數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)鏈深度解析
http://www.xadianlu.com 更新時間：2022/7/15 11:55:34
機床與其他機器的主要區(qū)別在于，機床是制造機器的機器，同時也是制造機床本身的機器，因此機床又被稱為“工業(yè)母機”或“工具機”。
機床為裝備制造業(yè)提供生產(chǎn)設(shè)備，凡是對加工精度要求較高，表面粗糙度要求較細(xì)的零部件都需要通過機床加工。因此機床在制造業(yè)和國民經(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)前機床行業(yè)已進(jìn)入以數(shù)控機床為代表產(chǎn)品的機電一體化時代。
數(shù)控機床是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機床，較好地解決了復(fù)雜、精密、小批量、多品種的零件加工問題，是一種柔性的、高效能的自動化機床，代表了現(xiàn)代機床控制技術(shù)的發(fā)展方向。
國內(nèi)數(shù)控機床產(chǎn)品結(jié)構(gòu)主要由數(shù)控金屬切削機床、數(shù)控金屬成形機床、數(shù)控特種加工機床組成。其中，數(shù)控金屬切削機床規(guī)模最大，占總產(chǎn)品規(guī)模的53.20%，數(shù)控金屬成形機床和數(shù)控特種加工機床組成分別占總產(chǎn)品規(guī)模的28.50%、16.80%。
根據(jù)《中國制造2025規(guī)劃》，到2025年，我國高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備國內(nèi)市場占有率目標(biāo)將超過80%，高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備總體進(jìn)入世界強國行列。
機床行業(yè)具有明顯的周期性，機床的一般產(chǎn)品壽命約為10年，因此行業(yè)大約每7-10年為一個商業(yè)周期，新一輪周期從2009年開始，在2011年全球機床消費量和產(chǎn)值達(dá)到頂峰后回落，2019年全球機床消費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，雖然我國數(shù)控機床行業(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。中國機床工具行業(yè)協(xié)會預(yù)測，2021年我國數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)規(guī)模將增長5%，意味著將突破3,400億元。
目前，我國處于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整升級階段，先進(jìn)制造業(yè)將逐步替代傳統(tǒng)制造業(yè)，作為工業(yè)母機的高性能數(shù)控機床的市場需求將大大增加。
數(shù)控機床相比于傳統(tǒng)機床，具備高精密、高速度、復(fù)合化、智能化、環(huán)保化的多重優(yōu)勢，承載著工業(yè)現(xiàn)代化的特殊使命。
數(shù)控機床并非普通工業(yè)投資品，高檔數(shù)控機床及系統(tǒng)，如五軸聯(lián)動機床，直至現(xiàn)在仍被列在發(fā)達(dá)國家貿(mào)易限制清單，作為戰(zhàn)略物資限制關(guān)乎國家經(jīng)濟(jì)、軍事、工業(yè)安全。
當(dāng)前世界機床行業(yè)是一個完全競爭的行業(yè)，主要機床大國包括德國、日本、美國、中國等國家。
中國機床行業(yè)起步晚，但整體發(fā)展迅速，近年來在技術(shù)、市場規(guī)模上都有顯著增長。但是與德、日、美相比，我國機床結(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，整體市場龐大且發(fā)展前景廣闊。
數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)鏈
機床產(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)動系統(tǒng)（驅(qū)動電機和驅(qū)動裝置）、傳動系統(tǒng)（導(dǎo)軌、絲杠、主軸等）、刀庫等組成，中游是機床本體制造商，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、船舶、石化、工程機械、消費電子等各類領(lǐng)域。
上游：核心零部件
上游裝備部件作為數(shù)控機床的基本組成部分，其品質(zhì)是數(shù)控機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)市場結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，價格波動不大，鈑焊件和鑄件市場競爭充分，價格波動主要來自生鐵、鋼材等原材料成本的推動。
我國功能部件行業(yè)的發(fā)展相對緩慢，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)控機床的配套需要，國產(chǎn)中高檔數(shù)控機床采用的功能部件仍嚴(yán)重依賴進(jìn)口。光機、鈑金等機床部件國產(chǎn)已經(jīng)較為成熟。
由于進(jìn)口機床價格昂貴、交貨期長等因素使得國產(chǎn)中高檔數(shù)控機床價格居高不下，嚴(yán)重影響了其市場競爭力。
數(shù)控機床關(guān)鍵零部件供給格局：
結(jié)構(gòu)件
結(jié)構(gòu)件中鑄鐵、鑄鋼件通過精加工形成機身、支柱等，成本占比25%左右。
鑄件與鈑金零部件主要包括機床內(nèi)外防護(hù)罩、伸縮護(hù)蓋、排屑機精密鈑焊件、其他機床鈑金小附件等。
數(shù)控系統(tǒng)
數(shù)控系統(tǒng)即CNC系統(tǒng)，通過編程實現(xiàn)金屬切削的命令產(chǎn)生和傳達(dá)，成本占比25~30%。
2020年，我國CNC數(shù)控系統(tǒng)市場規(guī)模達(dá)116億元，同比增長33%。2021-2022年我國CNC數(shù)控系統(tǒng)有望保持穩(wěn)健增長。
計算機技術(shù)演化下，全球數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了數(shù)控（NC）和計算機數(shù)控（CNC）時代。目前行業(yè)所指的“數(shù)控”均為計算機數(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、光纖通訊對系統(tǒng)性能提升也起到關(guān)鍵作用。
我國高檔數(shù)控系統(tǒng)長期被發(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)均采用專用芯片，有多類型輸出信號供不同用戶需求之用，既可控制主機，也可控制機器人，及線上各部分物流的動作。
國內(nèi)廠商科德數(shù)控、北京精雕自產(chǎn)五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)配套使用，走在國產(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)，用于機床、機器人等領(lǐng)域。
驅(qū)動系統(tǒng)
驅(qū)動系統(tǒng)將數(shù)控系統(tǒng)的控制信號轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的機械位移，分為液壓驅(qū)動（液壓泵閥、油缸）和電驅(qū)動（例如伺服驅(qū)動器和步進(jìn)電機）兩類，成本占比約15%左右。
傳動系統(tǒng)
傳動系統(tǒng)是機床部件運動的載體，直接影響加工精度，我國機床企業(yè)主軸、絲杠等依賴外采，成本占比約為15%~20%。
機床主軸是數(shù)控機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床的品質(zhì)。
主軸分為機械主軸和電主軸兩類，機械主軸軸承一般需具備P4及以上級超精密度，國內(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)，電機調(diào)速技術(shù)，功率40KW以上依賴進(jìn)口。
國內(nèi)電主軸以洛陽軸承研究所最具代表性，民營如昊志機電在3C數(shù)控雕銑電主軸取代進(jìn)口份額。
長期來看，高性能電主軸克服傳統(tǒng)機械主軸缺點，替代機械主軸是大勢所趨。
電主軸在數(shù)控機床中的位置與工作狀態(tài)：
圖片數(shù)控機床使用的滾珠絲杠，具備高效性能、精密定位、精密導(dǎo)向、對CNC指令反應(yīng)快速等功能。國內(nèi)絲杠企業(yè)存在產(chǎn)值規(guī)模小，運營不規(guī)范等特點，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（成本占比5%）、光柵尺（成本占比2%）和齒輪箱等。
我國嚴(yán)重依賴進(jìn)口的刀具集中在航空航天、軍工、汽車發(fā)動機等領(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)開發(fā)和應(yīng)用、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計。
目前我國機床刀具市場相當(dāng)分散，領(lǐng)先的外資企業(yè)包括山特維克（Coromant）、美國肯納（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
作為典型的機電一體化產(chǎn)品，數(shù)控機床是機械技術(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）、成形機床（壓力機、剪板機、折彎機等）、特種加工（電火花線切割機床、電火花成型機床等）、加工中心（多軸聯(lián)動、柔性加工單元）以及其他產(chǎn)品。
市場格局方面來看，第一梯隊為跨國公司及外資企業(yè)，由于品牌、技術(shù)等優(yōu)勢，在高端市場占據(jù)主導(dǎo)地位。第二梯隊包括具備自主研發(fā)能力，掌握核心技術(shù)的國有企業(yè)或民營企業(yè)。第三梯隊是主攻低端產(chǎn)品市場的企業(yè)。
當(dāng)前全球機床市場仍以德國、日本、美國的機床廠商為主，根據(jù)賽迪顧問發(fā)布的《2019年數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)》，營業(yè)收入前十名的公司全部被德日美三國的公司包攬，其中前十名中有3家來自德國，日本廠商數(shù)量最多，為4家，美國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，德國通快營收達(dá)42.4億美元，位居全球第二，德馬吉森精機位居第三。
近年來，國內(nèi)民營企業(yè)逐漸成長為主力軍，各家機床廠產(chǎn)品各有側(cè)重，形成高度分散的競爭格局。
從國內(nèi)市場看，部分制造商已經(jīng)形成一定規(guī)模，并且在特定機床產(chǎn)品中形成了自身優(yōu)勢。
目前中國已出現(xiàn)包括海天精工、創(chuàng)世紀(jì)、國盛智科、科德數(shù)控、浙海德曼在內(nèi)的十余家主機廠上市公司。其中創(chuàng)世紀(jì)以鉆攻中心和立式加工為優(yōu)勢產(chǎn)品，秦川機床在車床市場具備優(yōu)勢，海天精工則立足于生產(chǎn)各類加工中心，亞威股份在成形機床市場中占據(jù)較強的優(yōu)勢。
2020年中國主要機床制造商比較:
從全市場看，創(chuàng)世紀(jì)、秦川機床、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)控機床下游領(lǐng)域來看，電子、軍工等領(lǐng)域需求旺盛，疊加格局優(yōu)化后的國產(chǎn)替代提速。
一方面中美貿(mào)易戰(zhàn)背景下高端機床進(jìn)口受限，創(chuàng)世紀(jì)、海天精工、潤星科技等民營機床企業(yè)打開空間，使得國產(chǎn)替代提速；另一方面，航天軍工、3C電子（5G+蘋果）、工程機械、模具（防疫相關(guān)帶動）的機床需求旺盛，成為順周期復(fù)蘇的增長亮點。另外機床第一大應(yīng)用下游的汽車行業(yè)疫情后也快速恢復(fù)，帶動機床需求。
行業(yè)發(fā)展趨勢：高端化及自主化國產(chǎn)替代加速
中國數(shù)控機床行業(yè)自上世紀(jì)90年代末快速發(fā)展至今，已經(jīng)由過去的開發(fā)增量發(fā)展到現(xiàn)在的優(yōu)化存量階段，比如近年來對數(shù)控機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，新材料的運用越來越廣泛，對數(shù)控機床的加工能力也提出越來越高的要求。
但是我國數(shù)控機床行業(yè)存在明顯的供需矛盾，主要體現(xiàn)在低檔數(shù)控機床的產(chǎn)能過剩和高檔數(shù)控機床的供應(yīng)不足而導(dǎo)致供給側(cè)結(jié)構(gòu)性失衡。
根據(jù)中國產(chǎn)業(yè)研究院統(tǒng)計，我國低端數(shù)控系統(tǒng)及零部件已基本實現(xiàn)國產(chǎn)化，但中高端機床在穩(wěn)定性、加工效率、壽命仍有差距。我國高端數(shù)控機床國產(chǎn)化率僅為6%，中/低檔機床國產(chǎn)化率已達(dá)到65%/82%。
隨著下游產(chǎn)業(yè)的不斷升級發(fā)展，對機床加工精度和精度穩(wěn)定性等要求越來越高，中高端產(chǎn)品的需求日益凸顯，更新升級需求大。中國機床市場結(jié)構(gòu)升級將向自動化成套、客戶定制化和普遍的換擋升級方向發(fā)展，產(chǎn)品由普通機床向數(shù)控機床、由低檔數(shù)控機床向中高檔數(shù)控機床升級，有望進(jìn)一步向高端化、集成化、服務(wù)化、自主化方向發(fā)展。
在國產(chǎn)中高檔數(shù)控機床在存量更新、進(jìn)口替代以及下游行業(yè)景氣的大背景下，行業(yè)整體有望迎來加速發(fā)展。
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