努力推进关键部件全国产化的高端数控机床的产业化

高端数控系统实现国产化替代仍然任重道远

高端数控机床是制造装备的装备，是最重要的“工业母机”，工业母机和高端芯片合并被列为现代化产业体系的核心枢纽和制高点。2023年12月23日，武汉华中数控股份有限公司董事长陈吉红接受采访时提到：“2009年‘04专项’启动的时候，国产高档数控系统市场占有率只有1%。到了2020年‘04专项’结束，国产高档数控系统市场占有率已经达到30%左右。虽然国产高档数控系统的市场占有率取得了很大的提升，但仍有70%—80%都依赖于国外。高档数控系统实现国产化替代仍然任重道远。”技术成熟度方面，国产高档数控系统与国外的差距仍显而易见，亟需提升。

01高端数控机床介绍

1）何为高端数控机床？

高端数控机床是指装备了数控系统，且能够实现高精度、高复杂性、高效高动态加工的数控机床。从联动轴数量划分，目前数控机床的最大联动轴数为五轴联动，即指机床基本的直线轴三轴X、Y、Z及附加的旋转轴A、B、C中的两轴，五个轴同时运动，任意调整刀具或工件的姿态，实现对空间复杂型面的加工。机床轴的绝对数量并非衡量数控机床先进程度的标准，重点在于联动轴数量。

产业链角度，五轴数控机床主要由精密数控系统、电主轴、滚珠丝杠、数控刀架、伺服系统等组成。根据中国机床工具工业协会发布的数据，由铸件加工而成的底座床身等结构件成本占比约30%-40%，价格受钢材影响较大；数控系统成本占比约22%；传统系统成本（丝杠、导轨等）占比约20%；驱动系统（高速主轴和电机等）成本占比约13%。

2）高端数控机床的技术指标

高端数控机床的技术指标主要包括精度指标、性能指标和可靠性指标。

资料来源：《数控机床技术基础》

据业内人士透露，加工复杂零件是对高端数控机床真正的考验。目前国产的高端数控机床与进口的高端数控机床的差距还比较大，例如，加工涡旋压缩机的关键部件——动静涡旋盘（阿基米德螺旋线），进口高端数控机床的加工精度达到2微米以内，国内现有高端数控机床的加工精度目前只有4-5微米左右。

02我国高端数控机床的痛点

1）高端数控机床进口受限

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高端超精密机床及军用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，我国航空、航天、兵器、船舶、核、电子等需要五轴联动数控机床加工的高端军工行业以及相关高校面临西方国家的全面禁运。同时，对于非军用目的的高端机床采购，在购入时必须接受外国厂商“最终用户访问”的苛刻条件，易造成数据泄露。

《瓦森纳协定》对出口机床的精度限制

数据来源：瓦森纳协定，MIR睿工业，东兴证券研究所，深蓝研究

2）五轴机床国产化率低，核心部件仍依赖于进口

当前，全球高端机床制造行业的主导力量为德国、日本、美国等国家。德国在数控机床及其配套件方面表现出色，注重高、精、尖和实用性，其功能部件的生产专业化程度极高，质量与性能均居世界领先地位。日本则重点发展数控系统技术，并注重向上游材料和部件领域拓展，实现一体化核心产品的开发。美国在数控机床设计、制造以及基础科研方面具备强大的竞争力。相较之下，我国机床行业虽然规模较大，但在整体实力上仍有待提高。

本土高端机床的产业链虽已形成一定生产规模，但主要功能部件仍严重依赖进口，对本土厂商的竞争力产生显著影响。以数控系统和传统系统这两大核心成本为例，数控系统市场主要由日本发那科、三菱及德国西门子、海德汉等少数企业占据，国内超70%以上的数控系统来源于进口。传动系统核心零件滚珠丝杠和导轨市场主要由日本THK、NSK、上银科技、台湾银泰占据。

03五轴数控机床市场规模超138亿美元，下游应用需求广泛

1）五轴数控机床未来市场规模超138亿美元

根据QY Research数据统计，全球五轴数控机床市场规模将从2021年的74.8亿美元增长至2027年的138亿美元，年均复合增长率为10.05%，全球市场主要被德玛吉森精机、山崎马扎克、哈默等多个头部海外公司垄断。根据国金证券测算，未来随着高端制造业占比提升对五轴机床需求的不断驱动以及国内企业入局加速降本推动五轴机床替代三轴机床，我国五轴市场渗透率将不断提升，2025年有望达到186.83亿元人民币。

2）制造业转型升级，五轴数控机床市场增长可期

五轴数控机床主要应用于航空、航天、核、电子、船舶、兵器、能源、汽车、模具、刀具等重点领域，但其中汽车行业、模具行业、航空航天等主流行业主要被德、日、美、韩等外资企业占据。

动静涡旋盘：动静涡旋盘主要应用于新能源汽车，热泵，冷冻冷藏，化工生产等领域，行业年产值超百亿，预计我国动静涡旋盘零件市场容量在2025年将超过2000万个/年，该市场长期被国外垄断，其对高精度数控机床的需求约200台/年。

航空航天领域：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。根据《中国商飞公司市场预测年报（2018-2037）》显示，未来我国飞机制造领域年市场空间合计约10.4万亿，飞机整机制造是国内制造业转型升级的重要契机，期间对五轴高端数控机床等高端制造装备的需求将进一步增加。但该类高端装备一直是发达国家的核心技术，长期限制对外出口并不断减少类似装备的出口数量。因此飞机产业的快速发展对高端装备国产化替代进口提出了强烈的需求并创造了更大的市场空间，将成为国内机床企业的重要市场增长点。

汽车领域：随着汽车向轻量化、更新迭代速率加快等趋势发展，近年来汽车行业对五轴数控机床的需求逐渐增强，例如汽车转向架、前后桥、底盘类零件，相对于三轴加工中心可以在精度提高的同时，大幅降低成本。目前汽车行业零部件产品为实现节拍化批量生产，需要对加工装备大批量采购，已成为五轴联动数控机床另一个具有大规模快速增长前景的市场。

04关键部件全国产化的高端数控机床的产业化之路

“关键核心技术是要不来、买不来、讨不来的”。在高端数控机床面临禁运的情况下，自立自强，利用国内现有供应链，攻克高端数控技术，是必由之路。

我们和国外的差距在于技术成熟度。研发和制造五轴机床需要具备高度的精密机床设计和制造技术，并且需要与尖端的数控技术进行紧密的配合。

值得欣慰的是，我国已经具备完整的数控机床产业链，包括数控系统、伺服驱动、精密主轴、导轨丝杆等关键零部件的研发和制造能力，这为我国高端数控机床的全国产化提供了坚实的基础。

在我国自主可控供应链的基础上，通过软件和算法优化，来实现国产关键部件的高精密配合及高精度控制，达到与进口高端机床相同的技术性能指标，同时大幅降低高端数控机床成本，是我国目前攻克高端数控机床国产化的必由之路。

据悉，目前空调业界翘首企盼动静涡旋盘加工精度达到2微米以内的国产高端数控机床，相关创业公司正在创新研发，期待梦想早日成真！