工業(yè)母機行業(yè)市場分析

1、工業(yè)機床：高檔數控機床是主流方向，國產市場空間廣闊

1.1、工業(yè)母機：國之重器，高端制造業(yè)的皇冠

工業(yè)母機是國家發(fā)展基石，質量與性能關乎國家產業(yè)發(fā)展的安全。工

業(yè)母機又稱機床，可將金屬毛坯加工成機器零部件，是制造機器的機

器，廣泛應用于傳統(tǒng)機械工業(yè)、模具行業(yè)、汽車工業(yè)、電力設備、鐵

路機車、船舶制造、航空航天工'業(yè)等領域。機床代表了國家工業(yè)發(fā)達

程度，質量與性能決定了一個國家的制造實力與發(fā)展水平，是國家基

礎制造能力的綜合體現，關乎國家工業(yè)、產業(yè)以及國防的安全。

根據加工方式的差異，機床工具行業(yè)可分為金屬切削機床、金屬成形

機床、機床附件及其他機械四大子行業(yè)。其中金屬切削機床行業(yè)是我

國機床工具行業(yè)中經濟規(guī)模最大、地位最顯著的工業(yè)領域。金屬切削

機床是用切削、磨削或特種加工方法加工各種金屬工件，使之獲得所

要求的幾何形狀、尺寸精度和表面質量的機床。金屬切削機床包含:

車床、銃床、鍵床、鉆床、磨床等眾多不同用途的細分品類，其中銃

床、像床、鉆床又可以統(tǒng)稱為鏈銃類機床。數控機床：在智能化逐步

加深的過程中，數字控制的金屬切削機床已逐步成為金屬切削機床的

主流。數控金屬切削機床通過計算機系統(tǒng)實現精度補償和優(yōu)化控制，

排除了系統(tǒng)誤差，縮短了加工過程所需的輔助時間，具有高精度、高

效率等特點，與非數控金屬切削機床相比，具有廣泛的適應性。

1.2.市場概況：工業(yè)機床，大而不強

德國VDW口徑下，2021年全球工業(yè)機床市場規(guī)模700億歐元，中

國是全球最大的工業(yè)機床消費市場。據德國機床制造商業(yè)協(xié)會（VDW）

對全球市場的統(tǒng)計數據，2002-2012年全球機床市場產值規(guī)模從345

億歐元增長至751億歐元；2020年全球經濟受疫情影響機床產值下

降幅度較大僅有592億歐元。2021年實現恢復性增長至709億歐元。

按歐元兌人民幣平均匯率計算，2010-2021年全球機床產值為

5000?6000億元。按機床類型來看，2021年全球金屬切削機床、金

屬成形機床分別為501億元、207億歐元。按區(qū)域來看，2021年中

國地區(qū)工業(yè)機床消費規(guī)模236億歐元（人民幣約1800億元），全球

占比34%o

中國自加入WTO之后迎來工.業(yè)母機黃金十年，金屬加工機床消費額

大幅上升，至2011年達到最高點。自加入WTO后中國機床產業(yè)增

長迅速，據中國機慶工具工業(yè)協(xié)會數據口徑，2001-2011年中國金屬

加工機床生產額從39.7億美元增長至高點390.9億美元，年均復合

增速為25.70%。此后隨著國內經濟結構的升級、供給側改革去產能，

國內機床消費經歷了10年的下行。2020年受到疫情影響，金屬加工

機床消費額達到2011年以來低點213億美元。2021年海外疫情緊

張導致供應鏈緊張，我國出口景氣度較高，金屬加工機床消費額恢復

到279億美元（人美幣約1800億元）。

國產機床和進口機床的差距體現在：國產機床整體偏低端化，高檔產

品主要從德日等機床發(fā)達國家進口，國產機床高端化具備較大的成長

空間。（1）高端機床市場80%被德日占據：德日品牌共同占據80%

的高端數控機床市場，國產品牌替代中高端市場空間較大。（2）進

出口的機床產品均價差異較大：據國家統(tǒng)計局、海關總署數據，2021

年我國進口金屬切削機床均價8.37萬美元（按2021年平均人民幣

美元匯率計算，54萬元），國產生產金屬加工機床均價僅為26萬元，

國產機床均價遠低于進口機床價格。

圖7:2020?01?2022?12中國機床進口額及數量

900003

80000

2.5

70000

600002

50000

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■^■1進口金領------進口數量（右）

日本對華出口高頻數據呈現明顯的3年周期屬性，德國對華出口年度

數據則經歷了2012年高點后10年的下行周期。從長短周期來看，

日本對華訂單環(huán)比及德國對華出口金額數據均處于底部，中高端的數

控機床市場需求拐點或將出現。據日本機床工業(yè)協(xié)會數據，2022年

1-12月日本對中國出口累計金額為28.9億美元，同比下降11.5%；

據統(tǒng)計，德國對華機床出口金額自2012年以來持續(xù)下降至2020年

圖12：國產數控機床的主要問題

■精度和穩(wěn)定性是■故障多發(fā)耐用度低其他

2、2023年景氣度判斷：三個周期共振

2.1.政策周期：安全發(fā)展的要求推動國產替代

黨的“二十大，把“安全”放在最重要的位置J二十大”報告中多次強調安

全對于國家發(fā)展的重要性，報告中一共91次提及“安全”二字，是出

現頻率最高的詞匯°從經濟發(fā)展、產業(yè)政策角度我們梳理出與安全相

關的提法：未來提升產業(yè)鏈安全保障、高端數控機床自主可控是保障

我國安全發(fā)展的必然要求。高端工業(yè)機床作為高端制造業(yè)產'亞鏈上的

皇冠明珠、工業(yè)之母，在國家安全密切相關的航空、軍事領域的工業(yè)

機床多有應用，在新時代安全發(fā)展觀的要求下，高端工業(yè)機床發(fā)展至

關重要。

國家對于工業(yè)機床的支持政策從頂層設計到最基礎的產業(yè)推廣目錄

均做了全面的鋪墊，多部委多部門聯(lián)合協(xié)同推進。隨著我國的五軸機

床、刀具行業(yè)的產業(yè)化進步，與2019年政策相比，目前新推出的基

礎產業(yè)創(chuàng)新發(fā)展目錄中可以看出，政策的關注點在于補強產業(yè)鏈弱點、

解決卡脖子問題，強調產業(yè)鏈安全,將核心零部件電主軸、數控系統(tǒng)、

工業(yè)軟件等作為重點突破領域。

疫情以來，我國加大了對制造業(yè)、產業(yè)鏈的金融支持服務。根據國務

院關于金融工作情況的報告，2022年金融行業(yè)加大對重點領域支持

力度。截至2022年9月末，制造業(yè)中長期貸款余額8.75萬億元，

同比增長30.8%；科技型中小企業(yè)貸款余額1.56萬億元，同比增長

26.3%o通過梳理商業(yè)銀行中報數據，表5中梳理的2022年商業(yè)銀

行對制造業(yè)的中長期貸款均保持了較高的同比增速。

金融機構為制造'業(yè)信貸支持提供低成本資金、鼓勵企業(yè)進行設備升級

換代。為了鼓勵制造業(yè)企業(yè)進行設備更新升級，央行近期設立設備更

新改造專項再貸款c中國人民銀行2022年9月28日宣布，設立設

備更新改造專項再貸款，專項支持金融機構以不高于3.2%的利率向

制造業(yè)、社會服務領域和中小微企業(yè)、個體工商戶等設備更新改造提

供貸款。設備更新改造專項再貸款政策支持領域為教育、衛(wèi)生健康、

文旅體育、實訓基地、充電樁、城市地下綜合管廊、新型基礎設施、

產業(yè)數字化轉型、重點領域節(jié)能降碳改造升級、廢舊家電回收處理休

系等10個領域設備購置與更新改造。設備更新改造專項再貸款額度

為2000億元以上，利率1.75%,期限1年，可展期2次，每次展期

期限1年，發(fā)放對象包括國家開發(fā)銀行、政策性銀行、國有商業(yè)銀行

等。

圖18:我國汽車銷量及預期銷量

2.2、宏觀周期：設備更換周期已經到來

從設備使用周期看，金屬切削機床、金屬成形機床分別在上一輪制造

業(yè)擴產周期2011年、2014年產量達到頂點。數控機床隨著使用時

間的延長，設備電器元件老化、機械零件的磨損，將逐步進入升級更

換周期。上一輪金屬切削機床的高點是2011年、金屬成形機床的高

點是2014年，隨著國內制造業(yè)升級、對精度要求提升，數控機床設

備需求將逐步進入更新周期。

數控機床作為工業(yè)中的上游通用設備，具有很強的順周期屬性。機床

設備作為最上游的制造業(yè)加工母機、生產資料，屬于固定資產投資范

疇，機床的需求除了更新需求外，最主要來自于擴產需求，工業(yè)機床

的需求周期邏輯是“宏觀信貸刺激政策出臺（貨幣政策）一內外需景

氣度回升（PMI、H口數據）一社融信貸數據回升（社融信貸數據）

一工業(yè)企業(yè)盈利改善（工業(yè)企業(yè)利潤）一企業(yè)主決定擴張產能一機床

設備需求好轉（機床設備需求），因此貨幣政策、信貸數據可以作

為宏觀領先指標，中觀數據是工業(yè)企業(yè)利潤數據。

目前中國處于十年制造業(yè)資本開支下行周期的尾部，3-4年小周期的

底部。從大周期看，從上一輪2008-2009年經濟刺激后我國進行了

大規(guī)模的產能擴張，但隨后面臨了長時間的產能過剩問題，企業(yè)主的

資本開支意愿減弱，制造業(yè)在外部需求疲軟、國內產能過剩的背景下,

金屬機床的需求在2009年增速達到頂峰后持續(xù)了10余年到2020年

達到底部。2020年疫情開始后，我國為了保障制造業(yè)供應鏈，針對

制造'也進行了大規(guī)模的刺激，2021年由于海外需求好轉、供應鏈短

缺，我國出口增速回暖，疊加10年左右的機床設備更換周期，在2020

年基數較低的情況下，2021年的金屬加工機床迎來高景氣度。

我們認為，2023年金屬加工機床的需求仍然處于兩個長、短周期的

底部向上拐點的過程。隨著國內各項針對房地產、制造業(yè)的保供、保

鏈的政策刺激落地，以及疫情恢復常態(tài)化管理，國內制造業(yè)需求、盈

利情況將逐步好轉°從信貸脈沖指數可以看到，事實上在2021年底

后我國的信貸金融周期是處于持續(xù)的上行周期，但2022年由于疫情

影響國內需求預期較差，因此工業(yè)企業(yè)利潤、機床需求和信貸金融周

期的指標發(fā)生了背離，但該背離隨著負面因素的消除，在2023年我

們預計金屬加工機床的需求將迎來長周期（設備更換周期）、短周期

（信貸周期刺激需求好轉）的雙周期拐點。

圖22:2019年H1全球存量燃氣輪機行業(yè)市場格局

?GE?西門子三支安薩爾多-MHI-SolarTurbines其他

2.3、升級周期：制造業(yè)升級，高端機床市場空間

數控機床下游主要應用非常廣泛，民用領域包括汽車、工程機械、通

用設備、模具、刀具等重點領域，軍用領域包括航空航天、兵器、艦

船、核等領域。以航空裝備、通用設備汽輪機為例，我國高端制造業(yè)

正處于產'也升級的大周期之中。未來隨著新能源汽車、航空航天、國

防軍工、智能穿戴設備等數控機床下游行業(yè)的興起，我國數控機床產

業(yè)發(fā)展將受益于制造業(yè)升級周期上行。

2.3.1.汽車：新能源汽車擴產推動需求

汽車領域是機床的主要需求來源，伴隨新能源汽車的發(fā)展未來有望打

開機床市場需求空間。據統(tǒng)計數據，2021年德國機床市場下游應用

領域中汽車/機械制造/金屬加工/航空航天領域占比分別為

42.6%/23.7%/11.9%/6.7%o德國市場中德機床下游汽車行業(yè)應用領

域占比最高，是機床主要需求來源。未來伴隨汽車行業(yè)向新能源化發(fā)

展的發(fā)展趨勢，新能源汽車將快速增長，機床行業(yè)有望迎來更大需求

擴張。我們預計2022-2025年，中國乘用車數量有望從2350萬輛增

長至2526萬輛，其中新能源乘用車占比有望從29.23%增長至

36.17%。據前文分析，發(fā)達國家德國機床市場已高端為主；發(fā)展中

國家中國機床市場以中低端為主；隨著中國發(fā)達程度的提升，未來機

械制造、金屬加工領域或將對機床產生更多需求，有望助推中國高端

機床行業(yè)規(guī)模增長C

2.3.2.航空裝備:C919國產化帶動高端機床需求

預計未來航空工業(yè)發(fā)展加速，產業(yè)格局面臨新的變化。隨著干線飛機、

支線飛機、通用飛機等國產飛機的份額比例提升，航空產業(yè)重點工程

建設將進一步加快C過去由于國產制造裝備落后，航空制造企業(yè)主要

依賴進口制造裝備，在諸多方面受到了西方國家的限制。根據我國航

空產業(yè)的發(fā)展趨勢和生產需要，制造裝備水平需要進一步提升，航空

領域關鍵制造裝備要適應新一代航空產品的新材料、新結構和新工藝

發(fā)展。

圖25:2020年我國各類型燃氣輪機市場結構

?輕型燃氣輪機?主型燃氣輪機微型燃氣輪機

2.3.3.燃氣輪機：我國燃氣輪機市場規(guī)模不斷擴張

燃氣輪機是國家安全和國民經濟發(fā)展的高技術核心裝備，需求結構的

轉型有望驅動市場持續(xù)穩(wěn)步發(fā)展。燃氣輪機廣泛應用于發(fā)電、船艦和

機車動力、管道增壓等能源、國防、交通領域，是關系國家安全和國

民經濟發(fā)展的高技術核心裝備。未來隨著傳統(tǒng)能源向新能源轉型的發(fā)

展，燃氣輪機的技術需求會逐漸向新型能源和綠色能源靠近，伴隨技

術上向更高產品質量、更大單機容量、更高轉速銷量的發(fā)展，未來燃

氣輪機市場有望持續(xù)穩(wěn)步發(fā)展。

燃氣輪機的市場規(guī)模有望不斷擴張，伴隨國家未來持續(xù)主張實現制造

業(yè)的自主可控，市場競爭格局有望逐漸重塑，國產機床企業(yè)有望獲得

充分發(fā)展機會。武重集團研制的五軸立式銃車機床，用于船用燃氣輪

機機匣的加工，打破了國外卡脖子，國產機床開始逐步取代進口產品

市場。據統(tǒng)計預測，2020-2026E全球燃氣輪機行'業(yè)規(guī)模有望從225.4

億元增長至283億元，未來持續(xù)帶動機床產業(yè)發(fā)展。

3、國內工業(yè)機床市場規(guī)模測算的梳理

3.1、金屬加工機床市場規(guī)模估算：官方數據口徑計算

我們可以得出幾個結論：1、2018-2021年國內金屬加工機床消費額

均值為1700億元左右，2021年為1800億元。該口徑為我國本土的

金屬加工機床總消費金額，即國內金屬加工機床市場需求規(guī)模。

2018-2021年國內金屬加工機床總體市場的規(guī)模的平均值是2390億

元（2021年為測算值，2018-2020為披露值），即本土金屬加工機

床企業(yè)總收入以及進口規(guī)模之和，該口徑包括了金屬加工機床總需求

（本土產值、出口金額）、進口需求（進=1金額）。

2、國內金屬切削機床市場總規(guī)模約為1600億元、金屬成形機床約

為800億元。分子行業(yè)來看，2018-2021年金屬切削機床平均規(guī)模

1603億元、金屬成形機床市場規(guī)規(guī)模788億元。2022年前三季度,

根據機床協(xié)會披露的數據，金屬成形機床由于國內新能源汽車壓鑄件

需求提升導致金屬成形機床市場規(guī)模提升，前三季度重點聯(lián)系企業(yè)的

金屬成形機床同比收入增速為25.9%,金屬切削機床同比下降5.9%o

3、國產金屬加工機床和進口的價差仍然在一倍左右，但價差在縮窄。

2021年國產加工機床均價26.6萬元、進口金屬加工機床均價為54

萬元。從2018年以來，整體進口和國產金屬加工機床的價差在縮窄，

從2019年64萬元縮窄到27.4萬元。從國產價格結構來看，金屬成

形機床均價36萬元高于金屬切削機床23.4萬元。

圖26:預計2021年至2025年全球及中國五軸數控機床市場容量（左軸：億

元）

4、數控系統(tǒng)存在國產替代增量空間，數控系統(tǒng)進口市場100億元左

右。我們缺乏國內的細分的數控系統(tǒng)的營業(yè)收入，但海關披露了我國

的數控系統(tǒng)進口金額數據，按當年平均美元兌人民幣匯率計算，2021

年數控系統(tǒng)進口金額為86億元，在行業(yè)整體景氣度較高的情況下，

數控系統(tǒng)的進口金額（元）仍然下滑15.91%、美元計價下滑10.07%,

從側面證明國產替代正在進行時。

3.2、中高端市場測算的思路：根據進口的金額來估算

測算邏輯：其一，從均價來看，進口機床的均價高于國產機床1倍左

右，品牌結構更加高端。其二，德國、日本、瑞典等地區(qū)的機床品牌

均為老牌機床，整體產品技術、參數領先國產品牌因此我們可以用

從德國、日本、中國臺灣省等地區(qū)進口的金額來大致推算國內高端金

屬加工機床的市場空間。從機床進口金額來看，2021年海外、中國

臺灣省的進口金額在400-500億元之間，國產高端金屬加工機床的

進口替代空間廣闊

3.3、2021年五軸數控機床的國內市場規(guī)模超過100億元

五軸數控機床市場有望穩(wěn)步增長，預計中國市場增速快于全球。據秦

川機床公告、研究數據預計，2021年全球五軸數控機床市場容量為

74.75億美元,預計2025年市場容量將進一步提升至114.12億美元。

其中國內2021年五軸市場空間約白億元人民幣，2025年有望達到

186.83億元人民幣。根據機床工具工業(yè)協(xié)會數據，2021年中國金屬

加工機床進口額74.6億美元，其中加工中心進口額26.36億美元，

占比35.7%,假設60%加工中心進口金額為五軸機床，對應市場空

間15.95億美元，折合人民幣103.09億元，全球占比21.38%?；?/p>

于研究預測全球市場數據，考慮國內市場一方面受高端制造業(yè)占比提

升驅動五軸機床需求將不斷提升，一方面國內企業(yè)入局加速降本推動

五軸機床替代三軸機床提升滲透率，假設2025年中國市場占全球比

重達到25.38%,國內市場空間將在2025年達到186.83億元人民幣。

圖28:旋轉五軸加工中心示意圖

4、產業(yè)鏈：應用場景的增加將推動技術迭代

4.1、數控機床：五軸聯(lián)動機床

數控機床產業(yè)鏈包括上游零部件及原材料供應、中游數控機床制造、

下游市場應用。（1）數控機床上游核心部件包括數控系統(tǒng)、電氣元

件、功能部件、機床主體零部件等，據統(tǒng)計，2020年中國數控市場

中發(fā)那科、西門子、三菱合計占據65%的市場份額，國產廠商廣州

數控憑借在中低端車床數控系統(tǒng)領域的拓展躋身國內市場前列，并且

高檔數控機床的數控系統(tǒng)價值成本占比達20%-40%,目前主要依賴

國外進口；（2）中游是數控機床行業(yè)，以金屬切削機床、特種加工

機床、成形機床為主；（3）下游主要應用于國防軍工、石油化工、

汽車產業(yè)、機械行業(yè)等工業(yè)制造領域。

五軸聯(lián)動機床的原理：XYZ三軸增加了任意兩個旋轉軸。五軸數控

機床由3個線性軸（X、丫、Z軸）和2個旋轉軸（A、B、C任意兩

個旋轉軸）構成，其中繞X、丫、Z的旋轉軸分別為為A、B、C軸。

相對于傳統(tǒng)三軸機床，五軸聯(lián)動機床增加了A、B、C中任意兩個自

由度。常見的五軸機床可以根據旋轉軸的不同分為3類，可以分為雙

轉臺（搖籃式）、雙轉頭（擺頭式）、一轉頭一轉臺。搖籃式適用于

輕型零件，主軸只做直線軸運動，結構簡的可靠，主軸剛性和精度也

會更好。

五軸加工中心是汽車、航空、精密儀器加工關鍵部件最重要的加工設

備。作為應用范圍最廣的數控機床技術，五軸聯(lián)動加工中心在加工方

面有不可替代的優(yōu)點。根據《基于五軸與CNC加工中心聯(lián)機控制系

統(tǒng)及控制方法》（王建翎，2022）五軸聯(lián)動數控技術在三軸的基礎

上加了兩個方向的螺旋軸，對一些復雜工件需要進行曲面加工，三軸

在操作工件時不能一次裝夾，很難實現平滑曲面的加工，而旋轉五軸

可以通過一次裝夾實現高精度、高效率的復合加工，工序集中度高,

能保證每個表面位置的加工精度。對于一些定制化的大型鋼件，按照

傳統(tǒng)工藝從鍛件到成品大概需要2個月左右，但使用旋轉五軸復合加

工機的話僅需要一道工序即可成形，時間可以縮短一半。五軸聯(lián)動機

床可以適用于航空航天、軍工、船舶、汽車等領域，適合加工汽輪機、

燃氣輪機、航空發(fā)動機各種葉片以及窄長型特殊型面的零件。

五軸聯(lián)動機床的戰(zhàn)咯意義：國家安全。根據《我國數控機床六十年》

高檔數控機床一直是我國裝備制造.業(yè)的關鍵，國外長期以來對我國高

檔數控機床施行嚴格的技術封鎖和禁運。1949年美國提議成立的“巴

黎統(tǒng)籌委員會”嚴格限制向中國、蘇聯(lián)等國家出口戰(zhàn)略物資和高技術,

蘇聯(lián)解體后“巴統(tǒng)組織”解散。1996年7月，33個國家簽署了《瓦森

納協(xié)定》，實施了新的控制清單和信息交換規(guī)則，將中國排除在外,

美國一貫采取了排斥、孤立中國的方針。近幾年我國國產五軸高端機

床突破，國外品牌對我國工業(yè)和民用領域有所“松動”，但進入我國的

高檔數控機床，要么功能限制，要么性能降低，同時還配置GPS系

統(tǒng),設備移動超過10米就會自動停機，在數控機床內還配置有“后門”。

圖32：2015.2020年中國金屬切削機床數控化率

國在數控機床上的研究已經有幾十年的發(fā)展，通過引進、消化和吸收,

初步型成了一定規(guī)模的數控產業(yè)。但是五軸聯(lián)動機床市占率不到5%,

絕大部分依賴于進口。目前在我國航空、航天、國防軍工、能源、交

通運輸等核心領域使用的高檔數控機床有95%以匕是通過各種渠道

從國外引進的。在戰(zhàn)爭等特殊時期，完全有可能通過GPS系統(tǒng)“人為”

將國外進口的高檔數控機床進行停機。一旦出現這種情況，我國高端

制造業(yè)很可能進入癱瘓狀態(tài)。五軸聯(lián)動數控機床是高檔機床，民族品

牌、本土企業(yè)紛紛布局。五軸聯(lián)動數控機床加工范圍廣、加工精度質

量高、工作效率高效，屬于高檔機床。第二梯隊的本土企業(yè)包括北京

精雕、科德數控、海天精工、國盛智科等企業(yè)已紛紛布局。

4.2、數控系統(tǒng)：工業(yè)母機的“大腦”

數控系統(tǒng)是數控機床的大腦、核心。數控系統(tǒng)是數控機床的功能實現

的關鍵，構成包括CNC裝置、伺服驅動系統(tǒng)等，數控系統(tǒng)通過控制

信息參數輸入等協(xié)作實現。工業(yè)機床電器屬于“強電”范疇，數控系統(tǒng)

屬于“弱電”范疇。數控系統(tǒng)相當于人的大腦，機床電器是執(zhí)行系統(tǒng)。

數控系統(tǒng)是數控機床的大腦，數控機床的性能和功能除了機床本身的

設計和制造品質以外，還取決于數控系統(tǒng)的性能和功能，五軸聯(lián)動數

控機床更是如此。2008年附近，我國陸續(xù)推出的五軸聯(lián)動機床基本

上采用的都是西門子840D數控系統(tǒng)，其中大部分功能都是經過裁剪

的，即便這樣840D數控系統(tǒng)的五軸聯(lián)動機床的用戶也要接受定向使

用而受到限制。

高端數控系統(tǒng)的難點、痛點、差距在哪里？根據《中外高端數控系統(tǒng)

差距分析及對策》國外高檔數控系統(tǒng)具備高速程序預處理技術、多通

道多軸聯(lián)動控制技術、多通道及復合加工控制技術、納米級高精度插

補技術、樣條插補技術、空間刀補、機床幾何誤差補償、熱變型補償、

動態(tài)誤差補償和智能故障診斷技術、雙軸同步驅動技術、旋轉刀具中

心編程（RTCP）技術等。國內的華中數控、大連廣洋、廣州數控也

具備以上部分功能，但不完備、不完善。

高檔數控系統(tǒng)最難的技術：插補運算。高檔數控系統(tǒng)一個標志性技術

是旋轉刀具中心編程（RTCP）功能。即以工件坐標系下離散刀位點

直接插補和工具坐標系下等距雙NURBS曲線插補方法實現旋轉刀

具中心編程（RTCP）o具有旋轉刀具中心RTCP編程的五軸聯(lián)動數

控系統(tǒng)一直是數控系統(tǒng)競爭的焦點，隨著汽車、航天工業(yè)的發(fā)展，零

件輪廓曲面越來越復雜，因此擁有樣條曲線插補功能已成為是否是高

檔數控的標志。該功能需要采用現代控制理論中的狀態(tài)空間技術和矩

陣運算數學工具分析和解決五軸及以上加工對運動空間內刀具任意

姿態(tài)的刀具補償。該功能技術含量較高，要求研發(fā)人員能夠熟練應用

機床動力學及運動學知識。國外高檔系統(tǒng)該技術經過多年迭代，早已

成熟，國內部分廠家的高檔產品已經具備該功能，但仍需要逐步完善,

提高普適性。

圖33:2014?2018年中國數控機床國產化率

和國外品牌的數控系統(tǒng)另一個差距是可靠性和壽命。國外高檔系統(tǒng)的

平均無故障運行時間可達30000小時，使用壽命也遠大于配套的機

床本體，可達10年之久，國內一般在10000小時左右，硬件本體質

保在3年。因為國內數控系統(tǒng)主要與中低端機床配套，使用環(huán)境惡劣,

因此硬件本體壽命較短。造成國內系統(tǒng)與國外高端系統(tǒng)相比，可靠性

較低的主要原因是軟件的容錯性及智能化較低。國外系統(tǒng)軟件經過多

年多種現場應用的反饋修改積累、迭代，健壯性已經大大增強，幾乎

可以兼容任何工況，國內系統(tǒng)軟件主要是為了通用機床設計開發(fā)，專

用場合應用較少，由于國內使用時間較短，因此反饋迭代問題不足以

應對各種各樣的工作現場。

國產華中8型高性能數控系統(tǒng)在國內領先。華中8型高性能數控系統(tǒng)

攻克了高速高精運動控制、現場總線、多軸聯(lián)動、多軸同步控制、三

維加工仿真與防碰撞、機床誤差補償、機床快速調試工具、高性能伺

服驅動系統(tǒng)控制和大功率伺服控制技術等關鍵核心技術，成功研制出

具有自主知識產權的系列化華中8型高性能數控裝置、伺服驅動和伺

服電機成套產品。根據《華中8型數控系統(tǒng)的研發(fā)與應用》目前，華

中8型數控系統(tǒng)已與10多類約2000臺高端數控機床實現了配套應

用，其中包括:高速，精密車削中心、高速/精密立加、車銃復合、高速

/精密臥加、五軸聯(lián)動加工中心、六軸砂帶磨等高端數控機床，滿足

國內高速、高精、大型、重型、復合、生產線等高端數控裝備的配套

需求。所配套產品的企業(yè)包括秦川機床集團、四川普什寧江機床有限

公司、北京工研精機、武漢重型機床集團、北京第一機床廠、北京第

二機床廠、寶雞機床集團、深圳創(chuàng)世紀公司、東風設備制造有限公司、

上海拓璞數控科技有限公司、上海機床廠有限公司、蘇州信能精密機

械有限公司等。

華中8型高端型數控系統(tǒng)全面進入汽車制造、能源裝備、船舶制造、

機床工具、模具、3c等領域的主戰(zhàn)場，累計銷售10萬多臺套，在

2000多家企業(yè)批量應用。特別是2015年以來，華中數控針對3c制

造行業(yè)的大量需求，研制并批量銷售了具有高速高精（進給快移速度

達60m/min,進給加速度達1G)、高速主軸控制(24000r/min)等

關鍵技術的高速鉆攻中心數控系統(tǒng)，其加工效率優(yōu)于同類產品，并且

建立了多個3c加工智能工廠。

華中9型數控系統(tǒng)是華中數控股份有限公司推出的新一代智能數控

系統(tǒng)。它具有自主感知、自主學習的能力，能夠提高機床的效率和質

量。華中9型數控系統(tǒng)深度融合大數據與人工智能技術，打造“端?邊

■云”的智能體系架構，形成三個平臺：集成AI芯片的智能硬件平臺、

支持AI算法的智能軟件平臺、構建智能APP生態(tài)的開放平臺，實現

“1-3”的體系創(chuàng)新。杈據研究：當前的智能數控系統(tǒng)多是實現了一些簡

單的感知、分析、反饋、控制，遠沒有達到替代人類腦力勞動的水平。

而華中9型數控系統(tǒng)做到了“機床+互聯(lián)網”的有機結合，同時具備自

主感知、自主學習的能力，從而達到提高效率、質量的目的。

圖35：電主軸結構簡圖

1—軸承2一轉軸3一定子4?轉子5-殼體

安全自主可控帶來數控系統(tǒng)國產化的廣闊市場機遇。如前文所論述的,

我國已經認識到“高檔數控機床高度依賴國外對我國家安全造成重大

隱患”，國家迅速決定用于軍工生產的進口高檔數控機床必須盡快換

腦，用國產的高檔數控系統(tǒng)替代。2017年1月國家重大科技專項04

專項決定列入重大項目“換腦工程”，即國防軍工領域用國產數控系統(tǒng)

批量置換進口數控系統(tǒng)，以大幅提升國防軍工領域制造裝備自主可控

能力和安全水平。

華中數控、廣州數控、大連光洋、沈陽高精和航天數控等企業(yè)自主研

發(fā)高檔數控系統(tǒng)參與了“換腦工程”的替換工作。按照軍工企業(yè)數控機

床“換腦工程”的調研報告，幾千臺數控機床需要更換國產數控系統(tǒng),

被替換的國外品牌有：西門子系統(tǒng)、發(fā)那科系統(tǒng)、海德漢系統(tǒng)、哈斯

系統(tǒng)等品牌。實施“換腦工程”后，國防軍工行業(yè)就有了技術自主可控、

信息確保安全的機會。我們認為，在“二十大’會議后，安全進一步提

升為國家發(fā)展戰(zhàn)略要求，高端數控系統(tǒng)從軍工領域向高端制造業(yè)的替

代成為歷史必然。

中國本土數控機床逐漸實現自主可控，而高檔產品仍有較大的國產替

代空間，并且與日本相比數控化率存在上升空間。在國產替代的進程

上，據研究數據2018年中國數控機床低檔/中檔/高檔國產化率分別

為82%/65%/6%,高檔產品仍有較大的國產替代空間。在數控化率

方面，據統(tǒng)計數據，2015?2020年中國金屬切削機床產量數控化率從

31.15%增長至43.27%；而根據日本機床工業(yè)協(xié)會數據，自2011年

以來日本機床的數控化率基本