保持穩定增長，運行效益持續提升，全年總體呈現增速前高后低、分行業間差異逐漸加大的特點，總體來看，各項主要指標整體仍保持在較高水平：全年月累計完成營業收入同比增長26.2%，增幅比上年擴大23.2個百分點，所有分行業同比增幅均在10%以上（見表1）。綜合考慮各種有利與不利因素，預計2022年我國機床工具行業將延續2021年的良好運行態勢，但因2021年基數較高，2022年全年營業收入等主要指標可能與2021年持平或略有增長。

表1  2021年1-12月重點聯系企業部分分行業營業收入同比情況（資料來源：中國機床工具工業協會）

從中國機床工具工業協會的統計數據來看，2021年金屬加工機床產量和訂單量均明顯增加，其中，從圖1、圖2看，金屬切削機床和金屬成形機床近三年的產量同比增速變化，與營業收入的同比增速變化趨勢相似，但相對而言，金屬切削機床產量同比增勢更強一些。

圖1  金屬切削機床產量同比增速情況（資料來源：中國機床工具工業協會）

圖2  金屬成形機床產量同比增速情況（資料來源：中國機床工具工業協會）

另一方面，有行業頭部企業估算，在通用領域，目前中國立式加工中心、車床、臥式加工中心和龍門加工中心的市場需求分別約為10-12萬臺/年、10-12萬臺/年、4,000-6,000臺/年和3,000-5,000臺/年；在3C領域，存量替換和新興需求將驅動國內鉆攻機市場保持平穩成長，考慮到存量替換約為4.0萬臺年需求量（智能機、筆記本電腦、平板）和新興市場約為1萬臺年需求量（VR/AR、可穿戴、機器人、電子煙、醫療器械和無人機等），合計整體約5萬臺、100億元人民幣的年市場規模。

2021年以來，新冠疫情多次大范圍反復，自然災害頻發，工業原材料價格上漲，國際物流受限，出口成本上漲等不利因素對機床工具行業的運行帶來較大沖擊，其中有些因素是2021年三季度后新出現的。同時，在國內外疫情影響下，產業結構不合理，產業鏈、供應鏈某些薄弱環節制約凸顯，這些對機床工具行業運行及市場需求的后續影響仍不容忽視， 行業運行不利因素有所增加。

高端數控機床——五軸聯動成開發熱點

      高端機床智能化是“中國制造2025”國家戰略發展目標，去年8月，國資委進一步強調要針對工業“母機”、高端芯片等加強關鍵核心技術攻關。其中，五軸聯動加工中心是現階段行業開發的一個熱點，根據有關機構的統計及預測，2021年全球五軸數控機床的市場銷售額達到了76億美元，預計至2028年將達到154億美元，年復合增長率（CAGR）約為10.6%（2022-2028），從地區層面來看，中國市場的增長速度較快。據MIR睿工業的調查顯示，作為高端機床代表的五軸機床，2020年中國市場的規模約為68.2億元（圖3），預計2021與2022年均會保持在兩位數的增長速率。

圖3  2018-2022年中國五軸機床市場規模統計及預測（資料來源：MIR DATABANK，此數據中包含全五軸機床、3+2型五軸機床、4+1型五軸機床）

通常來說，五軸聯動數控機床是指機床基本的直線軸三軸 X、Y、Z 及附加的旋轉軸 A、B、C 中的兩軸，五個軸同時運動，任意調整刀具或工件的姿態，實現復雜空間曲面加工、異形加工、鏤空加工、斜孔/斜切加工等操作。應用先進的加工方式，五軸聯動數控機床或加工中心取代傳統的修邊模和沖孔模的加工方法，一次裝夾就可完成多面加工，減少了多次裝夾造成的重復定位誤差，縮短了上下料的輔助時間，降低了制造成本，有效提升了加工效率和穩定可靠性，也優化了產品性能。

由于具有高速度、高精度、高穩定性等特點，配以五軸聯動數控系統，這類機床即可對復雜的空間曲面進行高精度加工，因而特別適用于精密模具、新能源汽車、航天航空等高端領域復雜工序零件的加工場景，在“工業4.0”、“中國制造2025”不斷深化的大背景下，五軸應用技術勢必將推動制造業向價值鏈高端不斷前進。據介紹，在五軸應用中，目前國內的熱沖壓成形技術和熱沖壓生產線正在飛速發展，市場需求也在倍速增長，以實現國產品牌的進口替代以及技術的自主可控，真正破解被國外技術“卡脖子”的難題。

按照作業方式的不同，目前的五軸聯動數控機床大致上可以分為五軸立式加工中心、五軸臥式加工中心、五軸龍門加工中心、臥式銑車復合加工中心、五軸工具磨削中心等。按照機械結構形式來劃分，五軸聯動數控機床一般可以分為雙擺頭形式、俯垂型擺頭式、雙轉臺形式、俯垂型工作臺式、一擺一轉形式等。國際上知名的制造商包括德瑪吉、馬扎克、哈斯、OKUMA 、HURCO、HELLER等；國內則包括科德數控、北京金雕、海天精工、新瑞重工、上海日進等企業，部分廠商主要是以向國外采購零部件進行組裝加工。

在五軸聯動數控機床整機的生產制造過程中，涉及到的關鍵功能部件包括各類電機、電主軸、轉臺、傳感器、數控刀具等，以及五軸數控系統，伴隨著目前國內自主化率和國產化率要求的提升，迫切需要這些功能部件和控制系統供應廠商也要能夠配合整機廠做產品的配套開發，以滿足五軸聯動機床對高精度、高動態性能的技術要求。

圖4 五軸聯動數控機床大致分類及相關應用領域（資料來源：華經產業研究院）

直驅技術產品嶄露頭角

相較于一些發達國家，直驅技術在國內數控機床行業的應用時間較晚，當中也走過一段曲折的過程。伴隨著近年中國高端數控裝備行業應用直驅技術的“春天”到來，也為眾多國內直驅廠商開辟出一片可以大展拳腳的新天地。一般來說，生產效率和精度是機床競爭能力的兩項重要指標，五軸聯動加工技術在提高生產效率方面有著巨大的潛力，而機床直線軸和旋轉軸的運動定位精度對五軸聯動機床的性能起到至關重要的作用。

例如，針對高端直驅機床的發展趨勢，雅科貝思憑借機械、電控、軟件等較為齊全的產品線，采用與機床行業設備廠商聯合開發的形式，將直驅技術引入這一領域，積極參與了多個“卡脖子”高端機床的技術攻關項目，并且在雅科貝思內部每個工廠的機加車間都配備有這些共同開發的高端機床，通過大量的生產實踐，親身驗證直驅技術產品和機床整機的穩定可靠性，為客戶提供更多的數據做技術支撐。據介紹，雅科貝思CNC專用直線電機、直驅轉臺、擺頭均已通過多家高端機床客戶的認可，裝機量暴增；其中，高性價比的AKMF系列已在通用車床、銑床、磨床等加工機床上得到了大批量應用；同時，對于更高動態響應需求的下一代高端五軸聯動全直驅加工中心，雅科貝思也推出了AKH系列等更高性能產品，并已在多個客戶的應用場景中取得了成功驗證，產品品質得到了高度認可，助力中國機床行業向高速、高精方向的轉型升級。

借助多年來在高端數控機床領域積累的豐富實踐經驗，長沙一派直驅近一、兩年陸續開發出多款數控機床行業相對應的通用型直線電機系列，目前已被大量應用在導軌磨床、激光切割大行程龍門系統、加工中心（三軸、五軸聯動）等數控裝備領域。一派直驅堅持以中大推力直驅技術路線的創新開發為重心，特別是最近幾年，一派直驅加大了針對數控機床直線電機應用的基礎研究投入，潛心鉆研，在直線電機的高精度（微米級）、穩定性、高防護等級、散熱/冷卻性能，以及對銅質、矽鋼片等核心原材料的分析等方面，大力夯實基礎科研，持續創新技術與方案，在精密數控機床用直線電機領域，與國內優秀的系統供應商合作，打造一整套直線電機高精度機床解決方案，協助提升高檔數控機床的國產化率。

為了應對五軸數控機床市場的快速崛起，德瑪特目前已推出了全系列五軸搖籃產品，基本對五軸機床市場的需求進行了全覆蓋。例如，德瑪特數控雙臂五軸搖籃轉臺RDD系列的搖籃式雙軸聯動直驅數控回轉工作臺依據先進的設計理念，采用力矩電機直驅方案，使其具備響應快、精度高、維護方便等優點，高效精簡的剎車方案在保證工作可靠的同時，實現了轉臺結構的緊湊性；此外，根據客戶的需求，還可提供適用不同使用場景的電機、軸承和圓光柵選配方案，在滿足使用的前提下，保持高性價比。德瑪特RDDS400A五軸搖籃轉臺的定位精度可高達±1角秒，高剛度、可用來進行精密模具加工，全直驅電機驅動，達到毫秒級高動態響應性能。

五軸聯動數控系統：高精度、智能化

   目前，國內80%以上的機床數控系統都是以西門子、海德漢、發那科、三菱等國際品牌為主，特別是在五軸聯動這類高端數控機床領域。例如：西門子SINUMERIK 840D sl 代表著高端數控系統中的標準，適用于幾乎所有的機床方案，其高性能的硬件架構、智能控制算法以及高級驅動和電機技術，確保了極高的動態性能和加工精度；海德漢TNC 640高檔數控系統具有優良的運動控制、高速和5軸功能；三菱M700V數控系統配備有高級的全納米控制；FANUC 31i-MODEL B5系列數控系統具備高速、高精度、高質量五軸聯動加工復雜形狀工件的功能。

數控系統的RTCP（Rotation Tool Center Point）功能是五軸聯動數控機床必須要具備的特征之一。除此之外，在精度方面，五軸聯動數控系統由五個坐標軸運動合成，旋轉坐標的加入，加重了插補運算的負擔，微小的運算誤差就會直接導致加工精度降低，因此要求控制器能夠達到很高的運算精度。目前，隨著數控機床上應用的CPU從6位發展到64位，其頻率也從5MHZ提高到上千MHZ，這進一步提升了系統的運算速度和分辨率（0.1μm 、 0.01μm ），完全滿足高負荷計算和圖形顯示的要求。

另一方面，智能化也必不可少。例如，去年下半年海德漢推出的新一代TNC7數控系統提供精優輪廓銑削（OCM）功能，可在整個銑削過程中始終使用理想的切削參數；全新坐標磨功能在一次裝夾中有效提高加工件的表面質量；加工監測功能幫助用戶可靠地達到所需的加工效果；動態碰撞監測（DCM）功能不僅可避免機床部件與刀具間的碰撞，還能避免刀具與夾具間碰撞；圖形化的編程功能可智能地生成NC數控程序；并提供創新和可自定義的用戶界面。

值得關注的是，最近幾年，五軸聯動數控系統的國產化開發也掀起了一波熱潮。由中國機床監督檢測中心出具的報告顯示，目前科德數控開發的數控系統在功能上已可達到西門子 840D 的95.85%，基本可實現進口替代；上海錸鈉克數控科技有限公司專注于CNC五軸應用平臺的開發，配合機床廠家及客戶提供CNC控制系統、CAM軟件和整體解決方案；上海維宏電子科技股份有限公司開發的NK530M加工中心數控系統對HST高速梯形算法和HPCS高精度輪廓光滑處理進行了優化，加上強大二次開發功能的PHOENIX數控平臺以及NcCloud維保云平臺，可為用戶提供高性價比的五軸加工中心數控系統解決方案。

在最近的“TIMTOS x TMTS 2022”工具機展上，針對進階加工高精高速、一機多任務以及五軸加工的成長需求，臺達以全新推出的OPEN CNC控制器NC50E為核心，為機械業者達奈美克打造了五軸加工中心，不僅實現同時控制多通道運行“一機多任務”，更整合了臺達工業機器人領域新品——垂直多關節機器人DRVA4LC進行自動上下料，并通過旋轉刀具尖點控制RTCP功能，一次裝夾即可完成五面加工，實現了高精、高速復合加工。同時，臺達還提出了全新的智能CNC系統架構，以CNC控制器為核心，串聯臺達豐富產品，NC5系列支持開放式EtherCAT泛用運動總線，兼容性高且線纜長度長達1,000米，可高速穩定地整合臺達交流伺服驅動驅動系統，組成完整加工方案；此外，對于基礎需求的客戶，臺達也提供CNC控制器NC3系列，基于DMCNET高速通訊運動控制，可串接交流伺服驅動系統，并以Remote I/O整合高速串聯光耦合型I/O NC-EIO。兩種方案皆可搭配通訊型環形編碼器RHM或脈波編碼器EH5。

綜上所述，從目前下游應用端來看，五軸聯動數控機床除了在航空航天領域具有明顯的增長需求之外，在汽車、精密模具、刀具、電子、工程機械、清潔能源、醫療器械等民用市場中，隨著中國制造業產業鏈的逐漸升級，下游零部件、模具加工難度正逐漸增強，對加工效率的要求也越來越高，這使得下游行業用戶持續新增對五軸聯動機床的需求，傳統機床具有一定的周期屬性，而以五軸聯動加工中心為代表的高端數控機床替代傳統的加工方式，能夠為用戶創造更高的應用價值和生產效率，是未來行業發展的重要方向之一。

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