本篇為數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)賽道深度梳理：我們?cè)敿?xì)解析數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)產(chǎn)業(yè)鏈、競(jìng)爭(zhēng)格局、驅(qū)動(dòng)技術(shù)更迭。在本篇報(bào)告中，我們提煉出與市場(chǎng)的三點(diǎn)認(rèn)知差：1)基于前、后市場(chǎng)系統(tǒng)測(cè)算，我們預(yù)計(jì)2025年國(guó)內(nèi)機(jī)床數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)需求超11萬(wàn)臺(tái);2)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)環(huán)相扣，國(guó)內(nèi)在軸承、編碼器、DD電機(jī)技術(shù)有待突破;3)我們系統(tǒng)提煉四類驅(qū)動(dòng)技術(shù)特點(diǎn)及產(chǎn)業(yè)變化。
摘要
國(guó)內(nèi)多軸聯(lián)動(dòng)加工需求增長(zhǎng)，春風(fēng)漸起。數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)有別于分度工作臺(tái)，與機(jī)床X、Y、Z坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)，承擔(dān)關(guān)鍵部件角色。伴隨國(guó)內(nèi)多軸加工需求提升，數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)作為重要賽道迎來(lái)漸進(jìn)式發(fā)展期。1)上游：YRT軸承國(guó)產(chǎn)制造能力待提升，編碼器海外高度壟斷，電機(jī)可靠性有待提升。2)中游：轉(zhuǎn)臺(tái)非標(biāo)屬性強(qiáng)，非耗材屬性，海外數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)精度制造關(guān)鍵技術(shù)嚴(yán)格保密。
驅(qū)動(dòng)方式百花齊放，直驅(qū)電機(jī)為前沿選擇。1)蝸輪蝸桿：大扭矩回轉(zhuǎn)加工的主流選擇，需定期消隙;2)凸輪滾子：零點(diǎn)隙、長(zhǎng)壽命，凸輪加工門檻高企;3)其他減速器：諧波、行星及RV存在應(yīng)用空間，國(guó)內(nèi)機(jī)器人精密減速器企業(yè)積極跨界;4)直驅(qū)電機(jī)：高動(dòng)態(tài)響應(yīng)的前沿選擇，我們認(rèn)為隨車銑復(fù)合加工需求提升，直驅(qū)電機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)技術(shù)迎加速推廣。
臺(tái)資主導(dǎo)國(guó)內(nèi)需求，本土品牌迎來(lái)重塑契機(jī)。四軸、五軸加工需求興起，我們預(yù)計(jì)2025年國(guó)內(nèi)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)需求超過(guò)11萬(wàn)臺(tái)，2021-2025E行業(yè)復(fù)合增速15%。根據(jù)QY Research，2021年我國(guó)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)CR5均為臺(tái)資企業(yè)，集中度56%，國(guó)內(nèi)品牌存在感較弱。我們認(rèn)為受益于國(guó)內(nèi)機(jī)床高端化、上市公司跨界鯰魚效應(yīng)、本土一體化機(jī)遇，本土品牌仍有重塑契機(jī)，建議把握需求修復(fù)、國(guó)產(chǎn)化、技術(shù)更迭三個(gè)主線。
風(fēng)險(xiǎn)
經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇不及預(yù)期、企業(yè)跨界發(fā)展不及預(yù)期等。
正文
數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)為重要功能附件，迎漸進(jìn)式發(fā)展期
數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)提供機(jī)床回轉(zhuǎn)坐標(biāo)。按照是否與機(jī)床X、Y、Z坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)，機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)可分為數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和分度工作臺(tái)。
► 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)：由數(shù)控系統(tǒng)控制，實(shí)現(xiàn)圓周進(jìn)給分度和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。1)進(jìn)給分度：非切削時(shí)，360°自由旋轉(zhuǎn)和定位;2)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：切削時(shí)，與X、Y、Z軸聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)孔、槽、斜面和圓弧面等復(fù)雜零件的加工。按照是否搭配光柵尺，數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)可分為閉環(huán)(搭配)和半閉環(huán)(不搭配)兩種。
► 分度(等分)工作臺(tái)：實(shí)現(xiàn)定位分度運(yùn)動(dòng)，無(wú)法多軸聯(lián)動(dòng)，用于工件轉(zhuǎn)位換面，和自動(dòng)換刀裝置配合使用，通常進(jìn)行最小分度為1°的旋轉(zhuǎn)，可分為：1)鼠牙盤式：電磁鐵控制液壓缸或伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)鼠牙盤轉(zhuǎn)動(dòng)。2)定位銷式：定位銷在圓周均勻分布，只能實(shí)現(xiàn)等分分度運(yùn)動(dòng)。
在復(fù)雜零件加工場(chǎng)景下，機(jī)床需要引入數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)作為聯(lián)動(dòng)加工軸。數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)作為機(jī)床的第四/五軸，約占總造價(jià)1/4-1/3，起到保障加工質(zhì)量的關(guān)鍵作用。
圖表：數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)產(chǎn)品分類及對(duì)比
資料來(lái)源：韓文淵《數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)》(2016)，中金公司研究部
國(guó)內(nèi)起步較晚，國(guó)外專業(yè)廠商占據(jù)重要話語(yǔ)權(quán)。數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)為復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)，與國(guó)外NIKKEN、Peiseler、HASS等專業(yè)轉(zhuǎn)臺(tái)供應(yīng)商相比，國(guó)內(nèi)存在研究起步晚、行業(yè)重視度不足等現(xiàn)狀。1980年代，煙臺(tái)機(jī)床附件研究所(現(xiàn)為煙臺(tái)環(huán)球機(jī)床裝備股份有限公司)開發(fā)出國(guó)內(nèi)首臺(tái)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)，現(xiàn)為綜合型機(jī)床附件供應(yīng)商。整體來(lái)看，我們認(rèn)為伴隨國(guó)內(nèi)多軸加工需求提升，數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)作為重要細(xì)分賽道迎來(lái)漸進(jìn)式發(fā)展期。
產(chǎn)業(yè)鏈：環(huán)環(huán)相扣，短板亟待加強(qiáng)
圖表：數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)產(chǎn)業(yè)鏈
資料來(lái)源：韓文淵《數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)》(2016)，QY Research，中金公司研究部
上游：YRT軸承、編碼器國(guó)產(chǎn)化率較低
► YRT軸承制造難度較大。在數(shù)控機(jī)床中，軸承存在于主軸、滾珠絲杠、轉(zhuǎn)臺(tái)等關(guān)鍵部件。無(wú)論何種類型的數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)，均需要軸承提供軸向和徑向支撐，2003年后YRT(軸向/徑向組合)軸承系列在機(jī)床行業(yè)鋪開。
根據(jù)洛軸官網(wǎng)介紹，近幾年交叉滾子軸承在機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)逐步鋪開，內(nèi)部滾子兩排交叉排列，具備結(jié)構(gòu)緊湊、體積小巧的優(yōu)勢(shì)。根據(jù)我們調(diào)研，國(guó)內(nèi)高端五軸數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)用軸承，僅洛陽(yáng)鴻元、洛陽(yáng)軸承研究所等少數(shù)具備量產(chǎn)能力，國(guó)產(chǎn)化率小于50%。
圖表：數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)YRT軸承示意圖
資料來(lái)源：洛軸官網(wǎng)，康寧《交叉滾子軸承靜態(tài)特性解析與試驗(yàn)研究》(2019)，中金公司研究部
► 伺服電機(jī)技術(shù)日趨成熟：無(wú)論蝸輪蝸桿、滾子凸輪和減速器轉(zhuǎn)臺(tái)本質(zhì)屬于“機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)+高速伺服電機(jī)”，配套的伺服電機(jī)由CNC直接控制，屬于專用工控零部件。根據(jù)MIR統(tǒng)計(jì)，2021年中國(guó)專用伺服電機(jī)市場(chǎng)63億元，數(shù)控機(jī)床占比24%。
直驅(qū)轉(zhuǎn)臺(tái)采用直驅(qū)式永磁力矩電機(jī)，由于機(jī)械傳動(dòng)為零，直接依賴于電機(jī)的機(jī)電性能，在高速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)下具有高定位精度和重復(fù)定位精度，國(guó)內(nèi)機(jī)床企業(yè)如科德數(shù)控在直驅(qū)式永磁力矩電機(jī)實(shí)現(xiàn)自制。
圖表：2021年我國(guó)專用伺服電機(jī)市場(chǎng)63億元
資料來(lái)源：MIR，中金公司研究部
► 編碼器海外高度壟斷，光柵尺為主流應(yīng)用。編碼器被譽(yù)為數(shù)控機(jī)床之眼，在主軸、轉(zhuǎn)臺(tái)、刀架、伺服進(jìn)給均有使用，約占機(jī)床成本2%。通常用于數(shù)控機(jī)床的編碼器測(cè)量精度高于20角秒(注意：1度=60角分=3600角秒)，稱為角度編碼器;而測(cè)量精度低于20角秒的編碼器常用在工業(yè)機(jī)器人、紡織機(jī)、包裝機(jī)等，稱為旋轉(zhuǎn)編碼器。
光柵尺是編碼器的主流應(yīng)用，標(biāo)尺光柵固定，光柵讀數(shù)頭裝在活動(dòng)部件上，通過(guò)輸出數(shù)字脈沖檢測(cè)，具有檢測(cè)范圍大、檢測(cè)精度高和響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)Global Info Research 統(tǒng)計(jì)，2020年我國(guó)光柵尺市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到10.3億元，預(yù)計(jì)未來(lái)8年CAGR為7.0%。目前國(guó)內(nèi)光柵尺市場(chǎng)主要由海德漢(德國(guó))、發(fā)格(西班牙)、雷尼紹(英國(guó))等歐洲品牌主導(dǎo)，市占率達(dá)到90%。
光柵尺可分為絕對(duì)式光柵及增量式光柵，絕對(duì)值光柵將輸出信息與位置信息一一對(duì)應(yīng)，可實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)運(yùn)動(dòng)控制，在五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床應(yīng)用。國(guó)內(nèi)長(zhǎng)春禹衡光學(xué)(奧普光電子公司)是國(guó)內(nèi)首個(gè)打破絕對(duì)值光柵尺技術(shù)企業(yè)，最高分辨力達(dá)2.5nm。
► 金屬結(jié)構(gòu)件：包括工作臺(tái)松開、夾緊機(jī)構(gòu)、工作臺(tái)定位機(jī)構(gòu)等。
圖表：數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)部搭載光柵編碼器
資料來(lái)源：付耀斌等《美國(guó)MicroE圓光柵在數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)和DDR電機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用及特點(diǎn)》(2012)，中金公司研究部
圖表：近兩年長(zhǎng)春禹衡光學(xué)業(yè)績(jī)?cè)鏊購(gòu)?qiáng)勁
資料來(lái)源：Wind，中金公司研究部
中游：規(guī)格多樣，非標(biāo)工具屬性強(qiáng)
數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)可分為單軸及雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)，用于四、五軸使用。1)四軸機(jī)床可實(shí)現(xiàn)除底面外的五面加工，搭配單旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)臺(tái)。2)五軸機(jī)床可實(shí)現(xiàn)一次性360度旋轉(zhuǎn)加工，是加工復(fù)雜曲面，異形件、鏤空打孔，斜切等，搭配雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)、雙擺(角銑)頭、或單擺頭單轉(zhuǎn)臺(tái)。
選用轉(zhuǎn)臺(tái)或擺頭的區(qū)別在于：擺頭直接控制刀具軸線，轉(zhuǎn)臺(tái)直接控制工件空間。直驅(qū)式雙擺頭同樣以直驅(qū)式永磁力矩電機(jī)取代“伺服電機(jī)+機(jī)械傳動(dòng)”，達(dá)到高效刀具轉(zhuǎn)換和刀具定位功能。
圖表：五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床可選擇雙擺、雙轉(zhuǎn)、單擺單轉(zhuǎn)(以AC結(jié)構(gòu)為例)
資料來(lái)源：科德數(shù)控官網(wǎng)，中金公司研究部
數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)參數(shù)多樣，非標(biāo)工具屬性。轉(zhuǎn)臺(tái)有多種性能參數(shù)和機(jī)械參數(shù)，如下表所示。根據(jù)《數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)選型優(yōu)化工具研究與應(yīng)用，2015》，海外數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)企業(yè)已將選型軟件、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)化，而國(guó)內(nèi)意識(shí)較為單薄，多數(shù)依靠粗略描述工況選配轉(zhuǎn)臺(tái)。高效選擇轉(zhuǎn)臺(tái)的數(shù)字化工具成為近幾年產(chǎn)業(yè)界探討的剛需，常見(jiàn)如基于ACCESS的管理模塊等。
理論精度保持壽命8年以上。轉(zhuǎn)臺(tái)精度保持壽命需與機(jī)床壽命保持一致，通常8-10年以上，在機(jī)床全生命周期中，最多需要更換1次左右。
圖表：數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)主要技術(shù)參數(shù)及機(jī)械性能參數(shù)
資料來(lái)源：胡含佳《數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)精度保持性評(píng)價(jià)及試驗(yàn)方法研究》(2020)，中金公司研究部
轉(zhuǎn)臺(tái)精度保持性受內(nèi)外因素影響：1)內(nèi)生：各部件幾何誤差、傳動(dòng)磨損、熱變形、裝配誤差等;2)外生：機(jī)床工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生諸多切屑和切削液堆積，環(huán)境(溫度、振動(dòng)、污染等)對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)精度保持性也有重要影響。根據(jù)《數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)精度保持性評(píng)價(jià)及試驗(yàn)方法研究，2020》，海外數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)精度制造關(guān)鍵技術(shù)嚴(yán)格保密，國(guó)內(nèi)缺乏完整的底層理論支撐。
圖表：數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)精度保持因素匯總
資料來(lái)源：胡含佳《數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)精度保持性評(píng)價(jià)及試驗(yàn)方法研究》(2020)，中金公司研究部
工作環(huán)境苛刻，需定期維護(hù)保養(yǎng)。機(jī)床加工中會(huì)產(chǎn)生廢屑、切削液、熱力堆積在轉(zhuǎn)臺(tái)上，機(jī)床企業(yè)需采取日檢(切削液清潔)、周檢(切屑清除)、月檢提升轉(zhuǎn)臺(tái)壽命。根據(jù)《數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)可靠性分析與提升技術(shù)研究，2018》，國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)臺(tái)維保意識(shí)和系統(tǒng)培訓(xùn)意識(shí)起步較晚，尚未形成系統(tǒng)規(guī)范。
下游：多軸加工興起，2025年國(guó)內(nèi)需求超過(guò)11萬(wàn)臺(tái)
我們預(yù)計(jì)2025年我國(guó)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)需求超過(guò)11萬(wàn)臺(tái)，或存在超預(yù)期可能。
► 五軸前市場(chǎng)：根據(jù)中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)對(duì)會(huì)員單位統(tǒng)計(jì)，2021年我國(guó)五軸加工中心共985臺(tái)。假設(shè)1：由于立式五軸加使用雙轉(zhuǎn)臺(tái)居多，龍門五軸以雙擺頭居多，而臥式/銑車五軸加工中心以單擺單轉(zhuǎn)居多，我們假設(shè)分別給予80%/50%/30%配比轉(zhuǎn)臺(tái)權(quán)重;假設(shè)2：我們提升2021-2025年五軸行業(yè)增速至15%。假設(shè)3：考慮未監(jiān)測(cè)到的市場(chǎng)(包括外資的國(guó)內(nèi)銷量、長(zhǎng)尾市場(chǎng))，給予30%誤差系數(shù)。則我們預(yù)計(jì)至2025年，國(guó)內(nèi)五軸機(jī)床用數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)需求1,813臺(tái)，復(fù)合增速12%。
圖表：我們測(cè)算2021-2025E國(guó)內(nèi)五軸前市場(chǎng)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)增速12%
資料來(lái)源：中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)，中金公司研究部
► 四軸前市場(chǎng)：常見(jiàn)四軸設(shè)備為立(臥)式加工中心。根據(jù)中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)對(duì)會(huì)員單位統(tǒng)計(jì)，2021年我國(guó)五軸以下立式加工銷量3萬(wàn)臺(tái)，五軸以下臥式加工1,462臺(tái)。假設(shè)1：我們假設(shè)2025年行業(yè)立/臥式搭配轉(zhuǎn)臺(tái)比例提升至12%。假設(shè)2：我們維持2022-2025年兩品類增速在8%判斷。假設(shè)3：考慮未監(jiān)測(cè)到的市場(chǎng)(包括外資的國(guó)內(nèi)銷量、長(zhǎng)尾市場(chǎng))，給予30%誤差系數(shù)。則我們預(yù)計(jì)至2025年，國(guó)內(nèi)四軸機(jī)床用數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)需求7,242臺(tái)，復(fù)合增速12%。
圖表：我們測(cè)算2021-2025E國(guó)內(nèi)四軸前市場(chǎng)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)增速12%
資料來(lái)源：中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)，中金公司研究部
► 后市場(chǎng)改造：轉(zhuǎn)臺(tái)并非耗材屬性，我們認(rèn)為后市場(chǎng)誕生于二手機(jī)翻新加裝，但國(guó)內(nèi)二手機(jī)床數(shù)據(jù)基本為黑箱。根據(jù)2020年前瞻產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)估，國(guó)內(nèi)機(jī)床保有量約800萬(wàn)臺(tái)，10年內(nèi)外占比60%，即480萬(wàn)翻新需求。假設(shè)1：金屬切削機(jī)床占比2/3;假設(shè)2：數(shù)控化率取40%;假設(shè)3：改造比例從2021年的5%提升至2025年的8%。
綜合前后市場(chǎng)，我們預(yù)計(jì)2025年行業(yè)總需求11.3萬(wàn)臺(tái)，其中前市場(chǎng)接近萬(wàn)臺(tái)，復(fù)合增速15%。
按驅(qū)動(dòng)方式：百花齊放，新技術(shù)涌現(xiàn)
圖表：機(jī)床數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)傳動(dòng)方式技術(shù)路徑對(duì)比
資料來(lái)源：中國(guó)知網(wǎng)，中金公司研究部
蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)臺(tái)：大扭矩回轉(zhuǎn)加工的主流應(yīng)用
蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)臺(tái)原理：由伺服電機(jī)帶動(dòng)蝸桿旋轉(zhuǎn)，再通過(guò)蝸桿帶動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)。
按消隙結(jié)構(gòu)，可分為雙段式、雙導(dǎo)程、雙蝸桿三類。據(jù)張文博等《幾種數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)進(jìn)給結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)形式，2011》，普通蝸輪蝸桿側(cè)隙精度一般只能達(dá)到0.03-0.08mm，能滿足分度工作臺(tái)需求，但應(yīng)用至數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)，需要額外增加消隙結(jié)構(gòu)。
圖表：蝸輪蝸桿回轉(zhuǎn)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖
資料來(lái)源：《五軸數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)》劉新宇，2009，中金公司研究部
► 雙段式：蝸桿軸將一個(gè)空心蝸桿軸套在蝸桿軸上，形成雙段式結(jié)構(gòu)，分別與蝸輪接觸，從而消除了蝸桿蝸輪之間的間隙，該方式結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單緊湊，能有效控制設(shè)備體積。
► 雙導(dǎo)程：與雙段式的區(qū)別在于，雙導(dǎo)程的左右齒有不同導(dǎo)程，在軸向運(yùn)動(dòng)中消除側(cè)隙。
► 雙蝸桿：兩套蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，使蝸輪在正反方向旋轉(zhuǎn)時(shí)消隙，該方法傳動(dòng)的精度在三種方法中最高，保持性也最佳，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、增大成本。
圖表：三種蝸輪蝸桿數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)消隙方式
資料來(lái)源：《幾種數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)進(jìn)給結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)形式》，張文博，2011，中金公司研究部
蝸輪蝸桿技術(shù)共同性強(qiáng)，適用大扭矩回轉(zhuǎn)加工。1)材料方面，蝸輪主要采用磷青銅，蝸桿采用滲碳鋼;其他傳動(dòng)技術(shù)路徑原料則均為滲碳鋼。相比滲碳鋼，磷青銅硬度更低，加工成熟。2)共用性方面：蝸輪蝸桿也應(yīng)用與電梯、車載等傳動(dòng)場(chǎng)景，技術(shù)遷移較為容易。在五軸加工機(jī)床領(lǐng)域，蝸輪蝸桿也可用于擺角銑頭。
國(guó)內(nèi)蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)臺(tái)代表企業(yè)如煙臺(tái)環(huán)球裝備，以拳頭產(chǎn)品TK16系列數(shù)控立式轉(zhuǎn)臺(tái)為例，采用雙導(dǎo)程設(shè)計(jì)，傳動(dòng)比達(dá)到1:144以上，重復(fù)定位精度6"，配套發(fā)那科/三菱/西門子電機(jī)。
圖表：蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)臺(tái)優(yōu)劣勢(shì)對(duì)比
資料來(lái)源：《蝸輪蝸桿驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)及結(jié)合部參數(shù)識(shí)別》，馬智文，2015，沃迪士精密官網(wǎng)，中金公司研究部
凸輪滾子轉(zhuǎn)臺(tái)：高效率、零點(diǎn)隙、長(zhǎng)壽命
凸輪滾子轉(zhuǎn)臺(tái)(Roller driver)：利用弧面分度原理，工作件由一個(gè)弧面分度凸輪作為輸入軸和一個(gè)轉(zhuǎn)塔作為輸出軸組成，通過(guò)線接觸嚙合，由滾動(dòng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳動(dòng)。
相比于蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)臺(tái)，凸輪滾子有如下特征：1)凸輪滾子用滾動(dòng)接觸代替滑動(dòng)接觸，無(wú)正逆轉(zhuǎn)隙問(wèn)題，減少熱變位;2)高轉(zhuǎn)速下，經(jīng)數(shù)控系統(tǒng)螺距補(bǔ)償&激光干涉測(cè)量后的凸輪滾子精度提升。3)傳動(dòng)效率提升至90%+;4)剛度方面，凸輪滾子由于把整體實(shí)體齒部變?yōu)槎喹h(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)，入力軸及出力軸為滲碳鋼，在分度工作中可承擔(dān)較大切削載荷。
圖表：凸輪滾子和蝸輪蝸桿對(duì)比
資料來(lái)源：沃迪士精密產(chǎn)品手冊(cè)，中金公司研究部
凸輪加工難度高，國(guó)產(chǎn)替代方興未艾。精密凸輪弧面復(fù)雜、材質(zhì)為滲碳鋼，加工門檻較高。國(guó)內(nèi)大部分凸輪滾子轉(zhuǎn)臺(tái)企業(yè)仍依賴從日系進(jìn)口凸輪，終端價(jià)格昂貴。全球滾子凸輪轉(zhuǎn)臺(tái)龍頭為日本SANKYO，1973年SANKYO在日本開發(fā)出凸輪分度器，至此集團(tuán)業(yè)務(wù)圍繞凸輪技術(shù)展開，包括機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)、自動(dòng)化設(shè)備定位、給料機(jī)、工具機(jī)等。
圖表：凸輪滾子示意圖
其他減速轉(zhuǎn)臺(tái)：諧波存在小型加工場(chǎng)景，龍頭企業(yè)跨界
中小型加工機(jī)床如雕刻、鉆銑、打孔等工藝中，轉(zhuǎn)臺(tái)需要滿足高速輸出和低速高精度輸出兩種工作場(chǎng)景。
近三年諧波減速器向機(jī)床跨界較受關(guān)注。諧波減速器常用于中小負(fù)載機(jī)器人，由于傳動(dòng)比大、體積小、背向間隙小等優(yōu)點(diǎn)，國(guó)內(nèi)昊志機(jī)電、來(lái)福諧波、綠的諧波等先后推出諧波減速器數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)，試水機(jī)床領(lǐng)域。
圖表：諧波減速器兼顧傳動(dòng)比
資料來(lái)源：昊志機(jī)電官網(wǎng)，中金公司研究部
諧波減速器技術(shù)創(chuàng)新，有望打造國(guó)際比較優(yōu)勢(shì)。在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，以綠的諧波為代表的龍頭企業(yè)，憑借源頭創(chuàng)新能力，吞食HD、新寶等日資份額。我們認(rèn)為諧波轉(zhuǎn)臺(tái)性能，較大依賴于諧波減速器產(chǎn)品參數(shù)。以綠的諧波2019年開發(fā)的Y系列為例，扭轉(zhuǎn)剛度提升1倍以上，精度保持壽命邁向2萬(wàn)小時(shí)。
行星及RV減速器在數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)存在滲透空間。如六環(huán)傳動(dòng)首創(chuàng)硬齒面漸開線行星齒輪數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)，太陽(yáng)輪、行星輪、內(nèi)齒圈等采用HRC59硬度材料，重復(fù)定位精度2″,具備2,0000h以上精度保持壽命;納博把RV減速器用于五軸數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)及擺頭。
直驅(qū)電機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)：高動(dòng)態(tài)響應(yīng)、高定位精度的前沿選擇
直驅(qū)電機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)(Direct Driver)：力矩電機(jī)直接連接機(jī)械負(fù)載，編碼器對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)角反饋控制。由于省卻機(jī)械減速結(jié)構(gòu)，有效降低傳動(dòng)副帶來(lái)的磨損。與伺服電機(jī)+機(jī)械減速轉(zhuǎn)臺(tái)相比，有高動(dòng)態(tài)響應(yīng)、轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速波動(dòng)小的特性。
DD直驅(qū)轉(zhuǎn)臺(tái)加速替代機(jī)械傳動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)，由供需拉動(dòng)：
► 供給側(cè)：直驅(qū)電機(jī)國(guó)產(chǎn)化。力矩電機(jī)又稱DD馬達(dá)，國(guó)際上具備研發(fā)高速力矩電機(jī)的企業(yè)僅西門子、ETEL等少數(shù)，國(guó)內(nèi)以科德數(shù)控為代表的企業(yè)，自主突破高/低速力矩電機(jī)關(guān)鍵技術(shù)。
根據(jù)科德數(shù)控披露，2008-2021年已開發(fā)70 種規(guī)格力矩電機(jī)，1)高性能低速力矩電機(jī)技術(shù)：轉(zhuǎn)矩范圍 10-31200Nm，轉(zhuǎn)速范圍 0-1600RPM，已通過(guò)格勞博等高端機(jī)床測(cè)試;2)高性能高速力矩電機(jī)技術(shù)：轉(zhuǎn)矩范圍 10-16800Nm，轉(zhuǎn)速范圍0-4000RPM;
► 銑車復(fù)合加工占比提升。車削加工對(duì)于轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速需求顯著高于銑削和鏜削加工，在新能源材料輕薄化拉動(dòng)下，車銑復(fù)合加工需求提升，即立式加工中心及臥式銑車復(fù)合比例拉動(dòng)。
力矩電機(jī)直驅(qū)轉(zhuǎn)臺(tái)制造技術(shù)存在控制、密封防塵、制動(dòng)剎車三個(gè)難點(diǎn)。
► 伺服控制：主控芯片、復(fù)雜控制算法、編碼器監(jiān)測(cè)、反饋器件為主要單元，高可靠性、抗干擾能力、高魯棒性等需要深厚knowhow沉淀。
► 密封防塵：直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子具有永磁性，如果金屬灰塵進(jìn)入轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)部會(huì)吸附到轉(zhuǎn)子上，影響到電機(jī)的性能，因此需要采取迷宮結(jié)構(gòu)和氣密封結(jié)合的方式保證電機(jī)可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。
► 制動(dòng)剎車：由于直驅(qū)電機(jī)和轉(zhuǎn)臺(tái)之間沒(méi)有減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，所以在急停時(shí)可能出現(xiàn)小角度的過(guò)轉(zhuǎn)現(xiàn)象，需要增加鎖緊機(jī)構(gòu)保證準(zhǔn)確定位。
資料來(lái)源：《力矩電機(jī)的高精度伺服控制》，劉锏澤等，2018，中金公司研究部
頭部機(jī)床企業(yè)首選直驅(qū)轉(zhuǎn)臺(tái)技術(shù)。國(guó)內(nèi)科德數(shù)控、北京精雕作為國(guó)內(nèi)高端機(jī)床技術(shù)集大成者，五軸產(chǎn)品全部依靠電機(jī)直驅(qū);海外DMG、米克朗、哈默也大量應(yīng)用直驅(qū)技術(shù)。我們認(rèn)為，頭部機(jī)床企業(yè)的技術(shù)選擇將快速推動(dòng)直驅(qū)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
競(jìng)爭(zhēng)格局：臺(tái)資占主導(dǎo)，本土品牌有待崛起
根據(jù)QY Research統(tǒng)計(jì)，2021年我國(guó)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)市場(chǎng)5.4億美元，同比增長(zhǎng)14%。根據(jù)2021年市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局，CR5集中度56%，均為臺(tái)資企業(yè)，包括旭陽(yáng)國(guó)際、譚興精工等。
► 歐系：定價(jià)高昂，高精尖導(dǎo)向。具備三個(gè)特點(diǎn)：1)引領(lǐng)全球力矩電機(jī)直驅(qū)技術(shù)，1997年德國(guó)Peiseler推出全球首臺(tái)直驅(qū)轉(zhuǎn)臺(tái)，產(chǎn)品規(guī)格覆蓋工作臺(tái)面Φ100mm到Φ8000mm，定位精度均為±3 " (可更高)，重復(fù)定位精度為1 "，瑞士斯塔拉格，米克朗，巨浪等均為核心客戶。2)數(shù)字化趨勢(shì)，如瑞士雷曼數(shù)字模擬轉(zhuǎn)臺(tái)使用狀態(tài)。
► 日系：深耕蝸輪蝸桿及滾子凸輪。代表如日研、津田駒、三共和北川轉(zhuǎn)臺(tái)，主要傳動(dòng)技術(shù)為蝸輪蝸桿和滾子凸輪。日系轉(zhuǎn)臺(tái)價(jià)格較為親民，在中端場(chǎng)景得到規(guī)模應(yīng)用。
► 臺(tái)系：標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，量大面廣。臺(tái)資轉(zhuǎn)臺(tái)商掌握渠道和標(biāo)準(zhǔn)化圖紙能力，占據(jù)絕大部分國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。
鯰魚效應(yīng)，本土品牌有待崛起。我們判斷本土轉(zhuǎn)臺(tái)制造商迎來(lái)行業(yè)格局重塑契機(jī)，主要在于：1)機(jī)床高端化升級(jí)，向四/五軸發(fā)展，催生配套需求。2)上市公司跨界布局，包括綠的諧波、昊志機(jī)電等，引領(lǐng)國(guó)產(chǎn)替代。3)本土產(chǎn)業(yè)鏈合力，一體化行業(yè)發(fā)展呼喚國(guó)內(nèi)供應(yīng)商崛起。
雷曼轉(zhuǎn)臺(tái)：悠久發(fā)展歷史，精益業(yè)務(wù)模式鑄就高質(zhì)量產(chǎn)品
40余年發(fā)展，產(chǎn)品系列不斷拓展，滿足不同需求。雷曼轉(zhuǎn)臺(tái)從1960年開始轉(zhuǎn)臺(tái)生產(chǎn)，并于1974年推出第一臺(tái)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)產(chǎn)品HUST，隨后公司不斷拓展產(chǎn)品系列，目前公司轉(zhuǎn)臺(tái)產(chǎn)品可覆蓋的功率范圍其他產(chǎn)品需要雙倍數(shù)量才能夠達(dá)到。由此雷曼轉(zhuǎn)臺(tái)產(chǎn)品能夠有效降低機(jī)床供應(yīng)商存貨數(shù)量，提升交付周期，因此雷曼轉(zhuǎn)臺(tái)成為各機(jī)床制造商首選供應(yīng)商之一。
模塊化設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)臺(tái)產(chǎn)品可快速改裝提供多種解決方案。雷曼轉(zhuǎn)臺(tái)包含20多種標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)，包含不同夾緊方式供客戶選擇，再通過(guò)模塊系統(tǒng)combiFlex將標(biāo)準(zhǔn)元件進(jìn)行協(xié)調(diào)提供多種解決方案。目前轉(zhuǎn)臺(tái)供應(yīng)商中僅雷曼擁有完整模塊化產(chǎn)品矩陣，為雷曼提供獨(dú)有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
圖表：雷曼轉(zhuǎn)臺(tái)可搭配模塊案例
資料來(lái)源：雷曼官網(wǎng)，中金公司研究部
標(biāo)準(zhǔn)化接口，轉(zhuǎn)臺(tái)產(chǎn)品和夾具實(shí)現(xiàn)即插即用。雷曼轉(zhuǎn)臺(tái)和AMF、羅姆希特、愛(ài)路華等20多家?jiàn)A具制造商緊密合作，推動(dòng)夾具接口和轉(zhuǎn)臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)化，使得大量特殊解決方案通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品快速實(shí)現(xiàn)，且具備遠(yuǎn)程故障診斷功能。
圖表：雷曼轉(zhuǎn)臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)化接口
資料來(lái)源：雷曼官網(wǎng)，中金公司研究部
圖表：雷曼轉(zhuǎn)臺(tái)合作的夾具廠商
資料來(lái)源：雷曼官網(wǎng)，中金公司研究部
可靠性全球領(lǐng)先。以DD直驅(qū)轉(zhuǎn)臺(tái)為例，雷曼轉(zhuǎn)臺(tái)具有以下特點(diǎn)：1)轉(zhuǎn)速高：其他廠家轉(zhuǎn)臺(tái)車削、磨削和滾刀剝皮的轉(zhuǎn)速平均為150-400RPM，雷曼轉(zhuǎn)臺(tái)可達(dá)到2000-5400RPM的高轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)高達(dá)100%的占空比和良好的熱穩(wěn)定性;2)特種密封技術(shù)：連續(xù)作業(yè)熱量產(chǎn)生低，延長(zhǎng)轉(zhuǎn)臺(tái)使用壽命;3)為極高轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)的軸承：雷曼轉(zhuǎn)臺(tái)的主軸軸承與徑向支撐軸承相搭配使用，可實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速、高穩(wěn)定性運(yùn)轉(zhuǎn)和最佳的傾斜力矩;4)控制更靈活：其他廠家轉(zhuǎn)臺(tái)通常配備1個(gè)CNC型號(hào)，雷曼轉(zhuǎn)臺(tái)可配備4個(gè)CNC型號(hào);5)抗沖擊性強(qiáng)：其他廠家轉(zhuǎn)臺(tái)承受扭矩通常為200-700Nm，雷曼轉(zhuǎn)臺(tái)可承受800Nm扭矩。
圖表：雷曼轉(zhuǎn)臺(tái)與其他廠商DD直驅(qū)轉(zhuǎn)臺(tái)產(chǎn)品性能對(duì)比
資料來(lái)源：雷曼官網(wǎng)，中金公司研究部
德川轉(zhuǎn)臺(tái)：聚焦轉(zhuǎn)臺(tái)，獨(dú)創(chuàng)一體化鑄件加工
專精轉(zhuǎn)臺(tái)生產(chǎn)，積極引進(jìn)海外生產(chǎn)設(shè)備。德川在2006年成立于中國(guó)臺(tái)灣，從初創(chuàng)至今公司始終專注于數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)生產(chǎn)。2014年后，德川積極引進(jìn)來(lái)自歐洲和日本的先進(jìn)質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備，包括蝸輪蝸桿嚙合檢測(cè)機(jī)、CNC高精密齒輪測(cè)量?jī)x等設(shè)備，提升傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)精度。
圖表：德川轉(zhuǎn)臺(tái)技術(shù)引進(jìn)歷史
資料來(lái)源：德川官網(wǎng)，中金公司研究部
獨(dú)創(chuàng)轉(zhuǎn)臺(tái)一體化加工，有效解決直驅(qū)轉(zhuǎn)臺(tái)剛性問(wèn)題。德川電機(jī)直驅(qū)轉(zhuǎn)臺(tái)采取一體化鑄件加工的生產(chǎn)方式，從而減少分離部件，提升結(jié)構(gòu)剛性。而傳統(tǒng)直驅(qū)轉(zhuǎn)臺(tái)鑄件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此剛性差，慣量高，不適合高速加工。通過(guò)轉(zhuǎn)臺(tái)一體化加工技術(shù)，德川電機(jī)直驅(qū)轉(zhuǎn)臺(tái)能夠應(yīng)用于部分重負(fù)載加工場(chǎng)景，下游需求顯著提升。
圖表：德川電機(jī)直驅(qū)轉(zhuǎn)臺(tái)一體化鑄件
資料來(lái)源：德川官網(wǎng)，中金公司研究部
圖表：德川直驅(qū)轉(zhuǎn)臺(tái)剛性顯著優(yōu)于其余產(chǎn)品
資料來(lái)源：德川官網(wǎng)，中金公司研究部
深耕關(guān)鍵零部件自制。德川自制的關(guān)鍵零部件獨(dú)家核心技術(shù)包括：1)一體式高剛性主軸：其他廠家主軸壁較薄，德川的主心軸與軸承采用一體化設(shè)計(jì)，軌道承靠面更厚、結(jié)構(gòu)剛性更高。2)材料專利：如德川蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)臺(tái)采用專利耐磨耗合金銅材質(zhì)，耐磨耗率為傳統(tǒng)蝸輪的260%。3)夾持力優(yōu)異：德川獨(dú)家專利的倍力雙活塞結(jié)構(gòu)，在有效空間內(nèi)將活塞作用面積提升約2倍，提升了剎車夾持力。
科德數(shù)控：五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床龍頭，高性能轉(zhuǎn)臺(tái)技術(shù)優(yōu)異
科德數(shù)控現(xiàn)有三大主營(yíng)業(yè)務(wù)，數(shù)控系統(tǒng)、五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床、核心零部件，是中國(guó)本土具備完整產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)的五軸聯(lián)動(dòng)龍頭。
2008年至今，公司已開發(fā)70 種以上規(guī)格力矩電機(jī)。1)高性能低速力矩電機(jī)技術(shù)：轉(zhuǎn)矩范圍 10-31200Nm，轉(zhuǎn)速范圍 0-1600RPM，已通過(guò)格勞博等高端機(jī)床測(cè)試;2)高性能高速力矩電機(jī)技術(shù)：轉(zhuǎn)矩范圍 10-16800Nm，轉(zhuǎn)速范圍0-4000RPM;
轉(zhuǎn)臺(tái)擺脫進(jìn)口依賴，有望打造遠(yuǎn)期第二成長(zhǎng)曲線。科德數(shù)控在數(shù)控系統(tǒng)、力矩電機(jī)、磁感式絕對(duì)值編碼器等關(guān)鍵零部件上都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)自制。
圖表：科德數(shù)控核心技術(shù)開發(fā)過(guò)程
資料來(lái)源：科德數(shù)控公司公告，中金公司研究部
綠的諧波：跨界數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)，產(chǎn)品譜系擴(kuò)充
機(jī)器人諧波減速器龍頭，向機(jī)電一體化發(fā)展。公司2021年?duì)I業(yè)收入4.43億元，機(jī)電一體化占比5%。按照下游分布，數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域2,360萬(wàn)元，營(yíng)收同比增長(zhǎng)231.6%。
四五軸數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)序列完善。綠的諧波轉(zhuǎn)臺(tái)采用國(guó)內(nèi)首創(chuàng)高精度、高剛性三次諧波減速器Y系列，配合直驅(qū)電機(jī)，傳動(dòng)效率提升至80%以上。2022 H1，公司推出新品——搖籃五軸轉(zhuǎn)臺(tái)，在后市場(chǎng)進(jìn)展積極。
圖表：綠的諧波數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)序列
資料來(lái)源：公司官網(wǎng)，中金公司研究部
圖表：2021年綠的諧波下游營(yíng)收(單位：百萬(wàn)元)
資料來(lái)源：公司官網(wǎng)，中金公司研究部
投資主線：關(guān)注需求修復(fù)、國(guó)產(chǎn)化、技術(shù)更迭
投資建議上，我們建議把握需求修復(fù)、國(guó)產(chǎn)化、技術(shù)更迭三個(gè)主線。
風(fēng)險(xiǎn)提示：
1)經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇不及預(yù)期：數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)與金屬切削需求緊密相關(guān)，若經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇不及預(yù)期，則行業(yè)需求面臨承壓風(fēng)險(xiǎn)。
2)企業(yè)跨界發(fā)展不及預(yù)期：數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)為高度專業(yè)化的非標(biāo)市場(chǎng)，需要用戶案例積淀。
來(lái)源： 中金點(diǎn)睛
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