机床是工业发展基石,金属切割机床是核心
机床(英文名称:machine tool)是指制造机器的机器,也被称为“工作母机”、“工业母机”或者“工具机“。
在一般的机器制造中,机床所担负的加工工作量占机器制造工作总量的40%~60%,是现代工业发展的重要基石。
中国机床工业协会将机床及相关工具分为金属切削机床、金属成型机床、铸造机械、木工机械、锻压机械及其他, 这也是比较常见的分类方式。
金属加工机床为主要的机床整机设备,金属切削机床是最核心的部分。
金属加工机床为主要的机床整机设备,金属切削机床是最核心的部分。
中国机床工业协会2013年数据显示,金属切削机床和金属成型机床占机床工业营收约29%,木工机械有2.28%,其他部分为机床整机相关的子行业。
从2020年国家统计局的数据看,金属切削机床和成形机床合计占比24%,是主要的机床工具设备。
金属切削机床是机床市场的核心。
金属切削机床是一种利用切削、磨削或者特种加工方式来加工各种金属的机床,其尺寸精度和加工表面质量都比较高,是使用最广泛、数量最多的机床类别。
2020年金属切削机床产量为44.6万台,金属成形机床产量为20.2万台,金属切削机床是金属成形机床产量的2倍以上。
根据国家制定的机床编号,金属切削机床可以分为12个大类:车床,铣床,钻床,镗床,磨床,刨床,拉床,齿轮加工机床,螺纹加工机床,电加工机床,切断机床和其他机床。
从机械加工方式的角度分析机床行业车、铣、钻、镗、刨、磨是基本的金属机械加工方式,每种加工方式由相应的机床进行加工,因此从金属加工方式的角度,车床、铣床、钻床、镗床、磨床和镗床也是核心的金属加工机床。
目前国内机床企业已经可以提供车、铣、钻、镗、刨、磨等各种加工方式的机床,特别在车和铣领域有比较全面的布局。
随着国内机床产业结构的好转,国产机床与海外机床的性能差距也在快速缩短,加上国产机床有着明显的性价比优势,国产机床已经在逐步替代海外机床。
(1)车床车床是一种加工圆柱形工件的机床,也是最常见的机床之一。
车床的工件通常水平放置并随着主轴高速旋转,刀具根据加工需求相对工件移动,从而车削工件表面实现机械加工。
车床可完成内外圆加工、钻孔、车螺纹、切断车槽、端面加工、车外圆、钻中心孔、车孔、绞孔、车圆锥、车成形面等加工工艺,一般对圆柱形态的工件进行加工。
车床在加工过程中,工件通常水平放置,并且随着主轴高速旋转。在车床上还可用钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥、板牙和滚花工具等进行相应的加工。
根据车床的用途和结构等,可分为普通车床、多半刀自动车床、立式车床、联合车床、马鞍车床等。
车床是最常见的金属加工机床之一,根据其用途和结构,通常还可以细分为卧式车床、落地车床、立式车床、转塔车床、自动车床、仿形车床及多刀车床等。
其中普通车床因为主轴以水平方式放置,因此也被称为卧式车床,是使用最广泛的车床种类,随着数控技术的发展,数控车床、数控车铣复合车床等智能化和多功能化的机床设备开始得到越来越多的应用。
汽车为车床下游最核心应用,2026年规模超400亿美元。
根据 Fortune Business Insights 报告数据,全球 2018年车床市场规模约250.1 亿美元,预计全球 2026年车床市场规模可达到402.2亿美元,2019~2026年复合增长 6%,其中汽车为主要下游行业,约占 43%的份额
国际品牌实力较强。
国际品牌实力较强。
从国际上看,数控车床的主要制造商是山崎马扎克、德玛吉森精机、中村留精密工业、大隈株式会社(OKUMA)、津上机床(TSUGAMI)、友佳国际(HK.02398)、美国哈挺公司(Hardinge)、美国哈斯。
其中山崎马扎克、德玛吉森精机、中村留、大隈、哈挺等均是领先的数控机床厂商,产品涵盖数控车床、加工中心、镗铣等产品,同时产品的精度、速度、工作效率、稳定性、智能化和定制化能力都优于国内品牌,年产值和销售额可达数百亿,国内企业与之差距较大。
从国内看,主要制造商有秦川机床、日发精机、华辰装备、海天精工、浙海德曼、齐重数控、沈阳机床等,在国内机床行业中,基本都属于产品线相对广泛的综合型企业。
(2)铣床铣床是一种用铣刀在工件上加工多种表面的机床。
(2)铣床铣床是一种用铣刀在工件上加工多种表面的机床。
铣床与车床有一个明显的区别是铣床的刀具进行高速旋转,而工件基本不动,而且多数铣床都是立式的,主要用于切削工件平面。铣床在加工时,工件装在工作台上或分度头等附件上,铣刀高速旋转并根据加工需求在工件表面移动而铣削加工。
由于是多刀断续切削,因而铣床的生产率较高。1950年后数控系统开始用于铣床,70年以后铣床在数控系统和自动换刀技术的加持下,铣床的应用范围、加工精度和效率都得到了提升。
根据铣床的结构,可以分为龙门式铣床、台式铣床、悬臂式铣床、平面铣床、仿形铣床、摇臂式铣床等。
铣床还可以分为立式铣床和卧式铣床,卧式铣床在精度和功能拓展性上更好,正在受到用户的青睐。但是立式铣床的稳定性、价格等有一定优势,因此在钻孔和插削工艺领域应用比较广泛。
铣床是使用最广泛的机床种类,全球市场规模可超千亿美元。
铣床是使用最广泛的机床种类,全球市场规模可超千亿美元。
铣床可以加工平面、沟槽,也可以加工各种曲面、齿轮,同时还能加工比较复杂的型面,还可以同时进行多个加工操作,特别适合加工汽车、国防和航空航天等行业所需的金属零件,在机械制造和修理部门得到广泛应用,也是我国使用最广泛的机床。
根据 grand view research 数据,2018年全球铣床市场规模为631.565亿美元,而 Gardner Intelligence 数据显示2018年全球机床总市场为919亿美元,铣床占机床总规模一半以上,是应用最广泛的机床设备。
预计从2019年到2025年的复合年增长率为7.0%,2025年市场规模可达1085亿美元。未来59%的市场增长将来自亚太地区,中国、日本和印度是该地区铣床市场的主要市场。
目前全球顶级铣床企业基本都在日本、德国、美国和韩国,制造经验丰富。
目前全球顶级铣床企业基本都在日本、德国、美国和韩国,制造经验丰富。
典型的龙头企业包括 MAZAK(日本马扎克)、Amada(日本天田)、Makino(日本牧野)、DMG(德国德玛吉)、Fanuc(日本发那科)、Hardinge(美国哈挺)、Haas Automation(美国哈斯)等。
国内的创世纪、海天精工、沈阳机床、山东威达(济一机床)、国盛智科、秦川机床、济南二机、北一机床、武重集团都在制造铣床工具。
铣床作为最大的机床市场,领域聚集了机床行业的顶级企业。从国际顶级机床企业的成立时间来看,大都在1980年以前就开始从事机床制造,距今已经有40年以上的历史,其中德玛吉已经有166年历史,制造经验极其丰富。
(3)钻床钻床指用钻头在工件上加工孔的机床。
通常钻头旋转为主运动,钻头轴向移动对工件进行加工,钻床的特点是工件固定不动,刀具做旋转运动。钻床结构简单,加工精度相对较低,可钻通孔、盲孔。
钻床更换特殊刀具后,还可扩、锪孔,铰孔或进行攻丝等加工。在摇臂钻床上配有工艺装备时,还可以进行镗孔,在台钻上配上万能工作台还可铣键槽。
钻床按照用途和结构可以分为:立式钻床、台式钻床、摇臂式钻床、深孔钻床、铣钻床、中心孔钻床、多轴钻床 等。
钻床和铣床比较相似,但是实际有一定区别。钻床主要是以钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹牙为主的,加工方向是轴向的。铣床以铣平面、沟槽、分齿为主,可以实现平面上的运动。
铣床的强度更高一些可以作为钻床使用,但是针对钻孔而言,没有钻床方便。目前很多工厂使用钻铣一体设备,普通钻床的应用比例会越来越小。
亚太地区增速最快,整体市场保持较高增速。
全球钻床市场主要受到制造业增长和汽车行业投资增加等因素的驱动。就区域而言,钻床的全球市场细分为北美、欧洲、亚太地区和世界其他地区。Allied Market Research 数据显示,预计亚太地区将成为全球钻床市场复合年增长率最高的地区。
印度、韩国和中国等国家的制造业和汽车工业的增长,加上最近政府增加制造业投资的举措,将持续推动亚太地区钻床市场上行。
根据 Allied Market Research 数据,2017 年全球钻机市场价值为 165.4 亿美元,预计到 2025 年全球市场价值将达到 287.6 亿美元,复合年增长率为 7.1%。
市场集中度较低。
从国内看,沈阳机床、齐重数控(原齐一机床)、创世纪、北一机床产品线比较广,是比较有实力的钻床设备制造商。
从国际市场上看,DATRON(德国)、DMG(德国)、Fehlmann AG(瑞士)、Cameron Micro Drill Presses(美国)、Gate Machinery International(英国)等有比较高的行业竞争力。
行业整体集中度比较低,根据 Mordor Intelligence 的数据显示,钻床市场集中度处于中下游水平,以 2017 年数据看,作为国内钻床龙头之一的沈阳机床,其钻床收入为 1.16 亿元,占全球比例仅 0.11%。
(4)镗床是指主要用镗刀对工件已有的预制孔进行镗削的机床。
通常镗刀旋转为主运动,镗刀或工件的移动为进给运动,能精确镗削尺寸较大的孔和平面,使用不同的刀具和附件还可进行钻削、铣削。
镗床切削的加工精度和表面质量要高于钻床,通常对铸、锻、钻的孔做进一步加工,用于扩大孔径、提高精度,特别适合于多孔的箱体类零件,是大型箱体零件加工的重要设备,还能加工平面、沟槽等。
镗床与铣床的工作原理和性质相似,他们刀具的旋转都是主运动,工件的移动是进给运动,但是镗床可加工大直径台阶孔以及大型箱体零件上不同位置的孔等,因为镗床的刀盘和镗杆刚性较高,加工精度也更高。
铣床加工的孔的直径比较小,精度也更低,一般用于加工平面、成形面和槽等。
镗床可以分为卧式镗床、落地镗床、金刚镗床和坐标镗床。
卧式镗床应用最广泛,落地镗床经常用于重型设备的加工制造。金刚镗床用于大批量加工表面粗糙度较小的孔。坐标镗床精度比较高,通常用于加工钻模、镗模和量具等,坐标镗床还可分为单柱式坐标镗床、双柱式坐标镗床和卧式坐标镗床。
中国的镗床市场增速最快。
Research And Markets 数据显示,2020年全球镗床市场规模为33亿美元,预计 2020~2027年复合增速为5.8%,2027年市场规模可达到49亿美元。
从地域来看,2020~2027年,中国的复合增速为8.9%,日本和加拿大分别为3.1%和 5.2%,中国为增速最快的地区。根据 Research And Markets 数据,2027年中国镗床的市场规模可达到 10 亿美元,占全球份额约 20%。
Advanced Carbide Tool Company、Alesa AG、AMAMCO Tool、DAPRA Corporation 等均是国际上主要的镗床制造商,综合实力较强。
国内的沈阳机床、济南二机、北一机床、武重集团、昆明机床都在从事镗床的生产制造与销售,其中昆明机床长期从事镗床的生产制造,经验积累比较深。昆明机床的卧式镗床,武重集团的落地镗床在业内有较好的口碑。
(5)刨床是利用刨刀对工件表面、沟槽或成形表面进行刨削的直线运动机床。
(5)刨床是利用刨刀对工件表面、沟槽或成形表面进行刨削的直线运动机床。
对于普通的牛头刨床,加工时其工作台会带动工件做改进运动,刨刀通过往复的直线运动来实现加工。刨床的刀具和加工流程简单,但是刨刀返回时不进行切削,所以生产效率低(加工窄长表面时效率较高),主要用于单件、小批量生产及机修车间,大批量生产中多数情况被其铣床代替。
在刨床上可以刨削水平面、垂直面、斜面、曲面、台阶面、燕尾形工件、T形槽、V形槽,也可以刨削孔、齿轮和齿条等。
根据结构特征,可以分为:牛头刨床、龙门刨床、插床。
根据结构特征,可以分为:牛头刨床、龙门刨床、插床。
牛头刨床和插床由于工作原理的原因,生产效率都比较低,适用于刨削中、小型工件,大批量生产中多数被铣床所代替。
龙门刨床用于大型工件或者同时对多个工件进行刨削,相对牛头刨床效率更高。目前多数大型机床企业已经不再生产刨床。
(6)磨床是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床。
(6)磨床是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床。
多数的磨床是使用高速旋转的砂轮进行磨削加工,少数会使用油石、砂带等其他磨具和游离磨料进行加工,如珩磨机、超精加工机床、砂带磨床、研磨机和抛光机等。
磨床可以加工内外圆柱面、圆锥面、平面、齿轮齿廊面、螺旋面及各种成型面等各种表面,还可以刃磨刀具和切断,支持多种类型的工艺。
磨削加工的加工精度比较高,主要用于零件精加工,尤其是淬硬钢件和高硬度特殊材料的精加工。
磨床是各类金属切削机床中品种最多的一类。
磨床是各类金属切削机床中品种最多的一类。
磨床可以细分为13类,其中平面磨床是使用最广泛的磨床。平面磨床的工件一般夹紧在工作台上,或者依靠电磁吸盘吸在电磁工作台上,然后用砂轮的端面或者周边磨削工件平面,平面磨床还可以细分为卧轴、立轴、矩台、圆台四种。目前磨床企业在技术上还向着专用机床、高速机床等方向发展。
亚太为核心市场,汽车产业举足轻重。
亚太为核心市场,汽车产业举足轻重。
2018年磨床全球的市场规模为47.2亿美元,预计2026年可达到67.3亿美元,复合增速为4.6%。
下游应用主要是汽车、通用机械、精密机械等,其中汽车行业消费占比为42.4%,是最重要的下游。
亚太地区为磨床的核心增长地区。2018年,由于印度、越南和印度尼西亚等发展中国家具有采购新飞机的需求,使得亚太地区的市场规模达到了26.2亿美元,占全球份额 55.5%。
国内从事磨床制造的企业包括北二机床、秦川机床、无锡上机数控、北一机床、普创机械、无锡一机、川磨岷机、SAMHIDA、广宇大成、戴杰磨床、全数控科技等,其中北二机床、普创机械、无锡一机、广宇大成都是主营磨床设备的企业。
秦川机床主要制造加工中心和磨床设备,无锡上机数控主要生产高硬脆材料专用加工设备和通用数控外圆磨床系列产品,是高硬脆材料专用加工设备龙头企业。
国际上看,日本天田、日本牧野、德国德玛吉、日本三菱、jtekt toyoda americas corporation(捷太格特)、津上机床、falcon machine tools(福裕事业)、Junker Group等均在制造磨床设备。
风险因素:
全球疫情加速扩散,海外复工复产之后需求提振低于预期,国内后续经济增长乏力。
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作者:信达证券 罗政
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