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機床作為“工業(yè)母機”在國民經(jīng)濟和國家戰(zhàn)略安全中具有舉足輕重的地位。根據(jù)德國機床制造商協(xié)會（VDW）數(shù)據(jù)，2021年，中國金屬加工機床產(chǎn)值218.1億歐元（約1660億人民幣），占GDP比重僅約0.1%。金屬加工機床作為金屬制品的核心設(shè)備，與金屬制品業(yè)產(chǎn)值直接相關(guān)，2021年，我國金屬制品業(yè)營業(yè)收入為4.97萬億元，而金屬制品廣泛應(yīng)用于包括汽車、航空航天在內(nèi)的各類制造業(yè)，可以說，金屬制品行業(yè)與各類制造業(yè)息息相關(guān)，2021年我國制造業(yè)生產(chǎn)總值為31.4萬億元，機床在我國經(jīng)濟發(fā)展中扮演了重要的角色。
以數(shù)控機床為例，產(chǎn)業(yè)鏈上游以鑄件、鈑焊件、精密件、功能部件、數(shù)控系統(tǒng)、電氣元件為主，中游為數(shù)控機床成品，主要包括金屬切削機床、金屬成形機床及特種加工機床。下游包括汽車行業(yè)、傳統(tǒng)機械工業(yè)、模具行業(yè)、工程機械、電力設(shè)備、軌道交通、船舶制造、航空航天、石油化工、電子信息技術(shù)工業(yè)以及其它加工工業(yè)。
數(shù)控機床的組成與成本
數(shù)控機床由機床主體、數(shù)控系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)三部分組成。其中，機床主體是數(shù)控機床的“骨架”，成本占比約50%；數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的“大腦”，成本占比約30%；傳動系統(tǒng)作為數(shù)控機床的“四肢”直接影響機床的加工精度，成本占比約20%。
機床主體：數(shù)控機床的“骨架”，成本占比50%
機床主體主要包括床身和立柱等基礎(chǔ)支撐部件、工作臺和助系統(tǒng)。基礎(chǔ)支撐部件用于安裝與支撐其他部件和工件，承受其重量和切削力，機床床身需要具備靜剛度高、動剛度好、導(dǎo)受力合理、耐磨性良好、溫度分布合理、精度穩(wěn)定性好等特點；立柱用于支撐主軸箱，立柱需要具備足夠的構(gòu)件強度、良好的抗震性和抗熱變形性。機床工作臺是機床加工的工作平面，工作臺的大小決定了可加工零件的大小。助裝置是包括氣動或液壓裝置、排屑裝置、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、防護裝置、照明等的配套裝置。
數(shù)控系統(tǒng)：數(shù)控機床的“大腦”，成本占比30%
數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的控制中心，由控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)組成。
控制系統(tǒng)由數(shù)控裝置（計算機）、控制面板、通信接口、PLC等組件組成?？刂葡到y(tǒng)運用邏輯電路或系統(tǒng)軟件，對從內(nèi)部存儲器中讀取出或從輸入裝置接收到的一段或幾段數(shù)控加工程序進行一系列的編譯、運算和邏輯處理，生成刀具運動跡，包括刀具運動跡對應(yīng)的進給速度、進給方向和進給位移量等基本運動參數(shù)，將指令信號給到伺服系統(tǒng)，指導(dǎo)機床各部分按照程序所規(guī)定的指令進行有序動作。
伺服系統(tǒng)的作用為接受來自控制系統(tǒng)的信號，將它變換、放大、轉(zhuǎn)化為機床工作臺的位移，主要由驅(qū)動電路、執(zhí)行元件等組成。驅(qū)動電路的作用是將信號進行整形、波、放大從而驅(qū)動執(zhí)行元件帶動工作臺；執(zhí)行元件的作用是將控制信號轉(zhuǎn)化為機械位移，常用的執(zhí)行元件有交流伺服電動機、直流脈寬調(diào)速電動機和液壓馬達等。伺服系統(tǒng)需要滿足進給速度范圍大、位移精度高、響應(yīng)速度快、工作抗干擾能力強等要求。
檢測系統(tǒng)由檢測元件、信號處理電路、比較裝置三部分組成，其作用是將工作臺的實際位移檢測出來并轉(zhuǎn)換成電信號（檢測信號），且通過比較裝置將指令信號和檢測信號比較，進而給出反信號以控制執(zhí)行元件帶動工作臺移動直至檢測信號和指令信號一致。
工業(yè)母機上游產(chǎn)業(yè)鏈
從上游市場來看，對機床行業(yè)影響較大的主要有鋼鐵、數(shù)控系統(tǒng)和功能部件三大類。
在機床生產(chǎn)過程中，原材料成本占比最高，為73.9%，其次是人工、折舊與其他制造費用，分別占比11.9%、7.9%和6.4%。而在原材料成本的進一步拆分中，由鑄件加工而成的底座床身等結(jié)構(gòu)件占比最大，通常在30%-40%左右，價格受鋼材影響較大；其次是數(shù)控系統(tǒng)占比22%；由絲杠導(dǎo)軌等傳動機械以及輔助動力系統(tǒng)等組成的傳動系統(tǒng)占比20%；高速主軸和電機等組成的驅(qū)動系統(tǒng)占比13%；刀庫、刀塔等占比5%；光柵尺占比2%。通常具備規(guī)模優(yōu)勢的企業(yè)，在進行原材料采購時能夠享受到和采購規(guī)模對應(yīng)的折扣優(yōu)惠，能有效增加公司毛利率。
（1）鑄件
鑄件為機床底座、床身等基礎(chǔ)大件使用鑄件，鑄件屬于中間加工成品，產(chǎn)品價格主要是在原材料生鐵和廢鋼的基礎(chǔ)上加上一定的加工費。對于高端鑄件，配方、材質(zhì)、外觀、性能等均會影響價格。
我國鋼材鑄件整體對外依存度較低，產(chǎn)量穩(wěn)居世界第一。大部分國內(nèi)機床公司選擇將鑄件及毛坯件的粗加工、半精加工等非核心工序進行外協(xié)加工，這是對機床行業(yè)有利的一個因素。我國鑄件包含大量的小型鑄造廠，拖累了我國鑄造行業(yè)的整體產(chǎn)能質(zhì)量。國內(nèi)鑄造行業(yè)整體呈現(xiàn)大而不強的局面，行業(yè)集中度較低，尚處于充分競爭階段。應(yīng)用于中高端機床部件的多種特鋼材料仍需進口，同時在熔煉、回火、退火、淬火等基礎(chǔ)材料熱處理技術(shù)也還有待提升。
（2）精密件和功能部件
精密件主要包括主軸單元和絲杠、導(dǎo)軌、軸承等傳動部件等。功能部件主要包括數(shù)控回轉(zhuǎn)臺、刀庫、機械手、齒輪箱、銑頭、刀架等。目前國產(chǎn)中高端機床精密件和功能部件主要來自日本、德國等地區(qū)，部分采購于國內(nèi)企業(yè)或自制。
我國核心功能部件主要依賴外采。目前國產(chǎn)可替代的核心部件已經(jīng)逐漸發(fā)展成熟，部分主機廠已逐步使用國產(chǎn)核心部件進行境外品牌替代。但由于技術(shù)水平仍存在一定差距，若全部采用國產(chǎn)核心部件，其高端數(shù)控機床的精度指標(biāo)都會受到影響，進而影響銷量。因此目前我國的中高端機床關(guān)鍵配套部件主要依賴進口。2019年我國功能部件產(chǎn)值13.7億元，細(xì)分結(jié)構(gòu)，產(chǎn)值占比最高的是數(shù)控機床功能部件生產(chǎn)產(chǎn)值7.7億元，其中滾珠絲杠副產(chǎn)值2.7億元、滾動導(dǎo)軌副和直線導(dǎo)軌副產(chǎn)值1.8億元、電主軸和機械主軸產(chǎn)值1億元。而進口方面，2019年我國功能部件進口總額達15.3億美元，其中，機床零部件進口額9.0億美元（折合人民幣62.41億元），進口規(guī)模是國產(chǎn)配套零部件產(chǎn)值的8.1倍。
（3）數(shù)控系統(tǒng)
數(shù)控系統(tǒng)用于數(shù)控機床，也可用于原有機床的系統(tǒng)升級和改造，主要包括控制裝置、驅(qū)動裝置和檢測裝置。目前我國大型機床生產(chǎn)商主要從日本、德國等技術(shù)成熟的國家采購數(shù)控系統(tǒng)。
數(shù)控系統(tǒng)行業(yè)專業(yè)化分工，市場集中度高，我國中高端數(shù)控系統(tǒng)市場被國外企業(yè)占據(jù)。在當(dāng)前機床行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈分工中，數(shù)控系統(tǒng)呈現(xiàn)專業(yè)化以及高度集中化的特點，全球市場主要由日本發(fā)那科、三菱以及德國西門子、海德漢等少數(shù)企業(yè)壟斷。目前國內(nèi)70%以上的數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng)使用進口產(chǎn)品，其中發(fā)那科、三菱、西門子三大龍頭2020年合計市場份額就達65%，廣州數(shù)控憑借中低端車床數(shù)控系統(tǒng)躋身國內(nèi)市場前列。此外，國內(nèi)機床終端客戶在產(chǎn)品配套的數(shù)控系統(tǒng)的選擇上也有偏好，中高端機床終端用戶更愿意購買使用發(fā)那科等國外數(shù)控系統(tǒng)的機床產(chǎn)品。
（4）鈑焊件
鈑焊件是以冷加工工藝對鋼板、鋁板等金屬板材進行加工，形成符合精度要求、功能要求的形狀和尺寸，用于焊接機身起內(nèi)外防護作用。同時組成功能部件的刀庫支架、直角頭支架以及出水系統(tǒng)、排屑系統(tǒng)等也使用鈑焊件。
（5）電氣元件
電氣元件包括變壓器、接觸器、斷路器及斷電器等。
工業(yè)母機中游產(chǎn)業(yè)鏈
從產(chǎn)品分布來看，中國數(shù)控機床主要以金屬切削機床為主，占比53%。金屬成形機床、特種加工機床、其他機床分別占比29%、17%、2%。
（1）金屬切削機床
金屬切削機床用于切削、磨削等加工方法對金屬工件進行加工，使金屬工件成為所需的形狀、尺寸的機床。金屬切削機床應(yīng)用范圍最廣泛，其在數(shù)控機床細(xì)分產(chǎn)品占比中最高。金屬切削機床按工作原理分類，可分為車床、磨床、銑床、鏜床和特殊機床共約11類。以2019年日本產(chǎn)值結(jié)構(gòu)為例，金屬切削機床中加工中心占比最高，其次是車床、磨床、特種機床。
金屬切削機床為業(yè)內(nèi)主要產(chǎn)品，其產(chǎn)量的變化反映出我國制造業(yè)各階段的發(fā)展歷程。1998-2011年國內(nèi)金屬切削機床呈上升趨勢，復(fù)合增長率為16.70%。2011年產(chǎn)量為88.68萬臺，同比增長27.18%，產(chǎn)量達頂峰。隨后2012-2014年產(chǎn)量保持較高水平。隨著海外市場需求的增加，疊加機床更新周期拉動，2021年金屬切削機床產(chǎn)量為60.20萬臺，同比增長34.98%。2022年1-9月產(chǎn)量為34.23萬臺，同比下降9.92%。
1）車床
車床刀具對工件進行加工，以回轉(zhuǎn)工件繞自身軸線旋轉(zhuǎn)為特點。主要用于加工圓柱面、車削斷面等，可進行鉆孔、擴孔等加工工序。車床是機械制造與修配工廠中使用最廣的一類機床，在我國金屬切削機床產(chǎn)值中占比大約為20-35%。目前數(shù)控車床是我國車床行業(yè)的主流產(chǎn)品，國產(chǎn)數(shù)控車床已實現(xiàn)主軸、刀塔、尾座等核心部件的自主生產(chǎn)，具備與國外同行競爭的實力，性價比優(yōu)勢明顯。
“十三五”末期與“十二五”末期相比，國內(nèi)數(shù)控車床單臺均價整體小幅下降，平均價格在16-17萬左右的水平。在當(dāng)前結(jié)構(gòu)調(diào)整、產(chǎn)品升級大背景下，國產(chǎn)數(shù)控車床均價小幅下降也體現(xiàn)了我國車床行業(yè)競爭仍然相對激烈。而進口數(shù)控車床在數(shù)量、金額均下降的背景下，均價仍呈現(xiàn)增長趨勢，我國數(shù)控車床在轉(zhuǎn)型升級和結(jié)構(gòu)調(diào)整上取得了不錯的進步，正在逐漸替代進口高端數(shù)控車床。
整體來看，2019年國內(nèi)數(shù)控車床市場規(guī)模107億元，目前已基本實現(xiàn)國產(chǎn)替代。2019年國內(nèi)車床市場規(guī)模200-250億元，其中數(shù)控車床市場規(guī)模107億元。近年由于國內(nèi)持續(xù)淘汰落后產(chǎn)能，中低端數(shù)控車床產(chǎn)銷持續(xù)下降，國產(chǎn)數(shù)控車床產(chǎn)值已從2011年的141億元快速下降至2019年的63億元。同時，數(shù)控車床進口金額下降相對較慢，這也導(dǎo)致從產(chǎn)值角度看近年我國數(shù)控車床進口依賴度逐漸提升。
生產(chǎn)車床的國外龍頭企業(yè)有山崎馬扎克、日本西鐵城、日本津上等。國內(nèi)企業(yè)包括津上（中國）、沈陽機床、秦川機床、浙海德曼等公司。
2）磨床
使用磨具對工件進行加工，大部分磨床利用砂輪進行磨削進行加工。磨床在金屬切削機床中產(chǎn)值占比約為10%左右。磨床可以分為平面磨床、外圓磨床、內(nèi)圓磨床、軋輥磨床、無心磨床、軸承磨床等。軋輥磨床、無心磨床、軸承磨床國產(chǎn)化率相對較高，其他品類磨床基本依賴進口。
整體來看，2019年國內(nèi)磨床市場規(guī)模約為85億元，磨床國產(chǎn)化進程緩慢，進口依賴度維持高位。由于磨削加工對精度要求相對較高，國內(nèi)下游客戶較為依賴進口產(chǎn)品，2011-2019年國產(chǎn)磨床與進口磨床產(chǎn)銷下降幅度基本一致，我國磨床國產(chǎn)化進程緩慢，進口依賴度仍然維持在80%左右的高水平。
生產(chǎn)磨床的國外龍頭企業(yè)有德國昆格里斯、意大利庫米里。國內(nèi)龍頭企業(yè)為華辰裝備、上海機床、貴州險峰。
3）加工中心
是一種高自動化的數(shù)控機床，帶刀庫和自動換刀裝置，生產(chǎn)效率和自動化程度較其他機床有較大的提升。按控制軸分類，可分為三軸、四軸和五軸加工中心；按結(jié)構(gòu)分類，可分為立式、臥式、龍門加工中心。
立式加工中心：立式加工中心是指主軸與工作臺垂直的加工中心，適用于加工板類、盤類、模具、小型殼體等各類零部件，具備結(jié)構(gòu)簡單、占地面積小、功能組合多樣、加工范圍廣、批量加工效率高等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)的零部件加工。立式加工中心是相對較容易突破的中高端機床，2019年我國立式加工中心市場規(guī)模大約為134億元，對進口立加產(chǎn)品依賴度持續(xù)下降，目前已基本實現(xiàn)國產(chǎn)替代。
臥式加工中心：臥式加工中心技術(shù)含量高，是數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志性產(chǎn)品之一。臥式加工中心是指主軸與工作臺平行的加工中心機床，適用于多工作面、形狀復(fù)雜、精度要求高的產(chǎn)品的批量生產(chǎn)，在汽車、航空航天、船舶和發(fā)電等行業(yè)被廣泛應(yīng)用。國產(chǎn)臥式加工中心在精度、效率、智能化和可靠性等方面與國際先進產(chǎn)品仍有差距，目前國內(nèi)高檔臥式加工中心主要依賴進口。2019年國內(nèi)臥式加工中心需求規(guī)模約為80億元，其中國產(chǎn)機床占比23%。整體來看，近年我國臥式加工中心國產(chǎn)替代穩(wěn)步推進，但進度較為緩慢。
龍門加工中心：龍門加工中心主軸與工作臺垂直，整體是門式結(jié)構(gòu)的大型加工中心，適用于加工大型工件和形狀復(fù)雜的工件，在航空航天、軍工、高鐵、模具、船舶、汽車等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。由于大型、重型機床市場競爭相對較小，國內(nèi)機床廠家紛紛轉(zhuǎn)向研發(fā)生產(chǎn)相關(guān)機床產(chǎn)品，使得國內(nèi)產(chǎn)品順利在中低端市場實現(xiàn)了進口替代。但中小型、個性化龍門產(chǎn)品需求日益增多，國內(nèi)企業(yè)在新品開發(fā)以及產(chǎn)品性能等方面存在差距。定制化、高精高速等高端龍門加工中心主要依賴從歐洲、日本等地區(qū)進口。
加工中心領(lǐng)域的國外龍頭企業(yè)有山崎馬扎克、德瑪吉森精機、德國哈默、日本大隈等。國內(nèi)企業(yè)包括國盛智科、海天精工、科德數(shù)控、創(chuàng)世紀(jì)等。
（2）金屬成形機床
金屬成形機床又稱鍛壓設(shè)備，指在鍛壓加工中用于金屬成形和分離的設(shè)備。鍛壓設(shè)備包括成形用的鍛錘、機械壓力機、液壓機、螺旋壓力機和平鍛機，以及開卷機、矯正機、剪切機、鍛造操作機等輔助設(shè)備。數(shù)據(jù)顯示，2021年中國金屬成型機床產(chǎn)量達21.0萬臺，同比增長4%。2022年1-5月，中國金屬成型機床產(chǎn)量達13.4萬臺，同比增長36.7%。
金屬成形機床國外龍頭企業(yè)包含日本天田、瑞士百超、加拿大愛克、德國通快等。國內(nèi)企業(yè)包含亞威股份、江蘇金方圓、江蘇揚力等。
（3）特種加工機床
利用電能、電化學(xué)能、光能及聲能等進行加工的方法。加工方法包括：（1）火花加工：利用電能對零件進行加工，產(chǎn)品包括電火花成形加工機床、電火花切割加工機床?；鸹庸みm用于加工任何導(dǎo)電材料，其特點為加工時無切削力、便于實現(xiàn)自動化。（2）超聲波加工：適用于加工不同不導(dǎo)電的硬脆材料，由于加工過程中不需要旋轉(zhuǎn)，易于加工復(fù)雜形狀的表面等。（3）激光加工：主要用于打孔和切割，由激光器、光學(xué)系統(tǒng)、機械系統(tǒng)等組成。
工業(yè)母機下游產(chǎn)業(yè)鏈
從數(shù)控機床下游應(yīng)用分布來看，汽車是主要的下游需求領(lǐng)域，應(yīng)用占比約為40%；其次是航空航天應(yīng)用比重約為17%，汽車和航空航天應(yīng)用比重超過下游總行業(yè)的50%；模具和工程機械分別為機床產(chǎn)品第三、第四應(yīng)用領(lǐng)域，占比分別為13%、10%左右。
（1）汽車工業(yè)
數(shù)控機床對汽車工業(yè)的影響主要體現(xiàn)在占整車全部裝備價值70%左右的汽車零部件加工領(lǐng)域，汽車領(lǐng)域?qū)C床的需求已經(jīng)超越了整車制造商對機床的需求。2018-2021年我國新能源汽車銷量從126萬輛提高至352萬輛，復(fù)合增速達41.0%。目前新能源汽車制造向輕量化、一體化轉(zhuǎn)型，一體化成形的異型結(jié)構(gòu)件有望持續(xù)為高端數(shù)控機床中的五軸機床應(yīng)用提供機遇。
金屬切削機床下游最大應(yīng)用為汽車行業(yè)，占比達45%。金屬切削機床下游產(chǎn)業(yè)包括汽車、機械、軍工和其他，汽車行業(yè)為最大的下游應(yīng)用，2020年汽車占比達45%。數(shù)控金屬切削機床下游應(yīng)用相對分散，2020年汽車行業(yè)占比30%，通用機械、3C電子也是重要的下游應(yīng)用。
汽車行業(yè)作為機床下游最大應(yīng)用，與金屬切削機床行業(yè)相關(guān)性較高。汽車行業(yè)需要大批量生產(chǎn)高精度復(fù)雜工件，比如制動系統(tǒng)、動力系統(tǒng)等都離不開精密機床的加工。發(fā)動機加工需要高效、高性能、專用數(shù)控機床和柔性生產(chǎn)線；零配件加工需要數(shù)控車床、立臥式加工中心、數(shù)控高效磨床等設(shè)備的參與。新能源汽車使“電機、電池、電控”成為機床新的應(yīng)用場景。
（2）工程機械
工程機械行業(yè)同樣為機床重要的下游行業(yè)。2016-2020年我國工程機械銷量從12.0萬臺增長至41.2萬臺，復(fù)合增長率達36.0%；市場銷售額從101億美元增長至342億美元，復(fù)合增長率達35.7%。我國工程機械市場的快速增長主要受到基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模擴張、房地產(chǎn)投資增速加快以及大型礦山生產(chǎn)需求回暖等因素的拉動，同時，環(huán)保法規(guī)升級和監(jiān)察力度加強也促使舊機更新速度加快。
（3）航空領(lǐng)域
高端數(shù)控機床主要市場為軍用飛機及民用飛機市場。根據(jù)《中國商飛公司市場預(yù)測年報（2020-2039）》，預(yù)計到2039年，我國GDP年均增長率約為4.3%，機隊年均增長率約為4.1%，旅客周轉(zhuǎn)量年均增長率為4.3%，預(yù)計我國將交付8725架客機，旅客周轉(zhuǎn)量將達到4.1萬億公里，約占全球五分之一。飛機整機制造具備產(chǎn)業(yè)鏈帶動效應(yīng)，是國內(nèi)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要契機。航空航天作為高端制造領(lǐng)域，以葉輪葉盤為代表的的典型復(fù)雜曲面零件必須由高端五軸聯(lián)動機床加工完成，因此飛機產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展對高端裝備國產(chǎn)化替代進口提出了強烈的需求并創(chuàng)造了更大的市場空間，將成為國內(nèi)機床企業(yè)的重要市場增長點。同時產(chǎn)業(yè)集群效應(yīng)將加速全球航空制造業(yè)向我國遷移，未來市場空間超過2.7萬億元的維修保障、工程服務(wù)等航空后市場也將向國內(nèi)企業(yè)開放，將帶來新的市場及機遇。
來源：報告研究所、慧博資訊、賢集網(wǎng)
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