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探秘国产产品的现状和发展前景,高端数控机床被称为“工业母机”

2023-04-20 08:46:59 9115

上世纪80年代,冷战,美苏对峙。

当时苏联有着非常强大的潜艇,但由于机床技术的缺陷,导致潜艇总是会发出较大的噪音,美国的声呐可以在上百公里之外探测到苏联潜艇的动向,为此苏联军方就想从西方世界进口“五轴联动数控机床”。

这种机床在当时属于最先进的工业技术产品,可用于加工军用舰艇的螺旋桨,大大减少舰艇的噪音,属于被“巴黎统筹委员会”禁止向苏联出口的机械设备,而苏联根本无法自行设计制造。

1983年早春的一个深夜,由苏联海运公司开到日本的万吨货轮“老共产党员”号,从日本芝浦码头出港,运走了东芝公司生产的数十箱“五轴联动数控机床”部件。

这就是历史上轰动一时的“东芝公司违反巴统输出事件”。

这次事件直接让美国海军丧失了对苏联海军舰艇的水声探测优势。当然该事件可能存在夸大成分甚至有多种解读,但高端数控机床的影响力仍可见一斑。

当下,中国制造业正处于加速高端化升级发展的重要时期,其关键支撑则是能够实现高品质零件规模化生产的精密制造体系。

在该体系中,最核心的主体,就是被誉为工业母机的“高端数控机床”。

目前,国高端数控机床内市场的现状如何?三维五轴联动数控机床是如何突破的?五轴联动数控机床的未来行业发展前景又如何?

进口高端出口中低端,国产机床大而不强

国际方面,以2019年数据为例,中国是全球最大的机床消费国和生产国,整体产销规模较大。

德国、日本机床净出口规模较大,中国、美国为机床净进口国家。

国产数控机床性能与国际领先水平仍存在差距,参与国际市场竞争的产品主要以性价比较高的中档数控机床、经济型数控机床为主。

根据海关总署数据,2019年,中国出口数控机床销售均价约为60.49万元/台,显著低于进口数控机床195.89万元/台的价格。

目前全球技术领先的机床厂商主要为日本、欧美企业。2019年,全球机床行业前十名机床厂商均为日本、德国以及美国企业,其主要生产数控机床产品。

国内方面,目前低端机床市场需求量降低,中高档数控机床面临日本、欧美企业的激烈竞争,而主要国有机床企业在转型中陷入了经营困境,部分主营中高档数控机床的民营企业,在市场竞争中逐渐崭露头角,成为我国机床行业的骨干力量。

高档数控机床方面,市场仍主要被日本、欧美进口品牌占据,2019年我国进口数控机床1.03万台,其中以高档数控机床为主,折合人民币约202.03亿元,占我国当年机床消费额的12.99%。

目前国内已有部分企业在高端数控机床领域进行布局,其中科德数控等主营高档五轴联动数控机床产品,海天精工主攻高档大型龙门加工中心,纽威数控等公司的高档数控机床销量及收入占比也在持续提升。

三维五轴联动数控机床的突破

目前,在汽车的制造过程中,会使用大量的热成形钢板,例如前后门防撞梁、前后保险杠、A柱、B柱、地板中通道、车窗及门板加强筋、车顶加强梁等部位。钢板热成形技术指的是,先将钢板经过950℃的高温加热后一次成形,然后迅速冷却,这样可以提高钢板的强度,屈服强度能达1000Mpa以上, 每平方厘米能承受10吨以上的压力。这样的钢板用在车身上后,不仅车的重量没有增加,其承受力还能提高30%,大大增加了安全性。

但是由于钢板强度太高,形状复杂,传统冲压工艺无法进行修边和冲孔,只能使用激光技术,这就使三维五轴激光切割机床进入汽车生产线,并且因其具有生产效率高、性能稳定等特点,成为不可替代的生产工艺及工序。

一般来说,每条汽车热成形生产线需要配备4-5台三维五轴激光切割机,而全球有近450条这样的生产线,需要配套的三维五轴激光切割机达到了2000台左右。目前国内有热成形生产线170条左右,需要配套三维五轴激光切割机约700台。

另外,现在已经有部分厂商,使用屈服强度2000Mpa的钢板制造汽车,所以,三维五轴激光切割机产品在汽车生产过程中,将会得到更加广泛的应用。

大家都知道,中国是汽车生产以及销售大国。2021年,我国的汽车产量是2608万,汽车销量是2140万辆,拿下世界双料第一。可见,三维五轴激光切割机必须实现自主可控才行。

之前就是因为受制于激光切割头等核心技术的不足,过去三维五轴激光切割设备市场一直被国外厂商占据着,国内汽车行业企业深受其“高价、交货周期长、售后服务成本高”的困扰。

好消息是,在这一领域,已经出现了多家优秀的国产企业。例如华工科技。

华工科技历经十年科研攻关,在2017年9月推出了国内首套汽车热成形件三维五轴光纤激光切割机AUTOBOT奥博3015,这样研究成果获得力2018年湖北省科技进步一等奖。

首套三维五轴热成形件激光切割装备成果填补了国内高端装备的空白,为中国汽车制造业发展带来了重大突破。

目前,经过多年发展,华工科技的三维五轴激光切割装备已升级至2.5代,爆款进一步改进了切割头、浮动轴结构,使得综合切割效率提升20%,旋转工作台单次变位节拍由3s缩短至2.5s,各项性能得到进一步提升。

目前,华工科技的三维五轴激光切割机床已经应用到沃尔沃、吉利、长城等20多个汽车品牌的生产线中,同时在去年12月15日,还成功出口到印度,进一步说明了三维五轴激光切割机床的新能已经达到国际先进水平。

三维五轴激光切割机床实现国产化,不仅满足了国内企业的需求,同时还使得国外同类产品的价格下调了20%以上。

五轴联动数控机床:未来行业发展前景较好

五轴联动数控机床指专门用于加工复杂曲面的机床,具有应用范围广、工作效率高、能提高加工精度、增加刀具使用寿命等优势。随着先进制造业快速发展,五轴联动数控机床作为国家工业化水平重要标志,获得广阔发展前景。在国家政策利好以及技术创新推动下,我国数控机床行业景气度不断提高。2021年我国数控机床市场规模达2719.5亿元,同比增长9.6%。近年来,受益于应用需求不断增长,我国数控机床行业开始往高端化、高精度化、智能化方向发展,五轴联动数控机床作为科技含量最高的数控机床产品,获得广阔市场空间。根据新思界产业研究中心发布的《2022-2027年五轴联动数控机床行业深度市场调研及投资策略建议报告》显示,2021年我国五轴联动数控机床市场规模达7.8亿美元,同比增长17.3%。

五轴联动数控机床种类较多。按照样式不同,五轴联动数控机床可分为立式主轴双摆头和卧式主轴双摆头两种;按照结构不同,五轴联动数控机床可分为双转台形式、一摆一转形式、俯垂型摆头式、俯垂型工作台式等。目前立式主轴双摆头五轴联动数控机床为市场主流产品,2021年全球立式主轴双摆头五轴联动数控机床营收达44.1亿美元,占据全球数控机床市场近六成的份额。

五轴联动数控机床应用领域广泛,包括军工、精密器械、航空航天、城市轨道交通、新能源汽车、医疗卫生等。航空航天领域为五轴联动数控机床最大需求端,需求占比达40.0%。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。

五轴联动数控机床行业技术壁垒极高,我国在该领域自主研发能力较弱,缺乏规模化生产能力,海外品牌占据我国市场主导地位。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为全球知名五轴联动数控机床供应商,占据全球市场近60.0%的份额。以上企业均在我国设有五轴联动数控机床生产基地,位居行业垄断地位。

在激烈市场竞争中,我国本土五轴联动数控机床企业开始引进海外先进技术及设备。目前,沈阳机床、大连科德数控、上海日进机床等数控机床龙头企业,已逐渐掌握高端通用五轴联动数控机床技术,带动我国市场国产化率进一步提升。

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