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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
- 2024-01-03 10:10:55上传人：ta**ft
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本周观点关注MR主题投资机会。苹果VisionPro将于24年1月正式发售，我们认为，VisionPro虽然目前出货量预期不高，但有望成为MR标杆性产品，科技巨头的入局有望促进行业发展，加之预计24年Meta等公司有望发布MR新机型，硬件持续迭代中，硬件与内容发展相辅相成，内容生态有望随硬件渗透而繁荣，建议关注相关标的。AI方向，关
- 1. 磨床为精加工而生，技术壁垒较高
- 1.1 常见磨床以外圆磨床、内圆磨床、平面磨床为主
- 1.1.1 外圆磨床
- 1.1.2 内圆磨床
- 1.1.3 平面磨床
- 1.2 磨具为磨床加工核心耗材，包含砂轮、磨头、油石、砂瓦等
- 1.3 磨床在高精度、高速追求下具有较高技术壁垒
- 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
- 2.1 海外企业发展成熟，形成 “大而全 ”、 “小而美 ”不同定位
- 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
- 2.3 22 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 3. 投资建议
- 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
- 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
- 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
- 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
- 3.5 华中数控：磨削数控系统可用于丝杠螺纹磨削
- 3.6 科德数控：工具磨、叶尖磨技术实力国内领先
- 4. 风险提示
- 图表 1： 金属切削机床主要分类
- 图表 2： 金属切削加工根据工件 /刀具相对运动关系的分类
- 图表 3： 磨削加工主要通过砂轮等实现材料去除
- 图表 4： 磨床以外圆磨、内圆磨、平面磨为主
- 图表 5： 外圆磨主要加工方式
- 图表 6： 外圆磨床结构
- 图表 7： 主要内圆磨削方式
- 图表 8： 内圆磨砂轮通常直径较小，整体加工难度更高
- 图表 9： 内圆磨床主要结构
- 图表 10 ： 平面磨床主要磨削方式
- 图表 11 ： 立式平面磨床结构
- 图表 12 ： 卧式平面磨床结构
- 图表 13 ： 磨具由磨粒、气孔、结合剂组成
- 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
- 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）
- 图表 16 ： 精密磨床加工精度可达微米级，技术难度较高
- 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
- 图表 18 ： 磨床用丝杠可达到 C0 级（数字越小精度越高）
- 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
- 图表 20 ： 实现超高速磨削对磨床性能要求较高
- 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
- 图表 22 ： PSS 集团有能力为多个行业提供全套解决方案
- 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
- 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。
- 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%
- 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%
- 图表 27 ： 三井精机工厂建设坚固地基以减少振动影响
- 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
- 图表 29 ： 三井精机 “Kisage ”工艺追求更高加工精度
- 图表 30 ： 三井精机使用 “三面摩擦 ”的方式创造平面
- 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
- 图表 32 ： 截至 20 年 8月中国磨床专利数量已达全球领先
- 图表 34 ： 国产磨床与进口磨床进行刀具加工性能较为接近
- 图表 35 ： 22 年中国磨床进口额 8.35 亿美元
- 图表 36 ： 磨床进口均价远高于出口均价
- 图表 37 ： 国内磨床企业收入体量较小，未来有较大成长空间
- 图表 38 ： 23 年工业母机政策支持力度进一步加大
- 图表 39 ： 磨削滚珠丝杠加工工艺复杂
- 图表 40 ： 丝杠粗加工有多重工艺
- 图表 41 ： 磨制丝杠加工主要工序工时
- 图表 42 ： 磨削工艺约占磨制工序 39% 工时
- 图表 43 ： 滚珠丝杠主要包括螺母、丝杠轴两大部分
- 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
- 图表 45 ： 内螺纹磨床结构
- 图表 46 ： 丝杠螺母内螺纹加工方式
- 图表 47 ： 砂轮回转面与滚道螺旋面接触对应关系
- 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
- 图表 49 ： 螺纹磨床加工示意
- 图表 50 ： 丝杠外滚道加工示意
- 图表 51 ： 头部企业在精加工环节多使用进口设备
- 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%
- 图表 53 ： 秦川机床扩产部分进口设备单价可上千万
- 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
- 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
- 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
- 产品具有较强竞争力
- 图表 59 ： 目前钛合金材料已经在手机厂商中持续推广
- 图表 60 ： “三明治 ”结构，中间为手机中框
- 图表 61 ： 手机中框示意图
- 图表 62 ： 手机中框使用材料对比
- 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
- 图表 64 ： 典型抛光硅片制作工序包含多个磨抛环节
- 图表 65 ： 硅棒截断后需使用外圆磨床进行处理
- 图表 66 ： 切片后的硅片倒角处理也需要使用磨床
- 图表 67 ： 硅片双面研磨处理（通常用于小硅片）
- 图表 68 ： 硅片表面磨削处理（通常用于大硅片）
- 图表 69 ： 硅片单面抛光示意
- 图表 70 ： 抛光通常采用 CMP 设备
- 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
- 图表 72 ： 汽车碳化硅渗透率有望大幅提升
- 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
- 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
- 图表 75 ： 重点公司盈利预测
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 图表 81 ： 宇环数控碳化硅多功能滚圆磨床
- 图表 82 ： 宇环数控 CMP 设备
- 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
- 图表 84 ： MCM 卧式加工中心
- 图表 85 ： MCM 柔性制造系统
- 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
- 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
- 图表 88 ： 华中数控 HNC -808DG 磨削数控系统
- 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
- 图表 90 ： 科德数控五轴工具磨削中心
- 图表 91 ： 科德数控铣磨复合加工设备
- 图表 92 ： 科德数控高速叶尖磨削中心单价可上 1000 万元
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