高端数控机床：国产替代大势所趋，核心环节龙头梳理

2023-08-23 07:17:12 来源 : 乐晴行业观察

机床作为工业母机，是工业生产最重要工具之一。

参考智研咨询披露，国外发达经济体机床数控化率高，日本机床数控化率维持在80%以上，美国和德国机床数控化率超过70%。

(资料图)

根据日本机床工业数据显示，2021年日本机床产量6.76万台，其中数控机床产量5.63万台，机床数控化率83.3%，2022年1-5月机床产量3.11万台，其中数控机床2.66万台，机床数控化率85.6%。

2021年中国金属切削机床产量60.2万台，数控金属切削机床产量27万台，金属切削机床数控化率为43.3%；金属成型机床产量21万台，数控金属成型机床2.4万台，金属成型机床数控化率11.4%，二者合计近30万台。#机床##数控机床##国产替代#

参考日本数控化率，我国机床数控化率有望持续提升，带动数控系统需求持续增长。

根据前瞻产业研究院《中国数控机床行业市场需求预测与投资战略规划分析报告》预测，我国数控机床市场规模未来将稳定较快增长，到2024年将达到5728亿元，2022-2024年复合增长率约为7.8%。其中，高端数控机床领域国产替代空间广阔，以五轴联动加工技术为代表的高端数控技术装备的推广及普及是行业大势所趋。

资料来源：前瞻研究院、德邦研究

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数控机床行业概览

机床种类繁多，不同加工中心的材料成型方式不同。按照材料成形方式可以分为金属切削机床、金属成形机床、特种加工机床和测量绘图类机床。

与普通机床相比，数控机床的优点众多，具体来看：1）高度柔性。在数控机床上加工零件，主要取决于加工程序，因此其适用于所加工的零件频繁更换的场合，能较大程度缩短生产周期并节省费用。2）加工精度高。数控机床是按数字信号形式控制的，加工精度更高。3）加工质量稳定、可靠。4）生产率高。数控机床可有效地减少零件的加工时间和辅助时间。

高端数控机床正广泛应用于大制造领域。

数控机床升级历史经历几个阶段：

60年代初，集成电路和大规模集成电路电子计算机出现计算机在运算处理能力、小型化和可靠性方面的突破性进展，由基于分立元件的数字控制（NC）走向了的计算机数字控制（CNC），数控机床也开始进入实际工业生产应用。

80年IBM推出PC电脑，由过去专用厂商开发数控装置（包括硬件和软件）走向采用通用的PC化计算机数控，同时开放式结构的CNC系统应运而生，推动数控技术向更高层次的数字化、网络化发展，高速机床、虚拟轴机床、复合加工机床等新技术快速迭代并应用.

21世纪开始，智能化趋势。

从专利总数来看，我国已经成为最大的专利产出国。截止到2019 年12 月，数控机床领域全球申请量达到10708 件。从申请趋势来看，自2006 年后呈现爆发式的增长，并在2012 年前后达到高峰。中国、日本、美国和德国是数控机床专利的主要产出地，四国的专利产出量超过专利总量的85%。其中，中国成为了最大专利产出国，专利产出量为6586 件，约占总申请量的60%。

从专利的国际竞争力来看，虽然我国专利产出量巨大，但对外输出量少。只有26 件，技术的国际竞争力弱。相比之下，日本专利对外输出高达1121 件，其中向中国输出82 件，占输出总量4.06%，向美国输出247 件，占输出总量12.24%，向德国输出224 件先输出总量11.10%，国际竞争力较强。此外，美国和德国数控机床专利输出量也比较大，分别是506 件和220 件，也展示了较强的国际竞争力。

数控系统

数控系统（CNC系统）是数控机床的重要部分，有数控程序、输入输出设备、CNC装备（核心）、可编程控制器（plc）、主轴驱动单元和给进驱动单元（包括检测装备）等组成。数控系统随着计算机技术的发展而进步：

NC硬件系统：即由硬件电路来完成插补的数控系统，出现在1952-1965；

CNC计算机数字系统：由硬件和软件共同完成数控的功能，具有柔性，出现在1974年以后。CNC装置由硬件和软件组成，硬件一般是计算机的基本结构，还有数控机床特有功能的功能模块与接口单元，软件有管理软件和控制软件。

数控系统部件构成：

数控系统技术壁垒高，核心技术包括轨迹控制、速度控制、误差补偿等，国外企业已经过大量长期的验证和迭代，技术成熟度和市场优势十分明显。

发那科、西门子、三菱三大龙头合计市场份额达65%，排名第五的苏州新代为台湾数控系统供应商新代科技在大陆设立的子公司。

对比而言，国产数控系统起步较晚，在国家政策的支持与引导下，国内涌现了一小批研制高档数控系统的企业并实现部分国产化，但市场占有率不足10%。

从性能指标看仅有华中数控、广州数控、科德数控（光洋）等少数几家企业能达到国内中高端标准。

国内外各档次代表性数控系统功能及性能表：

资料来源：《中外高端数控系统差距分析与对策》、民生证券

五轴数控机床

多轴联动控制技术是数控机床控制的核心技术之一。

数控机床各进给轴（包括直线坐标进给轴和回转坐标进给轴）在数控装置控制下按照程序指令同时运动称为多轴联动控制。

高档数控机床一般都具有３轴或３轴以上联动控制功能，多为４轴联动或５轴联动，各个进给坐标轴的运动一般由电动机在伺服驱动器控制下实现，因此，高性能的坐标轴进给伺服装置构成了实现多轴联动控制的物理基础。

五轴数控机床示意图：

五轴机床下游应用领域广泛。制造业的高质量发展、国防军工的“备战能力”建设以及国外的围堵加剧，航空航天、电动汽车、新能源、精密模具、高端刀具会产生大量新增需求。

五轴厂商第一梯队是以GROB和DMG MORI为代表的欧美系厂商，产品性能强精度高，稳定性强；第二梯队是北京精雕和科德数控为代表内资厂商，在系统软件研发和整机技术上渐渐成熟；第三梯队为中国台湾厂商，如QUICKJET、WELE、KEN等，五轴非其主要业务，出货量小。

主流各厂商擅长方向不同，北京精雕销量大幅领先，单价较低，主销小型五轴精雕机（100-200万左右），金额上为第四。GROB出货量排第二，出货产品单价高（国产300万以上，进口500万以上），金额排名第一。DMG MORI五轴机床在国内航天军工领域知名度较高。

国内市场中，国产五轴机床销量上多于进口，而销售额则不敌进口，处于“量大价廉”状态。产品类型上，国内五轴出货以立式为主，立式厂商集中度低于卧式厂商；产品结构上，以转台结构为主，其次是双摆头和一摆一转。

整体来看，数控机床领域，美、日、德等发达国家在长期占据领先地位，德国机床质量、性能位居世界前列，日本机床数控系统技术领先，美国机床设计、制造和基础科研优势明显。根据浙海德曼招股说明书，国内数控机床行业的竞争格局第一阵营由实力雄厚的外资企业、跨国公司占据，而以海天精工、创世纪、科德数控、浙海德曼、国盛智科为代表的知名民企或国企距离第一阵营仍有差距。

我国数控机床长期以来处于低端迅速膨胀、中端进展缓慢、高端依靠进口的局面。中低档数控机床核心零部件已基本实现国产化，但高档数控机床的国产化率不足10%，数控、驱动、传动、刀库等核心部件水平较国际一流厂商仍有从仍有差距。#6月财经新势力#

政策端来看，2022年9月工信部“大力发展高端装备制造业”发布会明确提出，要做好工业母机行业顶层设计，推动工业母机行业高质量发展；同月首批中正机床ETF获批发行；首个中国主导机床数控系统系列国际标准发布。在政策与市场合力驱动下，“自主可控”成为高端机床大趋势，国内五轴机床成为长期高成长赛道。

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