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2.2、 ：進口依賴度下降，出口快速提升

中國數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了起步、擴產(chǎn)、整合、高速發(fā)展與轉(zhuǎn)型升級，目前已形成 了品類完善、功能齊全的制造格局。

根據(jù)中國機床工具工業(yè)協(xié)會，2023 年我國金屬加工機床生產(chǎn)額為 1935 億元， 同比增長 1.1%。消費額為 1816億元，同比下降 6.2%。 根據(jù) VDW 數(shù)據(jù)，我國機床消費中進口依賴度從 2018 年的 33%下降至 2022 年 的24%。

從產(chǎn)業(yè)周期來看，機床呈現(xiàn)約 10 年的更換周期。2009 年，“04 專項”的實施為我國機床行業(yè)注入新的動力，我國金屬切削機床在 2011/2014 年形成產(chǎn)量高 峰。隨著 10年更換周期的到來，預計我國機床行業(yè)將迎來大規(guī)模替換需求。 根據(jù)日本機床工業(yè)協(xié)會，日本來自中國的機床訂單基本呈現(xiàn) 3 年一個小周期的規(guī)律。

從月度數(shù)據(jù)來看，中國金屬切削機床產(chǎn)量與日本來自中國的機床訂單呈現(xiàn)同步狀 態(tài)。2023 年 1-12月，中國制造業(yè)固定資產(chǎn)投資完成額累計同比增長 6.5%，較 2023 年 1-11 月提升0.2pct。目前國內(nèi)金屬切削機床產(chǎn)量及日本對華機床訂單均有底部回暖趨勢，隨著新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展，中高端機床的市場需求或?qū)⑵蠓€(wěn)回升。

從進出口情況來看，2021-2023 年，我國金屬切削機床出口金額逐年提升，進口 金額逐年下降，在 2023 年完成貿(mào)易順差3.9 億美元；2021-2023 年，我國金屬 成形機床出口金額提升較快，貿(mào)易順差逐步擴大，在 2023 年達到 12.9億美元。

從進口機床種類來看，我國對外進口的機床主要是加工中心、特種加工機床、磨床、齒輪加工機床、車床；從出口機床種類來看，我國對外出口的機床主要是特種加工機床、車床、加工中心、成形折彎機、金屬冷加工壓力機。

3、 工業(yè)母機產(chǎn)業(yè)鏈：國產(chǎn)替代任務(wù)艱巨

從機床的發(fā)展來看，金屬切削的基本工作原理是借助高硬度材料的刀具從硬度較低的工件毛坯上切除多余的金屬，從而獲得具有一定形位精度和表面質(zhì)量的特定 形狀的零件。因此，工件和刀具的機床內(nèi)部一對相互對抗的矛盾體。從機床結(jié)構(gòu)來看，可分為主傳動系統(tǒng)、進給傳動系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)。其中主傳動系統(tǒng)是由主軸電動機經(jīng)一系列傳動元件和主軸構(gòu)成的具有運動、傳動聯(lián)系的系統(tǒng)；進給傳動系統(tǒng)以保證刀具與工件相對位置關(guān)系為目的，其作用是將伺服電動機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)閳?zhí)行件的直線運動或旋轉(zhuǎn)運動；檢測系統(tǒng)負責將機床運動部件的實際位移量隨時檢測出來，與給定的控制值（指令信號）進行比較，從而控制驅(qū)動元件正確運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)閉環(huán)控制；而數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的核心，是 實現(xiàn)機床jingque加工功能的關(guān)鍵。

3.1、 數(shù)控系統(tǒng)：工業(yè)母機之“腦”

數(shù)字控制（Numerical Control-NC）技術(shù)是近代發(fā)展起來的一種自動控制技術(shù)。 國家標準 GB 8129-87將其定義為“用數(shù)字化信號對機床運動及其加工過程進行 控制的一種方法”。數(shù)控機床是用數(shù)字信息進行控制的機床，借助輸入控制器中的數(shù)字信息來控制機床部件的運動，自動地將零件加工出來?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)普遍采用微機技術(shù)，成為 計算機數(shù)控（Computer NumericalControl-CNC）。 伴隨數(shù)控機床的發(fā)展，機床數(shù)字控制器也從初的機床研制單位自行設(shè)計制造轉(zhuǎn)變?yōu)榈闹圃焐膛可a(chǎn)，形成了專門的產(chǎn)品——數(shù)控系統(tǒng)及其產(chǎn)業(yè)。

從全球數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展來看，主要經(jīng)歷了五個時期： 1）第 1階段：研究開發(fā)期(1952-1970)，系統(tǒng)組成以電子管、晶體管小規(guī)模集成 電路為主； 2）第 2階段：推廣應用期(1970-1980)，使用專用 CPU 芯片，實現(xiàn)全數(shù)字控制 刀具自動交換； 3）第 3階段：系統(tǒng)化(1980-1990)，使用多 CPU 處理器，完成多軸聯(lián)動控制且 人機界面友好； 4）第 4 階段：集成化(1990-2000)，使用模塊化多處理器，實現(xiàn)復合多任務(wù)加 工； 5）第 5 階段：網(wǎng)絡(luò)化(2000-2015)，使用開放體系結(jié)構(gòu)工業(yè)微機，從而達到開 放式數(shù)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化和智能化。

數(shù)控系統(tǒng)一般分為高、中、低端三種類型： 1）低端（普及型）數(shù)控：一般采用 32 位中央處理器(CPU)芯片，以模擬量或脈信號控制伺服驅(qū)動系統(tǒng)，以實現(xiàn)運動控制，可完成基本的直線和圓弧插補功能， 實現(xiàn)軸或 3 軸控制。系統(tǒng)分辨率大于 1μm，定位精度0.03mm。典型產(chǎn)品有廣 州數(shù)控的 GSK928 系統(tǒng)、華中數(shù)控 HNC-808 系列、西門子的 808D 系統(tǒng)等；2）中端數(shù)控：通常稱為全功能數(shù)控系統(tǒng)，可實現(xiàn)主要的插補功能，具有豐富的 圖形化界面和數(shù)據(jù)交換功能，實現(xiàn)三軸或四軸聯(lián)動。系統(tǒng)分辨率1μm，定位精 度 0.03mm-0.005mm。典型產(chǎn)品有廣州數(shù)控 980 系列，華中數(shù)控 HNC-818 系 列，西門子 828D系統(tǒng)，發(fā)那科 0i 系統(tǒng)等； 3）高端數(shù)控：具有 5 軸以上的控制能力，多通道、全數(shù)字總線，豐富的插補及運動控制功能，智能化的編程和遠程維護診斷。主軸轉(zhuǎn)速 10000r/min 以上，系 統(tǒng)分辨率亞微米或納米級，定位精度mm-0.001mm。典型產(chǎn)品有西門子 840Dsl、發(fā)那科 30i、華中數(shù)控 HNC-848、沈陽機床 i5 等。

20 世紀 50 年代以來，全球數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)歷 2 個階段，實現(xiàn)從硬線控制到計算 機數(shù)控階段的進步。從 1952年世界上臺數(shù)控機床在美國誕生，數(shù)字計算機 技術(shù)開始應用于機床行業(yè)，自此數(shù)控技術(shù)的發(fā)展與電子和計算機技術(shù)的發(fā)展緊密相關(guān)。隨著數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展，其功能持續(xù)增多、可靠性與精度不斷提高，價格也 逐漸下降。 中國數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展經(jīng)歷 4個階段，目前國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)應用多集中在低端市場，高 端市場有待發(fā)展，主要原因是由于數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)壁壘高，同時需要大量實際應用進行升級迭代。

3.1.1、數(shù)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

數(shù)控系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)包括： 1）譯碼及刀具補償：譯碼指從零件加工程序的文本文件中提取出插補種類及相關(guān)參數(shù)、速度信息、刀具信息以及輔助信息；而刀具補償已成為 ISO 中定義的標準功能，在編制工件粗、精加工程序的過程中，合理運用刀具補償功能，可以 極大減少計算工作量及編程工作，提高加工效率；2）插補方法：數(shù)控編程時將零件上要加工的平面、凸臺、型腔及曲面等規(guī)劃成相應的刀具加工軌跡，這些軌跡通常由直線、圓弧、曲線組成。插補就是根據(jù)給定曲線的起點和終點、進給速度、軌跡線形和插補周期計算軌跡上中間點的方法；3）速度前瞻：速度前瞻處理功能預先獲得待加工零件輪廓上的速度突變點，使得數(shù)控機床進入這些突變點之前，能及時修調(diào)進給速度，避免加工表面質(zhì)量變差， 有效抑制機床在突變點產(chǎn)生振動；4）坐標變換及誤差補償：坐標變換負責將編程坐標系轉(zhuǎn)換成機床的物理坐標系。誤差補償指的是數(shù)控系統(tǒng)通過對加工過程的誤差源分析、測量、建模，實時地計算出位置誤差、熱誤差等，將該誤差反饋到控制系統(tǒng)中,改變實際坐標指令來實 現(xiàn)誤差修正，從而使工件獲得理想的加工精度。

3.1.2、數(shù)控市場格局

自 2017 年中國科技專項后，數(shù)控系統(tǒng)國產(chǎn)化率實現(xiàn)提升，打破高端市場外資壟斷局面，但目前中高端市場仍以外資為主，這主要是由于數(shù)控系統(tǒng)的技術(shù)壁壘與 較高的用戶粘性。 目前中國數(shù)控系統(tǒng)市場中：高端市場以外資企業(yè)為主，其中梯隊代表為日本發(fā)那科、德國西門子，第二 梯隊代表為德國海德漢、日本三菱、德國馬扎克；中端市場面臨外資企業(yè)與國產(chǎn)廠商的激烈競爭，其中國產(chǎn)品牌華中數(shù)控主要以加工中心數(shù)控系統(tǒng)為主、技術(shù)積累深厚，科德數(shù)控以五軸數(shù)控系統(tǒng)為主，技術(shù)積累 深厚，以自用為主；低端市場以國產(chǎn)廠商為主，如廣州數(shù)控（以車床數(shù)控系統(tǒng)為主，中低端市占率，商務(wù)性強）、蘇州新代（以車銑復合數(shù)控系統(tǒng)為主，銷售模式具有優(yōu)勢，技術(shù)較強）、凱恩帝（以車床數(shù)控系統(tǒng)為主，產(chǎn)品性能較好，銷售能力較弱）。

2022 年，中國數(shù)控系統(tǒng)市占率前三均為外資企業(yè)，分別為發(fā)那科、三菱、西門 子，銷售額市占率分別為37%、17%、12%，合計占比 66%。 數(shù)控系統(tǒng)占數(shù)控機床成本比例約在 15%左右。據(jù)頭豹產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，2022 年全國數(shù)控系統(tǒng)市場規(guī)模約在 135.2 億元。未來隨著我國機床數(shù)控率提升，數(shù)控系 統(tǒng)市場規(guī)模增速預計將高于機床行業(yè)整體增速。

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