加工中心

1 工业母机，快步突围

　　1.1 乘制造业复苏东风，走向自主可控国产替代

　　中国稳坐世界制造国龙头地位，制造业增加值占比全球比重不断提升。我国制造业增加值从2004年的6252亿美元增加到 2022 年的49756亿美元，这期间我国制造业增加值CAGR约12.21%，占全球比重从8.61%提高到30.38%，而同期全球制造业增加值CAGR仅有约4.62%，中国速度远超全球平均。

　　度过了外部经济环境负面影响，我国制造业固定资产投资完成额逐步恢复，保持较快增速。根据Wind上国家统计局的数据，截至2023年5月，我国制造业固定资产投资完成额累计同比增长6%。

　　在生产端以及消费端，中国机床均为全球最大参与者。根据 VDM 德国机械工业网公布的 2022 年全球市场报告，2022 年全球机床行业总产值约 803 亿欧元， 中国以 257 亿欧元的产值位居全球第一，在全球市场中占据 32%的份额，其次是日本和德国，产值分别为 99 亿欧元和 97 亿欧元，占全球市场的比例为 12%、12%。 全球机床行业 CR5高达71%，反映出全球机床制造市场集中度较高。2022年全球机床行业消费额为808亿欧元，中国同样以260亿欧元的规模稳居市场第一， 其次是美国、德国，消费额分别为97亿欧元、52亿欧元，在全球需求市场中所占份额分别为 12%、7%，前三个国家的需求已经占据了全球机床消费的半壁江山。 近五年，中国始终维持着全球机床市场供需两端的龙头地位，2022年仍保持着产值同比增长 18%、消费同比增长10%的高速成长，叠加制造业实体经济从今年开始不断复苏，原本因经济环境停滞的部分需求也开始得到释放，未来市场将有更大成长空间。

　　中国机床行业长期的贸易逆差正逐步缩减，标志着国产机床正一步步走向自主可控、国产替代。长久以来，中国机床进出口市场均呈现逐年增长态势，自2019年伊始，受到贸易冲突的影响，我国进口市场存在一定程度的下滑，2020 年开始由于国内经济环境问题影响，中国机床进、出口市场都进一步下降。随后至2022年，一方面国内机械产业链开始向自主可控的国产替代方向进发，并收获一定成效，另一方面，中国乃至全球市场受阻于公共卫生安全事件的需求逐步兑现，出口额在不断攀升。从进出口市场的贸易逆差额也可以看出，自2018年至今，贸易逆差逐年下降。国内机床制造水平快速提升，使得高端机床的对外依赖度逐步下降，机床市场原本长期保持大额贸易逆差的局面已经呈现扭转，到2022年机床市场进出口贸易差额已经缩小至2.74亿欧元。

　　出口机床产品的价值量不断提升，国产机床不断向智能化、高端化前进。根据中国机床工具工业协会的统计数据，2023年1-3 月，机床工具进出口呈现顺差态势，顺差为 22.1亿美元，同比增长37.4%。在此期间，呈现贸易顺差的有磨料磨具(9.3 亿美元)、切削刀具(5.3 亿美元)、木工机床(4.6 亿美元)、金属成形机床(2.8 亿美元)、机床功能部件(含零件)(0.8亿美元)、量具量仪(0.02 亿美元)等6个商品领域。 同时，根据协会重点联系企业的统计数据，还反映出金属加工机床产品结构升级、单价提升等趋势。2023年一季度，金属切削机床和金属成形机床的单台产值大幅提升，产品持续升级，盈利能力也有所提升。据企业反映，用户对产品自动化、智能化的要求明显提升，对成套、成线的需求明显增长。从出口数据看，金属加工机床出口数量同比下降，出口金额同比增长，也从一个侧面验证这一变化。机床工具行业2023年一季度的回升，是对今年后续需求恢复的积极预示。

　　1.2 机床是现代工业发展的核心

　　机床(Machine Tool)是指制造机器的机器。现代机械制造中加工机械零件的方法很多：除切削加工外，还有铸造、锻造、焊接、冲压、挤压等，但凡属精度要求较高和表面粗糙度要求较细的零件，一般都需在机床上进行最终加工。在一般的机器制造中，机床所担负的加工工作量占机器制造工作总量的40%-60%，可以说，机床是装备制造业的基础设施，是现代工业发展的重要基石，故也被称为“工业母机”。中国机床工具工业协会将机床及相关工具分为金属切削机床、金属成形机床、木工机床、铸造机械等整机设备领域，以及工具与量具量仪、磨料磨具、数控系统和核心功能部件等配套产品领域。其中金属切削机床是我国机床工具行业的重要组成部分，其数量最多、使用最为广泛，因而机床有时会狭义的指代金属切削机床。

　　金属加工机床是最主要的机床整机设备，而金属切削机床是核心组成部分。 金属切削机床和金属成型机床共同构成金属加工机床，其中金属切削机床价值占比较高，约占三分之二。根据中国机床工具工业协会测算，2022 年我国金属加工机床生产额 1823 亿元，同比增长 5.1%，其中金属切削机床生产额1158.4 亿元， 同比增长3.3%;金属成形机床生产额 664.6 亿元，同比增长 8.4%。同时，根据国统局公布的规模以上企业统计数据，2022年金属切削机床产量 57.2 万台，金属成形机床产量 18.3 万台，尽管 2020-2022三年因外部经济环境影响产量逐年下降，但金属切削机床产量占比仍保持在 70%以上。 金属成形机床一般指锻压设备，指在锻压加工中用于成形和分离的机械设备， 包括成形用的锻锤、机械压力机、液压机、螺旋压力机和平锻机，以及开卷机、矫正机、剪切机、锻造操作机等辅助设备。当前我国低端冲压领域存在一定的供给过剩，而在大型炼化、航空航天等领域设备领域，仍然需求大吨位的锻压设备以完成零部件制造，目前国内的大型、重型锻压设备大多依靠进口。

　　1.3 机床种类丰富，细分行业内竞争激烈

　　车、铣、钻、镗、刨、磨等都是是基本的金属机械加工方式，每种加工方式由相应的机床进行加工，因此对应的机床设备也属于核心的金属加工机床。

　　1) 车床

　　车床是一种加工圆柱形工件的机床，也是最常见的机床之一。车床的工件通常水平放置并随着主轴高速旋转，刀具根据加工需求相对工件移动，从而车削工件表面实现机械加工。车床可完成内外圆加工、钻孔、车螺纹、切断车槽、端面加工、车成形面等加工工艺，一般对圆柱形态的工件进行加工。车床在加工过程中，工件通常水平放置，并且随着主轴高速旋转。在车床上还可用钻头、扩孔钻、 铰刀、丝锥、板牙和滚花工具等进行相应的加工。根据车床的用途和结构等，可分为普通车床、多半刀自动车床、立式车床、联合车床、马鞍车床等。

　　车床行业特别是数控车床行业属于完全竞争市场，市场竞争激烈，产业集中度较低。因为汽车是车床下游最核心的应用，高端数控车床市场所面临的市场竞争压力主要来自以德国、日本、美国等发达国家的先进企业为代表的高端数控车床制造商，以及中国部分具有较强竞争力的中高端数控车床企业。具体来看，国际上的主要制造商是山崎马扎克、德玛吉森精机、中村留精密工业、大隈株式会社(OKUMA)、津上机床(TSUGAMI)、美国哈挺公司(Hardinge)、美国哈斯。其中山崎马扎克、德玛吉森精机、中村留、大隈、哈挺等均是领先的数控机床厂商，产品涵盖数控车床、加工中心、镗铣等产品，同时产品的精度、速度、工作效率、 稳定性、智能化和定制化能力都优于中国品牌，年产值和销售额可达数百亿，中国企业与之差距较大。中国的主要制造商有秦川机床、日发精机、华辰装备、海天精工、浙海德曼、齐重数控、沈阳机床等，以及中国台湾地区的领先厂商友佳国际，在中国机床行业中，基本都属于产品线相对广泛的综合型企业。

　　2) 铣床

　　铣床是一种用铣刀在工件上加工多种表面的机床。铣床与车床明显的区别是铣床的刀具进行高速旋转，而工件基本不动，而且多数铣床都是立式的，主要用于切削工件平面。铣床在加工时，工件装在工作台上或分度头等附件上，铣刀高速旋转并根据加工需求在工件表面移动而铣削加工。由于是多刀断续切削，因而铣床的生产率较高。1950年后数控系统开始用于铣床，1970年以后铣床在数控系统和自动换刀技术的加持下，铣床的应用范围、加工精度和效率都得到了提升。 根据铣床的结构，可以分为龙门式铣床、台式铣床、悬臂式铣床、平面铣床、 仿形铣床、摇臂式铣床等。铣床还可以分为立式铣床和卧式铣床，卧式铣床在精度和功能拓展性上更好，正在受到用户的青睐。但是立式铣床的稳定性、价格等有一定优势，因此在钻孔和插削工艺领域应用比较广泛。

　　铣床是下游最广泛的机床种类，也是我国使用最广泛的机床。铣床可以加工平面、沟槽，也可以加工各种曲面、齿轮，同时还能加工比较复杂的型面，还可以同时进行多个加工操作，特别适合加工汽车、国防和航空航天等行业所需的金属零件，在机械制造和修理部门得到广泛应用。

　　目前全球顶级铣床企业基本都在日本、德国、美国和韩国，制造经验丰富。 典型的龙头企业包括 MAZAK(日本马扎克)、Amada(日本天田)、Makino(日本牧野)、DMG(德国德玛吉)、Fanuc(日本发那科)、Hardinge(美国哈挺)、 HaasAutomation(美国哈斯)等。中国的创世纪、海天精工、沈阳机床、山东威达(济一机床)、国盛智科、秦川机床、济南二机、北一机床、武重集团都在制造铣床工具。铣床作为最大的机床市场，领域聚集了机床行业的顶级企业。从国际顶级机床企业的成立时间来看，大都在1980 年以前就开始从事机床制造，距今已经有 40 年以上的历史，制造经验极其丰富。

　　3) 磨床

　　磨床是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床。多数的磨床是使用高速旋转的砂轮进行磨削加工，少数会使用油石、砂带等其他磨具和游离磨料进行加工， 如珩磨机、超精加工机床、砂带磨床、研磨机和抛光机等。磨床可以加工内外圆柱面、圆锥面、平面、齿轮齿廊面、螺旋面及各种成型面等各种表面，还可以刃磨刀具和切断，支持多种类型的工艺。磨削加工的加工精度比较高，主要用于零件精加工，尤其是淬硬钢件和高硬度特殊材料的精加工。

　　磨床设备的下游应用主要是汽车、通用机械、精密机械等，中国从事磨床制造的企业包括北二机床、秦川机床、无锡上机数控、北一机床、普创机械、无锡一机、川磨岷机、SAMHIDA、广宇大成、戴杰磨床、全数控科技、福裕事业(中国台湾)等，其中北二机床、普创机械、无锡一机、广宇大成都是主营磨床设备的企业。秦川机床主要制造加工中心和磨床设备，无锡上机数控主要生产高硬脆材料专用加工设备和通用数控外圆磨床系列产品，是高硬脆材料专用加工设备龙头企业。国际上看，日本天田、日本牧野、德国德玛吉、日本三菱、捷太格特、津上机床、Junker Group 等均在制造磨床设备。

　　目前国内机床企业已经可以提供车、铣、钻、镗、刨、磨等各种加工方式的机床，特别在车床和铣床领域有比较全面的布局。随着国内机床产业结构的好转，国产机床与海外机床的性能差距也在快速缩短，加上国产机床有着明显的性价比优势，国产机床已经在逐步替代海外机床。

　　1.4 数控机床是未来机床更新迭代的趋势所向，国内数控化率亟待提升

　　数控机床是搭配数字控制系统的自动化机床，是机电一体化的典型产品。数控系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，是一种柔性的、高效能的自动化机床，代表了现代机床控制技术的发展方向。数控机床不光可以根据前述的机床分类来区分，还可以根据性能和技术水平不同，划分为低档数控机床、中档数控机床和高档数控机床三类。

　　高档数控机床是指具有高速、精密、智能、复合、多轴联动、网络通信等功能的数控机床。多轴联动控制技术是高端数控机床的核心技术之一，多轴联动是指数控机床各进给轴(包括直线坐标进给轴和回转坐标进给轴)在数控系统控制下按照程序指令同时运动。机床联动轴的数量是衡量数控机床先进程度的重要标准，高端数控机床通常具有四轴或四轴以上联动控制功能。工业上需要加工复杂的曲面，舰艇、飞机、火箭、卫星、飞船中许多关键零件的材料、结构、加工工艺都有一定的特殊性和加工难度，用传统加工方法无法达到要求，必须采用多轴联动、高速、高精度的数控机床才能满足加工要求。而五轴联动是指机床基本的直线轴三轴 X、Y、Z 及附加的旋转轴两轴 A、C，五个轴同时运动，任意调整刀具或工件的姿态，以实现对空间复杂型面的加工。五轴联动数控技术集计算机控制、 高性能伺服驱动和精密加工技术于一身，主要应用于表面形状复杂且精度要求较高的工件加工，具有高精度、高效率和高自动化等特点，是衡量一个国家复杂精密部件加工技术水平的重要标准之一。

　　数控机床属于智能制造装备行业，主要为下游行业提供技术装备服务。数控机床产业链主要上游为钣焊件、铸件、精密件、功能部件、数控系统、电气元件等;而在下游则主要用于加工各种回转表面和回转体的端面，应用于多个下游行业。

　　我国数控机床初具规模，数控化率仍需追赶发达经济体。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%。2022 年 1-6 月金属切削机床产量 29 万台，金属成型机床 15.2 万台。我国机床数控化率虽然在逐步提升且数量可观，但同国外发达经济体相比数控化率与差距较大，2021年的数控化率仅为日本的一半左右，亟待提升。