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高端数控机床:国产替代核心装备 龙头自主可控加速

时间:2020-07-07 13:37:43

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高端数控机床:国产替代核心装备 龙头自主可控加速

近年来,我国陆续出台相关政策,从高端制造顶层设计及资金支持两方面深化赋能工业母机产业。

国务院颁布的《中国制造2025》,是中国实施制造强国战略第一个十年的行动纲领,纲领指出“智能制造是主攻方向,也是从制造大国转向制造强国的根本路径。”

二十大报告强调安全与发展,特别是产业链供应链安全,自主可控、产业升级是必然趋势。

工业母机是制造核心战略装备,已从传统周期性行业转变为自主可控、制造升级的核心资产,相关政策的纵深性、延展性都与此前不同。#工业母机#

目前国内相关专项基金的设立也为工业母机技术研究提供了的资金保障,且技术已经抵达突破节点,尤其是中高端机床领域,以核心零部件为代表的工业母机核心技术突破有望从制造业根部,推动新一轮高端装备革命。#数控机床#

工业母机行业概览

工业母机即指机床,用于固体形状材料加工。

因其是制造机器的机器,下游应用领域十分广泛,是传统机械工业、汽车工业、电力设备、铁路机车、船舶、国防工业、航空航天工业、石油化工、工程机械、电子信息技术等整个工业的基础设备,故被称为“工业母机”,也是一个国家工业发达程度的重要标志。

我国工业母机此前几轮提振分别源于燃油车和消费电子的需求爆发。

当前以新能源产业为代表的民用市场,和以航空军工为代表的高景气需求,将成为工业母机的新一轮驱动。

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数控机床行业概览

数控机床是一种装有程序控制系统的自动化机床,具备柔性和高效能的特点。

近年来国内数控机床技术在高速化、复合化、精密化、多轴化等方面取得了重要突破,高端数控机床产业发展迅速。

从产业链角度来看,行行查数据库资料显示,数控机床上游主要为设备部件,包括数控系统、机械部件(钣焊件及铸件、主轴单元、导轨、丝杆等)和电气元件等。

上游子行业在发展阶段、技术壁垒、竞争格局等方面迥异。

数控机床产业链:

资料来源:前瞻产业研究院、纽威数控招股书、浙商证券

数控机床下游产业中,新能源领域的行业增长度和资本活跃度较高,我国在新能源等新兴领域优势凸显,带动机床数控化率和国产化率提升。

资料来源:数控系统论坛发那科演讲

从高端数控机床组成来看,主要包括加工程序载体、数控装置、伺服系统、机床主体和其他辅助装置。

数控机床主要由结构件(铸件、钣金件)、数控系统、驱动系统(主轴驱动单元、进给单元、主轴电机)、传动系统(主轴、丝杠、导轨)、刀库、刀塔及组件等构成。

数控机床基本结构:

数控系统

数控系统是数控机床的大脑以及数控机床的功能实现的关键,是指能按照零件加工程序的数值信息指令进行控制,使机床完成工作运动的控制系统。

其通常由控制系统、伺服系统和位置测量系统三部分组成。

控制系统按零件加工程序进行插补运算,发出控制指令到伺服系统。

伺服系统将控制指令放大,由伺服电机驱动机械按要求运动。

位置测量系统检测机械的运动位置或速度,并反馈给控制系统以修正控制指令。

数控机床的性能和功能除了机床本身的设计和制造品质以外,主要取决于数控系统的性能和功能,五轴联动数控机床更是如此。

根据中国机床工具工业协会数控系统分会统计,在国内不同档次的数控系统市场中,国产和国外品牌的占有率差异较大。

根据中国机床工具工业协会数据,按销售套数计算,国外品牌总体占有率约45%,但占据了高档型、标准型数控系统70%的份额,主要集中在日本发那科、德国西门子等国际龙头企业。

国内华中数控、广州数控和科德数控的产品可以实现部分进口替代。

目前国内头部厂商的产品在五轴RTCP、倾斜面加工、插补功能、补偿功能等方面已逐步向西门子、发那科等海外龙头企业看齐,也已经应用到秦川机床、沈阳机床等公司的加工中心。

秦川机床配置华中数控HNC-848D系统:

经济型数控系统主要取决于产品价格,进入门槛较低,主要以国产品牌为主,市场竞争激烈。

中国数控系统竞争格局:

随着机床数控化率的持续提升、中高端数控机床占比的增加带来数控系统成本占比的提升,我国数控系统的市场空间有望实现持续、稳定的扩容。

数控机床主体

从高端数控系统到高端机床均为制高端制造产业链核心,为国家战略性物资。

当前产业链逐渐走向成熟,机床厂技术实力提升,构筑国产替代基础。

由于我国高档数控机床起步较晚,目前国内产能不能满足需求,高档数控机床依赖进口的局面仍然凸显。

在当前国际局势紧张背景下“自主可控”必要性持续提升,政策、资金支持推动国内五轴机床产业链加速成熟,国产替代有望加速。

代表厂商包括创世纪、科德数控、拓斯达、华中数控、海天精工、纽威数控等。

中国数控机床行业竞争格局:

资料来源:MIR、东方证券

五轴联动机床为未来发展趋势。据科德数控招股说明书,五轴联动数控机床是解决航空发动机叶轮、叶盘、叶片、船用螺旋桨等关键工业产品切削加工的唯一手段。

五轴联动机床对于数控系统、摆头、转台等核心部件要求较高,进口限制与高进口成本限制了国产五轴机床发展。

来源:《机床核心功能部件的自主研发与创新

从过去的“巴统清单”到现在的“瓦森纳协定”,西方发达国家一直把五轴数控系统及五轴联动数控机床作为战略物资实行出口许可证制度,对包括中国在内的诸多国家实行了严格的技术封锁,我国在高端数控机床领域亟需制造自强。

五轴机床相比三轴机床增加/升级了五轴数控系统、摆头、转台等:

其他辅助装置

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%。

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。

加工中心指带有刀库和自动换刀装置的数控机床,可使工件在一次装夹后,自动连续完成铣削、钻孔、镗孔、铰孔、攻螺纹、切槽等多工序的加工,如果加工中心带有自动分度回转工作台或者主轴箱能自动改变角度,还可使工件在一次装夹后自动完成多个面和多工序的加工。因此,加工中心除了可加工各种复杂曲面外,非常适用于各种箱体类和板类等复杂零件的加工。

带有刀库、换刀装置的数控机床被称为加工中心:

在此轮上行周期中,国企因机制等问题逐渐退出竞争,民企迎来重大发展机遇、填补国企原有市场和客户的空白。

功能部件一方面部分制造业龙头企业向机床产业链延伸,加速功能部件供应链成熟,一方面机床厂逐步实现了自研功能部件配套,基于自研专利技术在功能、控制精度、加工效率等方面向国际先进水平看齐。#5月财经新势力#

当前,下游新兴领域推动叠加国家政策大力扶持,国产数控机床到了向中高端领域突破的关键时刻。

整体来看,我们看到国产高端数控系统、五轴联动机床均实现了从0到1突破,高端机床产业链“自主可控”迫在眉睫,国内企业成长空间巨大。在政策支持、资金扶持影响下,国产替代有望加速。

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