数控机床的定义与分类
作为智能制造装备的核心代表之一,数控机床凭藉其技术复杂性与市场重要性脱颖而出。数控机床是配备数控系统的机床,能够有逻辑地运行由特定代码和编码指令定义的加工程序。在程序控制下,数控机床可实现零件自动加工,从而提升精密度与效率。目前,中国政府尚未就数控机床的分类引入任何国家层面的监管标准,行业内存在多种分类方法。例如,根据结构特徵,数控机床可分为立式、卧式、龙门式及车铣複合数控机床。
根据同步轴数量,其可分为五轴及非五轴数控机床。再者,根据技术水平,其可分为高端、中端及低端类别。其中,根据技术水平的分类为一种广为接受的方法,且各类政策已採用相应的术语,例如“高端数控机床”。例如,国家制造强国建设战略谘询委员会颁佈的《中国制造2025》重点领域技术路綫图将高端数控机床定义为具备高速、高精、智能、複合、多轴联动以及联网与通讯能力的数控机床。
根据“数控机床实用教程”(一本由清华大学出版社出版、获国家认证的大学官方教材)内的标准,该标准以高权威性和合理性,从五个维度(包括多轴同步控制、进给速率、智能功能、多重加工功能以及通讯及联网功能)清晰阐述各类数控机床的标准。
从技术角度来看,五轴数控机床属于高端数控机床,具有较高的多轴同步控制水平、加工速度、智能化功能、多工序加工功能以及网络通信功能,可实现薄壁、轮廓等各种複杂形状零件的高品质加工。与非五轴数控机床相比,其适用的加工任务范围更广,可满足绝大多数零件类别的加工要求,为目前加工的主流技术途径。从市场佔有率角度看,2024年五轴数控机床的市场规模约佔整体数控机床市场规模(按收入计)的10.0%。
然而,在航空航天等高端应用场景中,大部分零件形状複杂,加工精度要求高,五轴数控机床已经成为不可或缺的核心加工设备。在航空航天领域,五轴数控机床的收入市佔率已超过30.0%。展望未来,随著下游制造业升级转型对複杂零件加工需求的增加,以及技术进步带来的成本下降,五轴数控机床的性价比有望超越非五轴数控机床。因此,五轴数控机床的市场规模及市场佔有率将快速增长,取代非五轴数控机床成为主流加工设备。
多轴数控机床的最新发展
多轴数控机床的最新发展主要围绕产品创新及技术突破:
• 推出六轴数控机床。目前已有少数领先供应商推出了六轴或更多轴同时运行的数控机床,但由于技术难度较高,市场接受度有限,尚未实现大规模商业化。在技术难度方面,该等机床需要在五轴数控机床的基础上增加一条同步轴,导致机械结构複杂,面临更严重的几何误差及热变形问题,因此众多供应商对相关产品仍处于研发阶段。
惟若干供应商声称已推出六轴数控机床,但实际上仅是在现有五轴数控机床结构上增加一条独立轴,而新增的轴并不参与同步控制,因此并不能构成真正的六轴数控机床。在市场接受度方面,六轴或更多轴同时运行的数控机床,虽然在加工精度及灵活性上有优势,但成本较高,目前仅用于航空航天整体盘腔或大型螺旋桨根部等高度複杂零件的加工。相比之下,五轴数控机床拥有五个自由度,可实现刀具与工件在任意空间面上的一次装夹、无干涉加工,可以满足绝大多数複杂零件的加工要求。因此,六轴数控机床的市场接受度远远低于五轴数控机床。
• 智能与超精密加工技术的进步。若干供应商已推出结合深度学习及虚拟模拟等尖端技术的多轴数控机床。深度学习技术可透过分析大量累积的资料,自动优化加工路径及参数,从而减少人工干预。虚拟模拟技术可实现加工前的模拟及优化,主动识别潜在问题并促进及时调整,从而有效减少错误及浪费。同时,纳米切割、激光干涉仪校正等超精密加工技术的发展,大大提高了多轴数控机床的加工精度,满足了航空航天等高端制造领域的高精度需求。该等技术的应用正推动多轴数控机床向著更高的加工效率及精度迈进。
数控机床行业的价值链
数控机床行业上游主要包括各类核心部件供应商,主要包括控制器、主轴、进给轴、机床床身及机床配件。中游包括数控机床供应商,主要从事数控机床的研发、设计、生产及组装,同时向下游客户提供整套机床及配套技术服务。下游包括多个行业的制造商,包括汽车、航空航天、医疗器械、机械、模具制造及3C电子。作为基础工业制造装备,数控机床在众多应用场景中发挥关键作用,不同行业对机床类型有特定需求。
在模具制造、机械及3C电子领域,主要採用非五轴数控机床以满足外壳、轴体、齿轮及平面等相对规则形状的加工需求。在该等领域中,尤其是3C电子领域中,所应用的五轴数控机床普遍体积较小、价格较低,作为非五轴数控机床的补充,用于少量複杂零部件的精密加工。相比之下,在航空航天、汽车及医疗器械等制造领域,多数关键零部件具有複杂特徵或不规则曲面,且对精度要求极高。因此,尺寸更大、技术更先进、价值更高的五轴数控机床成为主要需求机型。该等领域的非五轴数控机床主要用于辅助五轴数控机床完成少量小型零件的粗加工。
中国数控机床行业的市场规模
中国数控机床行业按联动轴数划分的市场规模。作为全球制造业大国,中国庞大的制造需求为数控机床创造了大量市场机遇。按收入计,中国数控机床行业的市场规模由2020年的人民币865亿元增至2024年的人民币1,169亿元,预计将以複合年增长率5.3%稳步上升至2029年的人民币1,511亿元。
五轴数控机床以五轴联动为特徵,凭藉三个直线轴与两个旋转轴的协同动作,能够高速且高精度地加工具有複杂特徵或表面的零件。五轴数控机床亦具备智能化、複合加工与高性能网络通讯功能,被定位为数控机床分类中的高端装备。随著中国产业结构持续升级,五轴数控机床因其精密度、效率与灵活性的优势,正作为制造业核心装备加速市场渗透。中国五轴数控机床市场规模由2020年的人民币70亿元增至2024年的人民币108亿元,2024年佔整体市场约9.2%。
展望未来,相关技术的持续进步预计将推动五轴数控机床的成本稳步下降,并显著提升其易用性及操作便捷性,从而促使下游制造业更倾向于选择五轴数控机床作为加工设备。因此,五轴数控机床有望进一步抢佔非五轴数控机床的市场份额,推动市场规模于2029年达到人民币270亿元,複合年增长率为20.1%,2029年佔整体市场的17.8%。
中国数控机床行业在国产化进程中呈现明显的梯次分化特徵。非五轴数控机床技术壁垒较低,2024年国产化率突破75.0%,表明国内供应体系成熟。相比之下,五轴数控机床的研发制造依赖多项核心硬件与软件技术。
受五轴数控机床技术壁垒影响,2024年五轴数控机床国产化率仅为55.0%,仍处于国产替代关键期。在此背景下,国内头部供应商正通过自主研发加速突破,将加工精度、运行稳定性等关键指标提升至国际水平。此过程逐步打破海外垄断并推动替代。随著技术的不断验证与市场信心的持续增强,预计2029年中国五轴数控机床国产化率将超过75.0%。
中国数控机床行业按下游应用场景划分的市场规模。目前,数控机床主要下游应用场景包括汽车、机械及模具制造。按收入计,2024年数控机床在该等领域中的市场规模分别达到人民币386亿元、人民币269亿元及人民币146亿元,分别佔中国整体市场的33.0%、23.0%及12.5%。
此外,航空航天、3C电子及医疗器械领域对高端制造的需求预计将进一步增长。该等领域的市场规模预计将由2024年的人民币117亿元、人民币77亿元及人民币58亿元增至2029年的人民币196亿元、人民币121亿元及人民币101亿元,复合年增长率分别为10.9%、9.4%及11.6%。
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