在全球制造业数字化转型与“双碳”战略深度耦合的新格局下，新能源汽车快速发展并进入全面市场化阶段。根据国际能源署（international energy agency，IEA）2023年报告，我国已占据全球新能源汽车产量的62%，这种爆发式增长对汽车制造技术提出双重挑战，既要满足轻量化车体的精密加工需求，又要适应电驱系统的高效制造要求。作为支撑汽车先进制造技术的关键核心装备，高端数控机床的加工能力直接决定着新能源汽车制造体系的迭代速度，其技术突破已成为新能源汽车行业高质量发展的关键着力点。

新能源汽车的车身、底盘以及动力总成结构相较于传统燃油汽车发生了显著变化，取消了发动机、变速箱等传统零部件，增加了动力电池系统、电机系统、电控系统（简称三电系统）。新能源汽车动力总成关键零部件制造技术、新能源汽车一体化压铸技术、智能底盘制造技术等新能源汽车先进制造技术对高端数控机床提出了新的需求，整车架构的颠覆性变革已形成对制造装备的倒逼机制。

本研究聚焦新能源汽车先进制造技术对高端数控机床的技术需求，通过多源数据采集与深度文献挖掘，融合产业链实地调研与专家咨询，系统梳理了国内外高端数控机床的技术演进、核心性能及产业现状，并为新能源汽车专用数控机床装备的高质量发展提供策略建议。

1  新能源汽车和数控机床行业现状分析

1.1  新能源汽车进入高质量发展快车道

2024年中国新能源汽车产销量首次突破1000万辆，产销分别完成1 288.8万辆和1 286.6万辆，同比分别增长34.4%和35.5%，市场渗透率达到40.9%（数据来源：中国汽车工业协会），提前达成《新能源汽车产业发展规划（2021－2035年）》中2025年20%渗透率的目标，如图1所示。未来几年，新能源汽车将逐渐成为汽车产品主流，渗透率有望超过50%。

图1 2009~2024年我国新能源汽车累计市场推广量及渗透率情况

1.2  新能源汽车关键零部件制造方式发生变革

新能源汽车特有的三电系统以及对轻量化属性的更高需求促使零部件种类、零部件结构、材料体系和制造模式发生了颠覆性转变，进而推动制造装备的转型升级。动力系统从传统内燃机向电驱动转型过程中，零部件种类和数量都发生了根本性变化，导致传统金属切削类机床装备需求缩减，同时复杂成形工艺的零部件比例提升，催生对专用智能装备的迫切需求。随着一体化压铸技术的快速兴起，新能源汽车零部件呈现出大型化、一体化、异型化的新特点，推动制造装备向集成度更高、柔性更强、效率更优的方向发展。材料应用体系由传统钢材为主转向高强钢、铝合金及复合材料等多材料协同应用，亟待突破面向新型材料特性的专用加工设备技术。制造模式向智能化、绿色化、柔性化方向演进，对机床装备的数字化水平、网络协同能力和智能决策功能提出了更高要求。

1.3  数控机床行业迎来新的机遇和挑战

中国机床行业十余年占据全球第一生产和第一消费大国的席位。中国机床工具工业协会数据显示：2023年，中国制造的机床产值占全球机床总产值的32.1%，中国机床消费额占全球机床消费总额的32.5%。中国机床制造业虽然规模庞大，但仍面临大而不强的困境，“不强”主要体现在应用于汽车制造领域的大部分国产机床多位于中低档，用于高端制造的高档数控机床整体发展水平、发展速度较为滞后、发展基础较为薄弱，汽车领域进口依赖程度仍然较高。低端和中端数控机床装备国产化率已经分别超过80%和65%，但高端数控机床的国产化率已不足10%，汽车领域高质量发展仍需关注高端装备断供风险。此外，我国机床行业核心零部件对外依存度较高，数控机床整机配套的高档数控系统、核心功能部件大量依赖进口，根据中国机床工具工业协会的数据，国产高档数控系统、电主轴、滚动功能部件等核心系统部件自给率不足10%。因此，提高国产数控机床制造水平，加快国产数控机床功能部件产业化进程至关重要。

新能源汽车的快速发展对汽车制造技术提出新的要求，其中高端数控机床作为支撑汽车先进制造技术的关键核心制造装备，是关系汽车行业制造水平及能力的关键要素之一。随着我国新能源汽车行业的快速渗透，带动了行业上下游实现国产化突破，其中数控机床约占汽车制造装备投资的50%，汽车行业占机床消费市场超过40%，整车生产制造关键环节包括电驱动、动力电池、悬架、制动等70%的关键零部件主要依靠数控机床完成加工制造。新能源汽车产能爆发，特别是纯电动汽车已经走在世界汽车产业发展的前列，使得数控机床成为汽车产业升级的核心载体，为国产高端数控机床的发展提供了重要机遇期。

2  新能源汽车对机床行业制造技术需求分析

汽车制造涉及的链条长，包括资源开采、材料加工、零部件生产、汽车组装等，属于离散型制造行业。目前，典型的整车制造流程包括冲压（成形）、焊接（连接）、涂装、总装等，工序流程如图2所示。

图2 汽车整车及零部件制造典型流程

新能源汽车较传统燃油车在结构上发生重大变化，以动力总成（电机、电池、电控）为代表的核心零部件从制造工艺和关键装备上与传统动力系统的零部件有着明显的区别。纯电动汽车与传统燃油车制造技术和关键装备的区别主要集中在车身、底盘以及三电系统典型零件上，依据新能源汽车结构将汽车用机床装备分类如图3所示。为匹配新能源汽车的高质量发展的需求，部分关键零部件的精密制造需针对性开发兼具高精度、高效率、高可靠性，以及智能化、柔性化、绿色化特性的专用数控机床装备。由于汽车产品的多样性，不同生产工艺和典型零部件对机床性能要求有所不同。因此，需梳理新能源汽车领域高档数控机床的应用场景，精准识别现阶段机床装备在供给体系中存在的技术瓶颈，针对性地提出面向产业升级所需的技术发展路径与制造装备技术创新发展方向。

图3 车身、底盘和三电系统机床需求总览

2.1  车身系统

车身系统主要结构包括上车体、下车体、开闭件以及车身附件。车身系统的典型零件类型包括板类、梁类、复杂结构类等，其中板类零件多采用冲压成形工艺，梁类零件多采用冲压、辊弯、挤压成形等工艺，复杂结构采用铸造成形工艺。目前的典型零件制造工艺与制造装备如表1所示。新能源汽车车身与电池、底盘一体化设计趋势明显，车身用材体系更加多样化。因此，新能源汽车的制造装备和工艺也将更加多样化，新能源汽车车身用铝量不断提升，同时受集成化影响，车身零件尺寸不断增加，对压铸工艺的需求增长尤为明显。压铸后的机械加工对于加工中心的尺寸、刚度、加工效率、柔性和可靠性也将提出更高的要求，需要开发专用的加工中心。

2.2  底盘系统

底盘系统主要包括悬架系统、制动系统、转向系统、传动系统等。随着新能源汽车三电技术的发展，底盘系统结构趋向一体化、集成化、电动化、智能化，对新能源汽车底盘零件的制造装备和工艺提出了更高的要求。底盘零件采用更多的新材料，如铝合金、镁合金、复合材料等，相较于车身零件，底盘零件尺寸普遍较小，但是加工量大且零件种类多，因此对于加工效率和柔性化需求高。底盘零件多采用铝合金锻造、铸造成形工艺，典型零件制造工艺与装备如表2所示。

2.3  三电系统

三电系统作为构成新能源汽车与传统燃油车最显著差异的技术模块，涵盖动力电池系统、电驱动系统及整车电控系统三大核心系统。其核心组件如电机在结构设计上与传统动力部件存在本质性差异，电机铁芯的冲压叠装工艺面临更高成型精度要求，转子的动平衡加工需突破传统工艺极限，同时主轴、齿轮箱及外壳等关键部件对加工精度与效率提出更严苛标准。为优化整车空间布局与能量传递效率，行业普遍采用电机-减速器-控制器集成化的多合一电驱系统，这种技术演进使得壳体结构的集成化设计与尺寸扩张，使得高端五轴加工中心的应用需求增加。动力电池作为新能源汽车能量中枢，其电芯端板、水冷板等微型精密部件呈现小批量、高一致性特征，对高速精密加工装备依赖度提升；而电池框架类大型构件因投影面积大，需适配冲压、铣削及多轴复合加工等工艺组合。随着全球动力电池产能的持续提升，冲床、铣床以及多轴复合加工中心的市场需求呈现显著增长态势，典型三电系统零件的制造工艺和装备需求如下表3所示。

2.4  加工装备技术指标

新能源汽车用数控机床的核心特点在于高精度、高效率、高可靠性与轻量化材料适配性。通过严格的定位精度和热管理确保电池壳体、电机等关键零部件的精密加工，针对铝/镁合金等轻量化材料特性，优化挤压压力控制、辊压成型速度，实现轻质部件的高效制造。结合新能源汽车不同零部件制造对机床装备的需求，按照成形机床和金属切削机床两类归纳总结了典型装备具体的精度指标、加工效率及可靠性指标，如表4所示。

3  新能源汽车领域高端数控机床发展现状及存在问题

新能源汽车高端数控机床发展有进展也存在不足。成形机床部分装备国产化率提升，压铸装备领先，金属切削机床中低端整机基本国产化。但高端机床整机稳定性与可靠性欠佳，专用复合机床少，信息化数字化程度低，此外核心系统部件上，中端数控系统差距缩小，但高端数控系统在软件、运行时间、核心技术与国外差距大，高档功能部件研发滞后依赖进口。

3.1  数控机床整机现状及存在问题

3.1.1  成形机床发展现状

目前，我国汽车主机厂及零部件企业应用的成形工艺主要以冲压、铸造、锻造为主。根据重点企业调研和中国锻压协会数据统计，大型多工位机械压力机国产化率达50%以上，热成形生产线国产化率超过40%。间接热成形生产线虽仍以国际品牌为主导，但国产装备已实现技术突破，内高压成形机国产化率达70%以上，精冲装备国产化率40%以上，高速精密压力机和深拉深自动冲压线仍被海外厂商主导。在锻造领域，国内领军企业通过冷温锻技术升级深度融入全球产业链，工艺水平已实现与国际先进标准接轨，挤压机国产化率突破40%门槛。值得注意的是，压铸装备领域呈现跨越式发展，国产大吨位压铸机在锁模力、压射精度等核心指标上达到国际领先水平，整机产业链自主化率超过90%，尤其在新能源汽车一体化压铸领域形成显著竞争优势。

3.1.2  金属切削机床发展现状

汽车行业关键核心部件（如车身、底盘、三电系统等）需经过精密机械加工获得最终尺寸，涉及车床、铣床、磨床、拉床、镗床、钻床、滚齿机、插齿机、磨齿机、珩磨机及各类加工中心等十余种加工装备。根据重点企业调研结果显示，中低端车床、铣床、磨床、镗床等机床整机已实现国产化替代，但在专用装备领域，电机、电池壳体类零部件配套的加工中心国产化率仍低于20%，一体化压铸结构件用加工中心国产化率不足30%，轴齿轮类精密零部件所需的高精度内外圆磨床、精密高速磨齿机等核心设备国产化率不足5%。

综合来看，国产化高端数控机床目前的主要问题表现在以下3个方面：①各类整机不同程度实现国产化替代，但在稳定性和可靠性方面仍有不足，需要进一步提升无故障时间、精度保持时间等指标；②新能源汽车专用的复合机床品类不足，无法满足如电池托盘、大型一体化车身零件复杂的加工需求；③国内装备处于数控化、自动化阶段，信息化和数字化程度有待提高，难以适应轻量化、个性化、柔性化制造的需求。

3.2  数控机床核心系统部件发展现状及存在问题

数控机床核心部件主要包括机床主体、传动系统、数控系统3大部分。其中机床主体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，传动系统包括刀具、传动机械（滚珠丝杠副、直线导轨副和蜗轮蜗杆副等）、辅助动力系统（液压系统和启动系统）；数控系统包括驱动装置（主轴、电机等）和控制及检测装置（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）。

在国内中端数控系统市场中，华中数控、广州数控占据大部分市场份额，与国际主流产品相比，在功能、性能和可靠性等方面差距逐步缩小。在高端数控系统领域，国内技术水平仍存在显著提升空间，主要体现在3个方面：

（1）国内CAE、CAM等研发设计类工业软件与国外差距较大，国内CAD软件虽在二维工程制图领域实现功能对等，但在三维建模精度、多物理场耦合仿真等CAE能力，以及复杂曲面CAM加工算法方面与国外产品仍存在代际差距，多数企业仍依赖国际厂商提供的功能阉割版免费软件。

（2）国内高档数控系统平均故障间隔时间（mean time between failures，MTBF）这一核心指标与国外差距显著。国外知名高档数控系统的MTBF可达50000 h以上，而国产数控系统一般在30000h左右。

（3）国产高端五轴数控系统尚未完全攻克五轴联动旋转刀具中心点动态补偿（rotational tool center point dynamic compensation，RTCP）核心技术。

多年来，我国机床行业长期处于“重主机轻配套”的发展状态，导致高端数控机床关键功能部件的研发严重滞后于机床整机的发展，包括电主轴、滚珠丝杠副、直线导轨副、精密转台等。由于基础材料、结构设计、加工工艺上的差距，国产高档功能部件的档次及数量均难以批量稳定地满足主机配套要求。国产机床为了满足用户提出的设计指标和可靠性要求，特别是高端数控机床，只能采用进口功能部件，因此，高档功能部件需求基本被德国、日本、瑞士、美国等国外企业占据。

4  面向新能源汽车制造的高端数控机床发展建议

新能源汽车产业发展势头迅猛，机床行业应抓住这一关键历史时期，直面短板问题，夯实产业根基，充分发挥我国新能源汽车产业优势资源，推动产业链上游高端数控机床的协同创新。基于国产高端数控机床发展现状和存在问题，从政府、行业和企业3个层面提出国产高端数控机床高质量发展的对策建议。

4.1  政府层面

启动国家各类科技计划之间接续衔接。基于高端数控机床行业的特点，完善对基础性、前沿性科学研究和共性技术的支持机制，适时启动各类重点研发计划、科技重大专项的接续工作，专项之间有相互的继承和迭代。项目由下游用户牵头，提出亟待解决的技术需求，重点提升我国新能源汽车行业高端数控机床的自主可控和持续创新能力。聚焦在高效、精密、可靠性、精度保持性及制造装备智能化等方面，注重研究成果在用户企业应用，在配套政策支持下，进一步巩固创新成果、提升经济效益。

制定配套的政策体系及人才培养机制。优化国家科技成果或国产高端数控机床的采购政策体系，鼓励国资企业使用国家科技成果、优先采购国产数控机床，并给予企业一定比例的税费补贴，减轻制造业企业的负担和经营成本。注重数控机床行业学科建设和人才培养。教育部门要结合技术发展现状，不断调整和优化学科建设方向和方案，培养更多行业亟需的高端复合型技术人才，在学科评估、人才选拔、人才培养的各项指标方面，倡导注重实效、解决亟需。通过科研实践培养勇于创新、善于创新、献身实业的工程技术人才，加强论文、专利等研究成果的工程化导向，提升企业关注知识产权布局促进科技创新，以高水平多层次人才推动技术发展，不断促进新工艺、新装备的产业化应用。

4.2  行业层面

建设汽车用高性能机床共性技术研发验证和推广应用平台。为了弥补高端数控机床在汽车领域应用的系统性不足，行业有基础的单位可联合产学研用相关单位加快建设汽车专用的高端数控机床共性技术研发验证和推广应用平台，在平台作用下，发挥各方优势，充分建立汽车行业和机床行业之间的高效研发与应用协同，组织全产业链协同创新、技术攻关，建立上游-中游-下游分工合作、利益共享的产业链组织新模式。

打造汽车行业与机床行业技术创新与人才交流的服务平台。以中国汽车工程学会、中国机床工具工业协会、数控机床产业技术创新战略联盟等为代表的行业学会、协会、科研机构等要联合打造汽车与机床技术交流平台，通过组织多样化的技术研讨活动，促进机床和汽车两个行业协同创新，充分对接汽车行业对高端数控机床的发展需求，及时了解掌握并持续应用国产机床最新的装备技术与成果。

提升标准化能力研制汽车用高端数控机床的评价标准体系。联合产业链上下游企业加快研制高端数控机床在新能源汽车领域应用的评价标准体系，量化高端数控机床在汽车生产阶段应用的评价指标，通过标准化手段，缩短汽车用国产高端数控机床研发和应用周期，加快汽车用高性能机床先进科技成果、经验和模式的复制和推广。

4.3  企业层面

以新能源汽车及关键零部件为突破口，加强汽车与机床装备行业的协同研发。国内新能源汽车的发展对机床行业带来了新的需求和增长动力，机床企业必须通过自主创新满足新能源汽车市场对高端数控机床的需求，以新能源汽车关键零部件为重点，特别是要率先突破一体化压铸、三电等新兴技术和增量机床的应用验证，带动机床行业逐步解决结构性陷阱和性能可靠性等问题。在此基础上，分步推进扩大传统技术和机床国产化比例，尽快补齐短板，以市场优势锻造长板。机床研发企业要加强对汽车产品的工艺研究，不断积累现场工程化使用数据，形成正向设计、以研的科学技术创新模式，不断加快技术迭代。

汽车企业积极响应政策的指引，不断提高国产高端数控机床的应用验证比例。汽车企业要充分响应国家政策指引，深度参与科技计划或专项研究工作，协同上游的机床企业开展技术攻关。同时，牵头编制各类国产高端数控机床在新能源汽车领域应用的评价标准，在实际产品生产过程中增加对国产高端数控机床的使用比例。

5 结语

国内新能源汽车的爆发式增长给机床行业带来了新的应用场景和增长点，同时，也要认识到国产高端机床装备在整机可靠性和稳定性以及关键核心部件等方面与国外先进水平仍有差距。本文通过系统分析新能源汽车关键零部件加工制造对机床制造技术的需求，从推动汽车和机床两个产业高质量发展的角度提出了针对性的对策建议，尤其对于推动机床行业的技术水平提升有现实的参考意义。

【免责声明】本文系转载，作者：宋涛^①，苏铮^②，王利刚^①③，李天稳^①，刘阔^②，李丽^②④；单位：①中国汽车工程学会；②工业和信息化部产业发展促进中心；③郑州大学橡塑模具国家工程研究中心；④清华大学；版权归原作者所有，仅用于技术/信息分享，非商业用途！若有涉侵权等告知，将及时删除，感谢关注！