我国机床工业从1949年发展至今已有七十多年的历史，在产品种类、技术水平和质量上取得了长足的进步，为“中国制造”品质的保障奠定了坚实的基础。其中，数控机床作为一种高端机床产品，具有高效率、高精密、自动化与智能等优点，其发展水平已经成为衡量一个国家装备制造业发展水平和产品质量的重要标志。随着《中国制造2025》将数控机床列为“加快突破的战略必争领域”、十四五规划纲要提出要“深入实施智能制造和绿色制造工厂”，数控机床行业未来战略地位和发展目标进一步明确，有着广阔的发展前景。
一、数控机床的定义
数控机床是一种装有程序控制系统的自动化机床。相较于传统机床，数控机床能较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，代表了现代机床控制技术的发展方向。数控机床主要由机床主体、传动系统和数控系统三部分组成。其中，机床主体是数控机床的主要组成部分，也是硬件部分;传动系统是数控机床的重要“脉络”，主导数控机床各部分的有序进行及完成机床的工作使命;数控系统是数控机床的大脑与核心，是完成各项功能和作业的精髓所在。
二、数控机床的构成数控机床主要包含以下几个部分
1、机床主体：机床主体是机床的主要组成和重要机械附件部分，是最容易通过肉眼直观看到的部分，作为机床的硬件，它还包括床身及底座铸件、主轴及变速箱、导轨及滑台、润滑、排屑及冷却等部分。
2、传动系统：传动系统是数控机床的重要“脉络”，主导机床各部分的有序进行及完成机床的工作使命，包括刀具、传动机械和辅助动力系统。
· 刀具部分：包括保护装置、刀库和换刀装置;
· 传动机械：包括滚珠丝杆、直线导轨和蜗杆两个部分;
· 辅助动力系统：包含液压系统和启动系统两个部分，这也是数控机床的动力。
3、数控系统：数控系统，可以说是数控机床的灵魂所在，也是整个机床最具感性左右的部分，是机床完成各项功能和作业精髓所在。数控系统基本分为两类——驱动装置：它包括高速主轴、力矩电机、直线电机、普通电机和步进电机;控制及检测装置：包括CNC系统、可编程序控制器、进给伺服控制模块、位置检测模块等。
三、数控机床的分类
数控机床可按加工工艺、运动方式、伺服控制方式、机床性能等进行分类。从加工对象(零件)表面形成工艺特点，传统上通常将数控机床分为数控金属切削机床、数控金属成形机床两大类。近年来，由于复杂产品(如飞机、汽车、航空发动机等)中新型材料应用日益增加，数控机床被加工零件的材料不再限于金属材料，已扩展到复合材料、陶瓷材料等非金属材料，而且加工工艺也包括了特种加工方法。
此外，从功能和性能角度，又可将数控机床划分为经济型、中档(或普及型)和高端三类。高端数控机床具有高速、精密、智能、复合、多轴联动、网络通信等功能，其发展象征着国家目前的机床制造业占全世界机床产业发展的先进阶段。多轴联动技术是高端数控机床的核心技术之一。多轴联动是指数控机床各进给轴(包括直线坐标进给轴和回转坐标进给轴)在数控装置控制下按照程序指令同时运动。高档数控机床一般都具有3轴或3轴以上联动控制功能，多为4轴联动或5轴联动。国际上把五轴联动数控机床等高档机床技术作为一个国家工业化的重要标志。五轴联动数控机床指专门用于加工复杂曲面的机床，具有应用范围广、工作效率高、能提高加工精度、增加刀具使用寿命等优势。随着先进制造业快速发展，五轴联动数控机床作为国家工业化水平重要标志，获得广阔发展前景。
一、机床发展简史
机床起初是为了制造钟表和武器，出现了螺纹车床和齿轮加工机床，以及水力驱动的炮筒镗床。19世纪末到20世纪初，单一的车床已逐渐演化出了铣床、刨床、磨床、钻床等等，这些主要机床已经基本定型，这为20世纪前期生产机械化和半自动化创造了条件。在1920年以后的30年中，机械制造技术进入了半自动化时期，液压和电气元件在机床和其他机械上逐渐得到了应用。1950年，机床的发展开始进入了自动化时期，1951年，第一台数控机床出现。
二、中国机床发展史
从新中国成立到改革开放前(1949~1978 )的20年，中国机床工业发展可分为奠基阶段和大规模建设阶段。1949年新中国成立后，中国机床工业开始进入快速发展时期。“一五”时期(1953~1957 )，在苏联专家指导下，第一机械工业部(简称“一机部”)按专业分工规划布局了被称为“十八罗汉”的一批骨干机床企业，还建立了以北京金属切削机床研究所(北京机床研究所的前身)为代表的被称为“七所一院”的一批机床工具研究机构。到1957年，一机部直属企业在机床、工具、磨料磨具和机床附件方面的产品产量都占全国的 90%以上。
“一五”期间布局机床行业“十八罗汉”
1958~1978年期间，中国机床工业进入大规模建设阶段。60年代初期开展了高精度精密机床战役，通过攻关累计掌握5类26种高精度精密机床技术，机床精度、质量和工艺水平普遍提高。60年代中期开始的“三线建设”中，在川、黔、陕、甘、宁、青、豫西、鄂西等地区，由老厂老所迁建、包建了33个机床工具企业，改善了行业的地区布局，与此同时，国家大力支持发展大型、重型和超重型机床，以满足国民经济建设之所需。
“八五”期间(1991~1995)，以“自主开发”为重点支持国产数控系统的技术攻关和产品开发。“九五”期间(1996~2000)，以推进数控机床“产业化”为重点，在技术方面基于工业 PC 平台的普及型数控系统开始走向实用，国产数控机床面向市场竞争的产业化发展步伐加快，开始进入市场竞争阶段。十五期间(2001~2005 )，中国机床进入了高速发展和转型升级阶段，数控技术及产品得到了快速普及和升级。
“十二五”以来，总体来说国产数控机床市场竞争力不断增强，在国内中低端数控机床市场已占有明显优势。04专项(国家科技重大专项“高档数控机床与基础制造装备”专项。)对高档数控机床技术和产业发展发挥了重要推动作用，加快了高档数控机床、数控系统和功能部件的技术研发步伐，促进了机床企业与航空航天、汽车、船舶和发电等领域的用户企业的结合;一批高档数控机床实现了从“无”到“有”，并成功应用于重点领域和重点工程的实际生产。
根据《机床工具行业“十四五”发展规划纲要》提出的行业“十四五”发展总体目标：到2025年，全行业质量效益明显提升,营收规模年增长保持在合理区间并与市场需求相适应，全行业研发投入年增长及投入强度高于“十三五”时期实际。中高端机床工具产品方面实现产业基础高级化和产业链现代化，产业布局均衡合理。国产数控机床、切削刀具、数控系统和功能部件等基本具备支撑和满足国内经济发展需求的能力。关键机床工具产品接近或达到国际先进技术水平，国产中高端产品在市场上的比重稳步提升。培育出一批拥有自主知识产权和具有国际竞争力的品牌企业和产品。
产业链结构：数控机床的上游主要是基础材料、零部件及数控系统;中游为本体制造，包括数控金属切削机床、数控金属成形机床、数控特种加工机床、加工中心等;下游机床应用领域涵盖汽车工业、国防竣工、工程机械、石油化工、矿山冶炼、电子信息技术工业以及其他加工工业。
上游
上游核心零部件作为数控机床的基本组成部分，其品质是数控机床等智能制造装备产品性能和质量的重要保障。其中，精密件、功能部件和数控系统市场结构稳定，价格波动不大。
我国功能部件行业的发展相对缓慢，电主轴、滚珠丝杠、数控刀架、数控系统、伺服系统等虽已形成一定的生产规模，但大多满足中低档数控机床的配套需要，国产中高档数控机床采用的功能部件依赖进口较为严重。光机、钣金等机床部件国产已经较为成熟。
数控系统
数控系统数控系统即CNC系统，通过编程实现金属切削的命令产生和传达。计算机技术演化下，全球数控系统经历了数控(NC)和计算机数控(CNC)时代。目前行业所指的“数控”均为计算机数控。高档数控系统算法复杂空间建模know-how、优化补偿技术、可靠性、应用延展能力等构成数控系统重要门槛。除此之外，芯片、光纤通讯对系统性能提升也起到关键作用。
国内厂商科德数控、北京精雕自产五轴联动数控系统配套使用，走在国产前列。华中数控、广州数控等专业生产数控系统，用于机床、机器人等领域。
传动系统
传动系统是机床部件运动的载体，直接影响加工精度，我国机床企业主轴、丝杠等依赖外采。机床主轴是数控机床最重要的核心零部件之一，集高转速、高精度、高效率、高可靠性于一体，其技术水平的高低和质量的优劣直接决定和影响着机床的品质。国内电主轴以洛阳轴承研究所最具代表性，民营如昊志机电在3C数控雕铣电主轴取代进口份额。
中游
作为典型的机电一体化产品，数控机床是机械技术与数控智能化的结合，可分为金属切削(车削、铣削、镗、钻、磨等)、成形机床(压力机、剪板机、折弯机等)、特种加工(电火花线切割机床、电火花成型机床等)、加工中心(多轴联动、柔性加工单元)以及其他产品。
市场格局方面来看，第一梯队为跨国公司及外资企业，由于品牌、技术等优势，在高端市场占据主导地位。第二梯队包括具备自主研发能力，掌握核心技术的国有企业或民营企业。第三梯队是主攻低端产品市场的企业。近年来，国内民营企业逐渐成长为主力军，各家机床厂产品各有侧重，形成高度分散的竞争格局。从国内市场看，部分制造商已经形成一定规模，并且在特定机床产品中形成了自身优势。目前中国已出现包括海天精工、创世纪、国盛智科、科德数控、浙海德曼在内的十余家主机厂上市公司。其中创世纪以钻攻中心和立式加工为优势产品，秦川机床在车床市场具备优势，海天精工则立足于生产各类加工中心，亚威股份在成形机床市场中占据较强的优势。
下游
从数控机床下游应用分布来看，汽车是主要的下游需求领域，应用占比约为 40%;其次是航空航天应用 比重约为17%，汽车和航空航天应用比重超过下游总行业的50%;模具和工程机械分别为机床产品第三、第四应用领域，占比分别为 13%、10%左右。
(1)汽车工业
数控机床对汽车工业的影响主要体现在占整车全部装备价值 70%左右的汽车零部件加工领域，汽车领域对机床的需求已经超越了整车制造商对机床的需求。2018-2021 年我国新能源汽车销量从126万辆提高至352万辆，复合增速达 41.0%。目前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持续为高端数控机床中的五轴机床应用提供机遇。
(2)工程机械
工程机械行业同样为数控机床重要的下游行业。2016-2022 年我国主要工程机械销量从 12.0 万台增长至39.4万台，复合增长率达21.91%;市场销售额从101亿美元增长至342亿美元，复合增长率达35.7%。
(3)航空领域
高端数控机床主要市场为军用飞机及民用飞机市场。飞机整机制造具备产业链带动效应，是国内制造业转型升级的重要契机。航空航天作为高端制造领域，以叶轮叶盘为代表的的典型复杂曲面零件必须由高端五轴联动机床加工完成，因此飞机产业的快速发展对高端装备国产化替代进口提出了强烈的需求并创造了更大的市场空间，将成为国内机床企业的重要市场增长点。
数控机床市场分析
中国是机床生产与消费的第一大国。据统计2021年中国机床生产量218亿欧元，全球占比35%;中国机床消费量为235.88亿欧元，全球占比44%。其中数控机床产业规模排名全球第二，仅次于日本。
在数控机床方面，中国的产业规模占比为31.5%，排名全球第二，仅次于日本(32.1%)。
在产业集聚分布方面，华东地区数控机床规模占全国比重最大，占比超过50%，其次为中南、东北地区。数控机床具有固定资产属性，制造业比较发达的地区对数控机床的需求量比较大，我国华东地区制造业发达，对数控机床的需求量大，市场广阔。
• 我国华东地区数控机床规模为占全国比重55%，为我国主要数控机床市场;
• 中南地区数控机床规模占比18%，仅次于华东地区;
• 其次为东北、华北和西南地区，数控机床规模占比分别为12%、7%和6%。
中国高端数控机床市场拥有广阔发展空间
• 根据机床协会的数据，2007-2021年国内数控机床数控化率由17.01%大幅提升至44.9%。与发达国家相比，我国机床数控化率较低，2019年我国机床数控化率为37%，低于日本的90%和德国的75%。
• 若以德国机床数控化率为追赶目标，我国机床数控化率至少需提升一倍，因此，从机床数控化率看，高端机床市场仍具备广阔的发展空间。
在未来主要发展趋势方面，数控机床技术呈现出高性能、多功能、定制化、智能化和绿色化的发展趋势：
高性能
(1)数控机床发展过程中，一直在努力追求更高的加工精度、切削速度、生产效率和可靠性。未来数控机床将通过进一步优化的整机结构、先进的控制系统和高效的数学算法等，实现复杂曲线曲面的高速高精直接插补和高动态响应的伺服控制。
多功能
从不同切削加工工艺复合(如车铣、铣磨)向不同成形方法的组合(如增材制造、减材制造和等材制造等成形方法的组合或混合)，数控机床与机器人“机-机”融合与协同等方向发展，从“机-机”互联的网络化，向“人-机-物”互联、边缘/云计算支持的加工大数据处理方向发展。
定制化
根据用户需求，在机床结构、系统配置、专业编程、切削刀具、在机测量等方面提供定制化开发，在加工工艺、切削参数、故障诊断、运行维护等方面提供定制化服务。模块化设计、可重构配置、网络化协同、软件定义制造、可移动制造等技术将为实现定制化提供技术支撑。
