高端數控系統實現國產化替代仍然任重道遠

高端數控機床是制造裝備的裝備，是最重要的“工業母機”，工業母機和高端芯片合并被列為現代化產業體系的核心樞紐和制高點。2023年12月23日，武漢華中數控股份有限公司董事長陳吉紅接受采訪時提到：“2009年‘04專項’啟動的時候，國產高檔數控系統市場占有率只有1%。到了2020年‘04專項’結束，國產高檔數控系統市場占有率已經達到30%左右。雖然國產高檔數控系統的市場占有率取得了很大的提升，但仍有70%—80%都依賴于國外。高檔數控系統實現國產化替代仍然任重道遠。”技術成熟度方面，國產高檔數控系統與國外的差距仍顯而易見，亟需提升。

01高端數控機床介紹

1）何為高端數控機床？

高端數控機床是指裝備了數控系統，且能夠實現高精度、高復雜性、高效高動態加工的數控機床。從聯動軸數量劃分，目前數控機床的最大聯動軸數為五軸聯動，即指機床基本的直線軸三軸X、Y、Z及附加的旋轉軸A、B、C中的兩軸，五個軸同時運動，任意調整刀具或工件的姿態，實現對空間復雜型面的加工。機床軸的絕對數量并非衡量數控機床先進程度的標準，重點在于聯動軸數量。

產業鏈角度，五軸數控機床主要由精密數控系統、電主軸、滾珠絲杠、數控刀架、伺服系統等組成。根據中國機床工具工業協會發布的數據，由鑄件加工而成的底座床身等結構件成本占比約30%-40%，價格受鋼材影響較大；數控系統成本占比約22%；傳統系統成本（絲杠、導軌等）占比約20%；驅動系統（高速主軸和電機等）成本占比約13%。

2）高端數控機床的技術指標

高端數控機床的技術指標主要包括精度指標、性能指標和可靠性指標。

資料來源：《數控機床技術基礎》

據業內人士透露，加工復雜零件是對高端數控機床真正的考驗。目前國產的高端數控機床與進口的高端數控機床的差距還比較大，例如，加工渦旋壓縮機的關鍵部件——動靜渦旋盤（阿基米德螺旋線），進口高端數控機床的加工精度達到2微米以內，國內現有高端數控機床的加工精度目前只有4-5微米左右。

02我國高端數控機床的痛點

1）高端數控機床進口受限

從過去的“巴統清單”到現在的“瓦森納協定”，西方發達國家一直把高端超精密機床及軍用機床作為戰略物資實行出口許可證制度，對包括中國在內的諸多國家實行了嚴格的技術封鎖，我國航空、航天、兵器、船舶、核、電子等需要五軸聯動數控機床加工的高端軍工行業以及相關高校面臨西方國家的全面禁運。同時，對于非軍用目的的高端機床采購，在購入時必須接受外國廠商“最終用戶訪問”的苛刻條件，易造成數據泄露。

《瓦森納協定》對出口機床的精度限制

數據來源：瓦森納協定，MIR睿工業，東興證券研究所，深藍研究

2）五軸機床國產化率低，核心部件仍依賴于進口

當前，全球高端機床制造行業的主導力量為德國、日本、美國等國家。德國在數控機床及其配套件方面表現出色，注重高、精、尖和實用性，其功能部件的生產專業化程度極高，質量與性能均居世界領先地位。日本則重點發展數控系統技術，并注重向上游材料和部件領域拓展，實現一體化核心產品的開發。美國在數控機床設計、制造以及基礎科研方面具備強大的競爭力。相較之下，我國機床行業雖然規模較大，但在整體實力上仍有待提高。

本土高端機床的產業鏈雖已形成一定生產規模，但主要功能部件仍嚴重依賴進口，對本土廠商的競爭力產生顯著影響。以數控系統和傳統系統這兩大核心成本為例，數控系統市場主要由日本發那科、三菱及德國西門子、海德漢等少數企業占據，國內超70%以上的數控系統來源于進口。傳動系統核心零件滾珠絲杠和導軌市場主要由日本THK、NSK、上銀科技、臺灣銀泰占據。

03五軸數控機床市場規模超138億美元，下游應用需求廣泛

1）五軸數控機床未來市場規模超138億美元

根據QY Research數據統計，全球五軸數控機床市場規模將從2021年的74.8億美元增長至2027年的138億美元，年均復合增長率為10.05%，全球市場主要被德瑪吉森精機、山崎馬扎克、哈默等多個頭部海外公司壟斷。根據國金證券測算，未來隨著高端制造業占比提升對五軸機床需求的不斷驅動以及國內企業入局加速降本推動五軸機床替代三軸機床，我國五軸市場滲透率將不斷提升，2025年有望達到186.83億元人民幣。

2）制造業轉型升級，五軸數控機床市場增長可期

五軸數控機床主要應用于航空、航天、核、電子、船舶、兵器、能源、汽車、模具、刀具等重點領域，但其中汽車行業、模具行業、航空航天等主流行業主要被德、日、美、韓等外資企業占據。

動靜渦旋盤：動靜渦旋盤主要應用于新能源汽車，熱泵，冷凍冷藏，化工生產等領域，行業年產值超百億，預計我國動靜渦旋盤零件市場容量在2025年將超過2000萬個/年，該市場長期被國外壟斷，其對高精度數控機床的需求約200臺/年。

航空航天領域：五軸聯動數控機床是解決航空發動機葉輪、葉盤、葉片、船用螺旋槳等關鍵工業產品切削加工的唯一手段。根據《中國商飛公司市場預測年報（2018-2037）》顯示，未來我國飛機制造領域年市場空間合計約10.4萬億，飛機整機制造是國內制造業轉型升級的重要契機，期間對五軸高端數控機床等高端制造裝備的需求將進一步增加。但該類高端裝備一直是發達國家的核心技術，長期限制對外出口并不斷減少類似裝備的出口數量。因此飛機產業的快速發展對高端裝備國產化替代進口提出了強烈的需求并創造了更大的市場空間，將成為國內機床企業的重要市場增長點。

汽車領域：隨著汽車向輕量化、更新迭代速率加快等趨勢發展，近年來汽車行業對五軸數控機床的需求逐漸增強，例如汽車轉向架、前后橋、底盤類零件，相對于三軸加工中心可以在精度提高的同時，大幅降低成本。目前汽車行業零部件產品為實現節拍化批量生產，需要對加工裝備大批量采購，已成為五軸聯動數控機床另一個具有大規模快速增長前景的市場。

04關鍵部件全國產化的高端數控機床的產業化之路

“關鍵核心技術是要不來、買不來、討不來的”。在高端數控機床面臨禁運的情況下，自立自強，利用國內現有供應鏈，攻克高端數控技術，是必由之路。

我們和國外的差距在于技術成熟度。研發和制造五軸機床需要具備高度的精密機床設計和制造技術，并且需要與尖端的數控技術進行緊密的配合。

值得欣慰的是，我國已經具備完整的數控機床產業鏈，包括數控系統、伺服驅動、精密主軸、導軌絲桿等關鍵零部件的研發和制造能力，這為我國高端數控機床的全國產化提供了堅實的基礎。

在我國自主可控供應鏈的基礎上，通過軟件和算法優化，來實現國產關鍵部件的高精密配合及高精度控制，達到與進口高端機床相同的技術性能指標，同時大幅降低高端數控機床成本，是我國目前攻克高端數控機床國產化的必由之路。

據悉，目前空調業界翹首企盼動靜渦旋盤加工精度達到2微米以內的國產高端數控機床，相關創業公司正在創新研發，期待夢想早日成真！