机械设备行业深度报告：人形机器人推动丝杠需求，国内厂商突破量产壁垒

●行 星 滚 柱 丝 杠 性 能 优 异 ， 但 制 造 壁 垒 高 量 产 难 。在 线 性 执 行 器 中 ，行 星 滚 柱 丝 杠 因 体 积 空 间 小 ， 高 效 精 准 的 大 推 力 输 出 ， 以及 耐 用 稳 定 的 性 能 等 特 点 正 被 广 泛 的 应 用在 汽 车 工 业 、 工 程 机 械 、 机 床 设 备 、 机 器 人 、 医 疗 器 械 、 石 油 天 然 气 等 行 业 ， 并 逐步 替 代 现 有 技 术 体 系 成 为 主 流 技 术 方 向 。 然 而 ， 行 星 滚 柱 丝 杠 量 产 制 造 难 度 大 壁 垒 高 ， 需 具 备 特 种 金 属 材 料 、 成 熟 工 艺 流 程和 高 端 磨 床 设 备 ， 所 以 制 造 成 本 高 ， 难 实 现 大 规 模 量 产 和 扩 产 。2 0 2 2年 全 球 行 星 滚 柱 丝 杠 市 场 为1 2 . 7亿 美 元 ， 规 模 仍 较 小 。●人 形 机 器 人 量 产 提 速 ， 丝 杠 市 场 空 间 倍 增 。目 前 ， 国 内 外 人 形 机 器 人 产 品 正 呈 多 点 开 花 态 势 ， 多 个 主 要 企 业 陆 续 披 露 量 产 规划 。O p t i m u s量 产 计 划2 0 2 6年5万 台 ，2 0 2 9年5 0 - 1 0 0万 台。 行 星 滚 柱 丝 杠 优 越 的 特 性 使 其 成 为 人 形 机 器 人 直 线 关 节 的 理 想选 择 ， 能 够 满 足 高 精 度 、 高 负 载 、 高 可 靠 性 和 小 型 化 的 需 求 ， 特 别 是 在 特 斯 拉O p t i m u s等 先 进 人 形 机 器 人 中 得 到 广 泛 应 用 。根 据 行 业 内 主 要 公 司 量 产 规 划 ， 预 计2 0 2 9年 人 形 机 器 人 行 星 滚 柱 丝 杠 需 求 将 达1 4 0 0万 个 ， 全 球 增 量 市 场 将 达11 2亿 元 。●欧 洲 厂 商 主 导 市 场 ， 国 内 企 业 加 速 突 破 。2 0 2 2年 我 国 滚 柱 丝 杠 市 场 份 额 排 名 前 四 的 厂 家 分 别 是R o l l v i s（ 瑞 士 ） 、G S A（ 瑞士 ） 、R e x r o t h（ 德 国 ） 、E w e l l i x（ 瑞 典 ） ， 市 占 率 分 别 为2 7 %、2 6 %、1 3 %、1 2 %。 目 前 行 星 滚 柱 丝 杠 国 产 化 较 低 、 制造 量 产 难 度 大 ， 高 端 厂 商 集 中 在 欧 洲 。 但 是 ， 随 着 人 形 机 器 人 量 产 带 动 需 求 提 升 ， 欧 美 厂 商 扩 产 反 应 缓 慢 ， 给 国 内 企 业 创 造窗 口 期 机 遇 。国 内 企 业 正 加 速 布 局 滚 柱 丝 杠 产 品 ，多 家 公 司 正 对 主 要 客 户 送 样 ， 少 数 企 业 已 实 现 定 点 ，未 来 有 较 大 弹 性 空 间 。●建 议 关 注 ：国 内 在 行 星 滚 柱 丝 杠 领 域 获 重 点 客 户 定 点 ， 配 备 高 端 加 工 设 备 ， 长 期 工 艺 技 术 积 累 ， 有 相 关 产 品 技 术 储 备 ， 注 重研 发 创 新 的 上 市 公 司 ，恒 立 液 压 、 五 洲 新 春 、 贝 斯 特 、 北 特 科 技 、 双 林 股 份 、 秦 川 机 床 、 华 辰 装 备 。●风 险 提 示 ：人 形 机 器 人 量 产 进 程 不 及 预 期 ； 国 产 替 代 进 度 不 及 预 期 ； 原 材 料 价 格 波 动 风 险 ； 行 业 竞 争 风 险 。 ●标 准 式 行 星 滚 柱 丝 杠 基 本 结 构 主 要 包 括 丝 杆 、 滚 柱 、 内 齿 圈 、 保 持 架 和 螺 母 等 主 要 零 件。 其 原 理 是 丝 杆 旋 转 ， 带 动 滚 柱 绕 丝 杆轴 向 公 转 同 时 绕 自 身 轴 线 自 转 ， 然 后 滚 柱 带 动 螺 母 做 轴 向 运 动 其 中 ， 滚 柱 与 螺 母 螺 旋 升 角 相 等 以 实 现 二 者 之 间 无 相 对 轴 向 位 移 ，而 丝 杆 螺 旋 升 角 大 于 滚 柱 螺 旋 升 角 以 实 现 轴 向 和 周 向 运 动 。 目 前 ， 典 型 的 直 线 机 构 包 括 齿 轮 齿 条 、 直 线 电 机 、 气 动 缸 、 液 压 缸 、滚 珠 丝 杠 和 行 星 滚 柱 丝 杠 。资料来源：Rollvis产品手册，《金属加工》机械工业信息研究院，《行星滚柱丝杠承载与摩擦特性研究》杜兴，东海证券研究所整理图：标准行星滚柱丝杠结构组成丝杆内齿圈滚柱螺母保持架图：丝杠将旋转运动变成直线运动 行 星 滚 柱 丝 杠 具 有 诸 多 优 势 ：●高 承 载 ：在 同 样 体 积 的 情 况 下 ， 滚 柱 丝 杠 有 更 大的 接 触 面 积 ， 将 承 载 力 平 均 分 散 在 更 大 的 表 面 ， 从而 减 小 了 摩 擦 力 并 延 长 了 使 用 寿 命 ， 静 载 为 滚 珠 丝杠 的3倍 ， 寿 命 为 滚 珠 丝 杠 的1 5倍●高 速 度 ：滚 柱 丝 杠 能 承 受 更 高 的 输 入 转 速 从 而 实现 更 大 的 直 线 速 度 。 最 高 线 速 度 可 达2 0 0 0 m m / s，输 入 旋 转 转 速 可 达5 0 0 0 r p m或 者 更 高●体 积 小 ：行 星 滚 柱 丝 杠 为 螺 纹 传 动 ， 螺 距 设 计 范围 更 广 ， 导 程 可 以 设 计 的 比 滚 珠 丝 杠 更 小 ， 相 同 承载 能 力 下 ， 滚 珠 的 体 积 比 滚 柱 大2 / 3●高 精 度 ：丝 杠 轴 是 小 导 程 角 的 非 圆 弧 螺 纹 ， 有 利于 达 到 较 高 的 导 程 精 度 ， 可 实 现 精 密 微 进 给●噪 音 低 ：滚 珠 丝 杠 内 的 珠 子 在 辊 道 内 需 要 在 某 一点 上 做 方 向 切 换 ， 滚 柱 与 主 丝 杠 同 步 做 圆 周 运 动 ，致 使 滚 柱 丝 杠 拥 有 更 小 振 动 和 噪 音 ●行 星 滚 柱 丝 杠 因 其 体 积 空 间 小 ， 高 效 精 准 的 大 推 力 输 出 ， 以 及 耐 用 稳 定 的 性 能 等 特 点 正 被 越 来 越 广 泛 的 应 用 在 工 业 领 域 。在汽 车 工 业 、 工 程 机 械 、 机 床 设 备 、 机 器 人 、 医 疗 器 械 、 石 油 天 然 气 等 行 业 ， 行 星 滚 柱 丝 杠 技 术 正 逐 步 替 代 现 有 技 术 体 系 成 为 主流 技 术 方 向 。 根 据D ATA I N T E L O的 数 据 ，2 0 2 2年 全 球 行 星 滚 柱 丝 杠 市 场 规 模 为1 2 . 7亿 美 元， 全 球 市 场 规 模 仍 较 小 ， 应 用 领 域在 持 续 拓 展 中 。资料来源：新剑传动官网，东海证券研究所整理图：行星滚柱丝杠应用领域拓展广泛 ●精 度 决 定 丝 杠 应 用 领 域 。丝 杠 的 精 度 表 示 方 法 为 ： 不 论 丝 杠 有多 长 ， 任 取 一 段3 0 0 m m， 误 差 都 在 等 级 代 表 的 精 度 之 内 。 普 通机 械 采 用C 7，C 1 0级 ， 数 控 设 备 一 般 采 用C 5，C 3级 ， 航 空 制造 设 备 ， 精 密 投 影 及 三 坐 标 测 量 设 备 等 一 般 采 用C 3，C 2精 度 。另 外 ，C 7，C 1 0级 一 般 采 用 冷 轧 方 法 制 造 精 度 较 低 ，C 5级 及 以上 采 用 磨 削 方 法 制 造 。 研 磨 级 丝 杆 ， 适 合 精 度 要 求 高 的 场 合 。精密等级日韩C0C1C2C3C5C7C10精度（um）3.55781850210国内P1P2P3P4P5P7P10精度（um）6812162352210资料来源：滚珠丝杠副精度标准(摘自GB/T 17587.3-1998)，东海证券研究所表：滚珠丝杠任取一段300mm精密等级划分 ●丝 杠 对 原 材 料 的 要 求 十 分 严 苛 。丝 杠 在 反 复 运 动过 程 中 会 受 到 连 续 振 动 、 冲 击 和 摩 擦 ， 因 此 对 于 材料 的 强 度 、 刚 性 、 耐 磨 性 、 耐 腐 蚀 性 、 抗 疲 劳 性 、承 载 力 等 一 定 要 求 ， 普 通 的 金 属 材 料 无 法 满 足 需 求 ，通 常 需 要 特 种 金 属 材 料 来 进 行 制 备 。●国 产 与 国 外 丝 杠 材 料 存 在 一 定 的 差 距 。从 国 产C r / M o钢 滚 珠 丝 杠 与 国 外 同 类 滚 珠 丝 杠 的 显 微 组 织对 比 可 知 ： 国 内 产 品 的 微 观 有 显 著 的 方 向 性 带 状 组织,容 易 造 成 在 变 形 过 程 中 的 应 力 集 中,甚 至 出 现 裂纹 。 严 重 的 带 状 组 织 往 往 伴 随 着 晶 粒 尺 寸 的 不 均 匀 ，导 致 各 部 位 的 性 能 不 一 致,在 发 生 变 形 时 容 易 在 晶 粒粗 大 的 、 脆 弱 的 部 位 首 先 形 成 微 裂 纹,从 而 导 致 断 裂 。国 产 丝 杠 存 在 的 带 状 偏 析 组 织 是 造 成 其 使 用 性 能 不佳 的 重 要 原 因 。资料来源：《国产Cr/Mo钢滚珠丝杠与国外同类产品的质量分析》丁霞，东海证券研究所整理 ●丝 杠 工 艺 过 程 上 可 分 为 两 类： 冷 轧滚 珠 丝 杠 和 磨 削 滚 珠 丝 杠 。 冷 轧 滚 珠丝 杠 通 过 冷 加 工 模 具 制 造 ， 自 动 化 生产 效 率 高 、 成 本 低 、 生 产 周 期 几 天 ，但 精 度 略 低 ， 适 用 于 装 备 精 度 要 求 不高 的 传 动 部 位 。●高 精 度 丝 杠 加 工 工 艺 复 杂 周 期 长 。磨 削 丝 杠 产 品 一 致 性 较 高 ， 有 统 一 的标 准 ， 经 过 多 道 工 序 包 括 热 处 理 、 车削 和 磨 削 等 多 道 工 序 ， 生 产 周 期 较 长在3 0天 以 上 ， 适 合 用 于 高 精 度 设 备 的定 位 部 件 。 资料来源：华辰装备公告，科德数控公告，机床网，常州朗爵官网，东海证券研究所整理表：丝杠机械加工工艺过程所需高端加工设备粗加工阶段螺纹粗加工半精加工螺纹精加工设备数控车床旋风铣床精密磨床、车削中心高精度螺纹磨床作用以去除余量为主，精度要求较低初步形成螺纹轮廓，效率高但精度有限精车丝杠轴基准面，保证后续加工的同轴度通过多道研磨工序（粗磨→半精磨→精磨）完成螺纹的最终成型图示●行 星 滚 柱 丝 杠 所 需 多 种 高 端 加 工 设 备 。行 星 滚 柱 丝 杠 工 艺 过 程 中 所 需 高 精 度 螺 纹 磨 床 、 车 削 中 心 、 精 密 磨 床 、 旋 风 铣 床 、数 控 机 床 、 热 处 理 设 备 、 尖 端 检 测 仪 器 等 多 样 高 端 复 杂 设 备 ， 且 涉 及 超 精 密 加 工 工 艺 与 长 周 期 技 术 积 累 ， 形 成 深 厚 的 技 术 、设 备 及 工 艺 壁 垒 极 高 。 高 精 度 磨 床 、 检 测 设 备 仍 以 德 国 、 日 本 品 牌 为 主 。●高 端 磨 床 是 提 高 丝 杠 精 度 的 关 键 ，主 要 由 国 外 主 要 厂 商 把 控 。 磨 削 加 工 精 度 最 高 ， 而 旋 风 铣 削 和 冷 轧 多 用