工业母机，机床：大国重器，制造业景气改善+自主可控双重驱动

报告出品方/分析师：长江证券赵智勇臧雄倪蕤）

机床：工业母机，受益需求边际修复和结构性成长机会

机床亦称工作母机，现代机械制造中加工机械零件的方法很多，但凡属精度要求较高和表面粗糙度要求较细的零件，一般都需在机床上用切削的方法进行最终加工。

机床一般可分为金属切削机床、金属成形机床和木工机床等。按照加工方式或加工对象，可分为车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、刨床、插床、拉床、特种加工机床、锯床和刻线机等。按照是否使用数控系统，可分为数控机床和非数控机床。

全球机床在波动中增长，而我国是全球最大的机床生产国和消费国，深刻影响世界机床市场的供需结构。

2021年全球机床产值达709亿欧元，同比+19.8%，其中我国机床产值达218.14亿欧元，占比为30.8%。

2021年我国机床产值占比分别领先德国、日本18.1pct、18.2pct。

从机床消费看，2021年全球机床消费约704亿欧元，其中我国机床消费额235.88亿欧元，占比34%，我国机床消费份额持续提升，消费占比领先漂亮国、德国21pct、27pct。

总量视角呈周期性，短期受益制造业景气预期和设备更新升级

我国庞大的工业体系决定了机床在国内的庞大需求，总量视角下，机床行业呈现周期波动。

根据MIR，2021年国内金属加工机床的消费量达1847亿元，机床消费规模基数高且在一定区间波动。

机床本质仍是通用工业品，受制造业资本开支影响明显，表现一定的周期性。对国内金切机床产量、日本金切机床对华销售订单净额梳理，国内机床行业一个完整的周期约为3.5-4.0年。

短期来看，制造业景气或迎来边际修复，制造业资本开支迎来向上拐点，机床需求有望边际回暖。

今年9月，随着经济一揽子政策持续发挥效能，加之高温天气影响消退，制造业景气度有所回暖，PMI重返扩张区间。

尽管10、11月PMI由于疫情因素再度回落，但制造业景气修复趋势或将延续：

1）制造业资本开支前瞻指标企业中长期贷款8月以来维持较快增长。且企业中长期贷款移动12月平均同比增速在10月迎来转正，11月增速继续向好，显示拐点向上趋势。

2）制造业资本开支同步指标日本金切机床对华销售订单净额10月达311.14亿日元，同比+28.8%；1-10月，日本金切机床对华销售订单净额总计约为3177.96亿日元，同比+5.2%；日本金切机床对华销售订单净额下行周期已过半，同样反映制造业资本开支周期有望出现上行拐点。

同时当前节点，机床或面临更新替代窗口，有望同制造业周期共振催化机床销量修复。

上一轮国内机床消费高点在2011年，截止目前已有10年左右时间，而机床一般使用寿命为8-10年，更新替换窗口或将到来。

以国内金属切削机床产量测算，以T-10至T-8年的金切机床产量的平均值作为T年的金切机床理论更新量，2020年或应为机床理论更新量的峰值，但实际上近年来国内金切机床的实际产量与理论更新量存在较大缺口，部分原因或来自于制造业的周期波动及外部贸易环境变化对国内机床的资本开支有所抑制。

往后看，伴随国内产业升级，新能源、3C、航空航天等高端制造领域对高精度、高效率、高稳定性的中高端数控机床需求提升，老旧机床已不符合制造业转型升级长期趋势。

与此同时，若制造业景气改善，盈利能力向好亦将增益制造业整体资本开支，机床更新需求有望迎来释放。

行业中长期更多来自结构性成长机会

中长期行业更多是来自板块结构性成长机会，一是产品高端化，二是中高档机床的进口替代。

根据MIR数据，2021年我国金属加工机床消费额为1847亿元，其中，目标金属切削机床的市场1主要为数控机床）规模仅679亿元。同时，根据统计局数据，2021年国内新增金切机床中，数控金切机床产量占比为40.50%。

综合来看，目前国内新增金切机床中数控金切机床占比仅约40%左右，但对比来看，2021年日本机床数控化率超80%，德国和欧美的机床数控化率也在70%+。

在国内制造业升级以及人工成本提升的背景下，国内机床数控化率近年来持续提升，若未来国内机床数控化率达到制造业发达国家80%的数控化率水平，也就意味着数控金切机床市场规模在机床消费总量不增长情况下亦有翻倍增长空间。

同时，近年来市场对高端数控机床关注度持续提升，比如，科德数控、海天精工、国盛智科、创世纪等为代表的上市企业正切入高端五轴机床赛道。

而高端数控机床下游领域一般对应军工、航空航天、汽车等高端制造领域，关系国家安全、国计民生及国内制造业整体发展，自主可控显得更加迫切。

自主可控趋势强化，中高档机床进口替代加速。

2018年后自主可控驱动机床国产化率持续提升，根据我国机床工具工业协会数据测算，2020年国内金属切削机床的国产化率达65%，较2018年有所提升。

但分产品来看，目前国内企业主要聚焦中低端机床，在中高档尤其高档机床领域国产化率仍较低。

比如，主要应用于航空航天、军工等领域的高档机床国产化率不足10%，存在明显的“卡脖子”问题。

从进口数据看，

1）2019年金属加工机床海外进口平均单价达13.15万美元，高附加值属性比较明显。

2）机床进口金额仍较大，根据海关总署，2019-2021年金属加工机床进口金额分别达72.86、66.17、82.40亿美元，海外进口仍有约400-500亿的替代空间。

随着自主可控和智能制造转型推进，对机床精度、效率及稳定性要求更高，中高端机床进口替代有望提速。

五轴机床和数控系统为自主可控重点攻关方向

五轴机床：从军用向民用延伸，进口替代加速

五轴数控机床较三轴机床有明显优势，应用领域相对高端一般机床可加工的维度客观上表现为六轴：以左手空间直角坐标系为基准，构成X、Y、Z三轴，加工件沿此三轴可做高精度的直线运用；然后分别围绕X、Y、Z轴旋转形成三个旋转轴A、B、C轴，加工件沿此三轴可实现加工面的翻转。理论上，六轴的加工自由度覆盖了工件上下左右前后的整个三维立体空间。

而五轴数控机床一般指机床基本的三个直线轴X、Y、Z及附加的旋转轴A、B、C中的两轴，五个轴可同时进行插补运动。

具体来看，五轴数控机床根据三个旋转轴不同转动形式，又具体分为双摆头式、俯垂型摆头式、双转台式、俯垂型工作台式、一摆一转式。

五轴数控机床主要运用领域包括航空航天、汽车、机械加工、半导体、军工、精密模具、轨道交通、3D打印、医疗器械等。

以德玛吉森精机、科德数控为例，两家公司的下游收入占比较大的领域便包括通用机械、汽车、模具、航天航空等。

五轴数控机床在形状复杂、多线性、异形曲面等特点的加工零件中运用较多，尤其在航空航天和军工领域，是解决航空发动机叶轮、叶盘、叶片、船用螺旋桨等关键产品加工的唯一手段。

从加工流程上具体比较看，五轴数控机床较三轴机床优势明显：

➢由于三轴机床本质上只能对一个平面进行加工，因此涉及到多面体加工或者复杂曲面加工时，三轴机床往往需要对加工件进行多次装夹并频繁调整平面位置。

而五轴数控机床由于增加旋转轴，通过对加工件的旋转即可达到多面加工及对复杂曲面加工的目的，且一般只需一次装夹即可进行定位加工。

五轴数控机床明显减少了装夹时间。同时，五轴数控机床可以采用刀具侧刃切削，有效提升加工效率。

➢由于转台或刀具摆头可绕A、B、C任意两轴旋转，对零件加工角度的选择更加宽泛和“立体”，由此复杂曲面的加工可不用特定的刀具。

当加工零部件的层次结构、曲面过于复杂时，比如飞机起落架、航空发动机闸等，三轴设备由于产品结构干涉，几乎不可能胜任。对复杂零件的加工往往在航空航天、汽车、军工、精密模具等领域需求较大，五轴数控机床在这些领域的市场前景广阔。

➢此外，五轴数控机床还可提高加工质量和精度。

比如刀具摆头可倾斜从而规避球头铣刀中心点的线速度为0的情况，可更好地改善加工表面的质量。

总体而言，五轴数控机床加工的灵活程度更高，对形状复杂、多线型、异形曲面等特点的高复杂性零件进行高效高动态、高速高节拍的加工具有明显的优势。

五轴机床应用领域持续渗透，国产化有望提速

五轴机床市场规模约百亿，但其在国内机床行业的需求占比相对较低，未来渗透空间较大。

根据MIR，2021年国内目标金切机床市场约679亿，其中五轴金切机床占比达13%，对应88亿市场空间，考虑到五轴数控磨床等市场空间，2021年国内五轴机床市场规模或达百亿。但基于国内机床消费的庞大基数，五轴机床的需求占比相对较低。

五轴机床核心优势之一是提升加工效率和质量水平，但当前国内部分制造业对加工的要求相对较低且三轴机床的运用相对广泛且技术成熟，效益和成本博弈下，五轴机床的广泛渗透仍有待性价比优势显现。

当前五轴机床价值量较三轴机床等明显更高，并较多运用于军工、航空航天等对制造要求较高且对价格相对不敏感的行业。

而伴随国内持续推进高端制造转型，高技术制造业增加值占规模以上工业增加值的比重持续提升，五轴数控机床高加工效率、高精度且节省人工和场地成本的优势将更加凸显。

五轴机床替代三轴机床或是行业长期发展趋势，五轴数控机床的需求有望迎来释放。同时，更多民营企业已参与五轴数控机床的研发、生产、销售，国产五轴机床价格一般更低，国内厂商介入市场除了进一步打破海外品牌的垄断格局，或将推动五轴数控机床价格下降，促进五轴机床在下游的应用渗透。

而随着五轴机床需求增加，自主可控的紧迫性凸显。

一方面，目前五轴机床海外品牌市占率较高，以2021年国内五轴数控机床100亿空间测算，国内五轴机床龙头之一科德数控市占率仅2%-3%。

除此之外，国内具备五轴数控机床生产能力的企业还包括北京精雕、海天精工、纽威数控、普什宁江、艾弗米拓斯达控股子公司）、博鲁斯潘等企业。

根据MIR，2021年科德数控在国产五轴联动机床包括外资国产，下同）市占率约9%-10%，据此测算，国产五轴联动机床市场空间约24亿元，扣除格劳博、米克朗等外资在国内产销份额，预计五轴机床国产化率不足20%。

另一方面，海外对我国高端五轴数控机床存在技术封锁，美、日企业对出口我国的五轴数控机床设置严格的审批和限制制度。

1）五轴数控机床使用功能受到严格管制，比如日本可以限定设备的用途和位置，一旦移动位置或改变用途，数控系统将自动锁死。德国企业售后服务人员携带GPS，可对设备进行定位。

2）机床品类受到严格限制，超精密机床纳米级）在任何情况均禁止向国内出售，德马吉森部分五轴机床产品限制对我国销售。

相较海外品牌，国内五轴数控机床的发展差距体现在缺少下游应用持续试错和技术迭代，导致机床精度、精度保持性、可靠性等方面存在差距。

同时，海外品牌连续多年进行高水平的技术研发投入，技术壁垒已相对稳固。而国内民营企业规模体量相对较小且易受制造业景气周期性变化，盈利水平表现波动，难以支撑对高端五轴数控机床的持续性高研发投入。

以DMG和大隈为例，近年来两家公司研发投入稳步提升，并已连续多年保持每年2亿元人民币以上的研发投入水平。

2021年德玛吉森精机研发投入进一步提升至11.12亿元人民币。而国内企业研发投入绝对量规模偏小。

但在政策扶持下，国内五轴数控机床仍取得可喜的发展，以科德数控等为代表的国产企业实现核心技术突破，逐步推进五轴数控机床的自主可控。

根据科德数控招股说明书披露，公司获得04专项等国家课题的支持，得到了航空航天、能源、汽车等重点领域典型用户应用机会，并通过用户的应用反馈，不断促进公司产品的技术迭代和成熟度提升。

同时，公司亦连续多年保持高强度的研发投入，加速核心技术开发和积累，2017-2021年公司研发投入占营收比例未低于30%。

从最终结果来看，公司取得五轴数控机床自主可控的较快进展：

1）公司是国内极少数同时研制高档数控系统、关键功能部件、五轴数控机床整机并批量应用的企业；

2）公司成功切入对五轴机床需求量最大、技术难度最高的航空航天领域，设备在精度、动态性能、可靠性等综合性能上能够满足军方的需求，整机复购率达40%，充分说明公司产品在性能、稳定性上有优势。

3）公司五轴立式加工中心KMC800产品进入军工国产高档数控机床供应目录，目录内国产设备会被优先采购。

4）当前，公司立足航空航天、军工等领域优势，发力新能源汽车、能源装备风电减速机壳体、大型汽轮机叶片等）、机床刀具等民用领域制造，拓展株洲钻石、广西玉柴、恒锋工具、胜鼎智能、科华控股、威力传动等典型客户。

从产品实际性能参数对比看，国内五轴机床与部分进口五轴数控机床已基本持平。

以哈默C42与科德数控KMC800SU对比看，KMC800SU定位精度和重复定位精度与哈默相当，轴的线性运动和旋转运动速度更快且功率更高，切割效率或更具优势。

往后看，更多民营机床企业正参与到高端五轴数控机床的自主可控进程。伴随着更多五轴数控机床产品在下游运用试错、迭代，五轴数控机床的国产化率有望提速。

数控系统：仍依赖海外进口，国产系统有望发力

数控系统为上游核心部件中对外依赖相对明显赛道。数控系统是机床核心关键部件之一，直接影响着高端数控机床的精度、动态特征等重要参数，具备较高技术壁垒。根据MIR，2021年国内数控系统市场规模达159亿元，伴随机床数控化率提升，市场规模仍有提升空间。

近期数控系统系列国标正式发布，国产数控系统有望持续发力。

近期由我国主导制定的数控系统系列国际标准ISO23218-2正式发布，标志着我国在04专项支持下建立的“高档数控系统关键技术标准体系”成果得到了国际认可，在机床数控系统国际标准领域实现零的突破。

而受益04专项实施，经过多年发展，国产高档数控系统在国产机床中的市占率持续提升，由不足1%提升到31.9%。

但发那科、西门子、三菱等海外品牌仍占据国内较大份额，尤其是中高端数控机床一般搭配海外数控系统，并在此基础上做二次开发。

同时，海外高档数控系统被严格管控，尤其针对航工航天、军工等领域一般禁止对国内销售或完全开放功能，亟需实现自主可控。目前华中数控、科德数控的数控系统产品实现突破，国产系统仍在积极进行验证、试错并进行技术迭代，后续有望持续发力。

➢科德数控：根据公司招股说明书，其研制的数控GNC系列经过数次迭代，已达到国外先进产品同等水平。目前其功能已达到西门子840D的95.85%，具备RTCP及动态补偿等高档数控系统功能，在资源开放性、联动轴数和伺服扩展能力等方面表现更优，且价格较西门子840D显著偏低。

➢华中数控：根据公司公告，公司“成功研制了具有自主知识产权的华中8型高档数控系统，在功能、性能和可靠性方面达到国际先进水平，实现进口替代”。

根据公司投资者交流公告，1）当前“在航空航天等高端重点领域，利用重大专项示范应用项目为契机，与航空航天、汽车及零部件领域重点企业开展系统配套工作”。

2）高端数控系统“除了应用于航空、航天、船舶等军工领域，未来还会广泛运用于新能源车及零部件、机械制造、激光加工、光伏、风电等领域”。

政策扶持，市场资金支持，机床产业自主可控迎来发展良机

国家已连续多年发布政策重点扶持国内机床产业发展。

就近期政策来看，

1）国家“十四五”发展规划提出，坚持自主可控、安全高效，推进产业基础高级化、产业链现代化。

2）2021年8月国资委扩大会议提出，推动中央企业主动融入国家基础研究、应用基础研究创新体系，针对工业母机、高端芯片、新材料、新能源汽车等领域加强关键核心技术攻关。工业母机与高端芯片、新材料、新能源汽车等置于同样战略高度。

3）十四五智能制造发展规划更进一步明确研发智能立/卧式五轴加工中心、车铣复合加工中心、高精度数控磨床等工作母机。

通用技术集团、国家制造业转型升级亦对国内机床产业的发展提供有力支持。

➢我国通用技术集团2019年分别开启对大连机床和沈阳机床的重组事宜。现今年3月，大连机床重整落地；现今年10月，我国通用技术集团完成对沈阳机床的增资收购。

➢国家制造业转型升级主要助力我国制造转型升级，重点投资基础性、战略性产业，具有良好的资本与资源优势。

其自去年以来相继参与了创世纪、科德数控、日发精机三家企业的定增或控股子公司投资，为国内机床上市企业的发展提供资金支持及战略合作。

根据创世纪公告，公司与国家制造业转型签署战略合作协议》，充分发挥各自在资源、资金、品牌、技术的优势，就高端数控机床功能部件自主化、国产化，以及对行业的投资并购整合等领域展开战略合作。

此外，现今年9月，两只机床ETF产品获批，有望给机床行业带来增量资金，助力机床企业加大研发投入、扩大生产，促进产业链实现质的提升。

两只机床ETF均追踪中证机床，涉及机床整机及数控系统、主轴、切削等关键零部件设计、制造和服务等领域的上市公司。10月26日两只ETF产品均上市交易。总体来看，政策扶持+市场资金支持，机床行业或将迎来自主可控快速发展机遇。

接力机床国企，民营机床崛起，未来发展可期

机床民营企业崛起，成为行业发展的中坚力量。

此前国有机床企业具备多年的发展经验且具备一定技术积累，但受制于市场竞争加剧及企业管理等多方面原因，在国内机床市场份额不断下滑，甚至发生破产重组。

反观机床民营企业，近年来发展态势良好，凭借对市场的敏锐度，吸收人才，持续加大研发投入，在国内机床的市场份额持续上升。部分民营机床企业已成长为国内机床行业龙头，市占率较高且具备核心技术自主研发优势。

从具体整机产品和下游领域来看，国内机床整机企业均已形成相对丰富的机床整机品类，且深耕不同的下游运用领域。

总体而言，国内机床企业的综合竞争力持续提升，由于不同的领域或有非标定制成分，因此不同企业在细分领域又有各自的差异化竞争优势。

往后看，对比海外机床品牌，国产品牌虽仍有差距，但我们认为，机床产业自主可控机遇大于挑战，未来发展可期。

➢从机床指标对比来看，国内机床在精度、加工效率等方面已逐步向国际先进水平靠拢，但在运行稳定性、可靠性方面仍有欠缺，这不仅体现在早期数控系统等核心部件研发与验证的缺位，亦体现在机床硬件配套和组装水平仍有提升空间。

➢海外品牌多年积累形成先发优势，外资机床龙头拥有完善的销售渠道和产业链，且整机品类相对齐全，销售规模一般可达人民币百亿级别。

而国内机床企业规模则相对较小，且从行业竞争格局来看，国内机床企业竞争格局仍相对分散，具有明显的营收及行业集中度提升空间。

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