數(shù)控機(jī)床深度解析：國(guó)之重器“工業(yè)母機(jī)”

1、數(shù)控機(jī)床深度解析：國(guó)之重器“工業(yè)母機(jī)”機(jī)床與其他機(jī)器的主要區(qū)別在于，機(jī)床是制造機(jī)器的機(jī)器，同時(shí)也是制造機(jī)床本身的機(jī)器，因此機(jī)床又被稱為工業(yè)母機(jī)”或“工具機(jī)”。機(jī)床為裝備制造業(yè)提供生產(chǎn)設(shè)備，凡是對(duì)加工精度要求較高，表面粗糙度要求較細(xì)的零部件都需要通過(guò)機(jī)床加工。因此機(jī)床在制造業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有舉足輕重的地位。隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前機(jī)床行業(yè)已進(jìn)入以數(shù)控機(jī)床為代表產(chǎn)品的機(jī)電一體化時(shí)代。數(shù)控機(jī)床是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床，較好地解決了復(fù)雜、精密、小批量、多品種的零件加工問(wèn)題，是一種柔性的、高效能的自動(dòng)化機(jī)床，代表了現(xiàn)代機(jī)床控制技術(shù)的發(fā)展方向。國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品結(jié)構(gòu)主要由數(shù)控金屬切削機(jī)床、

2、數(shù)控金屬成形機(jī)床、數(shù)控特種加工機(jī)床組成。其中，數(shù)控金屬切削機(jī)床規(guī)模最大，占總產(chǎn)品規(guī)模的53.20%,數(shù)控金屬成形機(jī)床和數(shù)控特種加工機(jī)床組成分別占總產(chǎn)品規(guī)模的28.50%、16.80%。根據(jù)中國(guó)制造2025規(guī)劃，到2025年我國(guó)高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率目標(biāo)將超過(guò)80%，高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備總體進(jìn)入世界強(qiáng)國(guó)行列。機(jī)床行業(yè)具有明顯的周期性,機(jī)床的一般產(chǎn)品壽命約為10年,因此行業(yè)大約每7-10年為一個(gè)商業(yè)周期,新一輪周期從2009年開(kāi)始，在2011年全球機(jī)床消費(fèi)量和產(chǎn)值達(dá)到頂峰后回落，2019年全球機(jī)床消費(fèi)821億美元，同比下降13.8%,目前全球行業(yè)仍然處于周期底部。近年來(lái)，雖

3、然我國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)整體盈利能力出現(xiàn)部分下滑，但產(chǎn)業(yè)規(guī)模仍呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。中國(guó)機(jī)床工具行業(yè)協(xié)會(huì)預(yù)測(cè),2021年我國(guó)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)規(guī)模將增長(zhǎng)5%,意味著將突破3,400億元。目前,我國(guó)處于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整升級(jí)階段,先進(jìn)制造業(yè)將逐步替代傳統(tǒng)制造業(yè),作為工業(yè)母機(jī)的高性能數(shù)控機(jī)床的市場(chǎng)需求將大大增加。數(shù)控機(jī)床相比于傳統(tǒng)機(jī)床,具備高精密、高速度、復(fù)合化、智能化、環(huán)?；亩嘀貎?yōu)勢(shì),承載著工業(yè)現(xiàn)代化的特殊使命。數(shù)控機(jī)床并非普通工業(yè)投資品，高檔數(shù)控機(jī)床及系統(tǒng)，如五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床，直至現(xiàn)在仍被列在發(fā)達(dá)國(guó)家貿(mào)易限制清單，作為戰(zhàn)略物資限制關(guān)乎國(guó)家經(jīng)濟(jì)、軍事、工業(yè)安全。當(dāng)前世界機(jī)床行業(yè)是一個(gè)完全競(jìng)爭(zhēng)的行業(yè)，主要機(jī)床大國(guó)包括德國(guó)、

4、日本、美國(guó)、中國(guó)等國(guó)家。中國(guó)機(jī)床行業(yè)起步晚，但整體發(fā)展迅速，近年來(lái)在技術(shù)、市場(chǎng)規(guī)模上都有顯著增長(zhǎng)。但是與德、日、美相比，我國(guó)機(jī)床結(jié)構(gòu)仍存在較大優(yōu)化空間，數(shù)控化率提升是行業(yè)大趨勢(shì)，整體市場(chǎng)龐大且發(fā)展前景廣闊。數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)鏈機(jī)床產(chǎn)業(yè)鏈上中下游清晰，包括上游基礎(chǔ)材料和零部件生產(chǎn)商、中游機(jī)床本體制造商和下游終端用戶。上游基礎(chǔ)材料和零部件生產(chǎn)商主要為機(jī)床制造商提供結(jié)構(gòu)件（鑄鐵、鋼件等）、數(shù)控系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（驅(qū)動(dòng)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)裝置）、傳動(dòng)系統(tǒng)（導(dǎo)軌、絲杠、主軸等）、刀庫(kù)等組成，中游是機(jī)床本體制造商，負(fù)責(zé)向終端用戶提供滿足其要求的各種機(jī)床或成套的集成產(chǎn)品；下游用途十分廣泛，終端用戶主要是汽車、軍工、航天航空、船

5、舶、石化、工程機(jī)械、消費(fèi)電子等各類領(lǐng)域。上游：核心零部件上游裝備部件作為數(shù)控機(jī)床的基本組成部分,其品質(zhì)是數(shù)控機(jī)床等智能制造裝備產(chǎn)品性能和質(zhì)量的重要保障。其中,精密件、功能部件和數(shù)控系統(tǒng)市場(chǎng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,價(jià)格波動(dòng)不大,鈑焊件和鑄件市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)充分,價(jià)格波動(dòng)主要來(lái)自生其中，精密件、功能部件和數(shù)控系統(tǒng)市場(chǎng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，價(jià)格波動(dòng)不大，鈑焊件和鑄件市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)充分，價(jià)格波動(dòng)主要來(lái)自生鐵、鋼材等原材料成本的推動(dòng)。我國(guó)功能部件行業(yè)的發(fā)展相對(duì)緩慢，產(chǎn)業(yè)化和專業(yè)化程度低，電主軸、滾珠絲杠、數(shù)控刀架、數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)等雖已形成一定的生產(chǎn)規(guī)模，但受到技術(shù)限制，僅能滿足中低檔數(shù)控機(jī)床的配套需要，國(guó)產(chǎn)中高檔數(shù)控機(jī)床釆用的功能部件仍嚴(yán)

6、重依賴進(jìn)口。光機(jī)、鈑金等機(jī)床部件國(guó)產(chǎn)已經(jīng)較為成熟。由于進(jìn)口機(jī)床價(jià)格昂貴、交貨期長(zhǎng)等因素使得國(guó)產(chǎn)中高檔數(shù)控機(jī)床價(jià)格居高不下，嚴(yán)重影響了其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵零部件供給格局：結(jié)構(gòu)件結(jié)構(gòu)件中鑄鐵、鑄鋼件通過(guò)精加工形成機(jī)身、支柱等，成本占比25%左右。鑄件與鈑金零部件主要包括機(jī)床內(nèi)外防護(hù)罩、伸縮護(hù)蓋、排屑機(jī)精密鈑焊件、其他機(jī)床鈑金小附件等。數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)即CNC系統(tǒng)，通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)金屬切削的命令產(chǎn)生和傳達(dá)，成本占比2530%。2020年，我國(guó)CNC數(shù)控系統(tǒng)市場(chǎng)規(guī)模達(dá)116億元，同比增長(zhǎng)33%。2021-2022年我國(guó)CNC數(shù)控系統(tǒng)有望保持穩(wěn)健增長(zhǎng)。計(jì)算機(jī)技術(shù)演化下，全球數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了數(shù)控(NC)和

7、計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)時(shí)代。目前行業(yè)所指的數(shù)控”均為計(jì)算機(jī)數(shù)控。高檔數(shù)控系統(tǒng)算法復(fù)雜空間建模know-how、優(yōu)化補(bǔ)償技術(shù)、可靠性、應(yīng)用延展能力等構(gòu)成數(shù)控系統(tǒng)重要門檻。除此之外，芯片、光纖通訊對(duì)系統(tǒng)性能提升也起到關(guān)鍵作用。我國(guó)高檔數(shù)控系統(tǒng)長(zhǎng)期被發(fā)那科、三菱、西門子、海德漢等外資企業(yè)所壟斷。這些龍頭企業(yè)均釆用專用芯片，有多類型輸出信號(hào)供不同用戶需求之用，既可控制主機(jī)，也可控制機(jī)器人，及線上各部分物流的動(dòng)作。國(guó)內(nèi)廠商科德數(shù)控、北京精雕自產(chǎn)五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)配套使用，走在國(guó)產(chǎn)前列。華中數(shù)控、廣州數(shù)控等專業(yè)生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，用于機(jī)床、機(jī)器人等領(lǐng)域。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將數(shù)控系統(tǒng)的控制信號(hào)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的機(jī)械位移，分為

8、液壓驅(qū)動(dòng)(液壓泵閥、油缸)和電驅(qū)動(dòng)(例如伺服驅(qū)動(dòng)器和步進(jìn)電機(jī))兩類，成本占比約15%左右。傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)是機(jī)床部件運(yùn)動(dòng)的載體，直接影響加工精度，我國(guó)機(jī)床企業(yè)主軸、絲杠等依賴外釆，成本占比約為15%20%。機(jī)床主軸是數(shù)控機(jī)床最重要的核心零部件之一，集高轉(zhuǎn)速、高精度、高效率、高可靠性于一體，其技術(shù)水平的高低和質(zhì)量的優(yōu)劣直接決定和影響著機(jī)床的品質(zhì)。主軸分為機(jī)械主軸和電主軸兩類，機(jī)械主軸軸承一般需具備P4及以上級(jí)超精密度，國(guó)內(nèi)軸承廠加工能力仍有較大差距；電主軸則是跨行業(yè)綜合技術(shù)的結(jié)合，包括精密制造技術(shù)，軸承技術(shù)，電機(jī)調(diào)速技術(shù)，功率40KW以上依賴進(jìn)口。國(guó)內(nèi)電主軸以洛陽(yáng)軸承研究所最具代表性，民營(yíng)如昊志

9、機(jī)電在3C數(shù)控雕銑電主軸取代進(jìn)口份額。長(zhǎng)期來(lái)看，高性能電主軸克服傳統(tǒng)機(jī)械主軸缺點(diǎn)，替代機(jī)械主軸是大勢(shì)所趨。電主軸在數(shù)控機(jī)床中的位置與工作狀態(tài)：電主軸在數(shù)控機(jī)床中的位置與工作狀態(tài):數(shù)控機(jī)床使用的滾珠絲杠，具備高效性能、精密定位、精密導(dǎo)向、對(duì)CNC指令反應(yīng)快速等功能。國(guó)內(nèi)絲杠企業(yè)存在產(chǎn)值規(guī)模小，運(yùn)營(yíng)不規(guī)范等特點(diǎn)，缺乏可與NSK、THK、Rexroth等比肩的知名企業(yè)。功能部件功能部件中包括刀庫(kù)（成本占比5%）、光柵尺（成本占比2%）和齒輪箱等。我國(guó)嚴(yán)重依賴進(jìn)口的刀具集中在航空航天、軍工、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)等領(lǐng)域，高端刀具進(jìn)入門檻包括基體新材料的研發(fā)、涂層技術(shù)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)。目前我國(guó)機(jī)床刀具市場(chǎng)相

10、當(dāng)分散，領(lǐng)先的外資企業(yè)包括山特維克Coromant）、美國(guó)肯納（Kennameta）、日本京瓷（Kyocera）、伊斯卡（Iscar）等，內(nèi)資品牌包括株洲鉆石（ZCC）、廈門金鷺、華銳精密和歐科億等。中游:本體制造作為典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，數(shù)控機(jī)床是機(jī)械技術(shù)與數(shù)控智能化的結(jié)合，可分為金屬切削（車削、銑削、鏜、鉆、磨等）、成形機(jī)床（壓力機(jī)、剪板機(jī)、折彎?rùn)C(jī)等）、特種加工（電火花線切割機(jī)床、電火花成型機(jī)床等）、加工中心（多軸聯(lián)動(dòng)、柔性加工單元）以及其他產(chǎn)品。市場(chǎng)格局方面來(lái)看，第一梯隊(duì)為跨國(guó)公司及外資企業(yè)，由于品牌、技術(shù)等優(yōu)勢(shì)，在高端市場(chǎng)占據(jù)主導(dǎo)地位。第二梯隊(duì)包括具備自主研發(fā)能力，掌握核心技術(shù)的國(guó)有企

11、業(yè)或民營(yíng)企業(yè)。第三梯隊(duì)是主攻低端產(chǎn)品市場(chǎng)的企業(yè)。當(dāng)前全球機(jī)床市場(chǎng)仍以德國(guó)、日本、美國(guó)的機(jī)床廠商為主，根據(jù)賽迪顧問(wèn)發(fā)布的019年數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)，營(yíng)業(yè)收入前十名的公司全部被德日美三國(guó)的公司包攬，其中前十名中有3家來(lái)自德國(guó)，日本廠商數(shù)量最多，為4家，美國(guó)2家，德日合資企業(yè)1家。榜單中，山崎馬扎克以52.8億美元位列第一，德國(guó)通快營(yíng)收達(dá)42.4億美元，位居全球第二，德馬吉森精機(jī)位居第三。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)民營(yíng)企業(yè)逐漸成長(zhǎng)為主力軍，各家機(jī)床廠產(chǎn)品各有側(cè)重，形成高度分散的競(jìng)爭(zhēng)格局。從國(guó)內(nèi)市場(chǎng)看，部分制造商已經(jīng)形成一定規(guī)模，并且在特定機(jī)床產(chǎn)品中形成了自身優(yōu)勢(shì)。目前中國(guó)已出現(xiàn)包括海天精工、創(chuàng)世紀(jì)、國(guó)盛智科、科德數(shù)

12、控、浙海德曼在內(nèi)的十余家主機(jī)廠上市公司。其中創(chuàng)世紀(jì)以鉆攻中心和立式加工為優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品，秦川機(jī)床在車床市場(chǎng)具備優(yōu)勢(shì)，海天精工則立足于生產(chǎn)各類加工中心，亞威股份在成形機(jī)床市場(chǎng)中占據(jù)較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。2020年中國(guó)主要機(jī)床制造商比較:從全市場(chǎng)看，創(chuàng)世紀(jì)、秦川機(jī)床、海天精工、紐威數(shù)控和亞威股份市占率位居前五，分別為2.85%、1.57%、1.47%、1.06%和0.98%，上市公司CR5預(yù)測(cè)市占率僅為7.81%，不足10%，行業(yè)集中度極度分散。下游：電子和軍工需求旺盛從數(shù)控機(jī)床下游領(lǐng)域來(lái)看，電子、軍工等領(lǐng)域需求旺盛，疊加格局優(yōu)化后的國(guó)產(chǎn)替代提速。一方面背景下高端機(jī)床進(jìn)口受限，創(chuàng)世紀(jì)、海天精工、潤(rùn)星科技等民營(yíng)機(jī)床

13、企業(yè)打開(kāi)空間，使得國(guó)產(chǎn)替代提速；另一方面，航天軍工、3C電子（5G+蘋果）、工程機(jī)械、模具（防疫相關(guān)帶動(dòng)）的機(jī)床需求旺盛，成為順周期復(fù)蘇的增長(zhǎng)亮點(diǎn)。另外機(jī)床第一大應(yīng)用下游的汽車行業(yè)疫情后也快速恢復(fù)，帶動(dòng)機(jī)床需求。行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)：高端化及自主化國(guó)產(chǎn)替代加速中國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)自上世紀(jì)90年代末快速發(fā)展至今，已經(jīng)由過(guò)去的開(kāi)發(fā)增量發(fā)展到現(xiàn)在的優(yōu)化存量階段，比如近年來(lái)對(duì)數(shù)控機(jī)床需求占比最大的汽車、航空航天和模具等領(lǐng)域都向著輕質(zhì)化、多構(gòu)型化及低成本制造等方面發(fā)展，新材料的運(yùn)用越來(lái)越廣泛，對(duì)數(shù)控機(jī)床的加工能力也提出越來(lái)越高的要求。但是我國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)存在明顯的供需矛盾，主要體現(xiàn)在低檔數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)能過(guò)剩和高檔數(shù)控機(jī)床的供應(yīng)不足而導(dǎo)致供給側(cè)結(jié)構(gòu)性失衡。根據(jù)中國(guó)產(chǎn)業(yè)研究院統(tǒng)計(jì)，我國(guó)低端數(shù)控系統(tǒng)及零部件已基本實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，但中高端機(jī)床在穩(wěn)定性、加工效率、壽命仍有差距。我國(guó)高端數(shù)控機(jī)床國(guó)產(chǎn)化率僅為6%，中/低檔機(jī)床國(guó)產(chǎn)化率已達(dá)到65