磨床，重要的工業母機

       作為一種關鍵的工業制造設備，磨床的設計初衷是為了滿足高精度加工和硬質材料加工的需求。隨著絲杠、鈦合金和碳化硅等關鍵領域的市場需求不斷增長，預計該設備將經歷顯著的產能擴張，并推動國內生產能力的快速提升。

       磨床是什么？

       數控磨床，作為關鍵的工業基礎設備，對于磨削多種材料和復雜幾何形狀的零件至關重要，其應用覆蓋了廣泛的下游行業。

       磨床，一種以磨料和磨具（如砂輪、砂帶、油石、研磨料）為工具的機床，因應高精度和硬質材料加工的需求而發展。在所有機床中，磨床的精度要求極高，尤其是超精密磨床，技術挑戰性最大。

       磨削工藝根據工件的形狀差異而多樣化，外圓磨、內圓磨和平面磨是其中最常見的三種。外圓磨削因其廣泛的應用而聞名，適用于加工軸類和套筒類零件的外表面。內圓磨削，包括中心和行星式磨削，雖然與外圓磨削有相似的進給方式，但其技術難度更大。平面磨削則專注于工件表面的磨削，采用砂輪平面或周邊磨削技術。

       磨具，作為磨床加工中不可或缺的消耗品，包括砂輪、磨頭、油石和砂瓦等，是由磨粒、結合劑和空隙構成的磨削工具。

       數控磨床在制造發動機和內燃機等關鍵工業部件中發揮著至關重要的作用，不僅在汽車行業，在工程機械、鐵路車輛和船舶制造等領域也廣泛使用，用于加工如曲軸和活塞環等核心部件。

       在高科技領域，如航空航天和國防軍工，數控磨床對于新材料和新技術的開發至關重要，包括晶體、陶瓷、超硬材料和特種耐磨材料等。因此，對高精度、智能化和創新型數控磨床的需求在這些領域持續增長。

       為何此時提起磨床？

       隨著國內制造的高端數控磨床在市場上獲得越來越多的認可，其整體競爭實力顯著增強，本土品牌逐漸嶄露頭角，預示著國產高端數控磨床的市場份額將穩步增長。

       中國的制造業正在經歷從“大規模生產國”向“高質量制造國”的轉型，預計未來將更多地追求“高端、高回報”的商業模式，而非傳統的“低利潤、高銷量”策略。同時，對精密、高效、高附加值的先進數控磨床的需求預計會持續上升。

       《中國制造2025》戰略文件設定了明確目標，即到2025年，高端數控機床和基礎設施設備的國內市場份額需超過80%，中高端功能部件如主軸、絲桿、線軌等的市場份額也應達到80%，同時力爭使高端數控機床和基礎制造設備整體躋身世界領先水平。

       面對西方國家，特別是從“巴統清單”到“瓦森納協定”的框架下，對中國實施了嚴格的技術限制措施。例如，從日本進口的高端磨床必須經過嚴格的審查程序，并受到使用和轉移的限制。隨著國際關系的緊張，對中國的高精度多軸機床的技術封鎖似乎有加劇的趨勢。

       目前，日本、美國、德國等國家在磨床技術領域占據領先地位，他們的企業通過不同的市場定位策略，如“全面覆蓋”（如PSS集團旗下的多個磨床品牌）或“專注細分市場”（如三井精機在螺紋磨床市場的領先地位），來鞏固市場地位。然而，從技術和專利的角度來看，中國企業正在迅速迎頭趕上。

       海關數據顯示，中國的磨床進口額曾達到10億美元的高峰，盡管近年來有所下降，2022年的進口額仍高達8.35億美元，顯示出較大的進口替代潛力。此外，進口磨床的平均價格遠高于出口價格，例如2022年數控平面磨床的進口平均價格為18.31萬美元，而出口平均價格僅為4.44萬美元。

       目前，國內生產的五軸工具磨床與國外同類產品在技術上的差異已顯著縮小，業界專家預計，在市場需求的推動下，國產磨床有望逐步取代進口產品。

       根據《復合磨床專利及機床行業知識產權現狀分析》的統計，截至2020年8月，中國在磨床技術領域的專利數量高達14257項，位居全球首位。

       根據《國產與進口五軸工具磨床加工能力對比測試》報告中的案例分析，國產與進口磨床在加工D10抗振銑刀的性能對比中，均展現出了合格的加工參數和良好的一致性。

       特別是在檢測樣品的刃徑、芯厚、前后角及跳動的一致性方面，國產磨床的表現略優于進口磨床。盡管國產磨床在裝夾和外徑跳動的精度方面與進口磨床有些許差距，但兩者加工生產出的產品參數差異不大。

       這表明國產磨床在加工抗振銑刀方面的調整控制能力已經能夠滿足行業標準，與進口磨床的性能相當。這反映出國產磨床在技術積累方面已經取得了顯著進步，具備了與國際品牌競爭的實力。

       多輪增量需求持續加速國產化率

       機床工具工業協會的統計顯示，2022年，中國磨床的進口額占到了金屬加工機床總進口額的12.2%，鑒于磨床在進口機床中所占比例較高，主要負責精密加工，我們可以假設其在金屬加工機床中的占比為8%。根據中國機床工具工業協會的估算，2022年國內金屬加工機床的市場消費額為1843.6億元人民幣，換算成美元約為274.1億美元。按照8%的占比計算，磨床的市場潛力約為147.49億元人民幣。

       目前，絲杠、鈦合金和碳化硅這三大領域正推動著市場需求的增長。

       在絲杠的制造過程中，初步加工可以采用磨削、硬車削或旋風銑等方法，而精加工則主要依賴磨削技術，磨削工序占整個加工時間的近四成。以秦川機床的案例為例，磨床的投資在絲杠生產線設備投資中占比接近一半。絲杠的制造難點主要在于滾道的加工，無論是螺母還是絲杠軸，都需要進行螺紋加工。據行業分析，考慮到不同的加工時間，對于100萬臺人形機器人，磨床的市場空間可能在22至44億元人民幣之間。

       目前，行業領先的企業在絲杠磨床方面主要依賴日本和德國的進口設備，例如秦川機床購買的高精度床身導軌磨床，單價高達2800萬元人民幣。

       一方面，國產螺紋磨床已經積累了相當的技術實力，例如上海機床廠在2014年推出的SK7420型號已經能夠加工P1級滾珠絲杠副，顯示出國內企業有能力制造高端螺紋磨床；另一方面，人形機器人行業對絲杠的成本控制要求較高，對定制化開發和自動化升級的需求也日益增長，國內企業由于更接近終端客戶，有望在這一領域搶占先機。隨著人形機器人行業的快速增長，使用國產設備以降低成本已成為一種趨勢。

       從長遠來看，如果人形機器人的產量迅速增加，可能會帶來大量的絲杠需求。東吳證券研究所的分析預測，在中性假設下，到2030年，人形機器人使用的行星滾柱絲杠磨床市場空間可能達到50億元人民幣，顯示出巨大的市場潛力。

       天風證券研究所測算，當人形機器人年產能達100萬臺時，對應高精度數控磨床/數控磨床市場規模約為29.4/8.4億元，預計人形機器人共計為磨床市場帶來37.8億元增量空間。

       在鈦合金的應用領域，蘋果公司在其手機和手表產品中采用鈦合金，這促進了磨削和拋光設備的需求增長。

       在消費電子制造中，磨床被普遍應用于智能手機和筆記本電腦的玻璃屏幕、外殼和框架的打磨和拋光工藝。鑒于蘋果公司在其手機和手表產品中采用鈦合金，預計其他安卓系統手機制造商也將開始采用此類材料。

       鈦合金的加工挑戰較大，如在磨削過程中可能出現的高溫和砂輪粘附現象，這可能需要對現有的磨削和拋光設備進行技術升級或更換，從而刺激相關設備市場的增長。

       由于鈦合金具有低熱傳導性、易于加工硬化、與工具的親和力強和較小的塑性變形等特性，其加工難度較高，對加工設備的性能要求也隨之提高。在鈦合金的粗加工之后，通常需要進行研磨和拋光，以提高產品的精度和表面光潔度。鈦合金框架的加工時間大約是鋁合金的3到4倍，隨著鈦合金在3C電子產品中的廣泛應用，對磨床加工設備的需求也將隨之增長，預計這一趨勢將持續。

       在碳化硅領域，硅片的制備過程中涉及到的滾磨、倒角、研磨和拋光等步驟均需使用磨床。

       Wolfspeed的數據顯示，預計到2027年，汽車領域碳化硅的使用率將顯著提高，市場規模有望達到49.86億美元，年復合增長率為39%，這將進一步推動相關磨削和拋光設備的需求。