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。

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。

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。