要想给航天航空、船舶中用的叶轮叶片做切削加工,且能轻易应付复杂曲面的,首选五轴数控机床,“国之重器”的重要性不言而喻。2024年中国五轴数控机床的规模将达到120亿,可在中国这个最大的五轴机床市场中,欧日厂商占据了领先地位,诸如德玛吉、马扎克、牧野、哈默、格劳博等厂商。我国只有少部分厂商具备五轴联动数控机床的生产能力,如果考虑市占率的话,靠前的也只有北京精雕、科德数控、埃弗米等少数几家。
国产机床品牌面对进口品牌的竞争压力时,也要与国内的同行一较高下。不过仔细观察就能发现,国内几大五轴数控机床的侧重应用方向也各有不同。比如北京精雕的机床广泛应用于3C、精密加工和特种材料加工领域,科德数控的五轴机床客户主要是航天航空、军工企业,埃弗米的五轴机床主要以汽车、医疗、精密模具等行业加工为主。
这就不得不牵扯到国产五轴机床搞替代最重要的一个问题,追求技术突破还是专精应用赛道?答案是,核心技术的研发和突破自然不能落下,但选对应用赛道,可以在国产替代的进程上先行一步。
1.新能源零部件加工商机显现
国内外五轴同起点
在新能源汽车零部件加工领域,国内五轴产品和进口品牌起点差距并不大,但本土服务做得会更好,加上广为人知的高性价比优势,竞争力并不比国际机床巨头差。从各大机床厂商的财报中就可以看出,购置五轴联动数控机床的民营客户占比在不断提高,且主要集中在汽车领域,尤其是用于新能源汽车零部件的加工。
相比传统的燃油车,新能源汽车的制造工序更加精细化,但难度却并没有降低。随着新能源汽车轻量化的趋势,一体化压铸等技术使得由多个零件组成的部件向单一零件整合,复杂零件的加工特征也开始从二维转向三维。因此,五轴数控机床这种能一次装夹、多面加工的设备,能够明显优化加工节拍,提高效率。另外就是针对铝合金这类高强度材料的加工,并不需要做到超高速,反而对机床的刚性、精度要求更高。
从这几年机床厂商发布的新品来看,不少都是针对新能源汽车的生产制造新流程打造的,比如2025 ITES参展品牌——埃弗米。埃弗米作为一家致力于实现高端五轴数控设备普及的制造企业,就选择了专精汽车、医疗、精密模具和民用航空赛道。
2024年11月11日,埃弗米将在举办双11品牌系列活动“2024埃弗米高端五轴机床节”暨第二届“工厂开放日”。本次活动分为高端五轴机床节主论坛、新品发布、生产车间实地参观、加工解决方案应用展示四大模块,全方位展示五轴高端数控机床如何助力制造业高质量发展,共赴产业新未来。
本次活动中,埃弗米将带来全新K7卧式五轴加工中心的首秀,同时开放其机床生产车间的实地参观,进入工业母机的实际生产、组装、测试场景,深入了解生产制造的各个环节,一站式解锁覆盖全生命周期的数控机床解决方案和服务,了解埃弗米生产效能及产业链布局。
K7卧式五轴加工中心聚焦新能源汽车的轻量化生产,尤其是压铸铝汽车零部件的高效高精加工。K7采用动柱式结构设计,提供了高刚性、高精度和高稳定性,其SUPER POWER电主轴转速可达15000rpm,为铝合金等高强度材料提供高效的切削能力。
其次,其X/Y/Z三轴均升级为高响应滚珠丝杆传动,移动速率达到90m/min。在数控系统上,K7也用到了德国西门子的SINUMERIK 828D数控系统,满足了新能源汽车行业对零部件质量的高精度、高可靠标准。
2.精数控,快主轴
核心技术突破难
相比之下,我们再来看看从核心技术上突破,实现国产替代究竟有多难。五轴数控机床的核心技术包括数控系统、电主轴、伺服系统等,近年来国内机床企业已经在这方面的研发取得了长足进步。以2025 ITES参展品牌——北京精雕自主研发的精雕数控系统为例,在经过了5次迭代后,其最新的JD50数控系统已经具备高精度多轴联动加工控制能力,可满足微米级精度产品的多轴加工需求。
除此之外,还有华中数控、广州数控这样的专业数控系统开发商,也在为秦川机床、创世纪等国产厂商的高端数控机床提供配套数控系统。不过在功能完备性、适用范围和可靠性上,国产数控系统仍有一定差距。比如国外的高端数控系统早已凭借高精密检测器件实现纳米级插补,在1000M高速总线下多通道控制能力已经多达100以上。更重要的是,在稳定性上,国产数控系统还是较难做到上万小时运行时间无故障的。
在电主轴这一关键零部件上,国产化率也在稳步提升,除了昊志机电、速锋科技和国机精工等专业电主轴制造商外,不少机床厂商也开启了自研电主轴之路。
北京精雕已经自主研发了10多个型号的高速精密电主轴,最高转速可达36000r/min。且在北京精雕的持续改良升级下,还做到了高刚性、低振动的国际水平。在2024 ITES深圳工业展上,北京精雕也首次展示了他们自研的油气润滑电主轴产品。2025 ITES深圳工业展上,北京精雕将以超大规模全面展示多种应用方案,敬请期待。
即便如此,国内的电主轴技术水平还是落后于世界顶尖的电主轴制造商,尤其是在主轴转速上,国外进口主轴已经可以达到8万转每分钟的超高转速。在润滑方面,国外的高速电主轴产品已经普遍采用供油精确的油气润滑技术,而国内除了上面举例的北京精雕等厂商外,多数五轴机床的电主轴仍在采用相对落后的油脂、油雾润滑,不利于提高电主轴转速。此外,电主轴所用的精密轴承误差大小,也会影响电主轴的回转精度,进而影响数控机床的精度和可靠性。
从以上对比中可以看出,尽管国产五轴机床在核心技术突破上的进展已经堪称神速了,但在控制技术、伺服驱动、工艺优化参数、传感器技术等方面的技术积累,相比进口品牌还是有一定差距,需要继续大力投入研发来追赶。非得在技术指标上硬碰硬的话,目前的国产五轴要做到高端化替代很难。不想一味做中低端替代,又得顾生存,就得想办法选对应用赛道。
在核心技术上还没办法比肩进口品牌之际,学会扬长避短,在应用领域上选择同一起跑线,会成为国产五轴机床快速占领市场份额的捷径。