2014中国机床行业自动化市场研究报告
2014-10-21 14:20:29 出版:《伺服与运动控制》2014年第五期
1 定义
A.产品定义
A1.行业产品定义
机床定义:机床是对金属或其他材料的坯料或工件进行加工,使之获得所要求的几何形状、尺寸精度和表面质量的机器。机床是制造机器的机器,也是能制造机床本身的机器,这是机床区别于其他机器的主要特点,故机床又称为工作母机或工具机。
A2.自动化产品定义
CNC系统:是用一个存储程序的计算机,按照存储在计算机内的读写存储器中的控制程序去执行数控装置的一部分或全部功能,在计算机之外的唯一装置是接口。
HMI:生产中对设备进行数据存取、参数修改、操作监控的人机对话工具。
PLC:可编程控制器(PLC),根据I/O规模的不同,小型PLC(I/O<256)、中型PLC(2561024)。
伺服系统:使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标(或给定值)的任意变化的自动控制系统。
电机:指依据电磁感应定律实现电能的转换或传递的一种电磁装置。
低压电器:是一种能根据外界的信号和要求,手动或自动地接通、断开电路,以实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节的元件或设备。
B.地域定义
调研区仅限于中国大陆地区,不包含台湾、香港和澳门地区。该报告中所定义的市场只针对大陆地区用户,并在大陆地区实现销售收入的市场,包含出口设备上使用的产品及在大陆地区采购零部件,不包含随国外设备一起引进的产品形成的市场。
C.行业定义
根据国统局的定义,机床行业包括机床,数控机床,特种加工机床,锻压机床等。我们根据机床的用途不同将机床分为特种加工机床,锻压机床。本报告的研究范围,包括对机床的市场研究和自动化产品在机床上的应用和市场研究。
D.时间定义
报告中所有数据基于自然年,即2013年1月1日—2013年12月31日。对于一些国外的供应商,财政年度和自然年不相符的,我们将数据调整为自然年的数据,并将市场数据拆分到四个季度当中。
2 机床行业概述
A.机床的分类
机床的分类形式多种多样,可以按工件大小和机床重量、加工精度、自动化程度、控制方式分类,又可以按机床的适用范围、加工方式或加工对象分类,这里采用的分类方式最为常用,如下:
(1)普通机床:包括普通车床、钻床、镗床、铣床、刨插床等。
(2)精密机床:包括磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床和其他各种精密机床。
(3)高精度机床:包括坐标镗床、齿轮磨床、螺纹磨床、高精度滚齿机、高精度刻线机和其他高精度机床等。
(4)数控机床:数控机床是数字控制机床的简称,是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序,并将其译码,从而使机床动作并加工零件。
B.常用机床的基本机构
B1.普通车床
普通车床:常用于加工工件的内外回转表面、端面和各种内外螺纹,采用相应的刀具和附件,还可进行钻孔、扩孔、攻丝和滚花等。其基本结构包括变速箱,主轴箱,挂轮箱,进给箱,溜板箱,刀架,尾座等,如图1所示。
(1)变速箱变速箱用来改变主轴的转速。主要由传动轴和变速齿轮组成。通过操纵变速箱和主轴箱外面的变速手柄枣改变齿轮或离合器的位置,可使主轴获得12种不同的速度。主轴的反转是通过电动机的反转来实现的。
(2)主轴箱 主轴箱用来支承主轴,并使其作各种速度旋转运动;主轴是空心的,便于穿过长的工件;在主轴的前端可以利用锥孔安装顶尖,也可利用主轴前端圆锥面安装卡盘和拨盘,以便装夹工件。
(3)挂轮箱 挂轮箱用来搭配不同齿数的齿轮,以获得不同的进给量。主要用于车削不同种类的螺纹。
(4)进给箱 进给箱用来改变进给量。主轴经挂轮箱传入进给箱的运动,通过移动变速手柄来改变进给箱中滑动齿轮的啮合位置,便可使光杆或丝杆获得不同的转速。
(5)溜板箱 溜板箱用来使光杠和丝杠的转动改变为刀架的自动进给运动。光杠用于一般的车削,丝杠只用于车螺纹。溜板箱中设有互锁机构,使两者不能同时使用。
(6)刀架 刀架用来夹持车刀并使其作纵向、横向或斜向进给运动。
(7)尾座 尾座用于安装后顶尖以支持工件,或安装钻头、铰刀等刀具进行孔加工。尾座的结构如图3所示,它主要由套筒、尾座体、底座等几部分组成。转动手轮,可调整套筒伸缩一定距离,并且尾座还可沿床身导轨推移至所需位置,以适应不同工件加工的要求。
(8)床身 固定在床腿上,床身是车床的基本支承件,床身的功用是支承各主要部件并使它们在工作时保持准确的相对位置。
(9)丝杠 丝杠能带动大拖板作纵向移动,用来车削螺纹。丝杠是车床中主要精密件之一,一般不用丝杠自动进给,以便长期保持丝杠的精度。
(10)光杠 光杠用于机动进给时传递运动。通过光杠可把进给箱的运动传递给溜板箱,使刀架作纵向或横向进给运动。
(11)操纵杆 操纵杆是车床的控制机构,在操纵杆左端和拖板箱右侧各装有一个手柄,操作工人可以很方便地操纵手柄以控制车床主轴正转、反转或停车。
B2.数控机床
数控机床:数控机床较普通机床的不同之处在于它的控制系统—CNC系统。由程序编制及程序载体、输入装置、数控装置、驱动装置和位置检测装置、辅助控制装置、机床本体。
(1)程序编制及程序载体 数控程序是数控机床自动加工零件的工作指令。在对加工零件进行工艺分析的基础上,确定零件坐标系在机床坐标系上的相对位置,即零件在机床上的安装位置;刀具与零件相对运动的尺寸参数;零件加工的工艺路线、切削加工的工艺参数以及辅助装置的动作等。得到零件的所有运动、尺寸、工艺参数等加工信息后,用由文字、数字和符号组成的标准数控代码,按规定的方法和格式,编制零件加工的数控程序单。编制程序的工作可由人工进行;对于形状复杂的零件,则要在专用的编程机或通用计算机上进行自动编程(APT)或CAD/CAM设计。
(2)输入装置 输入装置的作用是将程序载体(信息载体)上的数控代码传递并存入数控系统内。根据控制存储介质的不同,输入装置可以是光电阅读机、磁带机或软盘驱动器等。数控机床加工程序也可通过键盘用手工方式直接输入数控系统;数控加工程序还可由编程计算机用RS232C或采用网络通信方式传送到数控系统中。
(3)数控装置 数控装置是数控机床的核心。数控装置从内部存储器中取出或接受输入装置送来的一段或几段数控加工程序,经过数控装置的逻辑电路或系统软件进行编译、运算和逻辑处理后,输出各种控制信息和指令,控制机床各部分的工作,使其进行规定的有序运动和动作。
(4)驱动装置和位置检测装置 驱动装置接受来自数控装置的指令信息,经功率放大后,严格按照指令信息的要求驱动机床移动部件,以加工出符合图样要求的零件。因此,它的
伺服精度和动态响应性能是影响数控机床加工精度、表面质量和生产率的重要因素之一。驱动装置包括控制器(含功率放大器)和执行机构两大部分。目前大都采用直流或交流伺服电动机作为执行机构。
(5)辅助控制装置 辅助控制装置的主要作用是接收数控装置输出的开关量指令信号,经过编译、逻辑判别和运动,再经功率放大后驱动相应的电器,带动机床的机械、液压、气动等辅助装置完成指令规定的开关量动作。这些控制包括主轴运动部件的变速、换向和启停指令,刀具的选择和交换指令,冷却、润滑装置的启动停止,工件和机床部件的松开、夹紧,分度工作台转位分度等开关辅助动作。由于可编程逻辑控制器(PLC)具有响应快,性能可靠,易于使用、编程和修改程序并可直接启动机床开关等特点,现已广泛用作数控机床的辅助控制装置。
(6)机床本体 数控机床的机床本体与传统机床相似,由主轴传动装置、进给传动装置、床身、工作台以及辅助运动装置、液压气动系统、润滑系统、冷却装置等组成。但数控机床在整体布局、外观造型、传动系统、刀具系统的结构以及操作机构等方面都已发生了很大的变化。这种变化的目的是为了满足数控机床的要求和充分发挥数控机床。
3机床行业自动化产品应用介绍
A.机床的自动化产品组成
在机床行业,应用自动化产品最多、最为广泛的莫过于数控机床。数控机床一般由输入装置、数控系统、伺服系统、测量环节和机床床体(组成机床本体的各机械部件)组成。数控机床组成示意图如下图所示:
(1)输入输出装置 输入装置可将不同加工信息传递于计算机。在数控机床产生的初期,输入装置为穿孔纸带,现已趋于淘汰;目前,使用键盘、磁盘等,大大方便了信息输入工作。
(2)数控装置 数控装置是数控机床的核心与主导,完成所有加工数据的处理、计算工作,最终实现数控机床各功能的指挥工作。它包含微计算机的电路,各种接口电路、CRT显示器等硬件及相应的软件。
(3)可编程控制器 即PLC,它对主轴单元实现控制,将程序中的转速指令进行处理而控制主轴转速;管理刀库,进行自动刀具交换、选刀方式、刀具累计使用次数、刀具剩余寿命及刀具刃磨次数等管理;控制主轴正反转和停止、准停、切削液开关、卡盘夹紧松开、机械手取送刀等动作;还对机床外部开关(行程开关、压力开关、温控开关等)进行控制;对输出信号(刀库、机械手、回转工作台等)进行控制。
(4)检测反馈装置 由检测元件和相应的电路组成,主要是检测速度和位移,并将信息反馈于数控装置,实现闭环控制以保证数控机床加工精度。
(5)机床主机 数控机床的主体,包括床身、主轴、进给传动机构等机械部件。
1.CNC系统在数控机床中的应用
CNC系统最主要的应用领域是数控车床,随着数控车床产量的增长,对CNC系统的需求量也在不断上升。CNC作为数控机床主要控制系统,对机床设备的影响极为关键。
2.HMI在数控机床中的应用
为实现数控机床和CNC加工中心的高度模块化,采用HMI连接人的指令与机器的执行。
3.PLC在数控机床中的应用
数控机床中所用的PLC可分为两类:一类是专为实现数控机床顺序控制而设计制造的内装型PLC(built-in Type),另一类是那些输入输出技术规范,输入输出点数,程序存
储容量以及运算和控制功能等均能满足数控机床控制要求的独立型PLC(Stand-alone Type)。
内装式PLC也称集成式PLC,采用这种方式的数控系统,在设计之初就将NC和PLC结合起来考虑,NC和PLC之间的信号传递是在内部总线的基础上进行的,因而有较高的交换速度和较宽的信息通道。它们可以共用一个CPU也可以是单独的CPU。这种结构从软硬件整体上考虑,PLC 和NC 之间没有多余的导线连接,增加了系统的可靠性,而且NC和PLC之间易实现许多高级功能。PLC 中的信息也能通过CNC 的显示器显示, 这种方式对于系统的使用具有较大的优势。高档次的数控系统一般都采用这种形式的PLC。
独立式PLC也称外装式PLC,它独立于NC装置,具有独立完成控制功能的PLC。采用这种应用方式,可根据用户自己的特点,选用不同专业PLC厂商的产品,并且可以更为方便的对控制规模进行调整。
4.伺服系统在数控机床中的应用
伺服系统是以机械运动的驱动设备—电机为控制对象,以控制器为核心,以电力电子功率变换装置为执行机构的电气传动控制系统。这类系统控制电机的转矩、转速和转角,将电能转换为机械能,实现运动机械的运动要求。具体在数控机床中,伺服系统接收数控系统发出的位移、速度指令,经变换、放大与调整后,由电机和机械传动机构驱动机床坐标轴、主轴带动工作台及刀架,通过轴的联动使刀具相对工件产生各种复杂的机械运动,从而加工出用户所需的工件。
5.电机在数控机床中的应用
机床在设计中采用直线电机驱动,对减轻运动部件质量、加强机床刚性、解决高速高加速运动下的抗冲击性、直线电机的防护,以及控制系统、伺服系统与电机的匹配和优化调试等方面做了 突出的贡献。
6.低压电器在数控机床中的应用
低压电器在各种电控设备中都有广泛应用,数控机床中的低压电器种类也相对较多,如低压断路器、熔断保护器、开关等部件。
4机床行业市场分析
A.机床行业整体市场
国家统计局数据显示,2013年机床行业整体保持稳定,机床工具行业、金切机床行业、成型机床行业运行情况如下:
⑴机床工具行业
机床工具行业累计实现产品销售收入同比增长13.7%。机床工具行业实现利润同比增长8.8%。本期累计固定资产投资完成额同比增长21.2%。
⑵金切机床行业
金切机床行业实现产品销售收入同比增长0.8%。金切机床行业实现利润同比减少9.9亿元,增长-23.1%。金切机床产量同比增长-1.5%,其中数控机床产量同比增长2.4%。
⑶成形机床行业
成形机床行业实现产品销售收入同比增长16.1%。成形机床行业实现利润同比增长10.5%。成形机床产量比同期增长0.1%。
2013年机床工具累计进出口额同比下降12.9%;其中出口额同比增长3.2%;进口额同比下降20.2%。进出口逆差同比下降40.1%。
B.机床市场的未来发展预测
2012年下半年开始,机床行业出现急速下滑的局面,主要因为重点行业投资减速,对大型设备的需求量减少,加上2011年以前机床行业急速扩张,产能过剩非常严重。
2013年机床行业延续2012年以来的颓势,整体下滑20%左右,相应的也影响机床行业相关产品的市场规模出现下滑局面。
我国经济将由高速增长向适度平稳增长过渡,总体处于阶段性调整中,机床行业市场前景仍然不容乐观,预计较2014年将会继续下滑,但下滑速度将会减缓。
不乐观原因主要有四:
一、固定资产投资对机床工具行业的拉动力度仍然不足。房地产调控政策影响机械行业乃至机床工具行业的回升。与机床工具行业密切相关的装备制造业和有关行业需求仍不够强劲。装备制造业投资意向减弱;
二、结构调整进展缓慢,企业经营困难。企业资金占用现象突出。社会流动资金紧张,企业应收账款增加,严重影响正常运营。机床工具行业产业结构不合理,低端产品生产能力过剩,导致企业库存、社会库存增加。去库存、去产能将导致机床工具行业工业总产值等经济指标,在一定时期内还将呈现低速或负增长的状态;
三、外需增长的不确定因素依然存在。全球经济复苏依然脆弱。2012年末,世界经济形势有所好转,但欧债危机等因素可能导致全球经济再度陷入衰退的风险;
四、传统工业品出口竞争优势削弱。近年来,我国用工成本快速上涨。与东南亚国家相比,我国劳动力成本偏高,导致近期部分劳动密集型产业出现向周边国家转移势头。这预示着未来一段时间内,我国出口形势依然严峻,不确定因素依然存在。
C.中国机床市场主要厂商市场份额
2013年主要机床厂商都有不同幅度的下滑,具体情况如下:
沈阳机床:全年低端产品下滑严重,高端(龙门、落地镗床等)则保持稳定,在军工等行业有所收获,下半年情况好于上半年。
昆明机床:昆机全年下滑比较厉害,优势领域(工程机械、风电、水电行业)没有起色,降价促销效果不大。
大连机床:全年大连机床形势惨淡,低端床子需求大幅下滑,降价促销,改善付款条件,也仍然没有起色。
秦川发展:秦川发展在4月份的展会收获较多,下半年也保持稳定,全年订单较去年基本持平;目前秦川销售政策有所调整,正在逐步压缩代理商,直接走客户签单。
武汉重型:4-6月下滑严重,7月份1亿的军工订单对全年业绩拉动明显,下半年情况稳定。
北一机床:上半年情况尚好,下半年自9月人事调整之后,情况不乐观,前年下滑较大;另外日元贬值,日本进口机床对北一亦有冲击。
宁波海天:海天定位高端,专注做大型床子;13年情况尚可,下半年情况较上半年明朗。
南通科技:南通科技全年业绩波动较大,4月份和11月份是两个小高峰;其他月份则业绩一般;全年有一定的下滑。
供稿/德佳咨询(www.delkaconsulting.com)
供稿:《伺服与运动控制》2014年第五期