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       磨床为适应精加工和硬表面加工需求而生，是重要的工业母机之一，在丝杠、钛合金、碳化硅三大需求增量市场推动下，有望迎来规模大幅增长和国产化加速。

       磨床是什么？

       数控磨床作为重要的工业母机之一，是磨削加工各种材料及复杂型面零部件的基础装备，其下游的细分行业数量众多。

       磨床类机床是以磨料、磨具（砂轮、砂带、油石、研磨料）为工具进行磨削加工的机床，它们是由精加工和硬表面加工的需要而发展起来的。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。

       磨削加工 来源：《五轴联动工具磨床的关键技术及其研究现状》

       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。资料来源：机床商务网

       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。

       为什么此刻提及磨床？

       随着国产高端数控磨床得到市场的广泛认可，综合竞争力大幅提高，民族品牌开始崛起，高端数控磨床的国产化率将逐步提高。

       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。

       当前，日、美、德等国家磨床技术实力领先企业发展成熟，以“大而全”（例如PSS集团下属9大磨床品牌）、“小而美”（例如三井精机螺纹磨床份额领先）不同定位抢占市场。但从技术、专利看，国内企业正奋起直追。

       根据海关总署数据进行统计，中国磨床进口额一度高达10亿美元，近年进口额有下降趋势，但2022年仍为8.35亿美元，进口替代空间较大。同时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。

       来源：海关总署，Wind

       其实国产五轴工具磨床与进口磨床技术差距已经较小，专业机构推测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。

       来源：《国产与进口五轴工具磨床加工能力的对比测试》

       多轮增量需求持续加速国产化率

       根据机床工具工业协会数据，2022年中国磨床进口额占金属加工机床的12.2%，考虑进口机床中磨床的占比较高（磨床主要精加工），假设金属加工机床中磨床占比8%。根据中国机床工具工业协会测算数据，22年国内金属加工机床消费额1843.6亿元人民币（274.1亿美元），按照8%占比计算磨床市场空间为147.49亿元。

       目前丝杠、钛合金、碳化硅三大市场带来不少增量需求。

       其中丝杠在加工过程中，粗加工环节有磨削/硬车/旋风铣三种技术路线，精加工主要采用磨削加工，磨削工时约占总工时的39%，从秦川机床案例看磨床的投资额约占丝杠扩产设备投资额的48%。丝杠加工难点主要集中在滚道加工，螺母、丝杠轴分别需要进行内螺纹、外螺纹加工。根据机构测算，按照不同加工工时计算，100万台人形机器人对应磨床22至44亿元市场空间。

       目前头部企业丝杠磨床主要使用日本、德国进口设备，秦川机床采购高精度床身导轨磨床单价高达2800万元。当前一方面国产螺纹磨床已具有一定技术积累，2014年上海机床厂SK7420已可实现P1级滚珠丝杠副加工，说明国内企业具备制造高端螺纹磨床的技术实力；一方面人形机器人丝杠降本诉求较强，对定制化开发&自动化升级要求较高，在这方面国内企业贴近终端客户有望抢占先机，在人形机器人行业有望实现高增长背景下，通过使用国产设备实现降本势在必行。

       远期来看，人形机器人若迅速放量有望催生大量丝杠需求，根据东吴证券研究所测算，中性假设下，至2030年人形机器人行星滚柱丝杠用磨床市场空间可达50亿元，远期空间广阔。

       数据来源：日发精机官网，东吴证券研究所测算

       天风证券研究所测算，当人形机器人年产能达100万台时，对应高精度数控磨床/数控磨床市场规模约为29.4/8.4亿元，预计人形机器人共计为磨床市场带来37.8亿元增量空间。

       资料来源：秦川机床公告，天风证券研究所

       而在钛合金领域，苹果在手机、手表采用钛合金材料，拉动磨抛设备需求。在消费电子行业磨床广泛用于手机、电脑的玻璃面板、外壳、中框打磨抛光。目前苹果手机、手表使用了钛合金材料，安卓厂商有望跟进。钛合金材料加工难度更高，会出现高磨削温度、砂轮黏附等问题，需要对现有设备进行升级改造或更新，有望拉动相关磨抛设备需求。

       由于钛合金的热传导率低、加工硬化严重、与刀具的亲和性高、塑性变形小等特性，导致钛合金极难加工，因此对钛合金加工设备的要求提升。钛合金粗加工工艺完成后需要研磨抛光，提高工件精度及光洁度。因此钛合金中框加工时长是铝合金的约为3-4倍，当钛合金被广泛应用于3C电子产品时，磨床加工设备需求将同步提升，有望持续受益钛合金材料加工。

       再加上碳化硅方面，硅片制备过程中，滚磨（外圆磨）、倒角（端面磨等）、研磨（平面磨）、抛光（类似平面磨）均需要使用到磨床。根据Wolfspeed数据，汽车碳化硅渗透率有望大幅提升，2027年汽车用碳化硅市场空间达到49.86亿美元，2022至2027年CAGR39%，有望拉动相关磨抛设备需求。

       相关企业有哪些？

       作为国内轧辊磨床领军企业的华辰装备，产品主要用于钢铁、有色等下游行业，根据华辰装备公司公告数据，16/17年轧辊磨床行业占有率分别为32%、34%。华辰装备新研发亚μm级磨床，产品性能实现进一步突破。同时华辰装备实现了核心功能部件自主可控，砂轮主轴、工件主轴、B轴、高速内磨主轴、HCK2000C数控系统均为华辰自主研发制造。

       宇环数控是消费电子磨抛设备领军企业，与苹果产业链建立了长期合作关系，同时为华为、荣耀、小米、三星等消费电子品牌企业的供应商及代工厂提供相关的设备配套服务，覆盖消费电子领域一线厂商。

       在其他领域宇环数控开发了高精度数控立式复合磨床，可对大型轴承、液压阀套、液压缸体、精密齿轮、阀门等具有高精度及表面质量要求的产品进行加工；同时开发了导轨磨床，采用龙门式布局，可对机床或其他装备产品上的中、大型结构件进行加工，加工精度可达到IT3级，目前已实现小量销售。

       日发精机子公司日发机床定位高端数控机床，下游覆盖高端轴承、汽车及零部件、工程机械等高精密机械及零部件制造业。国内轴承行业规模靠前的30家企业中，有25家采用日发精机的高端轴承磨超加工及装配生产线产品。日发精机并购的子公司意大利MCM为全球知名4轴/5轴卧式加工中心制造商，有能力通过FMS柔性制造系统为汽车、航空航天等领域提供整体解决方案。

       秦川机床则包含了主机业务、高端制造业务、核心零部件业务、智能制造业务四大业务板块，产品包括高端数控车床、外圆磨床、齿轮加工机床、加工中心、滚动功能部件等，拥有宝鸡机床、汉江机床、汉江工具、沃克齿轮等子公司。

       其子公司汉江机床为国内螺纹磨床主导企业，能够提供滚珠丝杠副成套设备。子公司格兰德在磨床领域也开发了外圆磨床、万能外圆磨床、端面外圆磨床、轴承磨床、球面磨床、外圆系列数控磨床、汽车及工具行业专用磨床等11大类、110多个品种、150多个规格，根据公司官网信息格兰德具有年产磨床1.5亿能力。