1、工業(yè)母機(jī)：高端裝備制造的基石
機(jī)床是對(duì)金屬、其他材料的坯料或工件進(jìn)行加工，使之獲得所要求的幾何形狀、 尺寸精度和表面質(zhì)量的機(jī)器。機(jī)床是制造機(jī)器的機(jī)器，這是機(jī)床區(qū)別于其他機(jī)器 的主要特點(diǎn)，故機(jī)床又稱為工業(yè)母機(jī)。數(shù)控機(jī)床是用數(shù)字化信息對(duì)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)及其加工過(guò)程進(jìn)行控制的機(jī)床，是高效 率、高精度、高柔性和高自動(dòng)化的現(xiàn)代機(jī)電一體化設(shè)備。數(shù)控機(jī)床按照材料加工方式，工業(yè)母機(jī)可分為金屬切削機(jī)床、金屬成形機(jī)床、特 種加工機(jī)床。其中金屬切削機(jī)床包括車床、銑床、磨床等單功能性機(jī)床以及帶有 刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置，從而可以實(shí)現(xiàn)多種不同加工操作的加工中心。
數(shù)控機(jī)床上游行業(yè)主要供應(yīng)鈑焊件、鑄件、精密件、功能部件、數(shù)控系統(tǒng)、電氣 元件等。精密件主要包括主軸單元和絲杠、線軌、軸承等傳動(dòng)部件等，功能部件 主要包括數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、刀庫(kù)、機(jī)械手、齒輪箱、銑頭、刀架等。數(shù)控系統(tǒng)包 括驅(qū)動(dòng)裝置，以及控制和檢測(cè)裝置等。數(shù)控機(jī)床的下游用途十分廣泛，涵蓋國(guó)民 經(jīng)濟(jì)的多個(gè)重要領(lǐng)域，如航空航天、機(jī)械設(shè)備等。
目前我國(guó)低端數(shù)控機(jī)床基本達(dá)到自給自足，中端數(shù)控機(jī)床基本實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代，但 高端數(shù)控機(jī)床國(guó)產(chǎn)化率仍處于較低水平。根據(jù)科德數(shù)控公告，截至 2022 年底國(guó)內(nèi)高端機(jī)床國(guó)產(chǎn)化率不足 10%。據(jù)中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)，2023 年金屬切削機(jī)床數(shù)控化率為 45.5%。在發(fā)達(dá)國(guó)家中，日本機(jī)床數(shù)控化率維持在 80%以上，美國(guó)和德國(guó)機(jī)床數(shù)控化率均超 過(guò) 70%，與之相比國(guó)內(nèi)機(jī)床數(shù)控化率提升空間較大。
當(dāng)前國(guó)內(nèi)機(jī)床行業(yè)大致可分為三大梯隊(duì)，其中：第一梯隊(duì)：歷史悠久，實(shí)力雄厚的外資企業(yè)，主營(yíng)業(yè)務(wù)是高端數(shù)控機(jī)床，如日本 山崎馬扎克，德國(guó)通快，德馬吉森精機(jī)，美國(guó)馬格等。目前大多數(shù)都通過(guò)在中國(guó) 投資或合資建廠；第二梯隊(duì)：國(guó)內(nèi)最先起步，并具有一定技術(shù)實(shí)力，資金實(shí)力和品牌影響力的民企 和國(guó)企。從最早的國(guó)營(yíng)企業(yè)“十八羅漢”，到現(xiàn)在如海天精工，創(chuàng)世紀(jì)，紐威數(shù) 控等新主力軍民營(yíng)企業(yè)；第三梯隊(duì)：規(guī)模較小，技術(shù)含量較低的主營(yíng)低端數(shù)控機(jī)床的小型民營(yíng)企業(yè)。產(chǎn)品 價(jià)格便宜，產(chǎn)品加工精度要求不高，主要應(yīng)用于一般民用產(chǎn)品，汽車零部件粗加 工等領(lǐng)域。
2、 工業(yè)母機(jī)市場(chǎng)：聚焦頭部國(guó)家
2.1、 全球市場(chǎng)：中國(guó)穩(wěn)居全球生產(chǎn)、消費(fèi)第一
生產(chǎn)：根據(jù)德國(guó) VDW 數(shù)據(jù)，2022 年全球機(jī)床產(chǎn)值 803 億歐元，同比+12%。其中金屬 切削機(jī)床 566 億歐元，金屬成形機(jī)床 235 億歐元（過(guò)去 5 年比例約為 7:3）。2022 年全球機(jī)床產(chǎn)值排名前十的國(guó)家和地區(qū)依次為：中國(guó)（不包含中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)，下 同）（257 億歐元）、日本（99 億歐元）、德國(guó)（97 億歐元）、意大利（65 億歐元）、美國(guó)（56 億歐元）、韓國(guó)（43 億歐元）、中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)（39 億歐元）、 瑞士（28 億歐元）、印度（13 億歐元）、奧地利（12 億歐元）。
中國(guó)目前是全球最大的機(jī)床生產(chǎn)國(guó)，2022 年產(chǎn)值占全球 32%，其次為日本 （12%）、德國(guó)（12%）、意大利（8%）、美國(guó)（7%）。
消費(fèi)：中國(guó)目前是全球最大的機(jī)床消費(fèi)國(guó)，2022 年機(jī)床消費(fèi)占全球 34%，其次為美國(guó) （12%）、意大利（7%）、德國(guó)（7%）、日本（5%）。
出口：作為老牌機(jī)床強(qiáng)國(guó)，德國(guó)與日本的機(jī)床出口額位居前列，2022 年全球出口份額 分別為 17%、17%。2020-2022 年，中國(guó)機(jī)床出口額快速增長(zhǎng)，2022 年中國(guó)機(jī) 床全球出口份額已提升至 14%，且在全球機(jī)床出口額前 5 名中，僅中國(guó)的機(jī)床 出口額超過(guò)了 2018 年水平。值得一提的是，根據(jù) VDW 口徑，有相當(dāng)一部分出口額來(lái)自于德國(guó)、日本、瑞士 等機(jī)床制造商在中國(guó)生產(chǎn)的頂級(jí)機(jī)床。
進(jìn)口：中國(guó)和美國(guó)是全球排名前二的機(jī)床進(jìn)口國(guó)，隨著國(guó)產(chǎn)替代的推進(jìn)，中國(guó)的機(jī)床進(jìn) 口額穩(wěn)中有降，2022 年為 62.6 億歐元，較 2021 年微降 0.4%；美國(guó) 2022 年機(jī) 床進(jìn)口額 59.0 億歐元，較 2021 年增加 36.2%。
主要國(guó)家和地區(qū)機(jī)床供需平衡：作為全球最大的機(jī)床消費(fèi)國(guó)，中國(guó)基本實(shí)現(xiàn)自給自足，2022 年機(jī)床進(jìn)口額與出 口額基本持平，大部分國(guó)內(nèi)消費(fèi)由本土供應(yīng)。德國(guó)、日本機(jī)床出口額遠(yuǎn)大于機(jī)床 進(jìn)口額，2022 年貿(mào)易順差分別達(dá)到 45、63 億歐元。美國(guó)機(jī)床進(jìn)口額遠(yuǎn)大于機(jī) 床出口額，2022 年貿(mào)易逆差達(dá)到 41 億歐元。而韓國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)、瑞士 2022 年機(jī)床貿(mào)易順差分別達(dá)到 13、20、18 億歐元。
出口比例：2022 年，日本、德國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)、瑞士機(jī)床出口占生產(chǎn)比例均超 70%，為 典型的出口導(dǎo)向型經(jīng)濟(jì)；意大利、韓國(guó)機(jī)床出口占生產(chǎn)比例在 50%附近，內(nèi)外 需較為均衡；中國(guó)、美國(guó)機(jī)床出口占生產(chǎn)比例分別為 23%、33%，隨著國(guó)內(nèi)機(jī) 床出口額不斷增長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)機(jī)床出口比例仍有較大提升空間。
進(jìn)口比例：2022 年，墨西哥、土耳其、美國(guó)、印度機(jī)床進(jìn)口占消費(fèi)比例均超 50%，其中墨 西哥、土耳其機(jī)床消費(fèi)中進(jìn)口依賴度分別達(dá)到 98%、89%；而德國(guó)機(jī)床消費(fèi)中 進(jìn)口依賴度亦達(dá)到 49%；中國(guó)機(jī)床消費(fèi)中進(jìn)口依賴度為 24%。
2.2、 國(guó)內(nèi)市場(chǎng)：進(jìn)口依賴度下降，出口快速提升
中國(guó)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了起步、擴(kuò)產(chǎn)、整合、高速發(fā)展與轉(zhuǎn)型升級(jí)，目前已形成 了品類完善、功能齊全的制造格局。
根據(jù)中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)，2023 年我國(guó)金屬加工機(jī)床生產(chǎn)額為 1935 億元， 同比增長(zhǎng) 1.1%。消費(fèi)額為 1816 億元，同比下降 6.2%。根據(jù) VDW 數(shù)據(jù)，我國(guó)機(jī)床消費(fèi)中進(jìn)口依賴度從 2018 年的 33%下降至 2022 年 的 24%。
從產(chǎn)業(yè)周期來(lái)看，機(jī)床呈現(xiàn)約 10 年的更換周期。2009 年，“04 專項(xiàng)”的實(shí)施 為我國(guó)機(jī)床行業(yè)注入新的動(dòng)力，我國(guó)金屬切削機(jī)床在 2011/2014 年形成產(chǎn)量高 峰。隨著 10 年更換周期的到來(lái)，預(yù)計(jì)我國(guó)機(jī)床行業(yè)將迎來(lái)大規(guī)模替換需求。根據(jù)日本機(jī)床工業(yè)協(xié)會(huì)，日本來(lái)自中國(guó)的機(jī)床訂單基本呈現(xiàn) 3 年一個(gè)小周期的規(guī) 律。
從月度數(shù)據(jù)來(lái)看，中國(guó)金屬切削機(jī)床產(chǎn)量與日本來(lái)自中國(guó)的機(jī)床訂單呈現(xiàn)同步狀 態(tài)。2023 年 1-12 月，中國(guó)制造業(yè)固定資產(chǎn)投資完成額累計(jì)同比增長(zhǎng) 6.5%，較 2023 年 1-11 月提升 0.2pct。目前國(guó)內(nèi)金屬切削機(jī)床產(chǎn)量及日本對(duì)華機(jī)床訂單 均有底部回暖趨勢(shì)，隨著新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展，中高端機(jī)床的市場(chǎng)需求或?qū)⑵蠓€(wěn)回升。
從進(jìn)出口情況來(lái)看，2021-2023 年，我國(guó)金屬切削機(jī)床出口金額逐年提升，進(jìn)口 金額逐年下降，在 2023 年完成貿(mào)易順差 3.9 億美元；2021-2023 年，我國(guó)金屬 成形機(jī)床出口金額提升較快，貿(mào)易順差逐步擴(kuò)大，在 2023 年達(dá)到 12.9 億美元。
從進(jìn)口機(jī)床種類來(lái)看，我國(guó)對(duì)外進(jìn)口的機(jī)床主要是加工中心、特種加工機(jī)床、磨 床、齒輪加工機(jī)床、車床；從出口機(jī)床種類來(lái)看，我國(guó)對(duì)外出口的機(jī)床主要是特 種加工機(jī)床、車床、加工中心、成形折彎?rùn)C(jī)、金屬冷加工壓力機(jī)。
3、 工業(yè)母機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈：國(guó)產(chǎn)替代任務(wù)艱巨
從機(jī)床的發(fā)展來(lái)看，金屬切削的基本工作原理是借助高硬度材料的刀具從硬度較 低的工件毛坯上切除多余的金屬，從而獲得具有一定形位精度和表面質(zhì)量的特定 形狀的零件。因此，工件和刀具的機(jī)床內(nèi)部一對(duì)相互對(duì)抗的矛盾體。從機(jī)床結(jié)構(gòu)來(lái)看，可分為主傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)。其 中主傳動(dòng)系統(tǒng)是由主軸電動(dòng)機(jī)經(jīng)一系列傳動(dòng)元件和主軸構(gòu)成的具有運(yùn)動(dòng)、傳動(dòng)聯(lián) 系的系統(tǒng)；進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)以保證刀具與工件相對(duì)位置關(guān)系為目的，其作用是將伺 服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閳?zhí)行件的直線運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；檢測(cè)系統(tǒng)負(fù)責(zé)將機(jī)床 運(yùn)動(dòng)部件的實(shí)際位移量隨時(shí)檢測(cè)出來(lái)，與給定的控制值（指令信號(hào)）進(jìn)行比較， 從而控制驅(qū)動(dòng)元件正確運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制；而數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的核心，是 實(shí)現(xiàn)機(jī)床精確加工功能的關(guān)鍵。
3.1、 數(shù)控系統(tǒng)：工業(yè)母機(jī)之“腦”
數(shù)字控制（Numerical Control-NC）技術(shù)是近代發(fā)展起來(lái)的一種自動(dòng)控制技術(shù)。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB 8129-87 將其定義為“用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)及其加工過(guò)程進(jìn)行 控制的一種方法”。數(shù)控機(jī)床是用數(shù)字信息進(jìn)行控制的機(jī)床，借助輸入控制器中的數(shù)字信息來(lái)控制機(jī) 床部件的運(yùn)動(dòng)，自動(dòng)地將零件加工出來(lái)。現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)普遍采用微機(jī)技術(shù)，成為 計(jì)算機(jī)數(shù)控（Computer Numerical Control-CNC）。伴隨數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，機(jī)床數(shù)字控制器也從最初的機(jī)床研制單位自行設(shè)計(jì)制造轉(zhuǎn) 變?yōu)閷I(yè)的制造商批量生產(chǎn)，形成了專門的產(chǎn)品——數(shù)控系統(tǒng)及其產(chǎn)業(yè)。
從全球數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展來(lái)看，主要經(jīng)歷了五個(gè)時(shí)期：1）第 1 階段：研究開(kāi)發(fā)期(1952-1970)，系統(tǒng)組成以電子管、晶體管小規(guī)模集成 電路為主；2）第 2 階段：推廣應(yīng)用期(1970-1980)，使用專用 CPU 芯片，實(shí)現(xiàn)全數(shù)字控制 刀具自動(dòng)交換；3）第 3 階段：系統(tǒng)化(1980-1990)，使用多 CPU 處理器，完成多軸聯(lián)動(dòng)控制且 人機(jī)界面友好；4）第 4 階段：集成化 (1990-2000)，使用模塊化多處理器，實(shí)現(xiàn)復(fù)合多任務(wù)加 工；5）第 5 階段：網(wǎng)絡(luò)化 (2000-2015)，使用開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)工業(yè)微機(jī)，從而達(dá)到開(kāi) 放式數(shù)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化和智能化。
數(shù)控系統(tǒng)一般分為高、中、低端三種類型：1）低端（普及型）數(shù)控：一般采用 32 位中央處理器(CPU)芯片，以模擬量或脈 信號(hào)控制伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制，可完成基本的直線和圓弧插補(bǔ)功能， 實(shí)現(xiàn)軸或 3 軸控制。系統(tǒng)分辨率大于 1μm，定位精度 0.03mm。典型產(chǎn)品有廣 州數(shù)控的 GSK928 系統(tǒng)、華中數(shù)控 HNC-808 系列、西門子的 808D 系統(tǒng)等；2）中端數(shù)控：通常稱為全功能數(shù)控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)主要的插補(bǔ)功能，具有豐富的 圖形化界面和數(shù)據(jù)交換功能，實(shí)現(xiàn)三軸或四軸聯(lián)動(dòng)。系統(tǒng)分辨率 1μm，定位精 度 0.03mm-0.005mm。典型產(chǎn)品有廣州數(shù)控 980 系列，華中數(shù)控 HNC-818 系 列，西門子 828D 系統(tǒng)，發(fā)那科 0i 系統(tǒng)等；3）高端數(shù)控：具有 5 軸以上的控制能力，多通道、全數(shù)字總線，豐富的插補(bǔ)及 運(yùn)動(dòng)控制功能，智能化的編程和遠(yuǎn)程維護(hù)診斷。主軸轉(zhuǎn)速 10000r/min 以上，系 統(tǒng)分辨率亞微米或納米級(jí)，定位精度 0.01mm-0.001mm。典型產(chǎn)品有西門子 840Dsl、發(fā)那科 30i、華中數(shù)控 HNC-848、沈陽(yáng)機(jī)床 i5 等。
20 世紀(jì) 50 年代以來(lái)，全球數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)歷 2 個(gè)階段，實(shí)現(xiàn)從硬線控制到計(jì)算 機(jī)數(shù)控階段的進(jìn)步。從 1952 年世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床在美國(guó)誕生，數(shù)字計(jì)算機(jī) 技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于機(jī)床行業(yè)，自此數(shù)控技術(shù)的發(fā)展與電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展緊密 相關(guān)。隨著數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展，其功能持續(xù)增多、可靠性與精度不斷提高，價(jià)格也 逐漸下降。中國(guó)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展經(jīng)歷 4 個(gè)階段，目前國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用多集中在低端市場(chǎng)，高 端市場(chǎng)有待發(fā)展，主要原因是由于數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)壁壘高，同時(shí)需要大量實(shí)際應(yīng)用 進(jìn)行升級(jí)迭代。
3.1.1、數(shù)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)
數(shù)控系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)包括：1）譯碼及刀具補(bǔ)償：譯碼指從零件加工程序的文本文件中提取出插補(bǔ)種類及相 關(guān)參數(shù)、速度信息、刀具信息以及輔助信息；而刀具補(bǔ)償已成為 ISO 中定義的 標(biāo)準(zhǔn)功能，在編制工件粗、精加工程序的過(guò)程中，合理運(yùn)用刀具補(bǔ)償功能，可以 極大減少計(jì)算工作量及編程工作，提高加工效率；2）插補(bǔ)方法：數(shù)控編程時(shí)將零件上要加工的平面、凸臺(tái)、型腔及曲面等規(guī)劃成 相應(yīng)的刀具加工軌跡，這些軌跡通常由直線、圓弧、曲線組成。插補(bǔ)就是根據(jù)給 定曲線的起點(diǎn)和終點(diǎn)、進(jìn)給速度、軌跡線形和插補(bǔ)周期計(jì)算軌跡上中間點(diǎn)的方法；3）速度前瞻：速度前瞻處理功能預(yù)先獲得待加工零件輪廓上的速度突變點(diǎn)，使 得數(shù)控機(jī)床進(jìn)入這些突變點(diǎn)之前，能及時(shí)修調(diào)進(jìn)給速度，避免加工表面質(zhì)量變差， 有效抑制機(jī)床在突變點(diǎn)產(chǎn)生振動(dòng)；4）坐標(biāo)變換及誤差補(bǔ)償：坐標(biāo)變換負(fù)責(zé)將編程坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成機(jī)床的物理坐標(biāo)系。誤差補(bǔ)償指的是數(shù)控系統(tǒng)通過(guò)對(duì)加工過(guò)程的誤差源分析、測(cè)量、建模，實(shí)時(shí)地計(jì) 算出位置誤差、熱誤差等，將該誤差反饋到控制系統(tǒng)中,改變實(shí)際坐標(biāo)指令來(lái)實(shí) 現(xiàn)誤差修正，從而使工件獲得理想的加工精度。
3.1.2、數(shù)控市場(chǎng)格局
自 2017 年中國(guó)科技專項(xiàng)后，數(shù)控系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化率實(shí)現(xiàn)提升，打破高端市場(chǎng)外資壟 斷局面，但目前中高端市場(chǎng)仍以外資為主，這主要是由于數(shù)控系統(tǒng)的技術(shù)壁壘與 較高的用戶粘性。目前中國(guó)數(shù)控系統(tǒng)市場(chǎng)中：高端市場(chǎng)以外資企業(yè)為主，其中第一梯隊(duì)代表為日本發(fā)那科、德國(guó)西門子，第二 梯隊(duì)代表為德國(guó)海德漢、日本三菱、德國(guó)馬扎克；中端市場(chǎng)面臨外資企業(yè)與國(guó)產(chǎn)廠商的激烈競(jìng)爭(zhēng)，其中國(guó)產(chǎn)品牌華中數(shù)控主要以加 工中心數(shù)控系統(tǒng)為主、技術(shù)積累深厚，科德數(shù)控以五軸數(shù)控系統(tǒng)為主，技術(shù)積累 深厚，以自用為主；低端市場(chǎng)以國(guó)產(chǎn)廠商為主，如廣州數(shù)控（以車床數(shù)控系統(tǒng)為主，中低端市占率第一，商務(wù)性強(qiáng)）、蘇州新代（以車銑復(fù)合數(shù)控系統(tǒng)為主，銷售模式具有優(yōu)勢(shì)，技 術(shù)較強(qiáng)）、凱恩帝（以車床數(shù)控系統(tǒng)為主，產(chǎn)品性能較好，銷售能力較弱）。
2022 年，中國(guó)數(shù)控系統(tǒng)市占率前三均為外資企業(yè)，分別為發(fā)那科、三菱、西門 子，銷售額市占率分別為 37%、17%、12%，合計(jì)占比 66%。數(shù)控系統(tǒng)占數(shù)控機(jī)床成本比例約在 15%左右。據(jù)頭豹產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，2022 年 全國(guó)數(shù)控系統(tǒng)市場(chǎng)規(guī)模約在 135.2 億元。未來(lái)隨著我國(guó)機(jī)床數(shù)控率提升，數(shù)控系 統(tǒng)市場(chǎng)規(guī)模增速預(yù)計(jì)將高于機(jī)床行業(yè)整體增速。
3.2、 主軸：工業(yè)母機(jī)之“左手”
3.2.1、從機(jī)械主軸到電主軸
主軸部件是主運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行件，它夾持刀具或工件，并帶動(dòng)其旋轉(zhuǎn)。數(shù)控機(jī)床主軸 部件的精度、剛度、抗振性和熱變形對(duì)加工質(zhì)量和生產(chǎn)率等有著直接的影響。數(shù) 控機(jī)床的主軸部件包括主軸、主軸支承、裝在主軸上的傳動(dòng)件和密封件等。主軸的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段：1）齒輪/帶傳動(dòng)。傳統(tǒng)機(jī)床主軸的驅(qū)動(dòng)方式是電機(jī)軸線和主軸的軸線互相平行， 電機(jī)通過(guò)皮帶或齒輪間接地驅(qū)動(dòng)主軸。由于當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速提高到一定水平后，傳動(dòng) 皮帶開(kāi)始受離心力的作用而膨脹，傳動(dòng)效率急劇下降，傳動(dòng)齒輪的發(fā)熱和噪音問(wèn) 題也開(kāi)始變得嚴(yán)重。2）聯(lián)軸器傳動(dòng)。為了解決間接傳動(dòng)的轉(zhuǎn)速瓶頸，機(jī)床設(shè)計(jì)人員開(kāi)始研究將電機(jī) 和主軸同軸配置，由電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸節(jié)直接驅(qū)動(dòng)主軸。這種驅(qū)動(dòng)方式盡管取消了皮 帶和齒輪等中間傳動(dòng)帶來(lái)的問(wèn)題，但又為刀具夾緊機(jī)構(gòu)的配置帶來(lái)新的問(wèn)題。3）電主軸。電主軸的出現(xiàn)，從根本上解決了主軸直接驅(qū)動(dòng)的問(wèn)題。電主軸是將 電機(jī)的轉(zhuǎn)子和主軸集成為一個(gè)整體。中空的、直徑較大的轉(zhuǎn)子軸同時(shí)也是機(jī)床的 主軸，它有足夠的空間容納刀具夾緊機(jī)構(gòu)或送料機(jī)構(gòu)。
從不同領(lǐng)域?qū)C(jī)床主軸的要求來(lái)看，主軸的選擇與機(jī)床類型、加工工藝、刀具. 工件材料和加工精度都有密切的關(guān)系。復(fù)合加工中心的愿景是在一臺(tái)機(jī)床上進(jìn)行鏜銑、車、鉆、磨等不同工序，其進(jìn)步 完善的主要瓶頸就是主軸，沒(méi)有一種主軸可以滿足不同加工情況的要求，達(dá)到同 樣優(yōu)良的性能。可重構(gòu)機(jī)床、模塊化機(jī)床則往往需要具有機(jī)械、液壓、氣動(dòng)和電 氣標(biāo)準(zhǔn)化接口的可交換主軸。
不同類型主軸傳動(dòng)的性能各異，可根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的需求加以選用和設(shè)計(jì)。電主軸 在速度、精度、噪聲和更換方便性方面，皆優(yōu)于其他傳動(dòng)形式，是高端數(shù)控銑床、 加工中心和復(fù)合加工機(jī)床的首選方案。
電主軸作為一種機(jī)電一體化系統(tǒng)，機(jī)床的核心部件，越來(lái)越多地集成各種傳感器 和軟件，對(duì)其工作狀態(tài)的進(jìn)行監(jiān)控、預(yù)警、可視化和補(bǔ)償。裝上各種傳感器的電 主軸能產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)，各大電主軸制造商和機(jī)床制造商，目前正努力合作開(kāi)發(fā)專 家系統(tǒng)，將這些數(shù)據(jù)綜合后用簡(jiǎn)明的方式向用戶報(bào)告。
