数控机床产业链全景解析

2023-02-24 11:54

国内数控机床结构主要由数控金属切削机床、数控金属成形机床、数控特种加工机床组成。其中数控金属切削市场需求最大，数控金属切削机床占总产品规模的53.20%，数控金属成形机床和数控特种加工机床组成分别占总产品规模的28.50%、16.80%。

根据《中国制造2025规划》，2025年我国高档数控机床与基础制造装备国内市场占有率将超过80%。

机床行业具有周期性，大约每7-10年为一个商业周期，新一轮周期从2009年开始，在2011年达到顶峰后回落。2019年全球机床消费821亿美元，同比下降13.8%，目前全球行业仍然处于周期底部。

近年来我国处于产业结构的调整升级阶段，虽然数控机床行业出现部分下滑，但产业规模仍在上升，先进制造业将逐步替代传统制造业，高性能数控机床/加工中心的市场需求将继续增加。

当前世界机床行业是一个完全竞争的行业，数控机床并非普通工业品，高档数控机床及系统，如五轴联动机床，直至现在仍被列在发达国家贸易限制清单，作为战略物资关乎国家经济、军事、工业安全。主要机床大国包括德、日、美、中等国家。中国机床行业起步晚，但整体发展迅速，但仍存在较大优化空间。

机床产业链

机床产业链，上游主要分为数控技术、数控机床主体零部件、电气元件和数控系统四大部分；中游是机床本体制造商，负责向终端用户提供满足其要求的各种机床或成套的集成产品；下游为数控机床的应用领域，主要包括工程机械、汽车/船舶制造、石油化工、消费电子等各类领域。

上游基础材料和零部件生产商主要为机床制造商提供结构件（铸铁、钢件等）、数控系统、驱动系统（驱动电机和驱动装置）、传动系统（导轨、丝杠、主轴等）、刀库等组成。

资料来源：国盛智科招股书，中金公司

上游：核心零部件

上游装备部件作为数控机床的基本组成部分，其品质是数控机床等智能制造装备产品性能和质量的重要保障。

其中，精密件、功能部件和数控系统市场结构稳定，价格波动不大，钣焊件和铸件市场竞争充分，价格波动主要来自生铁、钢材等原材料成本的推动。

我国功能部件行业的发展相对缓慢，产业化和专业化程度低，电主轴、滚珠丝杠、数控刀架、数控系统、伺服系统等虽已形成一定的生产规模，但受到技术限制，仅能满足中低档数控机床的配套需要，国产中高档数控机床采用的功能部件仍严重依赖进口。光机、钣金等机床部件国产已经较为成熟。

由于进口机床价格昂贵、交货期长等因素使得国产中高档数控机床价格居高不下，严重影响了其市场竞争力。

数控机床关键零部件供给格局：

资料来源：新时代证券

结构件

结构件中铸铁、铸钢件通过精加工形成机身、支柱等，成本占比25%左右。

铸件与钣金零部件主要包括机床内外防护罩、伸缩护盖、排屑机精密钣焊件、其他机床钣金小附件等。

数控系统

数控系统即CNC系统，通过编程实现金属切削的命令产生和传达，成本占比25~30%。

计算机技术演化下，全球数控系统经历了数控（NC）和计算机数控（CNC）时代。目前行业所指的“数控”均为计算机数控。

高档数控系统算法复杂空间建模know-how、优化补偿技术、可靠性、应用延展能力等构成数控系统重要门槛。除此之外，芯片、光纤通讯对系统性能提升也起到关键作用。

我国高档数控系统长期被发那科、三菱、西门子、海德汉等外资企业所垄断。这些龙头企业均采用专用芯片，有多类型输出信号供不同用户需求之用，既可控制主机，也可控制机器人，及线上各部分物流的动作。

国内厂商科德数控、北京精雕自产五轴联动数控系统配套使用，走在国产前列。华中数控、广州数控等专业生产数控系统，用于机床、机器人等领域。

驱动系统

驱动系统将数控系统的控制信号转化为相应的机械位移，分为液压驱动（液压泵阀、油缸）和电驱动（例如伺服驱动器和步进电机）两类，成本占比约15%左右。

传动系统

传动系统是机床部件运动的载体，直接影响加工精度，我国机床企业主轴、丝杠等依赖外采，成本占比约为15%~20%。

机床主轴是数控机床最重要的核心零部件之一，集高转速、高精度、高效率、高可靠性于一体，其技术水平的高低和质量的优劣直接决定和影响着机床的品质。

主轴分为机械主轴和电主轴两类，机械主轴轴承一般需具备P4及以上级超精密度，国内轴承厂加工能力仍有较大差距；电主轴则是跨行业综合技术的结合，包括精密制造技术，轴承技术，电机调速技术，功率40KW以上依赖进口。

国内电主轴以洛阳轴承研究所最具代表性，民营如昊志机电在3C数控雕铣电主轴取代进口份额。

长期来看，高性能电主轴克服传统机械主轴缺点，替代机械主轴是大势所趋。

电主轴在数控机床中的位置与工作状态：

数控机床使用的滚珠丝杠，具备高效性能、精密定位、精密导向、对CNC指令反应快速等功能。国内丝杠企业存在产值规模小，运营不规范等特点，缺乏可与NSK、THK、Rexroth等比肩的知名企业。

功能部件

功能部件中包括刀库（成本占比5%）、光栅尺（成本占比2%）和齿轮箱等。

我国严重依赖进口的刀具集中在航空航天、军工、汽车发动机等领域，高端刀具进入门槛包括基体新材料的研发、涂层技术开发和应用、结构创新设计。

目前我国机床刀具市场相当分散，领先的外资企业包括山特维克（Coromant）、美国肯纳（Kennameta）、日本京瓷（Kyocera）、伊斯卡（Iscar）等，内资品牌包括株洲钻石（ZCC）、厦门金鹭、华锐精密和欧科亿等。

中游：本体制造

作为典型的机电一体化产品，数控机床是机械技术与数控智能化的结合，可分为金属切削（车削、铣削、镗、钻、磨等）、成形机床（压力机、剪板机、折弯机等）、特种加工（电火花线切割机床、电火花成型机床等）、加工中心（多轴联动、柔性加工单元）以及其他产品。

市场格局方面来看，第一梯队为跨国公司及外资企业，由于品牌、技术等优势，在高端市场占据主导地位。第二梯队包括具备自主研发能力，掌握核心技术的国有企业或民营企业。第三梯队是主攻低端产品市场的企业。

当前全球机床市场仍以德国、日本、美国的机床厂商为主，营业收入前十名的公司全部被德日美三国的公司包揽，其中前十名中有3家来自德国，日本厂商数量最多，为4家，美国2家，德日合资企业1家。

山崎马扎克位列第一，德国通快位居全球第二，德马吉森精机位居第三。

近年来，国内民营企业逐渐成长为主力军，各家机床厂产品各有侧重，形成高度分散的竞争格局。

从国内市场看，部分制造商已经形成一定规模，并且在特定机床产品中形成了自身优势。

目前中国已出现包括海天精工、创世纪、国盛智科、科德数控、浙海德曼在内的十余家主机厂上市公司。其中创世纪以钻攻中心和立式加工为优势产品，秦川机床在车床市场具备优势，海天精工则立足于生产各类加工中心，亚威股份在成形机床市场中占据较强的优势。