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機(jī)床行業(yè)研究報告:數(shù)控、國產(chǎn)化率提高,機(jī)床行業(yè)持續(xù)向好

發(fā)布日期:2023-09-11 13:22:07瀏覽次數(shù):627
機(jī)床行業(yè)研究報告:數(shù)控、國產(chǎn)化率提高,機(jī)床行業(yè)持續(xù)向好

1. 機(jī)床:現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的重要基石

1.1. 機(jī)床是制造機(jī)器的機(jī)器,在制造業(yè)中發(fā)揮重要作用

機(jī)床是制造機(jī)器的機(jī)器。機(jī)床是機(jī)械加工中的重要工具,一般通過切削、 鉆孔、磨削、剪切等方式處理或加工金屬或其他剛性材料。根據(jù)處理材 料的不同,機(jī)床包括金屬加工機(jī)床、木工機(jī)床、特種機(jī)床等。目前與工 業(yè)生產(chǎn)制造關(guān)系更密切的主要是金屬加工機(jī)床。

金屬加工機(jī)床包括金屬切削機(jī)床和金屬成形機(jī)床。金屬成形機(jī)床包括折 彎機(jī)、剪板機(jī)、沖床、鍛壓機(jī)床、激光加工機(jī)等。金屬成形機(jī)床通過其 配套的模具對金屬施加強(qiáng)大作用力使其發(fā)生物理變形從而得到想要的 幾何形狀。金屬切削機(jī)床是使用最廣泛、數(shù)量最多的機(jī)床類別。金屬切 削機(jī)床按照加工性質(zhì)和所用刀具可以分為車床、銑床、刨床、磨床等。 隨著數(shù)字控制系統(tǒng)在機(jī)床上的廣泛應(yīng)用,數(shù)控機(jī)床是目前機(jī)床高端化的 主要發(fā)展方向。數(shù)控機(jī)床能夠根據(jù)數(shù)控系統(tǒng),使機(jī)床按照系統(tǒng)要求自動 加工零件。 加工中心是具備多種加工性質(zhì)的數(shù)控機(jī)床。加工中心具有自動交換加工 刀具的能力,通過在刀庫上安裝不同用途的刀具,可在一次裝夾中通過 自動換刀裝置改變主軸上的加工刀具,實現(xiàn)多種加工功能。由于加工中 心一次裝夾可完成多種工序,因此加工中心相比一般數(shù)控機(jī)床具有誤差 小、效率高等優(yōu)點。加工中心根據(jù)結(jié)構(gòu)不同可以分為立式加工中心、臥 式加工中心和龍門加工中心等。

機(jī)床下游應(yīng)用廣泛。機(jī)床產(chǎn)業(yè)鏈可分為上游、中游、下游三個環(huán)節(jié)。上 游環(huán)節(jié)包括原材料及零部件,主要是數(shù)控系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)以及機(jī)床主體 零部件等。中游包括各類機(jī)床,以金屬切削機(jī)床和金屬成形機(jī)床為主。 下游則廣泛應(yīng)用于汽車制造、航空航天、工程機(jī)械、模具制造、3C 電子、 電力設(shè)備、船舶、軍工等行業(yè)。我們認(rèn)為中國下游行業(yè)中,新能源車、 軍工、精密模具、半導(dǎo)體、風(fēng)電、光伏等行業(yè)景氣度較好,會為中國機(jī) 床產(chǎn)業(yè)帶來新的需求。

1.2. 機(jī)床應(yīng)用廣泛,金屬切削機(jī)床是主要應(yīng)用機(jī)型

機(jī)床下游應(yīng)用廣泛。機(jī)床產(chǎn)業(yè)鏈可分為上游、中游、下游三個環(huán)節(jié)。上 游環(huán)節(jié)包括原材料及零部件,主要是數(shù)控系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)以及機(jī)床主體 零部件等。中游包括各類機(jī)床,以金屬切削機(jī)床和金屬成形機(jī)床為主。 下游則廣泛應(yīng)用于汽車制造、航空航天、工程機(jī)械、模具制造、3C 電子、 電力設(shè)備、船舶、軍工等行業(yè)。我們認(rèn)為中國下游行業(yè)中,新能源車、 軍工、精密模具、半導(dǎo)體、風(fēng)電、光伏等行業(yè)景氣度較好,會為中國機(jī) 床產(chǎn)業(yè)帶來新的需求。

全球機(jī)床行業(yè)經(jīng)歷了連續(xù)下滑,在 2021 年快速復(fù)蘇。根據(jù) VDW 數(shù)據(jù), 2021 年全球金屬加工機(jī)床產(chǎn)值達(dá)到了 709 億歐元,同比增長 20%。但 在此前全球機(jī)床行業(yè)經(jīng)歷了連續(xù)下滑。尤其受 2020 年疫情影響,全球 金屬加工機(jī)床產(chǎn)值同比下滑接近 20%。

金屬切削機(jī)床是使用最廣泛、數(shù)量最多的機(jī)床類別。根據(jù) VDW 數(shù)據(jù), 2021年全球金屬加工機(jī)床產(chǎn)值達(dá)到了709億歐元,同比增長20%,其中, 全球金屬切削機(jī)床產(chǎn)值為 501 億歐元,同比增長 23%。金屬成形機(jī)床產(chǎn) 值為 207 億歐元,同比增長 12%。過去幾年來,金屬切削機(jī)床與金屬成 形機(jī)床的產(chǎn)值比例基本維持在 7:3 的水平。

1.3. 中國機(jī)床行業(yè)集中度不斷提升,但整體競爭格局仍然較 為分散

中國機(jī)床產(chǎn)業(yè)競爭格局分散。過去幾年中國機(jī)床行業(yè)集中度不斷提升, 但整體競爭格局仍然較為分散。據(jù) MIR 測算,中國機(jī)床行業(yè)在 2020 年 CR10 仍不足 30%,2021 年 CR10 不足 40%,單一企業(yè)市場占有率不足 6%。過去以沈陽機(jī)床為代表的國有企業(yè)是機(jī)床行業(yè)的主導(dǎo)者。隨著機(jī)床 技術(shù)和市場的不斷革新,以創(chuàng)世紀(jì)為代表的民營企業(yè)后來居上。民營企 業(yè)逐漸成為中國機(jī)床行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者。

五軸廠商競爭梯隊明顯,各有擅長方向。五軸加工中心的參與者主要分 三個競爭梯隊。第一梯隊為歐美系廠商,產(chǎn)品性能強(qiáng)精度高,穩(wěn)定性強(qiáng), 其中以 GROB 和 DMG MORI 為代表。第二梯隊為內(nèi)資廠商,BJJD 和 KEDE 作為代表,在系統(tǒng)軟件研發(fā)和整機(jī)技術(shù)上漸漸成熟。第三梯隊為 中國臺灣廠商,如 QUICKJET、WELE、KEN 等,五軸非其主要業(yè)務(wù), 出貨量小。從主流廠商分析,各廠商擅長方向不同。北京精雕銷量大幅 領(lǐng)先,單價較低,主銷小型五軸精雕機(jī)(100-200 萬左右)。GROB 出貨 產(chǎn)品單價高(國產(chǎn) 300 萬以上,進(jìn)口 500 萬以上)數(shù)量大,總金額排名 第一。DMG MORI 五軸機(jī)在國內(nèi)航天軍工領(lǐng)域知名度較高。 五軸市場國產(chǎn)量大價廉,未來市場仍有巨大空間。中國五軸市場國產(chǎn)銷 量大,進(jìn)口產(chǎn)品銷售額高。中國五軸加工中心出貨以立式為主,立式五 軸廠商集中度低于臥式廠商。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方面,中國五軸出貨以轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu) 為主,其次是雙擺頭和一擺一轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)臺和雙擺頭多為立式,而一擺一轉(zhuǎn) 則基本為臥式為主。下游行業(yè)以航天軍工為主流,汽車行業(yè)規(guī)模巨大, 模具行業(yè)應(yīng)用則逐步增加。數(shù)控系統(tǒng)方面,外資企業(yè)如西門子、發(fā)那科、 海德漢和三菱是龍頭。

1.4. 五軸加工中心技術(shù)門檻最高,是國產(chǎn)機(jī)床主要突破的方 向

加工中心按聯(lián)動軸數(shù)分類,可分為三軸加工中心、四軸加工中心和五軸 加工中心。5 軸聯(lián)動是機(jī)床實現(xiàn)任意角度加工所需要的最少軸數(shù),也是 實現(xiàn)空間任意曲面加工的必備技術(shù)。在 5 軸加工中心上,刀具在 X、Y 和 Z 軸上線性移動,并可繞 X 和 Z 軸旋轉(zhuǎn),以從任何方向接近工件。五軸 加工中心可以用來加工任意復(fù)雜曲面零件,包括葉輪、葉片、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn) 子、渦輪轉(zhuǎn)子等復(fù)雜曲面零件。

五軸加工中心具備高精度、高效率等優(yōu)點,具備不可替代性。五軸加工 中心性能優(yōu)越、穩(wěn)定性強(qiáng),單價較貴,是機(jī)床中技術(shù)難度最高的類別之 一。五軸機(jī)床加工精度較高,一般在 0.05mm 以上,部分先進(jìn)機(jī)型加工 精度可到納米級,從而滿足高加工精度要求的工藝流程。對于高端制造 產(chǎn)業(yè),對于加工難度、精度要求很高,因此五軸加工中心具備不可替代 性。主要優(yōu)點包括:在一次設(shè)置中加工復(fù)雜形狀以提高生產(chǎn)率;減少夾 具準(zhǔn)備工作,節(jié)省時間;提高產(chǎn)量,縮短交付時間;工件不會跨多個機(jī) 床移動,因此能獲得更高的零件精度; 能夠使用更短的切削刀具以獲 得更高的切削速度和更少的刀具振動;實現(xiàn)卓越的表面光潔度和更好的 零件質(zhì)量。 五軸加工中心下游主要為汽車、航天軍工、模具三大部分。汽車和航天 軍工是五軸機(jī)床應(yīng)用的最大下游,各占 30%和 25%。汽車上主要應(yīng)用部 件是增壓葉輪,缸體缸蓋,變速箱等大殼體,其加工精度要求高,高端 機(jī)床需求量大。航天軍工產(chǎn)業(yè)的葉輪葉片對五軸的依賴度較大。其次則 是精密模具中的復(fù)雜模具需要用到五軸機(jī)床,占 17%。通用機(jī)械應(yīng)用占 比 10%以及其他下游應(yīng)用占比 18%。

汽車行業(yè):主要應(yīng)用于汽車產(chǎn)線上,其次用于加工帶斜孔或復(fù)雜曲面的 汽車零部件(渦輪增壓器葉輪、汽車卡鉗、輪向節(jié)、ABS 閥體)。汽車 行業(yè)主要考慮加工效率,因此高效率五軸如 SW(3+2)和 CHIRON(雙主 軸)五軸均以高效而在汽車行業(yè)知名度高。工廠環(huán)境一般較差,偏好抗 干擾更強(qiáng)的設(shè)備。 航天軍工:用于加工葉片、葉輪和機(jī)座,其他還有飛機(jī)翼板、翼肋、型 框等大型結(jié)構(gòu)零部件,追求精度和質(zhì)量。 精密模具:五軸適用于各行業(yè)的復(fù)雜精密模具加工,如汽車車身模具、 輪胎模具等。模具零件一般形狀比較復(fù)雜,對表面的加工質(zhì)量和加工精 度要求高。

2021 年中國五軸市場空間約 80 億元人民幣,2025 年有望達(dá)到 124.4 億 元人民幣。根據(jù) QYResearch 數(shù)據(jù),2021 年全球五軸數(shù)控機(jī)床市場規(guī)模 約為 74.8 億美元,其中中國市場占全球比重約為 16.7%,對應(yīng)市場空間 12.4 億美元,折合人民幣 80.3 億元。

2. 行業(yè)前景:中國機(jī)床行業(yè)發(fā)展空間廣闊,三大因 素驅(qū)動中長期增長

2.1. 長期驅(qū)動因素一:數(shù)控化率提升

數(shù)控機(jī)床大勢所趨,市場需求與產(chǎn)業(yè)政策加速推進(jìn)滲透。隨著我國制造 業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步,市場上的產(chǎn)品規(guī)格不斷豐富,市場對于高精度、高效 率切削的需求日趨旺盛。《中國制造 2025》提出從制造業(yè)大國向制造業(yè) 強(qiáng)國轉(zhuǎn)變,最終實現(xiàn)制造業(yè)強(qiáng)國的目標(biāo),而機(jī)床是工業(yè)之母,是實施制 造強(qiáng)國戰(zhàn)略的有力抓手,因而將高檔數(shù)控機(jī)床列為大力推動突破發(fā)展的 重點領(lǐng)域之一,國家和有關(guān)部門陸續(xù)制定了一系列產(chǎn)業(yè)政策以支持?jǐn)?shù)控 機(jī)床的發(fā)展。

近年來中國機(jī)床出口總量持續(xù)提升,進(jìn)口數(shù)量有所下降,顯示中國機(jī)床 行業(yè)發(fā)展較快,在國際上具備一定競爭力。盡管中國機(jī)床產(chǎn)值位居世界 第一,但是對比中國進(jìn)出口機(jī)床單價發(fā)現(xiàn),中國出口機(jī)床單價低,更多 是依靠低價格優(yōu)勢搶占市場份額。中國進(jìn)口機(jī)床單價較高,說明中國高 端機(jī)床仍然依賴進(jìn)口。盡管過去幾年來,中國出口機(jī)床的單價不斷提升, 但平均單價仍然僅為進(jìn)口機(jī)床的 1/300。在數(shù)控機(jī)床方面,中國出口單 價有所提升,但與海外高端機(jī)床價格差距仍然較為明顯。根據(jù)海關(guān)總署 數(shù)據(jù),2021 年中國數(shù)控機(jī)床進(jìn)口數(shù)量為 13,694 臺,進(jìn)口金額為 26.77 億美元,進(jìn)口均價為 19.55 萬美元/臺。2021 年中國數(shù)控機(jī)床出口數(shù)量 為 58,231 臺,出口金額為 11.17 億美元,出口均價為 1.92 萬美元/臺。 中國機(jī)床出口集中在中低端市場,高端數(shù)控機(jī)床進(jìn)口依賴較大,技術(shù)水 平差異較大。

中國機(jī)床數(shù)控化率仍然較低,還有較大提升空間。根據(jù) MIR 統(tǒng)計數(shù)據(jù), 中國 2001-2020 年機(jī)床產(chǎn)量數(shù)控化率從 6.85%提升到 43.19%,提升明顯。 但發(fā)達(dá)國家機(jī)床數(shù)控化率一般為 80%以上,說明中國機(jī)床數(shù)控化率仍然 較低,還有較大的提升空間。根據(jù)《中國制造 2025》規(guī)劃,我國關(guān)鍵工 序數(shù)控化率在十四五期間將達(dá)到 50%。另外,中國中高端機(jī)床國產(chǎn)化率 仍有較大的提升空間。2018 年統(tǒng)計顯示,高中低端機(jī)床國產(chǎn)化率分別為 10%、65%、80%,以五軸機(jī)床為主的高端機(jī)床國產(chǎn)化率較低。

機(jī)床核心零部件國產(chǎn)化率較低。機(jī)床的核心零部件包括數(shù)控系統(tǒng)、驅(qū)動 系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、刀庫以及結(jié)構(gòu)等。數(shù)控系統(tǒng):我國中低檔數(shù)控系統(tǒng)基 本國產(chǎn)化,國內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)專業(yè)供應(yīng)商包括華中數(shù)控、廣州數(shù)控等。高檔 數(shù)控系統(tǒng),尤其是五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)仍被外資壟斷,主機(jī)廠如科德數(shù)控、 北京精雕自產(chǎn)五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)配套使用。驅(qū)動系統(tǒng):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(jī)),全球龍頭企 業(yè)包括日本發(fā)那科、安川,德國西門子,博世力士樂等。結(jié)構(gòu):鈑焊件 和鑄件影響機(jī)床穩(wěn)定性,出于環(huán)保考慮,海外機(jī)床龍頭普遍全球采購鈑 焊件,結(jié)構(gòu)部件的國產(chǎn)化率較高。傳動:作為機(jī)床部件運(yùn)動的載體,直 接影響加工精度。國內(nèi)主機(jī)廠主軸自制比例愈發(fā)提升,然而在高端絲桿、 導(dǎo)軌、軸承等缺乏具備國際競爭力企業(yè)。刀庫:國產(chǎn)刀具替代作用高于 機(jī)床本體,主要源于技術(shù)門檻相對較低,且消耗巨大。


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