五轴联动机床行业专题分析：高端制造之基，自主崛起东风已至
（报告出品方/作者：国金证券，满在朋、李嘉伦）
1.五轴联动数控机床：高端制造之基，国内企业成长空间巨大
五轴联动数控机床作为高端制造业之基，广泛应用于航空航天、汽车、军 工等领域。根据 QY Research 数据，21 年全球五轴机床市场空间 74.8 亿 美元，预计以约 10%CAGR 增速在 27 年达到 138 亿美元。目前市场份额 主要被国际龙头企业垄断，国内企业收入规模、销量等均与国际龙头企业 差距较大，未来空间巨大。目前国内航空航天、新能源汽车产业需求旺盛， 有望为国内企业带来发展机遇，同时国内企业入局有望加速降本，提升五 轴机床渗透率。
1.1 五轴联动机床广泛应用于高端制造业
机床主要由基础部件、主轴部件、进给机构、数控系统、辅助装置等构成。 加工中心指带有刀库和自动换刀装置的数控机床，可使工件在一次装夹后， 自动连续完成铣削、钻孔、镗孔、铰孔、攻螺纹、切槽等多工序的加工， 如果加工中心带有自动分度回转工作台或者主轴箱能自动改变角度，还可 使工件在一次装夹后自动完成多个面和多工序的加工。因此，加工中心除 了可加工各种复杂曲面外，非常适用于各种箱体类和板类等复杂零件的加 工。
加工中心按照布局方式分类，主要包括立式加工中心、卧式加工中心、龙 门式加工中心、复合加工中心等。
按照数控系统进行分类，数控系统控制几个坐标按照需要的函数关系同时 协调运动称为坐标联动，按照联动轴数分为二轴联动、二轴半联动、三轴 联动、四轴联动、五轴联动等。五轴联动数控加工主要指在一台机床上至 少有 5 个坐标轴（三个直线坐标和两个旋转坐标），并且 5 个轴可以同时插 补进行零件加工。
五轴机床结构包括工作台倾斜型、主轴倾斜型和工作台/主轴倾斜型五轴加 工机床。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技术水平的重要 标准之一，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，五轴联动数控机床应用较广泛的航空航天、兵器、船 舶、等高端行业近年面临的封锁进一步加剧。
1.2 21 年全球市场规模超 70 亿美元，国内市场空间约百亿元人民币
根据 QY Research 数据统计，21 年全球五轴数控机床市场规模达 74.8 亿 美元，预计 27 年行业规模有望达 138 亿美元，期间年复合增速达 10.05%。
根据 QY Research 数据，全球五轴数控机床的多数份额被德玛吉森精机、 山崎马扎克、哈默、格劳博和斗山等多个头部海外公司垄断。2020 年前五 大厂商市场份额达到 62%，前十大厂商占据行业超过 80%的市场份额；科 德数控为国内五轴机床龙头企业，20 年五轴数控机床收入仅为 1.72 亿元， 市场份额 0.39%。
国内 21 年五轴市场空间约百亿元人民币，25 年有望达到 186.83 亿元人民 币。根据机床工具工业协会数据，2021 年中国金属加工机床进口额 74.6 亿美元，其中加工中心进口额 26.36 亿美元，占比 35.7%，假设 60%加工 中心进口金额为五轴机床（考虑五轴单价高于普通加工中心），对应市场空 间 15.95 亿美元，折合人民币 103.09 亿元，全球占比 21.38%。基于 QY Research 预测全球市场数据，考虑国内市场一方面受高端制造业占比提升 驱动五轴机床需求将不断提升，一方面国内企业入局加速降本推动五轴机 床替代三轴机床提升渗透率，假设 25 年中国市场占全球比重达到 25.38%， 国内市场空间将在 25 年达到 186.83 亿元人民币。
中国五轴机床国产化率低于 10%，国产替代空间巨大。国内机床高端市场 主要由海外企业垄断，截至 2018 年中国高端机床国产化率仅为 6%，我们 预计目前五轴机床国产化率仍低于 10%。
目前国内五轴机床企业收入体量、产销量与海外龙头差距较大，国内企业 成长空间巨大。以德马吉森精机和科德数控为例， 2021 年德马吉森精机 实现营收 219.45 亿元人民币，同比增长 20.63%，科德数控 2021 年营收 2.54 亿元人民币。2021 年德马吉森精机全球销量 11574 台，科德数控 2021 年销量 126 台，成长空间巨大。
1.3 新能源汽车、航空航天等领域需求旺盛，有望为国内企业带来成长机遇
五轴数控机床下游主要应用在航空航天、汽车、军工等领域。根据 QY Research 数据，五轴机床在航空航天、汽车、军工三个行业的销量占比分 别为 39.9%/24.3%/13.3%。其中汽车领域主要用于生产气缸缸体以及汽车 零部件；航空航天领域主要生产飞机叶盘、发动机等精密零部件。
从日本出口中国机床订单数据来看，今年在通用机械下行周期中高端机床 仍保持了较强需求韧性。2022 年 1-8 月中国机床工具工业协会重点联系企 业新签订单同比下降 6.2%，但日本出口中国机床订单在去年高基数下基本 同比持平。2021 年日本出口中国机床订单大幅增长 77%至 3580.4 亿日元 （按照 2021 年平均汇率计算为 210.3 亿元人民币）。2022 年 1-8 月日本出 口中国机床订单同比增长 0.72%，在去年高基数下重回正增长。月度数据 来看，订单从今年 1 月份开始走弱，从 6 月份开始出现趋势性反弹。
新能源汽车与航空航天领域有望推动五轴机床需求持续增长，为国内企业 带来成长机遇： 1）航空航天领域：五轴机床国产替代需求旺盛，国产大飞机产业链持续释 放增量市场需求。五轴机床在航空航天领域应用场景较多，覆盖飞机结构 件、起落架、叶片、机匣、压气机叶轮等部件加工。伴随国产大飞机逐步 进入批量制造，五轴机床需求有望持续提升。同时在贸易摩擦影响下，航 空航天领域急需可以实现进口替代的高端机床，增量市场空间有望向国内 企业倾斜。 2）新能源汽车：一体化压铸等新工艺推进有望持续带来五轴机床需求增长。 新能源汽车制造向轻量化、一体化转型，一体化成形的异型结构件有望为 五轴机床应用提供机遇。
1.4 国内企业入局加速降本，有望推动五轴机床渗透率提升替代三轴
五轴机床通过更高加工效率、更小占地面积与能耗带来经济性，对三轴机 床具有一定替代性。根据全球五轴机床龙头德马吉森精机披露数据，其使 用 10 台五轴机床替换 50 台立式五面加工机床，带来了更高加工量、更小 占地面积，并且节约能耗 42%。
我们认为五轴机床渗透率有望持续提升： 1）供给侧：国内企业入局加速降本，将带动五轴机床经济性不断提升。 五轴机床高价格、高成本基于其采用的数控系统、摆头等核心部件成本较 高，目前我们看到国产数控系统、功能部件技术成熟度不断提升，有望带 动国产五轴机床成本不断降低。以科德数控为例，其自研数控系统对外售 价低于西门子 840D 平均价格的 50%，同时标准产品毛利率在 50%以上。 2）需求侧：五轴机床将成为民营企业提升产品竞争力核心。为提高加工效 率、节约场地和人工成本，满足产品加工多样化，符合市场化趋势，将有 越来越多企业通过选择五轴机床来提升产品竞争力。
2.资金、政策扶持下，五轴机床“自主可控”加速
从高端数控系统到高端机床均为制高端制造产业链核心，为国家战略性物 资，西方国家与日本均对中国实行出口限制和监督使用政策，在目前国际 局势紧张背景下有更加严格的趋势，以限制中国国防技术发展。目前我们 看到国产高端数控系统、五轴联动机床均实现了从 0 到 1 突破，高端机床 产业链“自主可控”迫在眉睫，在政策支持、资金扶持影响下，国产替代 有望加速。
2.1 技术：从功能部件到主机制造，国内五轴机床技术逐渐成熟，具备国产替 代基础
从五轴机床构成来看，五轴机床相比三轴机床主要是增加/升级了五轴数控 系统、摆头、转台等部件。
五轴机床制造难度主要体现在对于高端数控系统、功能部件要求较高，而 国内产业链成熟度较低，核心部件依赖进口一方面导致国产五轴机床价格 居高不下，后续维保成本较高，普及速度受限；一方面压制了国内企业利 润： 1）数控系统目前主要进口自西门子、海德汉、发那科、三菱等厂商，进口 成本较高的同时还受到封锁限制，部分高端模块不对中国开放进口。 2）功能部件依赖进口，摆头、转台、测量反馈元件等目前国内产业链专业 化程度与西方差距大，品种少且质量不稳定，高端功能部件依赖进口影响 机床厂利润。
在“04 专项”、机床工具行业“十四五”发展规划纲要等政策推动下，我 们认为五轴机床产业链正逐步走向成熟，具备推进国产替代基础。
2.1.1 数控系统：科德数控、华中数控已实现五轴数控系统从 0 到 1 突破
科德数控、华中数控作为国内首批研发数控系统企业，目前高端数控系统 已经实现了与发那科、西门子等国际龙头产品对标，科德数控搭载自研数 控系统五轴联动机床打入了航空航天等高端制造业领域，华中数控与豪迈 数控、纽威数控、宁波海天、常州瑞其盛、东莞埃弗米等机床企业合作， 在高端数控系统领域渗透率持续提升。
科德数控、华中数控目前已基本实现了高端数控系统的伺服驱动、电机配 套。
以华中数控系统为例，目前覆盖了 RTCP 功能、直角头双向刀长补、摆头 分度、动态精度测定、数显手摇、斜面对刀、全闭环模式下零位保护功能、 刀轴方向长度补偿、五轴倾斜面加工、法向进退刀、线性插补、大圆插补 等典型五轴功能，满足五轴加工需求。
科德数控、华中数控系统均向智能化、自动化延伸，配套打造自动化生产 线。
根据科德数控披露数据，其自研数控系统对外售价低于西门子 840D 平均 价格的 50%，有望加速国产五轴机床降本，带动渗透率提升。
2.1.2 功能部件： 供应链成熟、企业自制能力提升，从依赖进口走向百花齐放
从供应链看，目前部分制造业龙头企业向机床产业链延伸，加速功能部件 供应链成熟： 1）恒立液压切入丝杠制造，有望实现机床产业链配套。2021 年 9 月恒立 液压发布非公开发行预案，拟投资 15.27 亿元建设线性驱动器项目， 其中包含年产 10 万米标准滚珠丝杠和 10 万米重载滚珠丝杠产能。恒 立液压利用其全球领先精密加工制造能力，有望实现对日本 NSK、德 国舍弗勒等品牌的国产替代，在机床产业实现配套。 2）绿的谐波、昊志机电推出谐波数控转台，基于高精度谐波减速器，转 台传动精度、传递扭矩、精度保持性、寿命等方面性能优异。
从机床厂看，目前科德数控、埃弗米（拓斯达子公司）等已实现了五轴机 床核心自研功能部件配套，后续机床厂自制率有望持续提升： 1）科德数控除数控系统通过自研自制配套外，摆头、转台等功能部件也实 现自制，直驱/双直驱技术加持，功能、控制精度和加工效率等方面达到国 际先进水平。
2）埃弗米实现主轴、摆头、摇篮转台自制，基于欧洲 GTRT 高端机械传 动技术与自研齿轮消隙专利技术等核心技术，刚性、稳定性、精度表现优 异。
3）济南二机床双摆角铣头项目通过国家验收。2021 年由济南二机床集团 有限公司牵头承担的国家重大专项项目 “数控机床双摆角铣头关键技术研 究及应用示范”，在陕西汉中顺利通过综合绩效评价和档案终验收。攻克了 双摆角铣头系列化、关键零件制造、静/动态精度调整、补偿及性能优化、 与国产数控系统匹配以及可靠性验证等一系列关键技术，完成了重点领域 用户 40 台套产品的示范应用。
2.2“自主可控”相关政策、资金扶持，五轴机床国产替代有望加速
政策帮扶：针对中国高端机床产业发展政策频出，近年来，工信部、国家 发改委、国资委等多个部门发布相关政策支持中国高端数控机床发展；此 外，财政部、税务总局在 2022 年 9 月发布政策减免高新技术企业购置新 设备时产生的税费。
投资帮扶：通用技术集团、国家制造业转型升级基金针对机床板块投资力 度加大。 1）中国通用技术集团原本就拥有机床研究院、齐二机床、哈量等公司，在 2019 年 4 月和 12 月分别对大连机床集团、沈阳机床集团实施重组，2021 年 5 月还与天津市国资委签署深化战略合作备忘录，双方共同出资 100 亿 元，深耕高档精密数控机床、关键功能部件及工业互联网服务等产业领域， 机床已成为通用技术集团核心主业之一。 2）转型基金 2019 年成立，已投资较多机床企业。2019 年 11 月，中国中车发布公告与 19 名股东成立国家制造业转型升级基金股份有限公司（转型 基金），注册资本 1472 亿元，主要围绕新材料、新一代信息技术、电力装 备等领域的成长期、成熟期企业开展投资。2022 年 6 月转型基金参与科德 数控定增，拟认购 1.5 亿元。2021 年 11 月投资日发精机 3 亿元。2021 年 10 月投资创世纪 5.94 亿元。同时转型基金开始涉及机床产业链上游企业， 战略入股苏州长城精工科技股份有限公司（原常熟长城轴承有限公司），有 望加速机床产业链成熟。
3）两支中证机床 ETF 上市，加强机床产业链投资。华夏基金、国泰基金 的两支中证机床 ETF 已经上市，为首次获批上市的机床领域基金产品。两 支 ETF 均追踪中证机床指数，涉及机床整机及数控系统、主轴、切削工具 等关键零部件的设计、制造和服务等领域的上市公司。
