我國機床工業從1949年發展至今已有七十多年的歷史，在產品種類、技術水平和質量上取得了長足的進步，為“中國制造”品質的保障奠定了堅實的基礎。其中，數控機床作為一種高端機床產品，具有高效率、高精密、自動化與智能等優點，其發展水平已經成為衡量一個國家裝備制造業發展水平和產品質量的重要標志。隨著《中國制造2025》將數控機床列為“加快突破的戰略必爭領域”、十四五規劃綱要提出要“深入實施智能制造和綠色制造工廠”，數控機床行業未來戰略地位和發展目標進一步明確，有著廣闊的發展前景。
一、數控機床的定義
數控機床是一種裝有程序控制系統的自動化機床。相較于傳統機床，數控機床能較好地解決了復雜、精密、小批量、多品種的零件加工問題，代表了現代機床控制技術的發展方向。數控機床主要由機床主體、傳動系統和數控系統三部分組成。其中，機床主體是數控機床的主要組成部分，也是硬件部分;傳動系統是數控機床的重要“脈絡”，主導數控機床各部分的有序進行及完成機床的工作使命;數控系統是數控機床的大腦與核心，是完成各項功能和作業的精髓所在。
二、數控機床的構成數控機床主要包含以下幾個部分
1、機床主體：機床主體是機床的主要組成和重要機械附件部分，是最容易通過肉眼直觀看到的部分，作為機床的硬件，它還包括床身及底座鑄件、主軸及變速箱、導軌及滑臺、潤滑、排屑及冷卻等部分。
2、傳動系統：傳動系統是數控機床的重要“脈絡”，主導機床各部分的有序進行及完成機床的工作使命，包括刀具、傳動機械和輔助動力系統。
· 刀具部分：包括保護裝置、刀庫和換刀裝置;
· 傳動機械：包括滾珠絲桿、直線導軌和蝸桿兩個部分;
· 輔助動力系統：包含液壓系統和啟動系統兩個部分，這也是數控機床的動力。
3、數控系統：數控系統，可以說是數控機床的靈魂所在，也是整個機床最具感性左右的部分，是機床完成各項功能和作業精髓所在。數控系統基本分為兩類——驅動裝置：它包括高速主軸、力矩電機、直線電機、普通電機和步進電機;控制及檢測裝置：包括CNC系統、可編程序控制器、進給伺服控制模塊、位置檢測模塊等。
三、數控機床的分類
數控機床可按加工工藝、運動方式、伺服控制方式、機床性能等進行分類。從加工對象(零件)表面形成工藝特點，傳統上通常將數控機床分為數控金屬切削機床、數控金屬成形機床兩大類。近年來，由于復雜產品(如飛機、汽車、航空發動機等)中新型材料應用日益增加，數控機床被加工零件的材料不再限于金屬材料，已擴展到復合材料、陶瓷材料等非金屬材料，而且加工工藝也包括了特種加工方法。
此外，從功能和性能角度，又可將數控機床劃分為經濟型、中檔(或普及型)和高端三類。高端數控機床具有高速、精密、智能、復合、多軸聯動、網絡通信等功能，其發展象征著國家目前的機床制造業占全世界機床產業發展的先進階段。多軸聯動技術是高端數控機床的核心技術之一。多軸聯動是指數控機床各進給軸(包括直線坐標進給軸和回轉坐標進給軸)在數控裝置控制下按照程序指令同時運動。高檔數控機床一般都具有3軸或3軸以上聯動控制功能，多為4軸聯動或5軸聯動。國際上把五軸聯動數控機床等高檔機床技術作為一個國家工業化的重要標志。五軸聯動數控機床指專門用于加工復雜曲面的機床，具有應用范圍廣、工作效率高、能提高加工精度、增加刀具使用壽命等優勢。隨著先進制造業快速發展，五軸聯動數控機床作為國家工業化水平重要標志，獲得廣闊發展前景。
一、機床發展簡史
機床起初是為了制造鐘表和武器，出現了螺紋車床和齒輪加工機床，以及水力驅動的炮筒鏜床。19世紀末到20世紀初，單一的車床已逐漸演化出了銑床、刨床、磨床、鉆床等等，這些主要機床已經基本定型，這為20世紀前期生產機械化和半自動化創造了條件。在1920年以后的30年中，機械制造技術進入了半自動化時期，液壓和電氣元件在機床和其他機械上逐漸得到了應用。1950年，機床的發展開始進入了自動化時期，1951年，第一臺數控機床出現。
二、中國機床發展史
從新中國成立到改革開放前(1949~1978 )的20年，中國機床工業發展可分為奠基階段和大規模建設階段。1949年新中國成立后，中國機床工業開始進入快速發展時期。“一五”時期(1953~1957 )，在蘇聯專家指導下，第一機械工業部(簡稱“一機部”)按專業分工規劃布局了被稱為“十八羅漢”的一批骨干機床企業，還建立了以北京金屬切削機床研究所(北京機床研究所的前身)為代表的被稱為“七所一院”的一批機床工具研究機構。到1957年，一機部直屬企業在機床、工具、磨料磨具和機床附件方面的產品產量都占全國的 90%以上。
“一五”期間布局機床行業“十八羅漢”
1958~1978年期間，中國機床工業進入大規模建設階段。60年代初期開展了高精度精密機床戰役，通過攻關累計掌握5類26種高精度精密機床技術，機床精度、質量和工藝水平普遍提高。60年代中期開始的“三線建設”中，在川、黔、陜、甘、寧、青、豫西、鄂西等地區，由老廠老所遷建、包建了33個機床工具企業，改善了行業的地區布局，與此同時，國家大力支持發展大型、重型和超重型機床，以滿足國民經濟建設之所需。
“八五”期間(1991~1995)，以“自主開發”為重點支持國產數控系統的技術攻關和產品開發。“九五”期間(1996~2000)，以推進數控機床“產業化”為重點，在技術方面基于工業 PC 平臺的普及型數控系統開始走向實用，國產數控機床面向市場競爭的產業化發展步伐加快，開始進入市場競爭階段。十五期間(2001~2005 )，中國機床進入了高速發展和轉型升級階段，數控技術及產品得到了快速普及和升級。
“十二五”以來，總體來說國產數控機床市場競爭力不斷增強，在國內中低端數控機床市場已占有明顯優勢。04專項(國家科技重大專項“高檔數控機床與基礎制造裝備”專項。)對高檔數控機床技術和產業發展發揮了重要推動作用，加快了高檔數控機床、數控系統和功能部件的技術研發步伐，促進了機床企業與航空航天、汽車、船舶和發電等領域的用戶企業的結合;一批高檔數控機床實現了從“無”到“有”，并成功應用于重點領域和重點工程的實際生產。
根據《機床工具行業“十四五”發展規劃綱要》提出的行業“十四五”發展總體目標：到2025年，全行業質量效益明顯提升,營收規模年增長保持在合理區間并與市場需求相適應，全行業研發投入年增長及投入強度高于“十三五”時期實際。中高端機床工具產品方面實現產業基礎高級化和產業鏈現代化，產業布局均衡合理。國產數控機床、切削刀具、數控系統和功能部件等基本具備支撐和滿足國內經濟發展需求的能力。關鍵機床工具產品接近或達到國際先進技術水平，國產中高端產品在市場上的比重穩步提升。培育出一批擁有自主知識產權和具有國際競爭力的品牌企業和產品。
產業鏈結構：數控機床的上游主要是基礎材料、零部件及數控系統;中游為本體制造，包括數控金屬切削機床、數控金屬成形機床、數控特種加工機床、加工中心等;下游機床應用領域涵蓋汽車工業、國防竣工、工程機械、石油化工、礦山冶煉、電子信息技術工業以及其他加工工業。
上游
上游核心零部件作為數控機床的基本組成部分，其品質是數控機床等智能制造裝備產品性能和質量的重要保障。其中，精密件、功能部件和數控系統市場結構穩定，價格波動不大。
我國功能部件行業的發展相對緩慢，電主軸、滾珠絲杠、數控刀架、數控系統、伺服系統等雖已形成一定的生產規模，但大多滿足中低檔數控機床的配套需要，國產中高檔數控機床采用的功能部件依賴進口較為嚴重。光機、鈑金等機床部件國產已經較為成熟。
數控系統
數控系統數控系統即CNC系統，通過編程實現金屬切削的命令產生和傳達。計算機技術演化下，全球數控系統經歷了數控(NC)和計算機數控(CNC)時代。目前行業所指的“數控”均為計算機數控。高檔數控系統算法復雜空間建模know-how、優化補償技術、可靠性、應用延展能力等構成數控系統重要門檻。除此之外，芯片、光纖通訊對系統性能提升也起到關鍵作用。
國內廠商科德數控、北京精雕自產五軸聯動數控系統配套使用，走在國產前列。華中數控、廣州數控等專業生產數控系統，用于機床、機器人等領域。
傳動系統
傳動系統是機床部件運動的載體，直接影響加工精度，我國機床企業主軸、絲杠等依賴外采。機床主軸是數控機床最重要的核心零部件之一，集高轉速、高精度、高效率、高可靠性于一體，其技術水平的高低和質量的優劣直接決定和影響著機床的品質。國內電主軸以洛陽軸承研究所最具代表性，民營如昊志機電在3C數控雕銑電主軸取代進口份額。
中游
作為典型的機電一體化產品，數控機床是機械技術與數控智能化的結合，可分為金屬切削(車削、銑削、鏜、鉆、磨等)、成形機床(壓力機、剪板機、折彎機等)、特種加工(電火花線切割機床、電火花成型機床等)、加工中心(多軸聯動、柔性加工單元)以及其他產品。
市場格局方面來看，第一梯隊為跨國公司及外資企業，由于品牌、技術等優勢，在高端市場占據主導地位。第二梯隊包括具備自主研發能力，掌握核心技術的國有企業或民營企業。第三梯隊是主攻低端產品市場的企業。近年來，國內民營企業逐漸成長為主力軍，各家機床廠產品各有側重，形成高度分散的競爭格局。從國內市場看，部分制造商已經形成一定規模，并且在特定機床產品中形成了自身優勢。目前中國已出現包括海天精工、創世紀、國盛智科、科德數控、浙海德曼在內的十余家主機廠上市公司。其中創世紀以鉆攻中心和立式加工為優勢產品，秦川機床在車床市場具備優勢，海天精工則立足于生產各類加工中心，亞威股份在成形機床市場中占據較強的優勢。
下游
從數控機床下游應用分布來看，汽車是主要的下游需求領域，應用占比約為 40%;其次是航空航天應用 比重約為17%，汽車和航空航天應用比重超過下游總行業的50%;模具和工程機械分別為機床產品第三、第四應用領域，占比分別為 13%、10%左右。
(1)汽車工業
數控機床對汽車工業的影響主要體現在占整車全部裝備價值 70%左右的汽車零部件加工領域，汽車領域對機床的需求已經超越了整車制造商對機床的需求。2018-2021 年我國新能源汽車銷量從126萬輛提高至352萬輛，復合增速達 41.0%。目前新能源汽車制造向輕量化、一體化轉型，一體化成形的異型結構件有望持續為高端數控機床中的五軸機床應用提供機遇。
(2)工程機械
工程機械行業同樣為數控機床重要的下游行業。2016-2022 年我國主要工程機械銷量從 12.0 萬臺增長至39.4萬臺，復合增長率達21.91%;市場銷售額從101億美元增長至342億美元，復合增長率達35.7%。
(3)航空領域
高端數控機床主要市場為軍用飛機及民用飛機市場。飛機整機制造具備產業鏈帶動效應，是國內制造業轉型升級的重要契機。航空航天作為高端制造領域，以葉輪葉盤為代表的的典型復雜曲面零件必須由高端五軸聯動機床加工完成，因此飛機產業的快速發展對高端裝備國產化替代進口提出了強烈的需求并創造了更大的市場空間，將成為國內機床企業的重要市場增長點。
數控機床市場分析
中國是機床生產與消費的第一大國。據統計2021年中國機床生產量218億歐元，全球占比35%;中國機床消費量為235.88億歐元，全球占比44%。其中數控機床產業規模排名全球第二，僅次于日本。
在數控機床方面，中國的產業規模占比為31.5%，排名全球第二，僅次于日本(32.1%)。
在產業集聚分布方面，華東地區數控機床規模占全國比重最大，占比超過50%，其次為中南、東北地區。數控機床具有固定資產屬性，制造業比較發達的地區對數控機床的需求量比較大，我國華東地區制造業發達，對數控機床的需求量大，市場廣闊。
• 我國華東地區數控機床規模為占全國比重55%，為我國主要數控機床市場;
• 中南地區數控機床規模占比18%，僅次于華東地區;
• 其次為東北、華北和西南地區，數控機床規模占比分別為12%、7%和6%。
中國高端數控機床市場擁有廣闊發展空間
• 根據機床協會的數據，2007-2021年國內數控機床數控化率由17.01%大幅提升至44.9%。與發達國家相比，我國機床數控化率較低，2019年我國機床數控化率為37%，低于日本的90%和德國的75%。
• 若以德國機床數控化率為追趕目標，我國機床數控化率至少需提升一倍，因此，從機床數控化率看，高端機床市場仍具備廣闊的發展空間。
在未來主要發展趨勢方面，數控機床技術呈現出高性能、多功能、定制化、智能化和綠色化的發展趨勢：
高性能
(1)數控機床發展過程中，一直在努力追求更高的加工精度、切削速度、生產效率和可靠性。未來數控機床將通過進一步優化的整機結構、先進的控制系統和高效的數學算法等，實現復雜曲線曲面的高速高精直接插補和高動態響應的伺服控制。
多功能
從不同切削加工工藝復合(如車銑、銑磨)向不同成形方法的組合(如增材制造、減材制造和等材制造等成形方法的組合或混合)，數控機床與機器人“機-機”融合與協同等方向發展，從“機-機”互聯的網絡化，向“人-機-物”互聯、邊緣/云計算支持的加工大數據處理方向發展。
定制化
根據用戶需求，在機床結構、系統配置、專業編程、切削刀具、在機測量等方面提供定制化開發，在加工工藝、切削參數、故障診斷、運行維護等方面提供定制化服務。模塊化設計、可重構配置、網絡化協同、軟件定義制造、可移動制造等技術將為實現定制化提供技術支撐。
