机械一周解一惑系列：高端磨床国产替代进程有望加速推进

本周关注：华中数控、津上机床、博众精工 磨床属于机床精度最高一档，超精密磨床要求尤其高，技术难度最高。磨床是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床，主要系使用高速旋转的砂轮、油石及砂带等磨具研磨工件的多余量，以获取所需形状、尺寸及加工面。按照工艺的不同，磨床可主要分为外圆磨床、内圆磨床、无心磨床、平面磨床、轧辊磨床及其它专用磨床等。按照加工对象的不同，磨床则可分为螺纹磨床、齿轮磨床、叶片磨床、花键轴磨床等。磨床属于机床精度最高一档，超精密磨床要求尤其高，技术难度最高。磨床行业产业链上游为铸件、精密件、液压系统、数控系统等；产业链中游为磨床生产企业；磨床行业产业链下游应用领域广泛，主要为机械设备、汽车、船舶、家电等。磨具为磨床加工核心耗材，包含砂轮、磨头、油石、砂瓦等磨具是由许多细小的磨粒用结合剂固结成一定尺寸形状的磨削工具，由磨粒、结合剂和空隙（气孔）三要素组成。 人形机器人等新兴市场有望大幅提升高端磨床需求，国产替代进程有望加速。中国磨床进口额从2018年的12.9亿美元下滑至2023年的6.6亿美元，整体磨床进口额呈现下降趋势。主要原因在于数控进口磨床国产本土化替代进程的加速，国家大力推动本土磨床生产核心零部件自给自足能力的发展，鼓励和支持本土企业自主研发生产核心零部件，致力于打破国外技术封锁，减少对外依赖，实现数控磨床核心部件如数控系统、主轴、精密丝杆、直线导轨等的国产化；以及全球经济下行，整个汽车行业对未来发展的预期不明朗，大量减少了对传统燃油汽车生产线的投资。虽然磨床进口金额逐年下滑，但2023年仍有6.6亿美金的进口替代需求，同时随着人形机器人等新兴市场对磨床的大幅提升，未来磨床仍然具备较大的市场需求空间。同时磨床领域，进口均价远高于出口均价，例如数控平面磨床2022年进口均价18.31万美元、出口均价4.44万美元，也反映了国内磨床高端化之路尚未完成。 国产五轴工具磨床与进口磨床技术差距已经较小。中国数控磨床市场竞争者大致可分为三个层次：第一层次为技术领先的国际知名厂商，例如德国埃玛克、美国莱玛特、日本三井精机等；第二层次为国内具备核心竞争力的中高端企业，例如秦川机床、华辰装备、宇环数控等国家专精特新“小巨人”磨床企业；第三层次为数量众多的低端企业，既未形成较大的业务规模，也缺乏细分领域的代表性技术，产品同质化较为严重。但实际上国产五轴工具磨床与进口磨床技术差距已经较小，预计在有足够需求催化的背景下能够实现国产替代。 根据《复合磨床专利及机床行业知识产权现状分析》数据，截至2020年8月，以磨床整个技术领域进行专利检索，中国磨床专利数量14257组，已经达到全球第一。同时根据《国产与进口五轴工具磨床加工能力的对比测试》中的株洲钻石刀具加工案例信息，使用国产磨床和进口磨床各加工5支D10抗振铣刀，结果显示，国产磨床和进口磨床加工所有参数均合格，一致性均较好，仅从检测样品A齿和B齿的刃径、芯厚、前后角及跳动的一致性来看，国产磨床加工的产品质量比进口磨床略好。 投资建议：建议关注磨床国产替代相关标的：华辰装备、秦川机床、宇环数控、日发精机。 风险提示：1）人形机器人丝杠扩产不及预期。2）相关磨床公司新品研发推广不及预期。3）国产替代进展不及预期。 1高端磨床国产替代进程有望加速 1.1磨床分类及其技术原理 磨床是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床，主要系使用高速旋转的砂轮、油石及砂带等磨具研磨工件的多余量，以获取所需形状、尺寸及加工面。按照工艺的不同，磨床可主要分为外圆磨床、内圆磨床、无心磨床、平面磨床、轧辊磨床及其它专用磨床等。按照加工对象的不同，磨床则可分为螺纹磨床、齿轮磨床、叶片磨床、花键轴磨床等。磨床属于机床精度最高一档，超精密磨床要求尤其高，技术难度最高。 图1：磨削加工示意图 磨削加工根据被加工工件形状不同有较多分类，其中外圆磨、内圆磨、平面磨为最常见的三种磨削加工方式。外圆磨削应用最为广泛，可用于加工轴、套筒等零件的外圆柱面、圆锥面、轴上台阶和端面等。内圆磨削方式主要包括中心内圆磨削、行星内圆磨削等，进给运动方式与外圆磨削类似，分为纵向磨削法和切入磨削法。内圆磨削相比外圆磨削整体难度更高。平面磨床主要用于工件平面磨削加工，磨削方法包括砂轮平面磨、砂轮周边磨等。 磨具为磨床加工核心耗材，包含砂轮、磨头、油石、砂瓦等磨具是由许多细小的磨粒用结合剂固结成一定尺寸形状的磨削工具，由磨粒、结合剂和空隙（气孔）三要素组成。 图2：磨床分类及加工原理 无心磨床和外圆磨床对比。 无心磨床，顾名思义，是指不需要夹紧工件中心而进行磨削的一类磨床，主要由磨削砂轮、导轮（调整轮）和工件支架（托板）三个机构构成。砂轮作用是磨掉研磨物上需要除去表面且产生所要的光制程度；导轮的功用是控制研磨物的转动速度；工件支架在磨削时用来支撑研磨物。 无心磨床特点： 1.连续加工，无需退刀，装夹工件等时间短，生产率高。 2.托架和导轮定位机构比普通外圆磨床顶尖、中心架机构支承刚性好，切削量可以较大，并有利于细长轴类工件的加工，易于实现高速磨削和强力磨削。 3.无心外圆磨床工件靠外圆在定位机构上定位，磨削量是工件直径上的余量，故砂轮的磨损、进给机构的补偿和切入机构的重复定位精度误差对零件直径尺寸精度的影响，只有普通外圆磨床的一半，不需打中心孔，且易于实现上、下料自动化。 4.宽砂轮无心磨床通过式机构、可采用加大每次的加工余量，在切入磨时可对复杂型面依次形磨削或多砂轮磨削，生产率高，适用范围广。 图3：外圆磨床示意图 图4：无心磨床示意图 外圆磨床与无心外圆磨床相比较有下列特点： 1.在磨削效率上外圆磨远不如无心磨，所以生产成本相对较高。 2.但相较无心磨，外圆磨的优势也非常明显，一是可以修正辊芯前一道车床加工中产生的圆柱度误差；二是可以对阶梯轴进行磨削；若是数控外圆磨床的话，还可以磨中高或弧面。 3.整体圆柱度精度上，外圆磨一般优于无心磨。 磨床产业链情况。 磨床行业产业链上游为铸件、精密件、液压系统、数控系统等；产业链中游为磨床生产企业；磨床行业产业链下游应用领域广泛，主要为机械设备、汽车、船舶、家电等。 数控磨床是加工发动机、内燃机等工业机器重要零部件的关键设备，除汽车制造以外，工程机械、铁路机车、船舶制造等领域中均需要使用数控磨床加工曲轴、活塞环等核心零部件。 在航空航天和国防军工等尖端领域，各种新材料、新技术、新产品的开发、加工、应用，如晶体、陶瓷、超硬材料、特种耐磨材料、金属新材料等，均需要数控磨床的投入，因此，精密、智能、新型的数控磨床在该类领域的市场需求不断扩大。 图5：磨床产业链 1.2我国高端磨床市场需求广阔，国产替代正当时 根据海关综述数据统计显示，中国磨床进口额从2018年的约12.9亿美元下滑至2023年的6.6亿美元，整体磨床进口额呈现下降趋势。导致这种现象发生的主要原因在于数控进口磨床国产本土化替代进程的加速，国家大力推动本土磨床生产核心零部件自给自足能力的发展，鼓励和支持本土企业自主研发生产核心零部件，致力于打破国外技术封锁，减少对外依赖，实现数控磨床核心部件如数控系统、主轴、精密丝杆、直线导轨等的国产化；以及全球经济下行，整个汽车行业对未来发展的预期不明朗，大量减少了对传统燃油汽车生产线的投资。 图6：我国2018-2023年磨床进口金额情况（亿美元） 虽然磨床进口金额逐年下滑，但2023年仍有6.6亿美金的进口替代需求，同时随着人形机器人等新兴市场对磨床的大幅提升，未来磨床仍然具备较大的市场需求空间。同时磨床领域，进口均价远高于出口均价，例如数控平面磨床2022年进口均价18.31万美元、出口均价4.44万美元，也反映了国内磨床高端化之路尚未完成。 中国数控磨床市场竞争者大致可分为三个层次：第一层次为技术领先的国际知名厂商，例如德国埃玛克、美国莱玛特、日本三井精机等；第二层次为国内具备核心竞争力的中高端企业，例如秦川机床、华辰装备、宇环数控等国家专精特新“小巨人”磨床企业；第三层次为数量众多的低端企业，既未形成较大的业务规模，也缺乏细分领域的代表性技术，产品同质化较为严重。 图7：磨床行业全球竞争格局示意图 但实际上国产五轴工具磨床与进口磨床技术差距已经较小，预计在有足够需求催化的背景下能够实现国产替代。根据《复合磨床专利及机床行业知识产权现状分析》数据，截至2020年8月，以磨床整个技术领域进行专利检索，中国磨床专利数量14257组，已经达到全球第一。 同时根据《国产与进口五轴工具磨床加工能力的对比测试》中的株洲钻石刀具加工案例信息，使用国产磨床和进口磨床各加工5支D10抗振铣刀，结果显示，国产磨床和进口磨床加工所有参数均合格，一致性均较好，仅从检测样品A齿和B齿的刃径、芯厚、前后角及跳动的一致性来看，国产磨床加工的产品质量比进口磨床略好。 虽然产磨床的装夹跳动精度和加工产品的外径跳动精度与进口磨床相比存在一定差距，但两种机床加工的产品参数无明显差异，因此国产磨床加工抗振铣刀的调整控制能力能满足加工要求，与进口磨床的加工能力处于同一水准。可见国产磨床已具备一定技术积累能够与进口品牌进行竞争。 图8：国产与进口五轴工具磨床加工能力的对比测试情况 1.3我国迈向“制造强国”，高端磨床有望实现突破 在当前的市场竞争环境下，国产磨床及其机床行业正经历着深刻的变化与挑战。尽管在中低端市场区间，国产机床已经逐步完成了对进口产品的替代，并取得了一定的市场份额，但在高端市场和技术层面的竞争中，在关键性能指标上国产机床与国际先进水平尚存显著差距。 从性能品质角度看，对比进口磨床，国产机床的主要竞争劣势体现在以下几个方面： 1）可靠性不足：国产机床在长期使用过程中的精度保持性和整体稳定性相比进口产品有较大差距，这一问题在《世界制造技术与装备市场》针对数控机床可靠性的专项调查中得到了充分证实。调查结果显示，客户普遍反映国产机床精度和稳定性易随使用时间推移而快速下滑，这是国产机床急需改进的核心痛点； 2）故障率偏高：国产机床的平均无故障运行时间较短，约为2000至6000小时，远低于德日等国进口磨床的20000至30000小时。这说明在设备的设计、选材和生产工艺等方面，国产磨床在确保长周期稳定运行的能力上还有较大的提升空间； 3）耐用度偏低：在耐用性方面，约16.5%的调查参与者认为国产磨床的使用寿命相对较短，即耐用度较低，这也构成了国产磨床在市场竞争中的一个重要软肋。国产磨床在中低端市场已取得显著突破，但在高端市场与进口磨床的竞争中，仍面临精度、可靠性、耐用度等方面的挑战，需持续提升技术与品质以满足日益严苛的市场需求。 图9：国产磨床主要问题汇总 我国制造业目前正在从“制造大国”向“制造强国”转变，未来“高端化、高利润”替代“薄利多销”是我国制造业的发展趋势，未来对高精度、高效率、高价值的高档数控磨床需求的占比也将越来越高。 《中国制造2025》也明确提出“高端数控机床与基础设施装备到2025年国内市场占有率超过80%；主轴、丝杆、线轨等中高档功能部件国内市场占有率达到80%；高档数控机床与基础制造装备总体进入世界强国行列”。 另一端，从“巴统清单”到“瓦森纳协定”，西方发达国家针对中国进行了严格的技术封锁，例如日本进口的高端磨床需经过外方严格审查，并且限制使用范围、限制移机等。近年在国际局势趋于紧张背景下，高精度多轴机床对中国技术封锁有进一步加剧的趋势。 图10：精密磨床相关政策汇总 2相关标的 2.1华辰装备 公司的主营业务是高端精密磨削装备研发、制造与服务；公司的主要产品是高端数控机床设备；公司是国内轧辊磨床行业的领军企业，在部分应用领域内，公司的设备品质已达到国际领先水平，已具备与国际一流轧辊磨床制造商（例如HERKULES（德国）、WALDRICH（德国）、POMINI（意大利）等）同台竞技并实现进口替代的技术能力。 公司深耕行业近20年，已掌握了数控轧辊磨床领域“关键功能部件－整机技术－技术服务”