产业洞察 工业机床行业深度研究报告：工业母机国产替代加速

  机床作为“工业母机”在国民经济与国家战略安全中具有举足轻重的地位。根据德国机床制造商协会（VDW）数据，2021年，中国金属加工机床产值 218.1亿欧元（约1660亿人民币），占GDP比重仅约0.1%。金属加工机床作为金属制作的产品的核心设备，与金属制作的产品业产值直接相关，2021年，我们国家金属制品业营业收入为4.97万亿元，而金属制作的产品广泛应用于包括汽车、航空航天在内的各类制造业，可以说，金属制作的产品行业与各类制造业息息相关，2021年我国制造业生产总值为31.4 万亿元，机床在我们国家的经济发展中扮演了重要的角色。

  与市场不同的观点：我国具备全球竞争力的新能源产业有望带动国产机床进口替代加速。我们大家都认为机床的国产替代是通过技术进步在特定场景实现替代，提升国产化比例，并进一步精进技术以打开空间。复盘机床强国及知名机床公司成功的共性，具备全球竞争力的优势制造业反哺至关重要。比如德国、日本的汽车产业造就了以通用和效率著称的龙头公司，瑞士的钟表产业孕育了超高精度的隐形冠军。我国新能源产业具备全球竞争力，2022年上半年，中国新能源汽车全球销量占比59%，2021年中国风电新增装机容量全球占比 51%。并且，汽车是数字控制机床最大的下游应用，2020年占比达 30%，虽然动力总成由发动机、变速箱切换至三电系统，对金属切削机床需求会降低，但是其对机床的需求量依然非常可观。

  机床是制造机器的机器，是大多数机械制造的源头工具，被称为“工作母机”或“工业母机”。广义上的机床包括金属加工机床、木工机床、特种机床等，狭义上的机床一般指金属加工机床。金属加工机床分为金属成形机床与金属切削机床。金属切削机床是本报告重点研究对象。金属成形机床包括折弯机、卷板机、压力机、剪板机等，能轻松实现锻造和冲压等加工工艺。金属切削机床按照加工性质和所用刀具可大致分为车床、铣床、刨床、磨床、钻床、镗床等；按照是否配备数控系统能分为数控机床和非数控机床。具备多种加工性质的数控机床被称为加工中心。

  加工中心是带有刀库和自动换刀装置的一种高度自动化的多功能数控机床。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。相比普通数控机床，加工中心具有多重优势：1) 避免重复定位误差：工件仅需一次装夹，避免多次装夹所造成的定位误差，可提高工件加工质量；2) 提高生产工作效率：工件在加工中心一次装夹完成多道工序，生产准备时间大大缩短， 提高生产效率，其效率是普通数控机床的 5～10 倍；3) 提高厂房面积利用率：加工中心可替代多个单一功能机床，减少厂房需放置的机床数量，同时，可降低半成品数量，厂房无需预留大面积储存。

  加工中心根据结构不同可大致分为立式加工中心、卧式加工中心、龙门加工中心，各类加工中心特点如下：1) 立式加工中心是指主轴轴线与工作台垂直设置的加工中心，通常其主轴可以沿Z轴运 动，而工作台可以沿X、Y轴运动；适用于加工板类、盘类、模具及小型壳体类复杂零件；具有体积小、工件安装调整方便、重力使工件稳定等优势；但是立式加工中心立柱高度有限，不适用高度过大的工件，且排屑困难，切屑容易损伤工件表面。2) 卧式加工中心是指主轴轴线与工作台平行设置的加工中心，是技术难度最高的一类加工中心，通常情况其主轴可以沿Z、X/Y轴运动，而工作台仅可以沿Y/X轴运动；适用于加工箱体类零件、精度高、排屑容易；但是占地大、成本高。3) 龙门加工中心的主轴轴线与工作台垂直，整体结构是由双立柱和顶梁构成的门式结构；适用于加工超大型工件；通常由于工件多不易移动，工作台一般固定不动或仅沿一个方向运动，加工通过龙门架或横梁的移动来完成。

  机床的档次是相对的，目前没有行业统一标准。业内通常将高档数字控制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字控制机床。《高档数控机床和机器人》（杨正泽、李向东，2018）一文中，将采用半闭环的直流伺服系统及交流伺服系统的数控机床划为中高档；将2-4轴或3-5轴以上的数控机床划分为中高档；将具有通信和联网功能的数控机床划分为高档。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。

  五轴联动数控技术是衡量一个国家复杂精密零件制造能力的重要标准之一。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。5个联动轴是实现任意角度加工所需要的最少联动轴数，也是实现空间任意曲面加工的必备技术。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。

  五轴联动机床的优势在于：1) 高精度：五轴联动可提高加工精度；且五轴联动机床的刀具相对于工件的角度可任意调节，因此能轻松实现刀具小长径比，以及利用刀具的最佳切削点进行切削，从而获得更高的加工表面质量；2) 高效率：刀具小长径比使其在合理负载的条件下实现更高的切削速度；且零件可以通过一次装夹完成加工，效率更高；3) 高柔性：柔性是指机床加工不同工件的能力，五轴联动机床仅需极少量快速调整就可以实现不同工件的加工，适用于多品种小批量生产的柔性生产模式；4) 高刀具寿命：短刀具振动小，可以延长刀具寿命。五轴联动不同于五轴驱动，五轴联动是指在一台机床上至少有五个坐标轴（三个直线坐标 和两个旋转坐标），而且可在计算机数控系统的控制下同时协调运动进行加工。

  西方国家将五轴联动数控机床视为重要的战略物资，对我国实行封锁限制。经过近二十年的不懈努力，我国在五轴联动数控关键技术方面取得了长足进步。然而，国产五轴联动数控机床与世界先进水平还存在一定差距，例如在精度方面，国外已实现纳米级精度，而国内仍停留在微米级水平。

  2021年，全球金属加工机床产值走出疫情影响，同比增长 20%。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。

  中国是全球金属切削机床产值第一的国家。2021年，中国金属切削机床产值 141 亿欧元， 全球市场份额 28.15%，约等于二三名日本、德国之和。中国金属切削机床产值在金属加工 机床中占比约 64%，该占比近年稳定在 60%-65%之间。

  机床产业链上游为机床产业提供基础材料和零部件，包括机械结构、功能部件、电气元件和数控系统等。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。

  金属切削机床下游最大应用为汽车行业，占比达 45%。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%。数控金属切削 机床下游应用相对分散，2020年汽车行业占比 30%，通用机械、3C 电子也是重要的下游应用。

  汽车行业作为机床下游最大应用，与金属切削机床行业相关性较高。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。发动机加工需要高效、高性能、专用数控机床和柔性生产线；零配件加工需要数控车床、立卧式加工中心、数控高效磨床等设备的参与。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 电子是数控金属切削机床重要应用之一。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%。全球范围内消费电子的用户规模不断扩大，尤其是各类智能终端产品的普及， 使得消费电子产品下游需求持续旺盛。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。相比加工中心，钻攻机具有加工效率高、价格低、重量小等优势，但是不能进行强力铣削和大负荷加工，以上特点决定了钻攻机适用于 3C 电子结构件加工的应用场景。

  航空航天是高端机床的重要应用。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。因此，航空航天工业对高速、精密、复合、多轴联动等高技术数控机床产品都有很大需求， 涉及重型、超重型以及极限制造装备等。

  数控机床由机床主体、数控系统、传动系统三部分组成。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%。

  机床主体主要包括床身和立柱等基础支撑部件、工作台和助系统。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。机床工作台是机床加工的工作平面，工作台的大小决定了可加工零件的大小。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。

  控制系统由数控装置（计算机）、控制面板、通信接口、PLC 等组件组成。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。

  伺服系统的作用为接受来自控制系统的信号，将它变换、放大、转化为机床工作台的位移， 主要由驱动电路、执行元件等组成。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液压马达等。伺服系统需要满足进给速度范围大、位移精度高、响应速度快、工作抗干扰能力强等要求。检测系统由检测元件、信号处理电路、比较装置三部分组成，其作用是将工作台的实际位移检测出来并转换成电信号（检测信号），且通过比较装置将指令信号和检测信号比较，进而给出反信号以控制执行元件带动工作台移动直至检测信号和指令信号一致。

  机床机械传动系统通常由 、导 、螺母、主轴箱、刀架刀具系统等组成 ，起着为工件加工过程提供往复移动的作用。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。因此，数控机床的机械传动系统需尽 量简化，采用低摩擦、无间隙、高强度的传动零部件。

  具有摩擦系数小、传动效率高、定位精度好等特点，其精度直接影响数控机床的定位精度。机床导是支承和引导运动构件沿着一定 迹运动的零件，机床导与机床精度有直接联系，且一旦损坏难以维修。机床导需要具有导向精度高、精度保持性好、刚度大、摩擦特性良好等特点。其中，精度保持性是国内外机床导的重要差异之一，影响精度保持性的主要因素是导的磨损，此外，其还与导的结构形式及支撑件（如床身）的材料有关， 机床通常采用动导或静压导 。主轴箱用于布置机床工作主轴及传动零件和相应的附加机构。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。零件加工过程的不断往复意味着主轴单元的振动和受力在不断变化，同时，工作过程中突然出现的振动会极大地影响加工质量，这就要求主轴单元具备良好的静刚度、动平衡特性及工作精度。刀架刀具系统，是刀具与机床能可靠安装并进行切削的重要部件。刀架实现刀盘自动转换、 定位与刀具装夹。刀架系统依据驱动方式可大致分为液压与电动。

  中国机床产业“大而不强”。“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。“不强”则体现在中国仅 有规模优势没有技术优势，低端产品产能过剩，中高端产品在结构、水平、研发等方面与机床制造强国存在差距。

  国内与海外机床的核心差距体现在整机可靠性、精度、精度保持性、机床寿命、效率与智能化程度，这也是我国机床产业应继续努力的方向。整机可靠性方面，国产中高档数字控制机床平均无故障时间约 2000 小时，与机床强国约 5000 小时有较大差距。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。精度保持方面，国内机床全生命周期内的几何精度、主轴旋转精度、运动控制精度的保持性较差，与海外尚有一定差距。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。机床寿命低的原因除保养维修不及时、机床结构设计不合理外，还在于关键零件（如机床导 ， 杆、齿轮、主 轴、液压系统的油缸、阀件及油 ）质量较差。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。效率方面， 国产普通精度机床切削时间仅占机床开动时间的 15%~30%，主轴加速度小于 0.8 g，而国外普通精度机床切削时间占机床开动时间的 60%~90%，最低加速度范围为 1-1.5 g。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。中国企业在智能化方面尚处于起步阶段， 差距较大。

  机床制造由上千个环节组成，每个环节都不能大而化之，否则制造误差将会累计，使机床质量产生天壤之别。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。

  金属切削机床市场竞争格局可以概括为分层明显、相对分散。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。分散指国内金属切削机床市场集中度低，2020 年，中国数控金属切削机床市场收入 CR10 仅 30%，龙头厂商创世纪市占率仅 5%。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。

  细分市场竞争格局方面，根据机床制造难度和竞争激烈程度可分为五轴、卧加&龙门、立式加工中心和其他金属切削机床四个层次。1) 五轴加工中心：五轴为代表的高端市场长期由海外公司主导，2021 年国产化率约为 17%，毛利率可超过 40%；2) 卧加、龙门加工中心：竞争格局良好，毛利率可超过 30%，且国内民营企业异军突起；3) 立加、普通数字控制机床：通用且市场空间大，竞争相对激烈，毛利率一般不超过 20%；4) 普通机床：竞争几乎白热化，大量中小企业采用薄利多销的战略抢占市场。

  五轴加工中心代表了机床加工的最高水平，生产壁垒高，利润率较好。五轴加工中心制造难度大且具有无法替代性，因此五轴加工中心利润率较好，以科德数控为例，2021 年其五轴加工中心毛利率达 43.62%。2017-2019 年，我国五轴加工中心产量从 477 台升至 780 台，国产厂商销售额从 7.1 亿元升至 11.3 亿元，当前我国五轴加工中心产量占数控机床产 量比例尚不足 1%。

  五轴加工中心市场海外公司占据主导地位，国产化率约 17%，且外资企业将持续布局中国五轴市场。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%。据格劳博官网，其总投资 1.3 亿人民币在大连开工建设五期新工厂，该工厂计划于 2022 年 8 月正式竣工投产，新工厂将用于系统机床、柔钥匙生产线以及四轴和五轴通用加工中心的装备生产。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。

  卧式、龙门加工中心竞争格局良好。卧式、龙门加工中心的毛利率相对合理，以海天精工为例，2021 年其卧式加工中心毛利率 36.12%，龙门加工中心毛利率 30.03%。海外公司占据我国高端卧式、龙门加工中心市场主要份额，近年民营企业异军突起。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。海天精工 2021 年销售卧式加工中心 282 台，均价为 155 万，销售 龙门加工中心 937 台，均价 149 万元，作为国内高端机床领军企业，海天精工产品均价较进口均价有一定差距。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。在国家政策扶持下，近年来我国民营企业高速崛起，海天精工、纽威数控、国盛智科等民营企业均已量产卧式、龙门加工中心。

  立式加工中心竞争激烈，毛利率一般不超过 20%。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。从产品均价来看，2021 年我国进口立式加工中心均价为 62 万元，远低于卧式加工中心 240 万元和龙门加工中心 256 万元；而海天精工立式加工中心产品均价 26 万元，也远低于其卧式加工中心 155 万元和龙门加工 中心 149 万元。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。立式加工中心竞争相对激烈，海天精工作为国内一线 年其立式加工中心毛利率仅 12.25%，较卧式、龙门加工中心有较大差距。金属切削机床市场竞争格局 “分层”的特点在立式加工中心体现的最为明显。

  我国大量中小机床企业有能力生产普通机床，且因为缺乏核心竞争力导致通过薄利多销的方式竞争。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%。由于中高端机床具有一定的产业壁垒，多数中小企业缺少核心竞争力，被迫通过薄利多销战略在低端市场厮杀，毛利率很低， 竞争格局差。国内有多个机床产业集群，分别为浙江玉环、浙江温岭、山东滕州、江苏泰州、安徽博望。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。

  机床作为高端制造业，但是机床公司毛利率并不高。国内机床上市公司的毛利率普遍在 25-30%，究其原因，主要是因为我国高端机床所用关键零部件多数依赖进口，国产化率低。

  国内机床龙头公司毛利率显著低于海外机床厂。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%。而对比海外机床龙头公司，其毛利率 35-59%显著高于国内机床厂，作为第一梯队的斯达拉格毛利率可达 59%。

  国内机床厂商亟需完成核心零部件自主化，开拓高端机床市场。在保证性能可靠性、精度保持性满足要求的情况下，国内机床厂商的盈利水平可以通过零部件自制或选择采购国内生产的核心零部件来提升。

  数控机床关键零部件成本占比 50%。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%。高端机床的精密数控系统主要采购自日本、德国，国产数控系统主要应用于中低端机床。2021 数控系统销售额前三厂商分别为西门子（德）、三菱（日）、发那科（日），三者销售额皆远超其他厂商。

  传动系统主要包括主轴、 、导 、摆头等，高端产品依赖进口。1) 主轴方面，虽然国产企业已经具备了一定的生产能力，但高端产品仍依赖德国、瑞士 等进口，国产技术仍需迭代提升。2) 主要采购自日本，国内相关技术较多，但技术水平有待提升。3) 导被日、台垄断，知名企业有日企 THK、台湾上银、IKO、银泰。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。4) 摆头被德国、西班牙、意大利等欧 等地垄断，知名企业有 MAKA、科宝、尼古拉斯。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。

  国内机床厂核心零部件依赖进口导致毛利率偏低。数控系统等关键零部件成本占比近 50%，国内机床厂依赖进口。2021 年，数控系统龙头公司日本发那科毛利率 40.88%；瑞士 FISCHER 作为国内机床厂商的主轴供货商之一，2021 年毛利率高达 53.87%；国内主轴供应商昊志机电 2021 年毛利率 44.98%。上游核心零部件公司毛利率偏高，影响整机厂利润率。

  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，目前我国已经是全球金属加工机床产值第一的国家。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。2001 年加入 WTO 我国成为“世界工厂”，机床工业迎来发展黄金期，2011 年我国金属切削机床产量达到历史最高的 86 万台，是 2001 年加入 WTO 时机床 产量的 4.5 倍；期间，民营企业通过针对特定需求、高性价比及优质服务得以快速发展， 2000年机床行业民营企业数量和产值占比不足 20%，2010年民营企业数量占比达78.3%， 产值占比 69.5%，已经成为我国机床工业的中坚力量。

  我国金属切削机床产量与宏观经济发展息息相关。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。结合我国经济发展可将我国机床工业发展划分为四个阶段：1949-1978：从无到有，师夷长技，自强不息；1978-2011：改革开放，引进合作，承接全球制造业，快速发展；2011-2019：制造业外流，高保有量的存量市场下，行业进入下行周期，民企接力；2019-2021：疫情及十年更新周期助力国产替代，民营机床厂全面崛起；展望未来，在新能源、航空航天等优势产业带动下，高端机床国产替代进入加速期。

  建国到改革开放前夕，我国机床经历了起步阶段，通过学习西方先进技术，完成了从无到有的转变。随着我国下游制造业发展，我国机床工业也随之迎来成长良机。

  1949-1968 年，体系初创和时代背景下的“”。1949 年建国时我国机床产量仅 1582 台，不到 10 个品种。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。在苏联专家的指导下，我国确定了全国 18 家机床厂的分工和发展方向，称为“十八 罗汉”，同时建立了以北京金属切削机床研究所为代表的 8 所机床工具研究机构，称为“七所一院”。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。上述机床多数是按照苏联图纸生产的，借助苏联的力量，我国机床行业从一无所有到满足多数工业需要仅耗费几年时间。

  1957 年开始，外部环境发生了变化，欧美国家对我国进行技术封锁，苏联与我国也中止了合作；内部进入“”时代，我国机床产量从 1957 年 2.8 万台跃升至 1960 年的 15.35 万台，3 年翻了 5.5 倍。1961 年我国机床工业回归常态。1968-1978年，汽车行业的发展以及中苏关系恶化导致的产能转移驱动我国机床行业发展。1) 下游汽车行业高速发展，1966 年成立二汽-第二汽车制造厂（负责重型载货汽车和越野 汽车），机床厂为期提供成套设备；1966~1980 年中国生产各类汽车累计 163.9 万辆。2) 产能提高：由于中苏关系的变化，我国工业布局开始从沿海向内地转移。1964 年到 1974 间我国先后在青海省、宁夏自治区、贵州省等地建立了 17 家机床厂，生产能力由 1600 台增加到近万台。

  改革开放以来，我国机床工业经历了体制改革、引进合作和调整提高，加入 WTO 成为“世界工厂”驱动了我国机床产业高速发展。

  改革开放到加入 WTO 之前我国机床工业的主题是体制改革、引进合作和调整提高，总体上处于培育基础、积蓄能量的阶段，增长速度并不快。1) 体制改革：1982 年十二大提出“计划经济为主，市场调节为 ”， 1983 年 2 月， 机械工业部发布《机械工业贯彻计划经济为主，市场经济为原则的试行办法》，正式开启了市场化改革的进程；1984 年 7 月发布《国务院批转机械工业部关于机械工业管理体制改革的报告的通知》，推动政企分开和两权分离，国企改革全面开展。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。

  2) 引进合作与调整提高：1980-1995 年，机床工业共实施技术引进合作项目 300 余项， 其中代表性的项目包括①济 第一机床厂与日本山崎马扎克合作生产精密车床项目， ②北京机床研究所引进日本发那科（FANUC）数控系统、伺服系统、主轴电机和伺服 驱动电机成套技术项目等，使机床工业骨干企业的产品技术水平、工艺装备能力和企 业管理水平实现了大幅度提高，甚至是跨越式的提升；品类增多，至 2000 年，我国数控机床品种达 1500 种，还研发了五轴联动数控加工中心并投入市场。

  入世后我国金属切削机床产量与全球制造业大转移息息相关。2001年中国成功加入WTO， 我国成为“世界工厂”。2000-2011 年中国机床黄金期与全球第四次制造业大转移——劳动密集型制造业和低技术加工制造环节从“亚 四小龙”转移至中国大陆 ——的时间点契合。2011 年我国金属切削机床产量达到历史最高的 86 万台，是 2001 年加入 WTO 时机床产量 的 4.5 倍。这一阶段民营企业通过针对特定需求推出专用机型、高性价比及优质服务快速发展。2000 年，中国机床工具企业中，民营企业的数量和产值占比不足 20%。之后，随着一批国有企业转制，有更多民营资本进入机床工具行业。“十五”期间（2001-2005 年），中国机床工具工业经济成分变动愈加明显，民营经济企业数从 2002年的521个增至2005年的829个， 占比从 23.42%增至 42.86%。“十一五”期间（2006-2010 年），中国机床工具工业的民营化趋势更为明显，民营企业数从 2006 年的 1160 家增长到 2010 年的 4986 家，占比从 48.3% 提升到 78.3%。在全行业销售产值中，民营企业产值占比从 2006 年的 29%提高到 2010 年 的 69.5%。

  2011-2019：制造业外流，高保有量的存量市场下，行业进入下行周期，民企接力

  2011-2019 年间，我国金切机床产量下降了 51.63%。造成机床产量大幅下滑的主要原因在于全球范围内的制造业转移和高保有量。

  2011 年后，全球第五次制造业大转移开始，西方发达国家实行“再工业化”政策，将核心高端制造业收回本国，而中低端制造业也由于中国丧失成本优势等原因而快速转移至东亚、非 、 美等地。全球第五次制造业大转移与中国该时期机床产量下行有密切联系。2000 年以来机床销量高增带来的高保有量也对机床需求形成了压制。2001年我国金切机床产量为 19.21 万台，到 2011年时，金切机床销量达到 86万台，高增的销量带来了庞大的保有量；另外，销量高点时，以沈阳机床“零首付”为代表的激进的销售政策导致市场上有大量未开工新机器，叠加制造业外流导致的需求下降，2011-2019 年间机床产销量承压。

  民营企业开始成为机床产业的中坚力量。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%。其中，国有企业除了占有资产指标（近 40%）之外， 在其他几项指标上已经失去优势，在利润方面拖了整个体系的后腿（-12%）。

  2019 年后，金属切削机床行业底反弹， 2020、2021 年我国金切机床产量分别增长 7%、 35%。2020 年爆发新冠疫情以来，我国快速脱离疫情的影响，制造业部分回流国内；机床十年更新大周期带来的更新需求托底；新能源、航空航天等产业景气高企共同助力本轮机床上行周期。新冠疫情下我国供应链优势显现，助力制造业回流国内。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。在此背景下，我国供应链优势显现，部分制造业回流国内，机床下游各类制造业（汽车制造、航空航天、模具制造、工程机械等）快速复苏，金属切削机床行业受下游制造业的带动景气度提升。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。机床十年更新大周期。机床平均寿命约为 10 年，根据品牌、使用场景不同，一般为 7-15 年。以 10 年平均寿命考虑，2010、2011 年机床产量高对应更新需求将于 2020、2021 年释放，对机床总需求形成支撑。

  结构性产业高景气助力高端机床国产替代。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。民营机床厂全面崛起，已实现稳定盈利，且净利率在本轮上行周期显著提升。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。利润端，民营机床厂已实现稳定盈利，在 2011-2019 年行业下行周期中能够维持稳定的净利率水平，并且在 2020 年以来的上行周期中，净利率显著提升。稳定的盈利有助于公司进一步投入研发，在精度、可靠性及核心功能部件领域逐步突破，实现高端机床进口替代的良性循环。

  民营企业已然成为中国机床行业的中坚力量。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。根据中国机床工具工业协会，2015 年，中国机床工具民营企业的利润总额在全行业占比达 86.3%，而多数国企因为存在管理、竞争、战略布局等方面的问题而逐渐走向没落。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。

  国外知名机床公司主要位于日本、欧 、美国，他们的成功之路具有一定的共性：1) 近百年的匠心投入与传承；2) 高度成熟的下游制造业反哺；3) 规模虽小但技术先进，重视产业人才。通过分析以上因素有助于我国机床企业认清机床行业特色，制定切实可行的发展战略，努力缩小上述差距。构筑“百年企业”，兼顾传承与创新。高端机床市场牢牢掌握在日本、德国、美国手中，德国与日本的大型机床企业多为家族企业，成立时间近 100 年，企业掌舵人经历三到四代人。历史沉淀使上述企业拥有了完善的工业数据库及研发体系。同时，子承父业，整个家族几 代人都对精密装备充满了热情与自豪，企业战略布局有延续性，秉承高端与精密的理念， 不断迭代产品。

  下游需求反哺推动机床产业发展。世界十大机床强国分别为美国、德国、日本、瑞士、意大利、韩国、奥地利、捷克、西班牙、瑞典，机床强国均有其优势制造业反哺机床工业。1) 美国机床制造业主要分布于中西部和东北部各州。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。2) 2019 年，德国占全球汽车市场份额的 18.8%，知名车企数不胜数，例如大众、奔驰、 宝马、奥迪等。在德国，机床与汽车一直都是相辅相成， 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。目前为止，机床行业是德国机械工业五大分支之一，是德国工业的骄傲，常年利于不败之地。3) 瑞士机床以精密著称，售价可高达数千万瑞士法郎，部分设备甚至过亿，机床质量深受好评，有 150 余个国家是瑞士机床的长期用户。瑞士机床的高精密度与其下游钟表制造业、医疗器械密切相关。钟表元件包括各种极小型齿轮轴、螺帽、钟脚，微米级乃至纳米级尺寸的加工难度不言自明；瑞士将精密制造与骨科植入融合起来，使瑞士为欧最主要的医疗科技创新中心，瑞士的医疗器械产业 2018 年有接近 2000 家公司， 销售收入 158 亿美金；钟表和医疗机械的需求推动瑞士机床向极精密发展，瑞士虽然不是机床大国，确是名副其实的机床强国。

  国际知名企业多小规模，但是深耕细分领域，把握核心技术：1) 瑞士机床公司规模通常不大，员工人数在 100-300 人之间，每年仅对外出售 200 台左 右。瑞士机床功能聚焦，企业对客户需求认识深刻，由此不断迭代产品，为客户提供优良服务。同时，瑞士注重核心技术，瑞士机床业拥有的“Know-how”多达 5000 项。2) 机床组装依赖人工，高端机床更注重传承。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。其原因在于机床行业对工人手工装配技术依赖较高且非标品多，行业自动化程度较低。而且，高端机床组装依赖“老师傅”，更注重传承性。

  科学的产业人才培养体系培养出了能潜心研发的工程师和经验丰富的技术工人。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。“双元制”的教育体系的优点是：1) 人才流失现象较少：学生在八、九年级就可以去到有实习资质的企业学习，从而发现自己的兴趣所在，以此来规划自己的职业方向；十年级（约 16 岁）后超过 80%的学生会选择进入职业技术学校开展 3-4 年的“双元制”学习，只有不到 20%的学生会选择攻读大学。在这种体制下，技术工人的职业选择是出于兴趣并非被学术教育淘汰， 因此不存在人才严重流失的现象。2) 培养出更多受过专业训练的技术工人：进入职业技术体系的学生用一半时间学习理论知识而另一半时间去企业实习，学以致用，迭代前行。经过这类体制培养的学生理论和实践两手抓，毕业后兼具能力与经验。对于机床这个对工人技术依赖较高的行业而言，经验丰富、技术能力深厚的工人是宝贵的财富。

  改革开放后，机床工具行业有越来越多民营资本介入。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%。之后，随着一批国有企业转制， 有更多民营资本进入机床工具行业。截止 2015 年，中国机床民营企业数为 4623 家，占比 81.7%。

  从特定需求出发，攻克机床技术难题，进而打开通用市场。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。

  民营企业深知唯有继续在科研上不断投入，才能打，跳出低品质、低价格、低附加值的恶性循环。民营企业在科研上的投入体现在科研经费投入、与重点高校合作、参与科研项目、推出新技术等多个方面。

  机床作为“工业母机”在制造业中扮演着非常重要的角色，甚至对国家战略安全都至关重要。我国高端机床严重依赖进口，且《瓦森纳协定》下我国高端机床进口存在被“卡脖子” 的风险。在我国制造业升级的大背景下，以新能源为代表的高端制造业领先全球有望反哺我国机床产业，带动我国中高端机床进入进口替代加速期。

  2018 年我国高端机床国产化率仅 6%，且《瓦森纳协定》下高端机床存在被“卡脖子”的风险。根据草根调研，目前医疗器械、航空航天等对高端数字控制机床需求比较大的领域，几乎均为外国机床品牌，我国在高端数字控制机床领域与国外差距较大。《瓦森纳协定》下西方限制对我国出口高端机床，而高端数控机床在我国制造业转型升级的过程中扮演着不可或缺的角色，我国高端机床产业亟需突破。

  《瓦森纳协定》下，西方限制对我国出口高端数控机床。《瓦森纳协定》又称瓦森纳安排机制，全称为《关于常规武器和两用物品及技术出口控制的瓦森纳协定》。“安排”成员国对控制清单上物项的出口实行国家控制，即由各国政府自行决定是否允许或拒绝转让某一物品，并在自愿基础上向“安排”其他成员国通报有关信息，协调控制出口政策，我国不是协定成员国。《瓦森纳协定》对机床的出口限制体现在精度，并未针对联动轴数做限制。以铣削机床为例，《瓦森纳协定》对重复定位精度做了详细的限制，对单轴行程 1 米以下、重复定位精度 小于等于 0.9μm 的四轴或五轴联动铣床进行出口限制。

  《瓦森纳协定》对高端机床的出口限制影响我国超精密加工领域的发展。五轴加工中心方面，日本几乎不向中国出口五轴数控系统；超高精度机床方面，我国也被技术封锁。目前， 国内的进口机床精度范围在 1-10μm，国产机床重复定位精度一般在 5-10μm，2021 年底上海理工大学与秦川机床联合研发的“高速立式五轴加工中心 VMC40U”重复定位精度达到 2μm 代表了国内领先水平。上述精度足以覆盖绝大多数应用场景，但是对于涉及激核 聚变系统和天体望远镜的大型抛物面镜加工、航空航天用大型复杂曲面零件、大规模高精度电路基片加工、高密度硬磁盘涂层表面加工等要求超精密加工的场景而言还远远不够。

  机床强国都是依靠强大的下游产业带动，其产品特征也非常契合下游需求。比如德国、日本的汽车产业成就了其机床的通用性和效率，瑞士的钟表产业孕育了一批超高精度的机床公司，意大利的航空航天产业造就了全球领先的大型、重型机床。

  我国新能源汽车、风电等产业领先全球，带动我国制造业转型升级。2022 年上半年，中国新能源汽车全球销量占比 59%，2021 年中国风电新增装机容量全球占比 51%，我国新能源产业领先全球。“十三五”时期，我国传统制造业在优化升级方面取得了较大进展，扎实淘汰落后产能，产品不断向“高端化”推进。“十四五”时期，传统制造业优化升级与“一 带一路”深度融合。2015 年至今，我国高技术产业工业增加值增速显著高于整体，且高技 术制造业企业固定资产投资增速明显高于制造业整体，我国在制造业产业升级的道路上扎 实推进。

  随着我国工业结构的优化升级，中国正在经历从高速发展向高质量发展的重要阶段，对机床的加工精度、效率、稳定性等精细化指标要求逐渐提升，中高端数控机床的需求日益增加。高端数控机床主要应用于航空航天、铁路、 器、模具、电子、能源、船舶、汽车等重点领域，特别是航空航天等军工领域，景气度较高，对高端数控机床需求量大、存量市场规模巨大、市场增长可期，且因为《瓦森纳协定》高端数控机床进口受限，亟需国产化。

  我国高端机床严重依赖进口。2018 年，我国高端机床国产化率仅为 6%，严重依赖进口。从进口金额来看，2021 年我国机床进口主要来自德国和日本，占比分别为 26%和 25%。

  国产金属切削机床中高端市场空间广阔。根据 VDW，2021 年中国金属切削机床产值为 1029 亿元，已连续多年位居全球第一。基于以下假设推算国产中高端机床未来市场空间：1) 假设 1（中高端设备市场占比）：基于前瞻数据库数据，假设 2018 年中端、高端机床市场占有率占比分别为 40%、10%，考虑到我国高技术制造业企业固定资产投资增速更快，制造业转型升级带动产业机构调整，中高端机床需求占比提升，此后几年分别以 2 个百分点和 1 个百分点的速度上行。2) 假设 2（中高端设备国产化率）：2018 年中端机床国产化率为 65%，高端机床国产化率为 6%。新能源汽车等高景气需求带动叠加军工等关键领域设备自主可控需求迫切， 国产中高端机床占比有望持续提升。假设 2018 年后中端、高端机床国产化率分别以 2 个百分点和 1 个百分点的速度增长。2022-2025 年间，国产中高端设备市场将以 9-10%的同比增速增长。预计至 2025 年，国 产中高端机床市场约为 500 亿元。

  2021 年我国金切机床数控化率约 45%，距离发达国家还有很大差距。我国金切机床数控化率自进入新世纪以来逐渐提升，2021 年已达到 45%，但是距离发达国家尚有较大差距。2018 年，日本机床数控化率接近 90%，德国机床数控化率约 75%，美国机床数控化率约 80%， 相比之下，我国机床数控化率还有很大提升空间。

  制造业成本提高、企业自动化生产需求增多以及国家政策要求等原因共同为数字控制机床打开了新的局面，使其成为工业发展和技术进步的推动力。企业需要提高生产效率、高速收回成本，同时数字控制机床在载人航天、载人深潜、大型飞机、高铁装备、百万千瓦级发电装备等重大亟待突破的领域起到关键性作用。

  我国制造业平均工资快速提升，但是从业人员已连续 7 年下滑。近年我国制造业人员平均工资逐年上升，2021 年达到 9.25 万元，同比增长 12%；且制造业从业人员已经连续 7 年 下滑，2020 年相较于 2013 年高点已下滑 27.62%。人工成本的提高将使劳动密集型产业的利润日益被压缩，在此背景下众多企业建立自动化生产线，重塑竞争优势。

  数字控制机床是自动化生产线的核心，能够极大的节省所需劳动力。数字控制机床虽然价格高于普通机床，但是其工人需求少、生产效率高。一名成熟的操作工人仅可操作一台普通机床， 但是却可以同时操作 2-8 台数字控制机床（取平均值 5 台）。据《数控机床与普通机床性能比较分析》可知，普通机床与数字控制机床加工效率约为 1:2，则加工相同工件数字控制机床所需工人数量仅为普通机床的 1/10，考虑到普通机床操作工成本更高，数字控制机床人工成本更有优势。同时，采用数控机床可以进一步保障工人的安全性，提升工作环境，更有助于吸引年轻人回流制造业。

  考虑到数字控制机床在国家战略安全中的作用，国家不断出台政策引导数控机床发展。引导机床产业自主化、数控化、柔性化。我国机床数控化率相较于发达国家仍有很大的差距，长期提升空间较大。返回搜狐，查看更多