努力推進關(guān)鍵部件全國產(chǎn)化的高端數(shù)控機床的產(chǎn)業(yè)化

高端數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)國產(chǎn)化替代仍然任重道遠

高端數(shù)控機床是制造裝備的裝備，是最重要的“工業(yè)母機”，工業(yè)母機和高端芯片合并被列為現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系的核心樞紐和制高點。2023年12月23日，武漢華中數(shù)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(chǎn)高檔數(shù)控系統(tǒng)市場占有率只有1%。到了2020年‘04專項’結(jié)束，國產(chǎn)高檔數(shù)控系統(tǒng)市場占有率已經(jīng)達到30%左右。雖然國產(chǎn)高檔數(shù)控系統(tǒng)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(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)國產(chǎn)化替代仍然任重道遠?！奔夹g(shù)成熟度方面，國產(chǎn)高檔數(shù)控系統(tǒng)與國外的差距仍顯而易見，亟需提升。

01高端數(shù)控機床介紹

1）何為高端數(shù)控機床？

高端數(shù)控機床是指裝備了數(shù)控系統(tǒng)，且能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、高復(fù)雜性、高效高動態(tài)加工的數(shù)控機床。從聯(lián)動軸數(shù)量劃分，目前數(shù)控機床的最大聯(lián)動軸數(shù)為五軸聯(lián)動，即指機床基本的直線軸三軸X、Y、Z及附加的旋轉(zhuǎn)軸A、B、C中的兩軸，五個軸同時運動，任意調(diào)整刀具或工件的姿態(tài)，實現(xiàn)對空間復(fù)雜型面的加工。機床軸的絕對數(shù)量并非衡量數(shù)控機床先進程度的標(biāo)準(zhǔn)，重點在于聯(lián)動軸數(shù)量。

產(chǎn)業(yè)鏈角度，五軸數(shù)控機床主要由精密數(shù)控系統(tǒng)、電主軸、滾珠絲杠、數(shù)控刀架、伺服系統(tǒng)等組成。根據(jù)中國機床工具工業(yè)協(xié)會發(fā)布的數(shù)據(jù)，由鑄件加工而成的底座床身等結(jié)構(gòu)件成本占比約30%-40%，價格受鋼材影響較大；數(shù)控系統(tǒng)成本占比約22%；傳統(tǒng)系統(tǒng)成本（絲杠、導(dǎo)軌等）占比約20%；驅(qū)動系統(tǒng)（高速主軸和電機等）成本占比約13%。

2）高端數(shù)控機床的技術(shù)指標(biāo)

高端數(shù)控機床的技術(shù)指標(biāo)主要包括精度指標(biāo)、性能指標(biāo)和可靠性指標(biāo)。

資料來源：《數(shù)控機床技術(shù)基礎(chǔ)》

據(jù)業(yè)內(nèi)人士透露，加工復(fù)雜零件是對高端數(shù)控機床真正的考驗。目前國產(chǎn)的高端數(shù)控機床與進口的高端數(shù)控機床的差距還比較大，例如，加工渦旋壓縮機的關(guān)鍵部件——動靜渦旋盤（阿基米德螺旋線），進口高端數(shù)控機床的加工精度達到2微米以內(nèi)，國內(nèi)現(xiàn)有高端數(shù)控機床的加工精度目前只有4-5微米左右。

02我國高端數(shù)控機床的痛點

1）高端數(shù)控機床進口受限

從過去的“巴統(tǒng)清單”到現(xiàn)在的“瓦森納協(xié)定”，西方發(fā)達國家一直把高端超精密機床及軍用機床作為戰(zhàn)略物資實行出口許可證制度，對包括中國在內(nèi)的諸多國家實行了嚴(yán)格的技術(shù)封鎖，我國航空、航天、兵器、船舶、核、電子等需要五軸聯(lián)動數(shù)控機床加工的高端軍工行業(yè)以及相關(guān)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(shù)據(jù)泄露。

《瓦森納協(xié)定》對出口機床的精度限制

數(shù)據(jù)來源：瓦森納協(xié)定，MIR睿工業(yè)，東興證券研究所，深藍研究

2）五軸機床國產(chǎn)化率低，核心部件仍依賴于進口

當(dāng)前，全球高端機床制造行業(yè)的主導(dǎo)力量為德國、日本、美國等國家。德國在數(shù)控機床及其配套件方面表現(xiàn)出色，注重高、精、尖和實用性，其功能部件的生產(chǎn)專業(yè)化程度極高，質(zhì)量與性能均居世界領(lǐng)先地位。日本則重點發(fā)展數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)，并注重向上游材料和部件領(lǐng)域拓展，實現(xiàn)一體化核心產(chǎn)品的開發(fā)。美國在數(shù)控機床設(shè)計、制造以及基礎(chǔ)科研方面具備強大的競爭力。相較之下，我國機床行業(yè)雖然規(guī)模較大，但在整體實力上仍有待提高。

本土高端機床的產(chǎn)業(yè)鏈雖已形成一定生產(chǎn)規(guī)模，但主要功能部件仍嚴(yán)重依賴進口，對本土廠商的競爭力產(chǎn)生顯著影響。以數(shù)控系統(tǒng)和傳統(tǒng)系統(tǒng)這兩大核心成本為例，數(shù)控系統(tǒng)市場主要由日本發(fā)那科、三菱及德國西門子、海德漢等少數(shù)企業(yè)占據(jù)，國內(nèi)超70%以上的數(shù)控系統(tǒng)來源于進口。傳動系統(tǒng)核心零件滾珠絲杠和導(dǎo)軌市場主要由日本THK、NSK、上銀科技、臺灣銀泰占據(jù)。

03五軸數(shù)控機床市場規(guī)模超138億美元，下游應(yīng)用需求廣泛

1）五軸數(shù)控機床未來市場規(guī)模超138億美元

根據(jù)QY Research數(shù)據(jù)統(tǒng)計，全球五軸數(shù)控機床市場規(guī)模將從2021年的74.8億美元增長至2027年的138億美元，年均復(fù)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(jù)國金證券測算，未來隨著高端制造業(yè)占比提升對五軸機床需求的不斷驅(qū)動以及國內(nèi)企業(yè)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(yè)轉(zhuǎn)型升級，五軸數(shù)控機床市場增長可期

五軸數(shù)控機床主要應(yīng)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(lǐng)域，但其中汽車行業(yè)、模具行業(yè)、航空航天等主流行業(yè)主要被德、日、美、韓等外資企業(yè)占據(jù)。

動靜渦旋盤：動靜渦旋盤主要應(yīng)用于新能源汽車，熱泵，冷凍冷藏，化工生產(chǎn)等領(lǐng)域，行業(yè)年產(chǎn)值超百億，預(yù)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(shù)控機床的需求約200臺/年。

航空航天領(lǐng)域：五軸聯(lián)動數(shù)控機床是解決航空發(fā)動機葉輪、葉盤、葉片、船用螺旋槳等關(guān)鍵工業(yè)產(chǎn)品切削加工的唯一手段。根據(jù)《中國商飛公司市場預(yù)測年報（2018-2037）》顯示，未來我國飛機制造領(lǐng)域年市場空間合計約10.4萬億，飛機整機制造是國內(nèi)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要契機，期間對五軸高端數(shù)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(fā)達國家的核心技術(shù)，長期限制對外出口并不斷減少類似裝備的出口數(shù)量。因此飛機產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展對高端裝備國產(chǎn)化替代進口提出了強烈的需求并創(chuàng)造了更大的市場空間，將成為國內(nèi)機床企業(yè)的重要市場增長點。

汽車領(lǐng)域：隨著汽車向輕量化、更新迭代速率加快等趨勢發(fā)展，近年來汽車行業(yè)對五軸數(shù)控機床的需求逐漸增強，例如汽車轉(zhuǎn)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(yè)零部件產(chǎn)品為實現(xiàn)節(jié)拍化批量生產(chǎn)，需要對加工裝備大批量采購，已成為五軸聯(lián)動數(shù)控機床另一個具有大規(guī)模快速增長前景的市場。

04關(guān)鍵部件全國產(chǎn)化的高端數(shù)控機床的產(chǎn)業(yè)化之路

“關(guān)鍵核心技術(shù)是要不來、買不來、討不來的”。在高端數(shù)控機床面臨禁運的情況下，自立自強，利用國內(nèi)現(xiàn)有供應(yīng)鏈，攻克高端數(shù)控技術(shù)，是必由之路。

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

值得欣慰的是，我國已經(jīng)具備完整的數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)鏈，包括數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動、精密主軸、導(dǎo)軌絲桿等關(guān)鍵零部件的研發(fā)和制造能力，這為我國高端數(shù)控機床的全國產(chǎn)化提供了堅實的基礎(chǔ)。

在我國自主可控供應(yīng)鏈的基礎(chǔ)上，通過軟件和算法優(yōu)化，來實現(xiàn)國產(chǎn)關(guān)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(shù)性能指標(biāo)，同時大幅降低高端數(shù)控機床成本，是我國目前攻克高端數(shù)控機床國產(chǎn)化的必由之路。

據(jù)悉，目前空調(diào)業(yè)界翹首企盼動靜渦旋盤加工精度達到2微米以內(nèi)的國產(chǎn)高端數(shù)控機床，相關(guān)創(chuàng)業(yè)公司正在創(chuàng)新研發(fā)，期待夢想早日成真！