“人形机器人的Optimus时刻”系列（八）：丝杠：大水之中，必有大鱼

机械2024年06月17日 “人形机器人的Optimus时刻”系列（八） 推荐 （维持） 丝杠：大水之中，必有大鱼 ❑丝杠：直线运动转换元件，下游助推品类扩充与技术升级。丝杠是基于螺旋传动以实现回转运动与直线运动转换的元件，精度从高到低可分为C0、C1、C3、C5、C7、C10。凭借高传动效率、高精度、高转速以及高轴向刚度等优点，丝杠广泛应用于数控机床、半导体、精密磨床等工业设备中。丝杠主要有梯形丝杠、滚珠丝杠和行星滚柱丝杠三种类型： 华创证券研究所 证券分析师：范益民电话：021-20572562邮箱：fanyimin@hcyjs.com执业编号：S0360523020001 ➢滚珠丝杠根据滚珠循环方式的不同，可分为内循环式和外循环式两类。根据秦川机床公告，2022年我国滚珠丝杠市场规模约为27.70亿元。目前全球主要的滚珠丝杠厂商有NSK、THK、SKF等，日本和欧洲滚珠丝杠企业占据了全球主要的市场份额。 行业基本数据 占比%股票家数(只)6180.08总市值(亿元)40,725.294.70流通市值(亿元)32,213.454.75 ➢行星滚柱丝杠小导程、高承载，技术含量较高，可分为标准式、反向式、循环式、轴承环式和差动式五种，常应用于高速、重载及高精度场合。 ➢梯形丝杠由于摩擦系数大，易磨损、精度和效率难保证，在传动效率和精度上较为落后，常在升降机和工业机器人等机械设备中作为滑动部件使用。 ❑工业母机：滚珠丝杠下游重要应用场景，大规模设备更新刺激新需求。受益于出口需求拉动并推动制造业迅速复苏，另一方面与机床更新周期形成共振，2023年我国金属切削机床产量有所提升至61.25万台，同比增长7.1%。当前我国高端机床核心零部件主要依赖日本及德国品牌，国产零部件使用率较低.通过导轨丝杠的精确定位和稳定性，可以实现对工件的高精度加工和定位。以五轴数控机床为例，每个线性轴需要搭配一根滚珠丝杠和两根导轨，按国产滚珠丝杠单价1000元/根进行测算，单台五轴数控机床中丝杠价值量约为3000元。根据睿工业数据，2023年我国金切机床整体市场规模513亿元，传动系统的价值占机床总成本的20%左右，预计2023年我国整体机床领域丝杠导轨市场规模近百亿元。 %1M6M12M绝对表现-6.2%-6.5%-12.8%相对表现-3.0%-12.1%-4.5% ❑人形机器人：主要应用于线性执行器，丝杠单BOT价值量较高。丝杠应用在人形机器人直线执行模组和空心杯模组。直线执行模组覆盖腕、肘、髋、膝、踝共计14个关节。在灵巧手中，传统腱绳驱动结构刚性、精度较低；未来采用微型丝杠驱动手指的方案成为一种可能。根据Optimus解决方案，预计单BOT总计需要26根丝杠（14根行星滚柱＋12根微型）；结合国产厂商定价，我们假定行星滚柱丝杠的价格为2500元/根，微型丝杠价格为100元/根，经过测算，单BOT的丝杠价值量约为36200元；考虑到量产后带来的规模效应，在特斯拉Optimus量产达到10/50/100万台时，预计丝杠的单BOT价值量分别为36000/28000/18000元；对应的市场规模分别为36/140/180亿元。 相关研究报告 《机械行业周报（20240603-20240609）：5月挖机内外销均超预期复苏加速，海外需求景气出海链受益》2024-06-10《工程机械行业点评报告：5月挖机内外销均超预期，设备更新补贴落地助力行业加速修复》2024-06-10《机床刀具行业深度研究报告（一）：刀具三驾马车：量价、出口、整包》2024-06-07 ❑国内厂商积极研发扩产，加速由0到1。1）恒立液压：液压油缸起家，线性驱动器项目进入试生产阶段；2）北特科技：汽车底盘零部件龙头，工艺移植进军机器人产业链；3）贝斯特：精密零部件及智能装备厂商，前瞻布局未来产业；4）五洲新春：精密制造行业领跑者，丝杠组件及零部件成功开发。 ❑行业投资评级与投资建议。丝杠应用空间广阔，核心技术壁垒高筑，人形机器人、工业母机等产业驱动丝杠市场高速增长。国内厂商有望通过多年产业、技术积累和高性价比，加速导入核心客户，实现国产替代。给予丝杠行业“推荐”评级。重点关注恒立液压、北特科技、贝斯特和五洲新春。 ❑风险提示：人形机器人进展不及预期；国内厂商产品开发进度、核心客户导入不及预期；原材料价格上涨增加成本风险；市场竞争加剧等。 投资主题 报告亮点 报告第一章详细分析了三种丝杠的功能原理、市场规模和竞争格局，并对参数进行对比；第二章对丝杠核心下游应用场景工业母机进行思考，受益于出口需求拉动并推动制造业迅速复苏，另一方面与机床更新周期形成共振，我国机床行业迎来复苏。以五轴数控机床为例，对单台机床中丝杠价值量进行测算；第三章拆解了人形机器人大的直线执行模组和空心杯模组。根据Optimus解决方案，单BOT总计需要26根丝杠（14根行星滚柱＋12根微型），并对未来空间进行测算；第四章挖掘了核心标的。 投资逻辑 丝杠应用空间广阔，核心技术壁垒高筑，人形机器人、工业母机等产业驱动丝杠市场高速增长。国内厂商有望通过多年产业、技术积累和高性价比，加速导入核心客户，实现国产替代。重点关注：1）恒立液压：液压油缸起家，线性驱动器项目进入试生产阶段；2）北特科技：汽车底盘零部件龙头，工艺移植进军机器人产业链；3）贝斯特：精密零部件及智能装备厂商，前瞻布局未来产业；4）五洲新春：精密制造行业领跑者，丝杠组件及零部件成功开发。给予丝杠行业“推荐”评级。 目录 一、丝杠：直线运动转换元件，下游助推品类扩充与技术升级.........................................5 （一）滚珠丝杠：高效、高精、高速，工业设备主流线性传动方案.........................5（二）行星滚柱丝杠：小导程、高承载，技术含量较高的新型线性传动机构..........9（三）梯形丝杠：易磨损、精度和效率难保证，传统的经济型滑动部件................13 二、工业母机：滚珠丝杠下游重要应用场景，大规模设备更新刺激新需求...................14 三、人形机器人：主要应用于线性执行器，丝杠单BOT价值量较高.............................16 四、国内厂商积极研发扩产，加速由0到1........................................................................17 （一）恒立液压：液压油缸起家，线性驱动器项目进入试生产阶段.......................17（二）北特科技：汽车底盘零部件龙头，工艺移植进军机器人产业链....................18（三）贝斯特：精密零部件及智能装备厂商，前瞻布局未来产业...........................19（四）五洲新春：精密制造行业领跑者，丝杠组件及零部件成功开发....................20 五、行业观点及重点关注个股...............................................................................................21 六、风险提示...........................................................................................................................23 图表目录 图表1三种丝杠的性能对比及应用场景.............................................................................5图表2滚珠丝杠的内部结构.................................................................................................6图表3内循环式与外循环式滚珠丝杠.................................................................................6图表4滚珠丝杠精度等级划分（单位：μm）..................................................................7图表5不同CNC机床适用的滚珠丝杠精度等级...............................................................7图表6滚珠丝杠应用领域.....................................................................................................8图表7全球滚珠丝杠市场规模.............................................................................................9图表8我国滚珠丝杠市场规模.............................................................................................9图表9行星滚柱丝杠结构.....................................................................................................9图表10五种类型行星滚柱丝杠的结构示意图.................................................................10图表11行星滚柱丝杠与滚珠丝杠、梯形丝杠各方面性能对比......................................11图表12行星滚柱丝杠电动缸的应用行业分布.................................................................11图表13国内外厂商行星滚柱丝杠生产能力对比.............................................................12图表14 2023-2033年我国行星滚柱丝杠市场规模（亿元）...........................................13图表15梯形丝杠及其螺纹特征.........................................................................................13图表16滑动丝杠工艺与材质介绍.....................................................................................14图表17我国金属切削机床产量（万台，%）..................................................................14图表18中高档数控机床的划分标准、应用领域.............................................................15图表19丝杠导轨实现对工件的高精度加工和定位.........................................................15图表20五轴数控机床对应三根