磨床行业研究：为精加工而生，丝杠、钛合金、碳化硅催化国产成长

磨床为精加工而生，技术壁垒较高：磨床为适应精加工和硬表面加工需求而生，以外圆磨床、内圆磨床、平面磨床为主。在一般加工条件下精度等级可达到IT5至IT6级（研磨/抛光能达到更高），而铣削（加工中心一般为铣削）精度等级根据粗铣和精铣在IT7至IT14之间，表面粗糙度也有较大差异。为实现高精、高速加工，磨床具有较高技术壁垒，对结构件（例如磨床用丝杠可达最高精度等级C0级）、功能部件（高精度和电气控制能力）、装配均有较高要求。国内高端磨床进口替代空间较大，下游需求爆发有望催化国产崛起：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，22年中国磨床进口额为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22年进口均价18.31万美元、出口均价4.44万美元。目前国产五轴工具磨床与进口磨床技术差距已经较小，我们认为在有足够需求催化的背景下(例如工具磨床背景是刀具国产品牌近年高增长)能够实现国产替代，若下游需求爆发有望催化国产崛起。同时高端磨床存在较大进口限制，例如日本高端磨床出口需经过日本政府严格审查，即使购买了也有使用范围限制、移机限制等，在自主可控政策支持下有望加速国产替代。 丝杠：磨床为磨制丝杠核心设备，通过国产设备降本势在必行。在丝杠加工过程中，粗加工环节有磨削/硬车/旋风铣三种技术路线，精加工主要采用磨削加工，磨削工时约占总工时的39%，从秦川机床案例看磨床的投资额约占丝杠扩产设备投资额的48%。丝杠加工难点主要集中在滚道加工，螺母、丝杠轴分别需要进行内螺纹、外螺纹加工。根据我们测算，按照不同加工工时计算，100万台人形机器人对应磨床22至44亿元市场空间。目前头部企业丝杠磨床主要 使用日本、德国进口设备，秦川机床采购高精度床身导轨磨床单价高达2800万元。我们认为当前一方面国产螺纹磨床已具有一定技术积累，2014年上海机床厂SK7420已可实现P1级滚珠丝杠副加工，说明国内企业具备制造高端螺纹磨床的技术实力；一方面人形机器人丝杠降本诉求较强，对定制化开发&自动化升级要求较高，在这方面国内企业贴近终端客户有望抢占先机，在人形机器人行业有望实现高增长背景下，通过使用国产设备实现降本势在必行。 钛合金：苹果在手机、手表采用钛合金材料，拉动磨抛设备需求。在消费电子行业磨床广泛用于手机、电脑的玻璃面板、外壳、中框打磨抛光。目前苹果手机、手表使用了钛合金材料，安卓厂商有望跟进。钛合金材料加工难度更高，会出现高磨削温度、砂轮黏附等问题，需要对现有设备进行升级改造或更新，有望拉动相关磨抛设备需求。 碳化硅：行业高增长拉动磨抛设备需求，国产设备开发落地后续潜在边际催化较多。在硅片制备过程中，滚磨（外圆磨）、倒角（端面磨等）、研磨（平面磨）、抛光（类似平面磨）均需要使用到磨床，有较好应用前景。根据Wolfspeed数据，汽车碳化硅渗透率有望大幅提升26年超过50%，27年汽车用碳化硅市场空间达到49.86亿美元，22至27年CAGR39%，有望拉动相关磨抛设备需求。而当前国内磨床设备供应商基本均开发了相关产品，当前正从打样逐步过渡至批量出货阶段，后续潜在边际催化较多。 磨床为精加工而生，赛道高壁垒国产替代空间较大。当前国内磨床具有一定技术积累，在丝杠、钛合金、碳化硅下游需求多点催化背景下国产替代有望加速，建议关注华辰装备（丝杠磨床）、宇环数控（钛合金磨床、碳化硅磨床）、日发精机（丝杠磨床）、秦川机床（丝杠磨床）、华中数控（磨床数控系统）。 下游需求不及预期、新品验证不及预期。 内容目录 1.磨床为精加工而生，技术壁垒较高6 1.1常见磨床以外圆磨床、内圆磨床、平面磨床为主6 1.1.1外圆磨床7 1.1.2内圆磨床8 1.1.3平面磨床9 1.2磨具为磨床加工核心耗材，包含砂轮、磨头、油石、砂瓦等10 1.3磨床在高精度、高速追求下具有较高技术壁垒11 2.国内高端磨床进口替代空间较大，下游需求爆发催化国产崛起14 2.1海外企业发展成熟，形成“大而全”、“小而美”不同定位14 2.2从专利、技术视角看，国内磨床企业正在奋起直追，部分领域差距已经较小19 2.322年中国磨床进口额8.35亿美元，国内企业普遍体量较小有较大成长空间20 2.4丝杠、钛合金、碳化硅市场需求多点爆发，有望催化国产崛起22 2.4.1丝杠：磨床为磨制丝杠核心设备，通过国产设备降本势在必行22 2.4.2钛合金：苹果在手机、手表采用钛合金材料，拉动磨抛设备需求28 2.4.3碳化硅：行业高增长拉动磨抛设备需求，国产设备开发落地后续潜在边际催化较多30 3.投资建议35 3.1华辰装备：与贝斯特签订导轨磨床合作协议，螺纹磨床有望实现突破深耕丝杠赛道35 3.2宇环数控：钛合金设备+碳化硅设备共同催化，同时导轨磨床已经开发落地37 3.3日发精机：轴承装备技术实力突出，螺纹磨床进行丝杠试磨情况良好38 3.4秦川机床：子公司汉江机床螺纹磨床技术处于领先水平39 3.5华中数控：磨削数控系统可用于丝杠螺纹磨削40 3.6科德数控：工具磨、叶尖磨技术实力国内领先41 4.风险提示42 图表目录 图表1：金属切削机床主要分类6 图表2：金属切削加工根据工件/刀具相对运动关系的分类6 图表3：磨削加工主要通过砂轮等实现材料去除7 图表4：磨床以外圆磨、内圆磨、平面磨为主7 图表5：外圆磨主要加工方式8 图表6：外圆磨床结构8 图表7：主要内圆磨削方式8 图表8：内圆磨砂轮通常直径较小，整体加工难度更高9 图表9：内圆磨床主要结构9 图表10：平面磨床主要磨削方式9 图表11：立式平面磨床结构10 图表12：卧式平面磨床结构10 图表13：磨具由磨粒、气孔、结合剂组成10 图表14：磨料、粒度、结合剂、硬度、组织等决定了磨具最终的特性11 图表15：磨床精度等级为机床精度最高一档，技术难度最高（研磨后精度可进一步提高）12 图表16：精密磨床加工精度可达微米级，技术难度较高12 图表17：要实现最终的高精度加工，磨床核心功能部件需要具有较高精度13 图表18：磨床用丝杠可达到C0级（数字越小精度越高）13 图表19：磨床根据砂轮线速度分为普通磨床、高速磨床和超高速磨床14 图表20：实现超高速磨削对磨床性能要求较高14 图表21：海外磨床企业以欧、美、日等国家与地区为主，企业发展较为成熟14 图表22：PSS集团有能力为多个行业提供全套解决方案15 图表23：PSS集团旗下9大品牌均有较长发展历史技术，构筑强大品牌矩阵16 图表24：法孚集团也以多个知名品牌构筑品牌矩阵，提供高精度磨削解决方案。16 图表25：法孚集团超精密设备事业部21年新签订单约3.02亿欧元，占比约16%17 图表26：三井精机螺纹磨床具有较高市场份额，尤其在日本几乎为100%17 图表27：三井精机工厂建设坚固地基以减少振动影响18 图表28：三井精机工厂采用特殊设计的空调系统以降低温度变化18 图表29：三井精机“Kisage”工艺追求更高加工精度18 图表30：三井精机使用“三面摩擦”的方式创造平面18 图表31：采用“Kisage”工艺多次测量多次加工以实现机械加工无法达到的精度19 图表32：截至20年8月中国磨床专利数量已达全球领先19 图表33：2000年后中国磨床技术专利申请数量快速提升，2011年申请量达到世界第一，国内企业迎头追赶20 图表34：国产磨床与进口磨床进行刀具加工性能较为接近20 图表35：22年中国磨床进口额8.35亿美元21 图表36：磨床进口均价远高于出口均价21 图表37：国内磨床企业收入体量较小，未来有较大成长空间22 图表38：23年工业母机政策支持力度进一步加大22 图表39：磨削滚珠丝杠加工工艺复杂23 图表40：丝杠粗加工有多重工艺23 图表41：磨制丝杠加工主要工序工时23 图表42：磨削工艺约占磨制工序39%工时23 图表43：滚珠丝杠主要包括螺母、丝杠轴两大部分24 图表44：行星滚柱丝杠相比滚柱丝杠增加了行星滚柱的加工，但加工方式与主丝杠轴类似24 图表45：内螺纹磨床结构24 图表46：丝杠螺母内螺纹加工方式25 图表47：砂轮回转面与滚道螺旋面接触对应关系25 图表48：反式行星滚柱丝杠螺母内螺纹加工可能出现加工干涉，需针对设备、砂轮等进行优化25 图表49：螺纹磨床加工示意26 图表50：丝杠外滚道加工示意26 图表51：头部企业在精加工环节多使用进口设备26 图表52：秦川机床滚动功能部件扩产设备投资中磨床占比48%26 图表53：秦川机床扩产部分进口设备单价可上千万26 图表54：上海机床厂开发的SK7420机床可实现P1级滚珠丝杠副加工，我们认为技术层面看具备国产替代基础 ..............................................................................................27 图表55：丝杠加工设备有较大优化空间，国内企业贴近终端客户有望抢占先机27 图表56：人形机器人百万台出货量有望拉动22至44亿元磨床设备市场28 图表57：消费电子行业大量使用数控磨床、数控抛光机进行磨削、抛光加工28 图表58：宇环数控消费电子磨抛设备与日、美产品竞争获得了捷普集团、富士康等苹果产业链公司的大额订单，产品具有较强竞争力28 图表59：目前钛合金材料已经在手机厂商中持续推广29 图表60：“三明治”结构，中间为手机中框29 图表61：手机中框示意图29 图表62：手机中框使用材料对比30 图表63：钛合金磨削加工较为困难，有望拉动磨抛设备需求增长30 图表64：典型抛光硅片制作工序包含多个磨抛环节31 图表65：硅棒截断后需使用外圆磨床进行处理32 图表66：切片后的硅片倒角处理也需要使用磨床32 图表67：硅片双面研磨处理（通常用于小硅片）33 图表68：硅片表面磨削处理（通常用于大硅片）33 图表69：硅片单面抛光示意33 图表70：抛光通常采用CMP设备33 图表71：第三代半导体材料碳化硅具有更优良的物理、化学性质33 图表72：汽车碳化硅渗透率有望大幅提升34 图表73：新能源汽车碳化硅市场空间有望在27年达到49.86亿美元34 图表74：国产碳化硅磨抛相关设备取得一定进展，后续有望迎来边际催化35 图表75：重点公司盈利预测35 图表76：华辰装备为国内轧辊磨床细分赛道冠军，下游覆盖钢铁、有色等行业36 图表77：华辰装备亚μm级磨床性能优异，同时实现核心功能部件+数控系统自制36 图表78：华辰装备预计1年内向贝斯特供应高端导轨磨床，同时公司官网已出现螺纹磨床37 图表79：宇环数控为消费电子磨抛设备领军企业，覆盖苹果等一线消费电子厂商37 图表80：宇环数控导轨磨床实现小量销售，加工精度可达IT3级38 图表81：宇环数控碳化硅多功能滚圆磨床38 图表82：宇环数控CMP设备38 图表83：日发精机轴承磨超自动线可用于圆锥滚子轴承超精密加工39 图表84：MCM卧式加工中心39 图表85：MCM柔性制造系统39 图表86：秦川机床布局主机、高端制造、核心零部件、智能制造四大业务板块40 图表87：秦川机床子公司汉江机床能提供滚珠丝杠副成套设备，尤其是螺纹磨床技术实力突出40 图表88：华中数控HNC-808DG磨削数控系统41 图表89：华中数控磨床数控系统覆盖丝杠螺纹磨等多种磨削加工方式41 图表90：科德数控五轴工具磨削中心42 图表91：科德数控铣磨复合加工设备42 图表92：科德数控高速叶尖磨削中心单价可上1000万元42 1.1常见磨床以外圆磨床、内圆磨床、平面磨床为主 金属切削机床按照国家标准的《金属切削机床型号编制方法》，分为车床、铣床、钻床、镗床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、磨床、刨插床、拉床、锯床