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报告发布方:中金企信国际咨询《2023-2030年主轴行业发展战略研究及重点品牌市场占有率评估预测报告》
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1、主轴行业发展概况
主轴作为机床的关键功能部件之一,是机床制造环节中难度较大、技术含量较高的环节之一,也是机床核心技术的重要保障。
(1)全球主轴行业发展概况
全球主轴产品的生产主要有德国、瑞士、意大利、美国、日本和中国等国家。其中,德国、瑞士、意大利、美国、日本等机床强国的主轴市场以电主轴为主,机械主轴为辅,其专业主轴生产企业和知名机床整机制造企业掌握了主轴领域关键环节的核心技术,牢牢掌控着高端数控机床用主轴市场的绝大部分专利和技术标准以及市场份额,其主轴主要应用在高精密加工中心、车铣复合中心、数控镗铣床、磨床等领域。欧洲机床主轴部件主要由主轴专业制造商提供,欧洲的领先主轴制造商凭借悠久的生产历史、强大的研发实力、优异的产品性能和较好的业绩口碑,代表了各自领域的世界最高水平,其中比较著名的有德国Kessler、瑞士FISCHER、瑞士IBAG和德国GMN等。日本的机床主轴部件主要由各机床整机制造企业为整机配套自制,水平相对落后于欧洲,但产业发展成熟,产品性价比高。
(2)中国主轴行业发展概况
20世纪50年代末,我国主轴行业通过仿制欧美及前苏联样机开启国产自主化的序幕,并随着国内机床行业和机械工业的发展而逐渐成长起来。在计划经济体制下,我国主轴最早由部分轴承生产企业为解决轴承内表面磨削加工而开发以及国有机床制造企业为自己生产的机床整机提供配套。由于我国机床行业长期被欧美技术封锁以及发展过程中存在“重整机,轻配套”的情况,数控系统、主轴、导轨、丝杠等机床关键功能部件的技术水平、产业化和专业化程度普遍较低,相关中高端产品严重依赖进口。近十年来,得益于中国经济的快速发展和中国机床工业庞大的生产和消费规模,国内主轴企业飞速发展,逐步掌握了机床主轴的关键生产技术和加工装配工艺,通过持续技术创新和生产工艺积累,其技术水平和市场占有率获得了长足的发展与提升。
从市场规模来看,受益于国家产业政策的支持和机床市场的不断发展,国内主轴市场规模在未来一段时间内将呈现增长态势。2022年国内金属切削机床产量为57.20万台,2020-2022年均复合增长率14.16%,下游机床行业的长期向好为主轴行业奠定了良好的市场基础。根据中金企信研究报告,2020年中国主轴市场规模为85亿元人民币。
目前,我国主轴行业发展呈现以下特点:
①国内市场机械主轴市占率较高,电主轴渗透率有望继续提升
目前,机械主轴主要适配在车床、铣床、加工中心等通用型机床,在通用机械、模具制造、汽车制造、轨道交通等领域的应用程度较高,电主轴以其高速高精度的优势在高端机床和消费电子用精雕机中应用程度较高。根据中金企信研究报告,国内机械主轴市占率在70%左右,电主轴市占率在30%左右。随着终端用户对产品加工精度和效率的要求越来越高,机床主轴须具备更高的转速和精度,电主轴市场占有率有望继续提升。
②国内主轴生产企业不断发展壮大,行业整合有望加快
目前国内机床主轴企业的技术水平快速发展,在消费电子领域占据了主要的市场份额,其他领域也有较大提升。国内数控精雕机电主轴、钻攻中心机械主轴国产化率较高,国内立式、卧式和龙门加工中心、数控车床、铣床和磨床等也逐步扩大国产主轴的使用比例。国内一部分规模较大的主轴企业,积极追赶国际先进水平,提升产品设计研发和制造能力,具备主轴结构设计、精密加工、精密装配和综合检测的工艺能力,在永磁同步电主轴、大扭矩大功率、高精度高刚度、长寿命高可靠性等高端主轴领域进行发力,初步形成了“中端崛起,高端突破”的良好发展态势。
与此同时,主轴行业作为重资产的精密制造行业,中小型企业难以满足持续增长的资本投入需求和不断提升的产品技术质量要求,下游客户特别是大型客户倾向于与行业内知名主轴企业进行长期合作,国内主轴行业的各类资源正加速向领先的主轴企业集中,行业整合有望加快。
2、主轴行业发展趋势
①进口替代成为主轴行业发展的重要趋势
我国数控机床主轴的市场份额长期被欧洲、日本和中国台湾等国家或地区的主轴品牌占据,根据中金企信数据,2020年中国台湾主轴品牌在国内市场占有率达到80%。进口主轴产品存在售价高、交货周期长以及维修成本高等问题,成为制约我国高端装备制造产业发展的重要瓶颈之一。
我国政府在“十四五”规划和“2035远景”目标提出,大力发展战略新兴产业,加快壮大新一代信息技术、生物技术、新能源、新材料、高端装备、新能源汽车、绿色环保以及航空航天、海洋装备等产业;推动制造业高端化、智能化绿色化,培育先进制造业集群,推动高端数控机床等产业创新发展。随着国家政策支持力度的加码,国内企业也持续加大对机床关键部件的研发,我国机床市场的国产化水平将逐步得到提高。
除政策扶持外,国内主轴产业经过数十年的发展,不断自主研发和汲取国外经验,在主轴结构设计、材料处理、电机制造、精密加工工艺等方面实现了突破,国产主轴的产品质量、技术性能实现了大幅提升,经众多客户较长时间的应用验证后,国产主轴的接受程度大幅提高。此外,得益于成本低、交货期短和售后服务及时等优势,国产主轴在国内市场的竞争力逐渐增强,“进口替代”将成为国内主轴企业未来发展的重要驱动因素。
②机床主轴企业更加注重研发实力和响应速度
随着机床主轴行业近年来的快速发展,下游机床厂商对主轴企业的研发能力和响应速度提出了更高的要求。新能源汽车、5G基站等领域的快速发展对机床及其配套的主轴提出了更新换代的需求,机床厂商在为终端客户提供系统解决方案时,越来越需要上游核心功能部件厂商的技术支持,需要主轴企业提升研发实力,加快响应速度,实现新产品的快速开发、制造和批量供货。因此,主轴企业需要不断加强研发投入和研发团队建设,通过及时的产品开发能力取得客户信任,提升将行业空间转化为订单的能力,不断增强自身的核心竞争力。
③机床主轴主要技术发展方向
A.高速度、高精度、高刚度
随着主轴轴承及其润滑技术、精密加工技术、高速刀具及其接口技术、精密动平衡技术和主轴预紧技术等相关技术的发展,数控机床主轴高速度、高精度、高刚度已成为目前发展的主流趋势。主轴高速/超高速化发展可以有效提升加工效率,高精度、高刚度发展可以有效减少加工误差。
B.高速大功率、低速大扭矩
在机加工领域,数控机床需要同时能够满足低速粗加工重切削和高速精加工的要求,因此数控机床主轴需要具备低速大扭矩、高速大功率的性能。高速主轴的大功率化已是国际机床产业发展的一个方向,近年来大功率半导体器件的飞跃性发展,已经完全可以满足现有的主轴应用场合所要求的功率等级,为主轴的大功率化奠定了基础。
C.高效率、低能耗
主轴作为数控机床的核心零部件,采用转动惯量小、转矩密度高、控制精度高的永磁同步电机,可以有效满足高效率、低能耗的加工要求。永磁同步电主轴的转子组件使用永磁材料,工作过程中转子组件发热量低,功率因数高,加工效率高,加工能耗低。
D.高可靠性、高精度保持性
由于终端用户对数控机床的加工可靠性提出的要求越来越高,主轴作为数控机床的核心功能部件,其本身的可靠性将直接关系到数控机床的加工可靠性水平。同时,数控机床主轴在使用一定的年限后,由于磨损等其他因素,精度或出现下降,进而影响到数控机床的加工精度。因此,主轴的高可靠性和高精度保持性对于数控机床的可靠性和加工精度具有关键作用。
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