农业现代化是国家现代化的基础和支撑,在协同推进工业化、城镇化、信息化和农业现代化当中,农业现代化仍然是建设社会主义现代化国家的最大短板。农业机械化是农业现代化的中心环节,是推进农业现代化的必由之路。因此,加快实现我国农业生产的机械化,尤其是粮食生产的全程机械化,对于保障中国粮食安全,更好地协同推进工业化、城镇化、信息化和农业现代化,建设社会主义现代化强国具有重要意义。本文利用多边形面积法改进了粮食作物生产综合机械化率的计算方式,采用象限图、第二泰尔指数和Moran’s I指数等方法,分析了我国水稻、小麦和玉米三大主粮生产机械化水平的时空演进规律,运用2003-2018年我国大陆31个省区的面板数据,采用计量经济模型分析了影响主粮生产机械化的关键因素,研究结果表明:（1）2003-2018年我国主粮生产机械化率增长迅速,由38.03%提升到77.35%,三大主粮生产的机械化水平表现为小麦>玉米>稻谷,机械化发展速度则呈现出稻谷>玉米>小麦的变化特征;小麦的机耕、机播和机收3个机械化环节较为协调,稻谷和玉米则存在薄弱环节,分别为机播和机收环节。（2）将我国各省主粮生产机械化发展类型划分为领军型、发展型、滞后型和低速型四大类,其中领军型和低速型的省域多数位于平原地区和地广人稀的地区,发展型和滞后型省域多数位于西南山区和中部、东南部的丘陵地带。2013-2018年,主粮生产机械化发展水平较低的省份大部分都拥有较高的增长速度,仅海南省发展速度较低。（3）研究期内,东部、中部和西部三大地区主粮生产综合机械化率的均值分别为69.34%、64.69%和39.34%,呈现出明显的东部>中部>西部变化特征,其中东、中、西三大区域的区域内差异是全国主粮生产机械化差异的主要来源,尤其以西部地区内部各省域的差异明显。（4）农民人均可支配收入、户均耕地面积对主粮生产的综合机械化化具有明显的正向驱动作用。小麦种植比例和地表相对平整系数的提高也有利于主粮生产综合机械化率的提升。