数控机床深度解析

数控机床深度解析:之重器“工业母机”

机床与其他机器的主要区别在于，机床是制造机器的机器，

同时也是制造机床本身的机器，因此机床又被称为“工业母

机”或“工具机”。

机床为装备制造-业提供生产设备，凡是对加工精度要求较

高，表面粗糙度要求较细的零部件都需要通过机床加工。因

此机床在制造业和国民经济发展中具有举足轻重的地位。

随着电子信息技术的发展，当前机床行业已进入以数控机床

为代表产品的机电一体化时代。数控机床是一种装有程序控

制系统的自动化机床，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。国内数控机床产

品结构主要由数控金属切削机床、数控金属成形机床、数控

特种加工机床组成。其中，数控金属切削机床规模最大，占

总产品规模的53.20%,数控金属成形机床和数控特种加工机

床组成分别占总产品规模的28.50%、16.80%o

根据《中国制造2025规划》，到2025年，我国高档数控机

数控机床相比于传统机床，具备高精密、高速度、复合化、

智能化、环保化的多重优势，承载着工业现代化的特殊使命。

数控机床并非普通工业投资品，高档数控机床及系统，如五

轴联动机床，直至现在仍被列在发达国家贸易限制清单，作

为战略物资限制关乎国家经济、军事、工业安全。当前世界

机床行业是一个完全竞争的行业，主要机床大国包括德国、

日本、美国、中国等国家。中国机床行业起步晚，但整体发

展迅速，近年来在技术、市场规模上都有显著增长。但是与

德、日、美相比，我国机床结构仍存在较大优化空间，数控

化率提升是行业大趋势，整体市场庞大且发展前景广阔。

数控机床产业链

机床产业链上中下游清晰，包括上游基础材料和零部件生产

商、中游机床本体制造商和下游终端用户。上游基础材料和

零部件生产商主要为机床制造商提供结构件（铸铁、钢件

等）、数控系统、驱动系统（驱动电机和驱动装置）、传动

系统（导轨、丝杠、主轴等）、刀库等组成，中游是机床本

体制造商，负责向终端用户提供满足其要求的各种机床或成

套的集成产品；下游用途十分广泛，终端用户主要是汽车、

军工、航天航空、船舶、石化、工程机械、消费电子等各类

领域。

上游中游

数控机床

数控系统

驱动系统

分液压和电机驱动两大类

传动系统

主轴.丝杠、线就

误差控制

可靠性

复合成套加工

高性能部件研发

二次开发与优化

资料来源：国盛智科招股书，中金公司

上游：核心零部件

上游装备部件作为数控机床的基本组成部分，其品质是数控

机床等智能制造装备产品性能和质量的重要保障。其中，精

密件、功能部件和数控系统市场结构稳定，价格波动不大，

钺焊件和铸件市场竞争充分，价格波动主要来自生铁、钢材

等原材料成本的推动。我国功能部件行业的发展相对缓慢，

产业化和专业化程度低，电主轴、滚珠丝杠、数控刀架、数

控系统、伺服系统等虽已形成一定的生产规模，但受到技术

限制，仅能满足中低档数控机床的配套需要，国产中高档数

控机床采用的功能部件仍严重依赖进口。光机、锁金等机床

部件国产已经较为成熟。由于进口机床价格昂贵、交货期长

等因素使得国产中高档数控机床价格居高不下，严重影响了

其市场竞争力。数控机床关键零部件供给格局：

进口情况国产情况

FANUC,西门子，三菱，海德

数控系统华中数控，大连光

汉等

德国Kessler,瑞士FISCHER,

昊志机电，轴研科

主轴瑞士MCT,瑞士IBAG,英国

科隆电机，阳光精力

西风，英国ABL

丝杠日本THK,德国Rexroth等汉江机床，江门凯4

瑞典山特维克，美国肯纳，日

刀具株洲钻石，深圳毅克

本京瓷等

资料来源：新时代证券结构件结构件中铸铁、铸钢件通过精

加工形成机身、支柱等，成本占比2596左右。铸件与镀金零

部件主要包括机床内外防护罩、伸缩护盖、排屑机精密锁焊

件、其他机床镀金小附件等。数控系统数控系统即CNC系统，

通过编程实现金属切削的命令产生和传达，成木占比

25〜30%。2020年，我国CNC数控系统市场规模达116亿元，

同比增长33%O2021-2022年我国CNC数控系统有望保持稳

健增长。计算机技术演化下，全球数控系统经历了数控(NC)

和计算机数控(CNC)时代。目前行业所指的“数控”均为

计算机数控。高档数控系统算法复杂空间建模know-how、优

化补偿技术、可靠性、应用延展能力等构成数控系统重要门

槛。除此之外，芯片、光纤通讯对系统性能提升也起到关键

作用。我国高档数控系统长期被发那科、三菱、西门子、海

德汉等外资企业所垄断。这些龙头企业均采用专用芯片，有

多类型输出信号供不同用户需求之用，既可控制主机，也可

控制机器人，及线上各部分物流的动作。国内厂商科德数控、

北京精雕自产五轴联动数控系统配套使用，走在国产前列。

华中数控、广州数控等专业生产数控系统，用于机床、机器

人等领域。

驱动系统驱动系统将数控系统的控制信号转化为相应的机

械位移，分为液压驱动（液压泵阀、油缸）和电驱动（例如

伺服驱动器和步进电机）两类，成本占比约15%左右。传动

系统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机机床主轴是数控机床最重要的核心零部件之一，

集高转速、高精度、高效率、高可靠性于一体，其技术水平

的高低和质量的优劣直接决定和影响着机床的品质。主粕分

为机械主轴和电主轴两类，机械主轴轴承一般需具备P4及

以上级超精密度，国内轴承厂加工能力仍有较大差距；电主

轴则是跨行业综合技术的结合，包括精密制造技术，轴承技

术，电机调速技术，功率40KW以上依赖进口。国内电主轴

以洛阳轴承研究所最具代表性，民营如昊志机电在3c数控

雕铳电主轴取代进口份额。长期来看，高性能电主轴克服传

统机械主轴缺点，替代机械主轴是大势所趋。电主轴在数控

机床中的位置与工作状态：

数控机床使用的滚珠丝杠，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。

功能部件功能部件中包括刀库（成本占比5%）、光栅尺（成

本占比2%）和齿轮箱等。我国严重依赖进口的刀具集中在航

空航天、军工、汽车发动机等领域，高端刀具进入门槛包括

基体新材料的研发、涂层技术开发和应用、结构创新设计。

目前我国机床刀具市场相当分散，领先的外资企业包括山特

维克(Coromant)＞美国肯纳(Kennameta)、日本京瓷

(Kyocera)、伊斯卡(Iscar)等，内资品牌包括株洲钻石

(ZCC)、厦门金鹭、华锐精密和欧科亿等。

中游：本体制造

作为典型的机电一体化产品，数控机床是机械技术与数控智

能化的结合，可分为金属切削(车削、铳削、链、钻、磨等)、

成形机床(压力机、剪板机、折弯机等)、特种加工(电火

花线切割机床、电火花成型机床等)、加工中心(多轴联动、

柔性加工单元)以及其他产品。市场格局方面来看，第一梯

队为跨国公司及外资企业，由于品牌、技术等优势，在高端

市场占据主导地位。第二梯队包括具备自主研发能力，掌握

核心技术的国有企业或民营企业。第三梯队是主攻低端产品

市场的企业。

当前全球机床市场仍以德国、日本、美国的机床厂商为主，

根据赛迪顾问发布的《2019年数控机床产业数据》，营业收

入前十名的公司全部被德日美三国的公司包揽，其中前十名

中有3家来自德国，日本厂商数量最多，为4家，美国2家,

德日合资企业1家。

榜单中，山崎马扎克以52.8亿美元位列第一，德国通快营

收达42.4亿美元，位居全球第二，德马吉森精机位居第三。

近年来，国内民营企业逐渐成长为主力军，各家机床厂产品

各有侧重，形成高度分散的竞争格局。

从国内市场看，部分制造商已经形成一定规模，并且在特定

机床产品中形成了自身优势。

目前中国已出现包括海天精工、创世纪、国盛智科、科德数

控、浙海德曼在内的十余家主机厂上市公司。其中创世纪以

钻攻中心和立式加工为优势产品，秦川机床在车床市场具备

优势，海天精工则立足于生产各类加工中心，亚威股份在成

形机床市场中占据较强的优势。2020年中国主要机床制造商

比较：

公司机床类产品营收（亿元）机床类产品毛利率机床产量

创世纪30.9329.95%20787

秦川机床17.0312.95%10648

海天精工15.9524.16%2757

亚威股份10.7030.30%3601

纽威数控11.5724.90%2061

沈阳机床8.03-8.95%7300

国盛智科7.1932.88%1037

日发精机5.9331.47%904

浙海德曼4.0935.26%3531

宇晶股份3.6024.99%1929

宇环数控2.6647.76%901

华东数控2.0215.95%1239

华辰装备1.9144.52%55

科德数控1.7142.43%101

资料来源：各公司公告，民生证券从全市场看，创世纪、秦

川机床、海天精工、纽威数控和亚威股份市占率位居前五，

分别为2.85%、1.57%、1.4796、1.06%#0.98%,上市公司CR5

预测市占率仅为7.81%,不足10%,行业集中度极度分散。

下游：电子和军工需求旺盛

从数控机床下游领域来看，电子、军工等领域需求旺盛，叠

加格局优化后的国产替代提速。一方面中美贸易战背景下高

端机床进口受限，创世纪、海天精工、润星科技等民营机床

企业打开空间，使得国产替代提速；另一方面，航天军工、