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BOB半岛:工业行业机床深度:工业母机国产替代加速
2024-03-03 19:57:18 来源:BOB半岛官网入口 作者:BOB半岛官方网站

  工件在加工中心经一次装夹能对两个以上的表面进行多种工序的加工,并且可以实现自动换刀,从而大大提高生产效率。

  业内通常将高档数控机床定义为具有高速、精密、智能、复合、多轴联动、网络通信等功能的数控机床根据科德数控招股说明书,科德数控定义高端机床为高精度、高复杂性、高效、高动态、重型数控机床。

  加工中心按联动轴数分类,可分为三轴加工中心、四轴加工中心和五轴加工中心目前,五轴联动加工中心是加工叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、涡轮转子、大型柴油机曲轴等复杂曲面零件的唯一手段,具有不可替代性。

  根据VDW数据,2021年全球金属加工机床产值达到了709亿欧元,同比增长20%,其中,全球金属切削机床产值为501亿欧元,金属成形机床产值为207亿欧元,约为70%与30%,且近几年该占比稳定。

  机床的下游应用广泛,涵盖各类制造业,包括汽车制造、航空航天、模具制造、工程机械、3C电子、电力设备、船舶、军工等。

  金属切削机床下游产业包括汽车、机械、军工和其他,汽车行业为最大的下游应用,2020年汽车占比达45%。

  汽车行业需要大批量生产高精度复杂工件,比如制动系统、动力系统等都离不开精密机床的加工新能源汽车使“电机、电池、电控”成为机床新的应用场景,机床厂纷纷为“三电”布局:创世纪推出动柱式龙门系列服务于新能源细分市场,目前三款机型已量产;海天精工推出的HPC1000卧式加工中心、BEL/BFL高速龙门加工中心、CFV1000Lite立式加工中心、CHM550立式加工中心分别适用于前后副车架、电池底盘、电池与电控管理、电池底盘边梁与防撞梁的加工。

  3C电子中的金属结构件(如不锈钢、钛、铝合金等)和非金属结构件都需要采用数控机床进行精密加工,此类结构件约占电子产品成本的5-10%钻攻机常用于3C电子结构件的加工,其本质为针对钻孔攻等场景优化的小型立式加工中心。

  航空航天领域的机身结构件、发动机关键结构件、起落架等,大量采用钛合金、高强度耐热合金钢、工程陶瓷等难加工材料和先进复合材料。

  其中,机床主体是数控机床的“骨架”,成本占比约50%;数控系统是数控机床的“大脑”,成本占比约30%;传动系统作为数控机床的“四肢”直接影响机床的加工精度,成本占比约20%。

  基础支撑部件用于安装与支撑其他部件和工件,承受其重量和切削力,机床床身需要具备静刚度高、动刚度好、导受力合理、耐磨性良好、温度分布合理、精度稳定性好等特点;立柱用于支撑主轴箱,立柱需要具备足够的构件强度、良好的抗震性和抗热变形性助装置是包括气动或液压装置、排屑装置、冷却系统、润滑系统、防护装置、照明等的配套装置。

  控制系统运用逻辑电路或系统软件,对从内部存储器中读取出或从输入装置接收到的一段或几段数控加工程序进行一系列的编译、运算和逻辑处理,生成刀具运动迹,包括刀具运动迹对应的进给速度、进给方向和进给位移量等基本运动参数,将指令信号给到伺服系统,指导机床各部分按照程序所规定的指令进行有序动作。

  驱动电路的作用是将信号进行整形、波、放大从而驱动执行元件带动工作台;执行元件的作用是将控制信号转化为机械位移,常用的执行元件有交流伺服电动机、直流脉宽调速电动机和等。

  由于数控机床的机械结构参数要与整个系统的电气参数相匹配,所以不仅要求其机械传动系统的结构紧凑、体积小、重量轻、精度高、刚度大,还要求其在传动过程中摩擦小、间隙小、惯量小等。

  主轴箱是一个复杂的传动部件,包括主轴组件、换向机构、传动机构、制动装置、操纵机构等,其主要作用是支承主轴并使其旋转,实现主轴启动、制动、变速和换向等功能。

  “大”体现在我国机床产值全球领先,2021年,我国金属切削机床产值全球市场份额28.15%,约等于二三名日本、德国之和。

  精度方面,国际先进水平的超精密机床具有小于1μm的定位精度,相比之下,我国用于精密加工的机器的加工精度可达2-5μm机床寿命方面,保养得当的情况下,国内机床平均寿命约10年,而国外高端机床寿命可达15年为了恢复机床的精度和使用性能,就必须对机床进行大修理,多次修理将提高企业运营成本高端机床智能化水平方面,国外开发的新机床已实现机床智能化,可支持多单元联网,具有如加工参数智能设置、加工过程安全监控等功能。

  国产机床与进口机床差距就是在各个环节中逐渐拉大的,唯有做到精细管理、精益制造才能逐步缩小国产机床与世界先进水平的差距。

  分层是指机床因精度、可靠性、效率等差异导致同规格机床价格差距非常大,不同品牌价格差距可超过10倍,以常见的850立加为例,其价格范围覆盖18-150万/台,每个品牌都在所属价格段竞争,跨价格段几乎不存在竞争关系一方面机床品类众多,一家公司很难擅长多个品类;一方面机床组装依赖人工,规模扩张比较难。

  据MIR数据,2021年中国五轴加工中心销量为5644台,中国机床工具工业协会尚未披露2021年国产五轴加工中心销售量,根据科德数控招股说明书,2019年国产五轴加工中心销售量为780台,假设其以每年10%的增速增长,则2021年国产五轴加工中心销售量约为944台,对应五轴机床国产化率约为17%德玛吉官网发布,为了满足中国市场需要,投资7,500万欧元在平湖建设全新工厂,新工厂主要生产五轴加工中心机床,计划于2023年春季投产。

  2021年我国进口卧式加工中心2094台,进口均价约为240万元;进口龙门加工中心719台,进口均价约256万元德玛吉森精机、山崎马扎克等德日品牌,凭借技术、质量、品牌以及先发优势占据我国高端卧式、龙门加工中心市场主要份额,我国卧式、龙门加工中心存在大贸易逆差,且进口均价远高于出口均价。

  立式加工中心相较于卧式加工中心和龙门加工中心而言,制造难度较小且应用场景更加丰富根据MIR数据,2021年国内立式加工中心销量为52795台,远高于卧式加工中心15973台。

  截至2020年12月,我国机床工具行业年营业收入2000万元以上的企业共5720家,其中金属切削机床企业数为833家,占比14.6%。

  从2020年我国金属切削机床各地区产量分布可知,浙江、广东、江苏、山东肩负了绝大多数金属切削机床的生产工作,其产量分别为11.04万台、5.48万台、5.37万台、4.93台,可以看到除广东外,其他三省皆为产业集群所在省,机床产量较大且各有特色。

  2021年,除科德数控外,国内机床上市公司毛利率普遍在25-30%,科德数控专注于难度最高的五轴加工中心且实现了85%的零部件自供,毛利率约43.15%。

  数控系统、传动系统对数控机床加工能力有直接影响,且成本占比较高,数控系统成本占比30%,传动系统成本占比20%。

  好的直线导需具有刚度强、承受载荷能力大、稳定性高等优良特点,目前国内产品主要借鉴的是国外的技术经验,在综合性能方面目前还无法赶超国外。

  中国中科伊贝格在2009年推出了完全具有自主知识产权的五轴联动双摆铣头,目前供货量还不大,市场依然以海外平台为主。

  数控系统、主轴、、导等关键零部件成本占比近50%,国内机床厂依赖进口上游核心零部件公司毛利率偏高,影响整机厂利润率。

  建国后在苏联的帮助下,我国快速建立了以国有“十八罗汉”为主导的机床工业体系此后,民营企业在效率、精度等方面不断向上突破,海天精工、纽威数控等从特定需求出发,攻克机床技术难题,进而打开通用市场;北京精雕加工精度达到2μm级,可满足绝大多数场景;科德数控率先突破高端五轴联动加工中心,且自制85%以上的关键功能部件,实现了自主可控。

  自新中国成立以来,我国机床工业经历了从无到有、从小到大,机床工业的中坚力量也从建国初期的国有“十八罗汉”发展到现在民营企业为主。

  新中国成立后,政府投入大量资金,购置设备,仿制英美和前苏联的机床1955年,沈阳第一机床厂研制出了新中国第一台普通车床;到1957年底,我国机床年产量达2.8万台,满足当时工业需要的80%以上。

  1999年底,我国共有机床工具企业611家,其中国营经济的有344家,其他(中外合资、股份制等)267家,形成了比较完整的机床工业。

  2015年,我国规模以上金属切削机床企业为739家,其中,国有(含集体)控股、私人控股和外资(含港澳台)控股的企业数量分别为71家、533家和105家,占比分别为9.6%、72.1%、14.2%;上述三类企业拥有资产占比分别为38.3%、48.8%、10.4%;主营业务收入占比分别为18.4%、68.7%、10.8%;实现利润的占比分别为-12%、97%、13.4%。

  2020年新冠疫情爆发以来,我国严防严控快速脱离疫情影响,而海外国家受疫情影响相对较严重另外,疫情使国外企业远距离运输、调试受到影响,给长期投入机床技术开拓的民营企业以大放异彩的机会。

  2020年以来,新能源、航空航天等产业持续高景气,且新能源汽车作为新产业,催生了新的需求,海外机床品牌丧失经验优势与国产机床在同一起跑线,国内机床公司凭借本土服务优势等快速响应,实现进口替代。

  收入端,2019年以来,国内以海天精工、纽威数控为代表的的民营机床厂收入增速显著且持续高于加工中心进口增速,加工中心作为高端数控机床的代表,表明我国民营机床厂已经在高端市场稳脚跟,逐步实现进口替代。

  2011年中国机床企业前十名均为国有企业,而2021年中国机床上市公司前十名仅有沈阳机床为国有控股,其余企业均为民营控股通过深入了解国企发展过程中的问题,剖析国外顶尖机床厂商的成功经验,可以进一步揭开机床行业发展规律的面纱,民营企业从而可以制定有效的发展战略,巩固自身地位。

  作为一个综合制造业强国,美国的机床下游企业包括大型汽车公司(福特、通用、姆勒)、航空航天公司(波音、洛克希德)、模具制造业等一系列制造业企业,其中2021年仅福特汽车就在北美市场销售超200万辆,强大的下游需求推动美国机床行业向电子化、高速化、精密化发展。

  在德国,机床与汽车一直都是相相成,蓬勃发展的汽车行业带动机床行业不断更新变革,高端机床的推出也提高了汽车制造质量与效率。

  据德国机床制造商协会(VDM)年度报告,公司规模与人均产量的关联度较低,2020年,51-100员工规模的机床公司人均产量最高而且,高端机床组装依赖“老师傅”,更注重传承性。

  以瑞士、德国、奥地利为例,国家实行“双元制”的教育体系,其为各国机床行业的发展奠定了坚实基础。

  据国家统计局数据,2000年时,中国机床工具企业中,民营企业的数量和产值占比不足20%截止2015年,中国机床民营企业数为4623家,占比81.7%,同时民营企业发展质量可可点,2021年,创世纪、秦川机床、北京精雕、海天精工的数控金属切削机床年度销售额进入国内TOP10,分别位列第第第第六。

  我国大型机床民营企业的成功多是针对特定加工需求定向突破,待技术成熟后,再进军其他领域龙门加工中心一直是海天精工优势产品,2011年海天精工龙门加工中心收入占比73.73%,2021年虽有下降但仍超过二分之一(51%)。

  科德数控在代表复杂精密零件制造能力的五轴联动数控机床领域已经实现批量销售,且精度不输国外品牌竞品——在表征精度、效率等加工能力的关键指标上,科德数控产品各项指标与默、米克朗、德玛吉、大隈相关产品的指标基本持。