《2014中國(guó)金屬雕刻機(jī)市場(chǎng)研究報(bào)告》
文:2014年第六期
1 金屬雕刻機(jī)行業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品應(yīng)用介紹
在金屬雕刻機(jī)行業(yè),應(yīng)用自動(dòng)化產(chǎn)品最多、最為廣泛的莫過(guò)于數(shù)控金屬雕刻機(jī)。數(shù)控金屬雕刻機(jī)一般由輸入裝置、數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、測(cè)量環(huán)節(jié)和金屬雕刻機(jī)床體(組成金屬雕刻機(jī)本體的各機(jī)械部件)組成。數(shù)控金屬雕刻機(jī)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(jì)算機(jī)。在數(shù)控金屬雕刻機(jī)產(chǎn)生的初期,輸入裝置為穿孔紙帶,現(xiàn)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(shù)控裝置 :數(shù)控裝置是數(shù)控金屬雕刻機(jī)的核心與主導(dǎo),完成所有加 工 數(shù) 據(jù) 的 處理 、計(jì) 算 工 作 , 最終實(shí)現(xiàn)數(shù)控金屬雕刻機(jī)各功能的指揮工作 。它包含微計(jì)算機(jī)的電路 ,各種接口電 路、CRT顯示器等硬件及相應(yīng)的軟件 。
(3)檢測(cè)反饋裝置:由檢測(cè)元件和相應(yīng)的電路組成,主要是檢測(cè)速度和位移,并將信息反饋于數(shù)控裝置,實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制以保證數(shù)控金屬雕刻機(jī)加工精度。
(4)金屬雕刻機(jī)主機(jī):數(shù)控金屬雕刻機(jī)的主體,包括床身、主軸、進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等機(jī)械部件。
A.CNC系統(tǒng)在數(shù)控金屬雕刻機(jī)中的應(yīng)用
CNC系統(tǒng)最主要的應(yīng)用領(lǐng)域是數(shù)控車床,隨著數(shù)控車床產(chǎn)量的增長(zhǎng),對(duì)CNC系統(tǒng)的需求量也在不斷上升。CNC作為數(shù)控金屬雕刻機(jī)主要控制系統(tǒng),對(duì)金屬雕刻機(jī)設(shè)備的影響極為關(guān)鍵。
B.HMI在數(shù)控金屬雕刻機(jī)中的應(yīng)用
為實(shí)現(xiàn)數(shù)控金屬雕刻機(jī)和CNC加工中心的高度模塊化,采用HMI連接人的指令與機(jī)器的執(zhí)行。
C.伺服系統(tǒng)在數(shù)控金屬雕刻機(jī)中的應(yīng)用
伺服系統(tǒng)是以機(jī)械運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備—電機(jī)為控制對(duì)象,以控制器為核心,以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)。這類系統(tǒng)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角,將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能,實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)要求。具體在數(shù)控金屬雕刻機(jī)中,伺服系統(tǒng)接收數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的位移、速度指令,經(jīng)變換、放大與調(diào)整后,由電機(jī)和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)金屬雕刻機(jī)坐標(biāo)軸、主軸帶動(dòng)工作臺(tái)及刀架,通過(guò)軸的聯(lián)動(dòng)使刀具相對(duì)工件產(chǎn)生各種復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動(dòng),從而加工出用戶所需的工件。
D.電機(jī)在數(shù)控金屬雕刻機(jī)中的應(yīng)用
金屬雕刻機(jī)在設(shè)計(jì)中采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng),對(duì)減輕運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量、加強(qiáng)金屬雕刻機(jī)剛性、解決高速高加速運(yùn)動(dòng)下的抗沖擊性、直線電機(jī)的防護(hù),以及控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)與電機(jī)的匹配和優(yōu)化調(diào)試等方面做了 突出的貢獻(xiàn)。
E.低壓電器在數(shù)控金屬雕刻機(jī)中的應(yīng)用
低壓電器在各種電控設(shè)備中都有廣泛應(yīng)用,數(shù)控金屬雕刻機(jī)中的低壓電器種類也相對(duì)較多,如低壓斷路器、熔斷保護(hù)器、開關(guān)等部件。
2 金屬雕刻機(jī)行業(yè)自動(dòng)化市場(chǎng)容量
金屬雕刻機(jī)行業(yè)使用的自動(dòng)化產(chǎn)品包括伺服系統(tǒng)、HMI、變頻器等。各類金屬雕刻機(jī)用產(chǎn)品的市場(chǎng)容量規(guī)模相對(duì)都比較大,我們跟蹤市場(chǎng)上重要用戶及多個(gè)廠家的使用情況,得到如表1所示數(shù)據(jù)。
A. HMI在金屬雕刻機(jī)行業(yè)市場(chǎng)容量
HMI即操作面板,是操作人員與數(shù)控裝置進(jìn)行信息交流的工具組成:按鈕站/狀態(tài)燈/按鍵陣列/顯示器?;久糠N數(shù)控金屬雕刻機(jī)都需要一個(gè)人機(jī)界面來(lái)連接機(jī)器與人的操控。
2013年HMI產(chǎn)品在金屬雕刻機(jī)行業(yè)整體行業(yè)應(yīng)用占比為6.43%,隨著金屬雕刻機(jī)行業(yè)在2013年的穩(wěn)定發(fā)展,展現(xiàn)出來(lái)的良好形勢(shì)來(lái)判斷,未來(lái)金屬雕刻機(jī)行業(yè)對(duì)HMI的需求將會(huì)有更大的提升。
]B. 伺服系統(tǒng)在金屬雕刻機(jī)行業(yè)市場(chǎng)容量
作為數(shù)控金屬雕刻機(jī)的重要功能部件,伺服系統(tǒng)的特性一直是影響系統(tǒng)加工性能的重要指標(biāo)。圍繞伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性與靜態(tài)特性的提高,近年來(lái)發(fā)展了多種伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)??梢灶A(yù)見隨著超高速切削、超精密加工、網(wǎng)絡(luò)制造等先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展,具有網(wǎng)絡(luò)接口的全數(shù)字伺服系統(tǒng)、直線電動(dòng)機(jī)及高速電主軸等將成為數(shù)控金屬雕刻機(jī)行業(yè)的關(guān)注的熱點(diǎn),并成為伺服系統(tǒng)的發(fā)展方向。由此可以判斷,應(yīng)用在電機(jī)上伺服系統(tǒng)將愈加廣泛。
目前在金屬雕刻機(jī)行業(yè)主要采用的伺服產(chǎn)品以日系品牌產(chǎn)品為主,主要為安川,三菱,松下等日系品牌產(chǎn)品,占比約為整體伺服采購(gòu)額度的80%以上,其余如西門子,臺(tái)達(dá)等產(chǎn)品市場(chǎng)份額比較少。
2013年伺服電機(jī)在金屬雕刻機(jī)行業(yè)應(yīng)用占比為70.12%,是金屬雕刻機(jī)自動(dòng)化產(chǎn)品中占比最大的產(chǎn)品。
C. 變頻器在金屬雕刻機(jī)市場(chǎng)容量
隨著電力電子技術(shù)磨床發(fā)展,變頻調(diào)速技術(shù)磨床越來(lái)越普及,機(jī)械加工行業(yè)變頻器磨床應(yīng)用收到很好磨床效果。變頻器磨床無(wú)級(jí)調(diào)速,軟啟動(dòng),恒轉(zhuǎn)矩輸出極大磨床滿足了機(jī)械加工設(shè)備對(duì)恒速度/恒轉(zhuǎn)矩磨床要求。
主軸系統(tǒng)是數(shù)控雕刻機(jī)的重要組成部件,其性能對(duì)數(shù)控雕刻機(jī)整機(jī)的性能有著至關(guān)重要的影響。數(shù)控雕刻機(jī)要求主軸系統(tǒng)采用無(wú)級(jí)變速,目前多采用變頻器驅(qū)動(dòng)異步交流電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。主軸電機(jī)多采用兩極高速無(wú)刷水冷電機(jī),噪音小、切割力度大。運(yùn)行轉(zhuǎn)速一般在0~24000r/min,對(duì)應(yīng)的變頻器運(yùn)行頻率為0~400Hz。為了提高加工效率,大型的雕刻機(jī)會(huì)裝有多個(gè)主軸機(jī)頭,一臺(tái)變頻器同時(shí)驅(qū)動(dòng)多個(gè)主軸電機(jī)工作。
2013年變頻器產(chǎn)品在金屬雕刻機(jī)行業(yè)應(yīng)用占比為23.44%。隨著未來(lái)金屬雕刻機(jī)的發(fā)展,變頻器應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛。
3 金屬雕刻機(jī)行業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品供應(yīng)商和市場(chǎng)份額
A. HMI
HMI是操作人員與數(shù)控裝置進(jìn)行信息交流的工具,主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各個(gè)參數(shù)的狀態(tài)值等監(jiān)視、設(shè)置加工初始值信息等。HMI與伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)之間進(jìn)行通信,實(shí)時(shí)采集機(jī)床實(shí)際運(yùn)行中的各項(xiàng)參數(shù)并給定相關(guān)參數(shù)值調(diào)整控制器相關(guān)動(dòng)作。HMI提供串口作為通信接口,能夠作為Modbus從站與Modbus主站設(shè)備實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線通信。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為CANopen主站,能實(shí)時(shí)將控制器參數(shù)上傳到人機(jī)界面HMI,并且根據(jù)人機(jī)界面HMI的給定量參數(shù)值進(jìn)行相關(guān)動(dòng)作調(diào)整。
隨著HMI產(chǎn)品應(yīng)用越來(lái)越廣泛,用戶對(duì)產(chǎn)品功能的要求也逐漸提高。該市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈,低端人機(jī)界面產(chǎn)品帶來(lái)的利潤(rùn)已經(jīng)十分有限,供應(yīng)商已經(jīng)已經(jīng)將大尺寸、高性能的HMI產(chǎn)品作為主力產(chǎn)品來(lái)推動(dòng)。
B. 伺服系統(tǒng)
作為數(shù)控金屬雕刻機(jī)的重要功能部件,伺服系統(tǒng)的特性一直是影響系統(tǒng)加工性能的重要指標(biāo)。圍繞伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性與靜態(tài)特性的提高,近年來(lái)發(fā)展了多種伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)。可以預(yù)見隨著超高速切削、超精密加工、網(wǎng)絡(luò)制造等先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展,具有網(wǎng)絡(luò)接口的全數(shù)字伺服系統(tǒng)、直線電動(dòng)機(jī)及高速電主軸等將成為數(shù)控機(jī)床行業(yè)的關(guān)注的熱點(diǎn),并成為伺服系統(tǒng)的發(fā)展方向。
為此,國(guó)內(nèi)越來(lái)越多的廠家不斷改進(jìn)伺服技術(shù),爭(zhēng)先在中國(guó)市場(chǎng)占有一定的份額。
C. 變頻器
變頻器是指應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù),通過(guò)改變電機(jī)工作電源頻率方式來(lái)控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)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(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元微處理單元等組成。隨著電力電子技術(shù)磨床發(fā)展,變頻調(diào)速技術(shù)磨床越來(lái)越普及,機(jī)械加工行業(yè)變頻器磨床應(yīng)用收到很好磨床效果。變頻器磨床無(wú)級(jí)調(diào)速,軟啟動(dòng),恒轉(zhuǎn)矩輸出極大磨床滿足了機(jī)械加工設(shè)備對(duì)恒速度/恒轉(zhuǎn)矩磨床要求。
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