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我国五轴联动数控机床行业现状、竞争及趋势分析 国产化率有望持续提升

五轴联动数控机床分类

按照数控系统进行分类,数控系统控制几个坐标按照需要的函数关系同时协调运动称为坐标联动,按照联动轴数分为二轴联动、二轴半联动、三轴联动、四轴联动、五轴联动等。五轴联动数控加工主要指在一台机床上至少有5个坐标轴(三个直线坐标和两个旋转坐标),并且5个轴可以同时插补进行零件加工,主要分为双转台、转台加摆头、双摆头三种。

五轴联动数控机床分类

类别

特点

加工领域

双转台

加工工件时需要工件在两个旋转方向运动,结构比较简单,价格相对较低,目前应用最多

适合小型工件加工,如小型整体涡轮、小型精密模具等

转台加摆头

转台和摆头可以组合,可以适用于不同的加工对象,应用也比较广泛:价格居中,不同性能差距较大。

汽轮机叶片等,应用场景相对双转台更灵活

双摆头

双摆头尺寸一般比较大,加工范围越大越好,一般是龙门式加工中心,龙门宽度一般2~3米。

一般加工大型工件

资料来源:观研天下整理

二、五轴联动数控机床应用领域

五轴联动数控机床加工质量更佳、工作效率更高,被应用于军工、精密器械、航空航天、城市轨道交通、新能源汽车、医疗卫生等领域。航空航天领域为五轴联动数控机床最大需求端,需求占比接近40%。五轴联动数控机床能够对航空发动机叶盘、叶片、叶轮以及大中小型飞机结构件进行切削加工,在航空航天领域中具有不可替代作用。汽车领域为五轴联动数控机床第二大需求领域,需求占比24.3%。新能源汽车的一体化压铸等新工艺推进持续带来五轴机床需求增长。新能源汽车制造向轻量化、一体化转型,一体化成形的异型结构件为五轴机床应用提供机遇。

五轴联动数控机床加工质量更佳、工作效率更高,被应用于军工、精密器械、航空航天、城市轨道交通、新能源汽车、医疗卫生等领域。航空航天领域为五轴联动数控机床最大需求端,需求占比接近40%。五轴联动数控机床能够对航空发动机叶盘、叶片、叶轮以及大中小型飞机结构件进行切削加工,在航空航天领域中具有不可替代作用。汽车领域为五轴联动数控机床第二大需求领域,需求占比24.3%。新能源汽车的一体化压铸等新工艺推进持续带来五轴机床需求增长。新能源汽车制造向轻量化、一体化转型,一体化成形的异型结构件为五轴机床应用提供机遇。

数据来源:观研天下数据中心整理

五轴联动数控机床市场规模

2017-2019年我国五轴联动数控机床销量由466台增长至780台,随着销量增长,我国五轴联动数控机床市场规模持续扩大。数据显示,2020年我国五轴联动数控机床市场规模为68.2亿元,较上年同比增长8.4%;2021年我国五轴联动数控机床市场规模为80.3亿元,较上年同比增长17.7%。

2017-2019年我国五轴联动数控机床销量由466台增长至780台,随着销量增长,我国五轴联动数控机床市场规模持续扩大。数据显示,2020年我国五轴联动数控机床市场规模为68.2亿元,较上年同比增长8.4%;2021年我国五轴联动数控机床市场规模为80.3亿元,较上年同比增长17.7%。

数据来源:观研天下数据中心整理

数据来源:观研天下数据中心整理

数据来源:观研天下数据中心整理

五轴联动数控机床细分市场

从细分市场看,卧式五轴由于质量高、价格贵,需求占比仅为9.5%左右,主要用于大型汽车自动化产线项目。立式五轴是下游客户需求量最大的机型,占比达80.9%。

从细分市场看,卧式五轴由于质量高、价格贵,需求占比仅为9.5%左右,主要用于大型汽车自动化产线项目。立式五轴是下游客户需求量最大的机型,占比达80.9%。

数据来源:观研天下数据中心整理

五轴联动数控机床竞争

装备制造业是一国工业之基石,它为新技术、新产品的开发和现代工业生产提供重要的手段,是不可或缺的战略性产业。我国已连续多年成为世界最大的制造业国家,作为基础工业支撑的机床产业也得以显著提升,但我国五轴联动数控机床等高端机床依然严重依赖进口,国产化替代极低。

装备制造业是一国工业之基石,它为新技术、新产品的开发和现代工业生产提供重要的手段,是不可或缺的战略性产业。我国已连续多年成为世界最大的制造业国家,作为基础工业支撑的机床产业也得以显著提升,但我国五轴联动数控机床等高端机床依然严重依赖进口,国产化替代极低。

数据来源:观研天下数据中心整理

五轴联动数控机床行业技术壁垒极高,国内企业缺乏规模化生产能力,使得我国五轴联动数控机床主要市场被日本山崎马扎克YAMAZAKI MAZAK CORPORATION、德国德马吉森DMG Mori、德国格劳博GROB-WERKE、德国赫姆勒Hermle等海外企业占据。

五轴联动数控机床行业技术壁垒极高,国内企业缺乏规模化生产能力,使得我国五轴联动数控机床主要市场被日本山崎马扎克YAMAZAKI MAZAK CORPORATION、德国德马吉森DMG Mori、德国格劳博GROB-WERKE、德国赫姆勒Hermle等海外企业占据。

数据来源:观研天下数据中心整理

根据观研报告网发布的《中国五轴联动数控机床行业现状深度研究与发展前景预测报告(2022-2029年)》显示,随着我国步入全面建成社会主义现代化强国的关键时刻,高端机床的国产化迫在眉睫。在激烈市场竞争中,我国本土五轴联动数控机床企业开始积极发展。从功能部件看,供应链方面,目前恒立液压、绿的谐波、昊志机电等部分制造业龙头企业向机床产业链延伸,加速功能部件供应链成熟;机床厂方面,科德数控、埃弗米(拓斯达子公司)等已实现了五轴机床核心自研功能部件配套,后续机床厂自制率有望持续提升。

国内代表企业功能部件制造发展情况

层面

发展情况

具体发展情况

供应链

部分制造业龙头企业向机床产业链延伸,加速功能部件供应链成熟

恒立液压切入丝杠制造,有望实现机床产业链配套。20219月恒立液压发布非公开发行预案,拟投资15.27亿元建设线性驱动器项目,其中包含年产10万米标准滚珠丝杠和10万米重载滚珠丝杠产能。恒立液压利用其全球领先精密加工制造能力,有望实现对日本NSK、德国舍弗勒等品牌的国产替代,在机床产业实现配套。

绿的谐波、昊志机电推出谐波数控转台,基于高精度谐波减速器,转台传动精度、传递扭矩、精度保持性、寿命等方面性能优异。

机床厂

科德数控、埃弗米(拓斯达子公司)等已实现了五轴机床核心自研功能部件配套,后续机床厂自制率有望持续提升

科德数控除数控系统通过自研自制配套外,摆头、转台等功能部件也实现自制,直驱/双直驱技术加持,功能、控制精度和加工效率等方面达到国际先进水平。

埃弗米实现主轴、摆头、摇篮转台自制,基于欧洲GTRT高端机械传动技术与自研齿轮消隙专利技术等核心技术,刚性、稳定性、精度表现优异。

济南二机床双摆角铣头项目通过国家验收。2021年由济南二机床集团有限公司牵头承担的国家重大专项项目数控机床双摆角铣头关键技术研究及应用示范,在陕西汉中顺利通过综合绩效评价和档案终验收。攻克了双摆角铣头系列化、关键零件制造、静/动态精度调整、补偿及性能优化、与国产数控系统匹配以及可靠性验证等一系列关键技术,完成了重点领域用户40台套产品的示范应用。

资料来源:观研天下整理

从数控系统看,科德数控、华中数控作为国内首批研发数控系统企业,目前高端数控系统已经实现了与发那科、西门子等国际龙头产品对标,科德数控搭载自研数控系统五轴联动机床打入了航空航天等高端制造业领域,华中数控与豪迈数控、纽威数控、宁波海天、常州瑞其盛、东莞埃弗米等机床企业合作,在高端数控系统领域渗透率持续提升。科德数控、华中数控目前已基本实现了高端数控系统的伺服驱动、电机配套。

国内外代表企业数控系统技术水平对比

类别

项目

西门子840D

科德数控GNC60

技术指标

通道数

1/2/6/10 取决于不同的数控单元

最大8通道

总控制轴数

2/6/31取决于不同的数控单元

最多支持32*8

双驱控制

支持

支持

倾斜轴控制

支持

支持

主轴数

2/6/31取决于不同的NCU

最多16

数控功能变换

全闭环控制

支持

支持

圆柱面坐标系插补

支持

支持

倾斜轴插补

支持

支持

五轴加工包

支持

支持

数控功能插补

通用插补器NURBS

支持

支持

三轴样条插补(ABC/压缩器)

支持

支持

5轴样条插补

支持(选件)

支持

多项式插补

支持

支持

数控功能程序功能

程序段预读

支持

支持

程序段预处理

支持

支持

宏程序编程

支持

支持

插补型双向螺距误差补偿

支持

支持

补偿功能

垂直度误差补偿

支持

支持

直线度误差补偿

支持

支持

扭摆误差补偿

支持

支持

双驱误差补偿

支持

支持

资料来源:观研天下整理

 

国内外代表企业高端数控系统核心器件配套情况对比

核心零部件

德国西门子

日本发那科

华中数控

科德数控

数控系统

伺服驱动器

传感器

角度测量

直线测量

刀具测量

工件测量

电机

伺服电机

主轴电机

力矩电机

直线电机

资料来源:观研天下整理

五轴联动数控机床行业发展趋势

五轴联动数控机床是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等等加工的唯一手段,对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等等行业有着举足轻重的影响力。我国五轴联动数控机床国产化率有望持续提升:

一方面,从供给侧看,国内企业入局加速降本,将带动五轴联动数控机床经济性不断提升。从需求侧看,五轴联动数控机床提高加工效率、节约场地和人工成本,满足产品加工多样化,符合市场化趋势,将成为民营企业提升产品竞争力核心。

另一方面,高端数控系统到高端机床均为制高端制造产业链核心,为国家战略性物资,西方国家与日本均对中国实行出口限制和监督使用政策,在目前国际局势紧张背景下有更加严格的趋势下,针对中国高端机床产业发展政策频出,本土企业迎来发展良机。

我国五轴联动数控机床行业相关政策

时间

政策

部门

主要内容

2020.06

《工业通信职业技能提升行动计划实施方案》

工信部

为数控机床等制造强国、网络强国建设重点领域提供培训平台、实训基地,形成一批可复制可推广的新技能培训经验做法,并且剔除2年内开展各类职业技能培训50万人次以上的要求,以期为制造强国、网络安全建设提供坚强技能人才保障

2020.09

《关于扩大战略性新性产业投资培育壮大新增长点新增长极的指导意见》

国家发改委

加快高端装备制造产业补短板。重点支持工业机器人、建筑、医疗等特种机器人、高端仪器仪表、轨道交通装备、高档五轴数控机床、节能异步牵引电动机、高端医疗装备和制药装备。

2021.08

《国资委党委扩大会议》

国资委

针对工业母机等加强关键核心技术公关,努力打造原创技术“策略地”,肩负起产业链“链主”责任,开展补链强链专项行动,加强上下游产业协同。

2022.09

《关于加大支持科技创新税前扣除力度的公告》

财政部、税务总局

高新技术企业在2022101日至20221231日期间新购置的设备、器具,允许当年一次性全额在计算应纳税所得额时扣除,并允许在税前实行100%加计扣除。

资料来源:观研天下整理(zlj

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