可行性研究报告(直驱转台)

直驱功能部件发展现状及存在的问题

采用直驱技术制造回转功能部件目前已经成为国际机床产业的发展趋势，直驱功能部件包括直驱式转台、摆角铣头等。

直驱技术即采用大推力力矩电机或直线电机替代原有的包括齿轮传动、蜗轮蜗杆传动、滚珠丝杠传动，即用电气传动替代机械传动。直驱技术具有精度高（精度直接取决于控制技术和传感技术）、速度快（直线电机可达100m/min,力矩电机可达500rpm）、无磨损（没有机械磨损）、无间隙（没有机械物理间隙）、受力状态优良（区域出力，没有点接触和线接触受力环节）等优势。

采用直驱技术设计的回转功能部件，机械结构简单、精度高、速度快，是三轴数控机床向高档5轴数控机床产业升级的关键功能部件。

在直驱技术日益成熟的条件下，国际主流机床厂商迅速推出采用直驱技术的机床产品，而且其应用水平的提升呈加速趋势。目前，处于世界机床产销量前几位的DMG、MAZAK、森精机等公司均开始大量改用直驱功能部件。DMG在其主流万能车床产品体系CTX gamma系列车削中心中采用力矩电机驱动的单摆角铣头。MAZAK也开发出应用于龙门加工中心的直驱双摆角铣头。森精机在NT 系列复合加工机床上采用力矩电机驱动的摆角铣头；在NMV系列加工中心采用力矩电机作为转台驱动。FANUC公司的纳米级的ROBONANO 系列加工中心直线运动和回转运动均采用直驱技术，该系列加工中心尚不对日本以外的国家销售。德国F. Zimmerman公司不仅提供机床和直驱摆角铣头产品，还拥有3旋转座标摆角铣头的专利。同时国际上还产生了一批专业从事直驱功能部件的制造商，如德国的CYTEC和KSL为机床厂配套直驱转台和摆角铣头产品。

我国直驱技术的发展与国际水平有很大差距。自2005年起国内就开展了以力矩电机为核心驱动元件的转台的技术研究和产品开发，但大多尚停留在产品样机阶段。在力矩电机相关技术领域，国内与国外也存在较大差距。国际上90年代初开始应用，现在进入普及阶段。国内90年代中期才开始研究，而成功的应用还比较少。包括凯奇电气、华中数控都展出过样机，均未形成批量产品。哈尔滨工业大学、沈阳工业大学都在力矩电机设计和应用方面开展了许多研究工作，也为社会小批量提供了一些力矩电机产品，大多配置德国科比的驱动器。2009年北京CIMT上，烟台环球展出了应用西门子力矩电机的转台样机。

目前，仅有大连光洋科技工程有限公司可以提供系列化力矩电机及其配套驱

动产品。大连光洋自2005年开始进行可行性技术分析和市场，经过1年的论证，于2006年正式启动直驱关键功能部件（摆角铣头、回转工作台）开发项目，采取了与哈尔滨工业大学合作开发模式。哈尔滨工业大学在电机理论及设计技术处于国内领先地位，具有较好的技术基础。光洋公司于2007年8月完成力矩电机的设计和制造，2007年10月完成了基于该电机的单轴精密转台样机设计和制造，同时完成了高分辨率（6700万线/转）、高精度（±3.6角秒）的总线式力矩电机伺服驱动器样机。近年来，光洋公司与沈阳工业大学联合设计新一代力矩电机及其伺服驱动装置系列化产品。光洋公司在仔细研究国外几种典型直驱功能部件产品的基础上，结合自身特点及优势，已经完成了直驱双摆铣头、单摆铣头、单轴转台、双轴转台的结构设计。目前光洋公司完成了系列化直驱功能部件样机制造，部分型号产品进入批量化制造阶段。

“十一五”期间，随着一系列关键技术的突破和自主生产能力的形成，我国开始突出“外国制造”的“重围”，进入世界高速数控机床和高精度数控机床生产国的行列。

在需求的拉动下，我国数控机床产量保持高速增长，年均复合增长率达到37.4%.2010年我国数控机床产量达到23.6万台，同比增长62.2%；2010年我国数控机床消费超过60亿美元，台数超过10万台，数控机床已成为机床消费的主流。

目前，国内机床制造企业总体上是大而不强，而功能部件和数控系统企业则是既不大也不强。因此，为推进"由大变强"目标的逐步实现，中国机床工具工业协会在制定行业发展规划时，经过内部细致的与讨论，初步提出了三个标志性目标：第一，在向行业主要服务领域重点企业主导产品的典型零件加工装备上有突破性进展。第二，国产数控机床特别是中高档数控机床在国内市场占有率明显提高，国内中高档数控机床应用数控系统和主要功能部件国产化率明显提高。第三，少数几种或更多机床工具产品成为国际知名品牌，少数几家或更多企业成为世界强势企业。

“十二五”期间我国将持续投入，且力度加大，每年重大专项将带动资金投入100亿以上。金模网CEO罗百辉认为，在经济的发展、国家政策大力支持、上下游产业振兴等背景下，我国数控机床行业的旺盛需求仍将保持高速增长，

尤其是高档数控机床将迎来更大的市场空间，未来3~5年，我国数控机床行业市场增长率将达到12%左右。这必将带动我国国产数控机床及其数控系统和相关功能部件的市场发展，也无疑为国内数控系统生产厂商不断发展自己的技术，扩大市场提供了极好的机遇。

展望“十二五”，我国数控机床的发展将努力解决主机大而不强、数控系统和功能部件发展滞后、高档数控机床关键技术差距大、产品质量稳定性不高、行业整体经济效益差等问题，将培育核心竞争力、自主创新、量化融合以及品牌建设等方面提升到战略高度，实现工业总产值8000亿元的目标，并力争通过10~15年的时间，实现由机床工具生产大国向机床工具强国转变，实现国产中高档数控机床在国内市场占有主导地位等一系列中长期目标。

数控机床和基础制造装备是装备制造业的“工作母机”，具有基础性、通用性和战略性的特征。“高档数控机床与基础制造装备”国家科技重大专项主要瞄准的航空航天、船舶、汽车和发电设备四大行业呈现三大特点：一是行业发展迅速，汽车、船舶、发电设备产量上升很快，航空工业加工任务很重；二是行业发展前景好，企业普遍加大技改投入；三是需要大批高档数控机床进行装配。上述特点表明，当前是我国高档数控机床发展的难得机遇，数控机床重大专项的启动正当其时。该专项确立的目标是，到2020年航空航天、船舶、汽车和发电设备制造所需要的高档数控机床与基础制造装备80%以上立足国内。

按照04 专项的总体目标：到2020 年，要具备高档数控机床与基础制造装备主要产品的自主开发能力，总体技术水平进入国际先进行列，部分产品国际领先；要建立起完整的功能部件研发和配套能力；要形成以企业为主体，产、学、研、用相结合的技术创新体系；要培养和建立一支高素质的研究开发队伍；四大领域所需要的高档数控机床与基础制造装备要80% 立足国内；要研究开发出若干具有原创性的技术和产品，并在该领域内，确保自主创新在一些点上实现突破。

机械制造行业未来十年发展前景比较宽广

内容摘要：规划提出，“十二五”期间机械工业要保持平稳健康发展，工业总产值、工业增加值、主营业务收入年均增长速度保持在12%左右，高端装备增长要高于全行业平均增长速度一倍以上。我们认为，高档数控机床及精密加工设备、海洋工程装备、工业机器人与专用机器人是值得重点关注的细分领域。

机械工业是一个有待挖掘的大金矿，未来十年发展空间巨大。机械工业是中国第一大工业部门，新世纪以来工业总产值从2000年的1.44万亿元提高到2010年的14.38万亿元，年均增速高达25%以上，总体规模已经位居世界第一。

规划提出，“十二五”期间机械工业要保持平稳健康发展，工业总产值、工业增加值、主营业务收入年均增长速度保持在12%左右，高端装备增长要高于全行业平均增长速度一倍以上。我们认为，目前中国处于工业化中后期，固定资产投资仍将保持较快增长，市场需求旺盛，机械工业正逐步向“由大到强”迈进，未来五年主营业务收入年均增长速度至少在15%以上，其中高端装备增长速度有望达到25%以上，发展空间巨大。

产品升级、进口替代创造市场需求，强化基础和节能环保被提至新的高度

规划提出了机械工业“十二五”期间五大发展战略：“主攻高端、创新驱动、强化基础、两化融合、绿色为先”。我们认为，“十二五”期间，产品升级和进口替代将创造出巨大的市场需求，是推动行业发展的两大驱动因素。

我们认为，高档数控机床和工程机械关键零部件存在巨大的进口替代空间。据海关统计，2010年机械工业进口2553.47亿美元，同比增长41.14%，进口额超过历年最高的2008年(进口1948.3亿美元)水平。与2009年同比，进口净增额达到744.3亿美元，创历史最高水平。其中，机床工具行业进口额同比增长66.73%，工程机械行业进口额同比增长65.93%。

在规划中，强化基础和节能环保被提至新的高度。五大发展战略中，“强化基础”和“绿色为先”被重点强调。数控机床中的数控系统和功能部件、液压挖掘机配套的液压系统、风电设备配套的关键轴承等制约高端装备发展的关键零部件将是国家重点支持和发展的领域。高效节能产品(节能型电机、风机、泵、气体压缩机，高效低排放内燃机)等产品领域将受益于国家“节能减排”战略的

推进。

规划提出，机械工业“十二五”期间要重点发展高端装备、新兴产业装备、民生用机械装备、关键基础产品、基础工艺及技术五大领域。

我们认为，高档数控机床及精密加工设备、海洋工程装备、工业机器人与专用机器人是值得重点关注的细分领域。

此外，尚未被市场充分认识、可以值得关注的领域还有：关键基础零部件(高端轴承、齿轮、液压件、气动件、密封件)、节能环保设备(节能型电机、风机、泵、气体压缩机，高效低排放内燃机)、智能设备(数字化、智能化仪器仪表和自动控制系统，智能印刷设备，大型智能工程建设机械)、民生装备(安全应急救灾设备，医疗设备、消费品现代化生产和流通的“完整解决方案”)等。

2012年是中国机床工具行业较为低迷的一年，自2011年始受全球经济形势影响，行业需求总量减少，新增订单大幅下降，中国机床工具行业从规模化发展和同质化竞争转向了加速产业转型升级的状态。在这一年中，我们明显感觉到往年订单量较大的常规产品的销量有一定幅度的下滑。

但与此同时，一些技术含量、精度、性能品质较高的产品，甚至是高端定制产品的订单量却有相对较大幅度的增长，如大扭矩的双输出齿轮自动消隙齿轮箱、高刚性高精密的多轴附件铣头、高精密数控回转工作台等都较往年有了一定幅度增长。我们认为这就是整个行业已经在从规模化发展向高技术含量高品质化发展，从以量取胜向以质取胜发展的表现。

2014年中国数控机床将在2013年的基础上平稳发展，预计数控机床产量将略有增加，进口需求依旧很大，但需求更偏向于高端产品，同时中端产品在国外实施本地市场化服务后也将有所增加。随着国防、航空、高铁、汽车和模具等重要装备制造行业需求量的大幅增长，中国数控机床也取得了快速发展，数控机床技术在高速化、复合化、精密化、多轴化等方面取得了显著进步和一系列突破。但在精度、可靠性方面和国外的数控机床还有很大差距。前数控机床产品中，中低端产品中国企业已有一定实力，但高档数控机床仍是短板，而高档数控机床是航空航天、汽车、船舶和发电设备制造这四大领域的必需，是产业升级的必备，

尽管国家实施了“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项，并计划到2020年四大领域所需的高档数控机床与基础制造装备80%立足国内，但目前只有济二机床大型高效数控全自动冲压生产线一个项目成功实现了商业化，关键零部件和高档数控系统方面尚需继续努力。

先进数控机床技术的发展离不开先进功能部件的支持，近年来我国数控机床市场的规模在不断扩大，各类机床厂家层出不穷，一方面为我国机床附件的发展提供了广阔的发展空间，尤其是带动机床核心部件数控转台的发展；另一方面由于广阔的国内市场需求，我国的转台制造商必将面临国外先进数控转台品牌的竞争压力。目前国内数控转台的制造商较少，其中相当一部分又集中在中国台湾地区，主要对象是国内中低端数控转台；国外的生产商家则主要集中在德国、意大利、美国、日本地区，生产对象涵盖了从低端到高端的全部转台市场，尤其在一些高端转台制造领域。跟国外这些著名的转台品牌相比，国内制造的转台性能较落后，主要体现在数控转台的转速、承载能力以及转台的分度定位精度等方面。因此，为了提高我国的转台制造水平，我们需要清楚的认识这种差距，进一步提倡技术上的创新，努力改善国内转台制造领域技术落后的现状。

数控转台作为数控机床上的关键功能部件之一，安装于各类加工中心，配合完成机床的各种加工要求，扩大了机床的加工范围，提高了机床的加工精度，并大大提高了机床的加工效率。按传动方式分类，数控转台分为机械传动式数控转台和直驱式数控转台。直驱式数控转台克服了传统机械驱动方式（伺服电机加此轮、蜗杆齿轮副）运动响应慢、动态刚度差及摩擦和间隙误差等缺点，具有推力大、动态响应速度及加速度高等特点。目前直驱式数控转台正广泛应用于一些快速加工中心中，其发展代表了未来转台的发展趋势。

现代机床有向精密化、大型化发展的趋势，作为机床的重要附件，转台的发展将在很大程度上制约机床的发展，纵观我国转台行业的发展，主要集中于中档数控转台的开发研制，而像直驱转台这类高档转台，国内转台厂家市场响应不大，其主要原因在于转台关键部分的制造主要依靠于国外的先进制造技术，技术上不突破，将难以支撑我国整个机床制造业的长久发展，也形成不了我们制造产业链的进一步发展。而直驱数控转台的多点液压油缸制动定位方法，虽然在实际生产中得到了一定程度的应用，但是在技术上仍然存在一些不足，还有较大的改进空

间。相比之下，国外高端转台制造领域的技术较为成熟，如直驱数控转台的阻尼制动定位技术已经得到了较大范围的应用，因涉及核心技术，对外十分保密，我们无法获取相关信息，了解甚少。

虽然近几年国产数控机床的发展速度很快，但国产功能部件的发展严重制约了整机的发展，尤其是制约了高档数控机床的发展。

智能制造装备将成为我国高端装备制造业的重点方向之一。正在征求意见的《国家战略性新兴产业发展“十二五”规划》中明确提出，“十二五”期间，要实现重点领域制造过程智能化水平显著提升，智能制造装备国内市场占有率达到30%。

据了解，智能制造装备主要包括以数控机床为代表的基础制造业。数控机床是高端装备制造业的“工作母机”。当今世界数控机床的先进水平和保有量，已成为一国制造业水平、工业现代化程度和国家综合竞争力的重要指标。“十二五”期间智能装备要突破新型传感器与仪器仪表、工业机器人等核心关键技术，推进制造、生产过程的智能化和绿色化，支撑国防、交通、能源、环保与资源综合利用等国民经济重点领域的发展和升级。

作为世界第一机床消费大国，我国的中高端数控机床产业的自给率严重偏低，机床业在设计研发、材料工艺、零部件等诸多方面与世界先进国家仍存在较大差距。受益国家产业政策，下游行业的巨大需求为我国数控机床产业赢得了宝贵的发展时机。

2009年至2012年，国家工信部共部署专项课题407项，其中高档数控机床与基础装备主机180项，数控系统31项，功能部件与关键部件82项，目前已开始突出“外国制造”的重围，取得阶段性成果。

数控机床改造的市场前景

数控机床改造的市场前景

近几年我国机床行业经济增长迅速，生产机床的数控化率有所提升。但是我国有各类普通机床400多万台，其中有1/4的机床是超过30年役龄的，这些机床无改造价值，需更新淘汰，剩余约七成的机床是可进行数控化改造的。对众多台普通机床实施改造和更新，可形成上千亿的更新市场需求，对保持经济增长可发挥一定的作用。所以数控化改造工程可形成数千亿元的工业增加值。

直驱转台产业化资金投入问题

直驱转台的产业化的内涵包括：开发、质量、关键设备、信息化管理、个性化服务和市场开拓。要全方位、一体化地去思考和研究、结合自己的产品特点、企业特点做好资金分配。以上几个方面是相互关联的，对这几个方面的资金投入都应该适当考虑，全面分析、突出重点。