丝杠行业深度报告：人形机器人催化丝杠国产化，优质企业乘势而上

证券研究报告 人形机器人催化丝杠国产化，优质企业乘势而上 ——丝杠行业深度报告 证券分析师：黄细里 执业证书编号：S0600520010001证券分析师：郭雨蒙 执业证书编号：S0600525030002 二零二五年六月二十七日 请务必阅读正文之后的免责声明部分 报告核心观点 丝杠作为直线传动部件应用广泛，螺纹加工工艺是丝杠加工的核心壁垒。丝杠是一种机械传动元件，主要用于将旋转运动转换为直线运动。按照摩擦特性可以分为梯形丝杠、滚珠丝杠和滚柱丝杠三类，广泛应用于机床、航空航天、机器人、汽车等领域。滚珠丝杠传动效率一般能达到90%-96%，约为梯形丝杠的2-4倍。行星滚柱丝杠在承载能力及寿命、在导程和空间、速度等方面均优于滚珠丝杠。目前应用于丝杠副螺纹制造技术主要有磨削技术、滚轧成型和旋风铣削技术三种。磨削精度高，轧制效率高，旋风铣较均衡。 机床&新能源需求稳健增长，人形机器人打开市场新空间。丝杠约占人形机器人价值量的19%，人形机器人带来大量市场需求。若我们假设单台人形机器人对于行星滚柱丝杠的需求稳定在14个，若再考虑到灵巧手空心杯关节中使用的微型行星滚柱丝杠（17个），则潜在市场需求更加广阔，预计2030年对应的行星滚柱丝杠市场将超过450亿元。欧洲企业占据绝大部分市场份额，国产率替代空间大。全球滚柱丝杠厂商主要有Ewellix（隶属于SKF集团）、Rollvis（瑞士）、GSA（瑞士）、Rexroth（德国）、CMC（美国）、南京工艺（中国）、济宁博特（中国）等，其中2023年Rollvis、GSA在我国滚柱丝杠领域的市占率分别高达29%和27%，合计占比近60%，南京工艺、济宁博特市场份额分别约为6%和5%，国产替代空间较大。 投资建议：丝杠为核心传动部件，技术壁垒高，国产化率相比其他核心部件低，我们认为随着国内高端机床/高端设备产量提升，将拉动滚珠丝杠需求；新能源汽车的发展使得丝杠应用前景广阔；未来人形机器人逐渐迈向产业化并逐渐放量，行星滚柱丝杠行业空间将迎来较大提升。推荐【福达股份】、北特科技，关注【双林股份】、【五洲新春】、【嵘泰股份】、【震裕科技】。 风险提示：人形机器人产业化进展不及预期；滚柱丝杠国产化不及预期；未来竞争加剧，价格不及预期；供应链波动风险。 目录 1.丝杠为线性驱动核心部件，滚柱丝杠性能更优 2.丝杠下游空间广阔：工业母机+人形机器人+汽车 3.人形机器人滚柱丝杠相关标的梳理 4.投资建议及风险提示 1.丝杠为线性驱动核心部件，滚柱丝杠性能更优 丝杠是一种将电机端旋转运动转化为直线运动的机械部件，广泛应用于具有直线运动功能的机器设备中。电机通过联轴器带动丝杠轴转动，丝杠轴上的螺母在螺旋形螺纹的驱动下实现直线往复运动，从而将电机的旋转力矩转化为设备运动所需要的直线方向的驱动力。 根据摩擦特性和加工方式，丝杠有多种分类。根据摩擦特性可以分为3种：即滑动丝杠、滚动丝杠和静压丝杠，滚动丝杠又分为滚珠丝杠和滚柱丝杠。其中，梯形丝杠中无滚动体，靠滑动摩擦传递推力，传动效率较低；滚珠和滚柱丝杠具有钢球或螺杆型的滚动体，靠滚动摩擦传递推力，传动效率较高；静压丝杠为液体摩擦，适合于需要较高的进给推力以及具有频繁振动负载的场合。 图：丝杠的原理示意图 图：丝杠分类 数据来源：中国传动网，《行星滚柱丝杠传动精度分析与设计》，东吴证券研究所 5 将电机的旋转运动转换为直线运动 梯形丝杠制造工艺较为简单，技术水平成熟，但产品精度及效率较低。其运动原理是利用螺旋副的转动运动，使螺旋副上的螺纹旋转，来实现线性运动。梯形丝杆上的螺纹与螺旋副上的螺纹咬合，当螺旋副旋转时，梯形丝杆就会沿着轴向运动，产生线性位移。 梯形丝杠的加工工艺原本主要采用车削加工，工艺路线为:冷拔→滚花→车螺纹→校正→钻孔→切断→倒角，整体技术简单，工艺路线成熟，但效率较低、成本较高，且由于材料刚度低，车削、滚花时易变形，小号螺轮无法生产。目前多使用旋风铣削工艺代替车削工艺，将铣丝、滚花一次性完成，工艺路线变为冷拔→滚花、铣丝→校正→钻孔→切断→倒角，改进后减少了由切削力引起的振动，表面粗糙度也减小了。 图：梯形丝杠工作原理示意图图：梯形丝杠加工流程 滚珠丝杠是滚动运动，传动效率高、精度高。滚珠丝杠由丝杆、螺母、滚珠、回珠器主要部件构成。当丝杠旋转时，滚珠在丝杆和螺母之间滚动，实现力的传递和直线运动。回珠器一般分为内循环式和外循环，内循环滚珠丝杠尺寸一般来说小于外循环滚珠丝杠，适合于空间比较紧凑的场景；同时其需要反向器固定相对来说比较牢靠、刚性好且不易损坏。而外循环滚珠丝杠适用于需要扛冲能力大、高负载丝杠的使用场景。 滚珠丝杠工艺分为研磨与轧制，已国产化，但高精度产品技术仍待提升。滚珠丝杠加工核心在于滚道制作，螺母的螺纹采用研磨技术，而丝杆可采用研磨和轧制两种工艺。轧制是采用冷加工工艺模具制造，自动化程度高，适合大批量生产，成本低，但精度偏低一般为C7级以上；而研磨工序长，从热处理、粗加工（车削）、到精磨（磨削），效率低，但精度高，一般为C7级以下，可达到C0级。 图：滚珠丝杠工作原理示意图 图：滚珠丝杠加工流程 行星滚柱丝杠具有螺纹传动和滚动螺旋传动的综合特征。其滚动体是含有螺纹的多个滚柱体，螺母或丝杠旋转运动通过滚柱的行星运动转换为直线运动。行星滚柱丝杠传动中特有的滚柱结构，使得滚柱与螺母(或滚柱与丝杠)之间无相对轴向位移，滚柱能够在丝杠和螺母形成的封闭空间内反复循环运动，依靠滚动/滑动摩擦实现运动和动力的传递。 根据不同的结构设计，滚柱丝杠分为标准式、反向式、循环式、差动式、轴承环式。标准式行星滚柱丝杠主要应用于精密机床、机器人、军工装备等领域，是目前应用最广泛的类型；反向式行星滚柱丝杠多应用于航空、航天、船舶、电力等领域；循环式行星滚柱丝杠主要应用于要求高刚度、高承载、高精度的场合，如医疗器械、光学精密仪器等领域；差动式行星滚柱丝杠适用于传动比较大，承载能力较高的应用场合；轴承环式行星滚柱丝杠主要适用于高承载、高效率等场合， 如石油化工、重型机械等领域。 图：行星滚柱丝杠工作原理示意图 丝杠内齿圈螺母 直齿滚柱 图：行星滚柱丝杠分类 标准式行星滚柱丝杠反向式行星滚柱丝杠 循环式行星滚柱丝杠差动式行星滚柱丝杠轴承环式行星滚柱丝杠 针对梯形丝杠、滚珠丝杠和滚柱丝杠三者的差异可以简单梳理成以下表格： 表：梯形丝杠、滚珠丝杠、滚柱丝杠性能对比 参数名称 梯形丝杠 滚珠丝杠 行星滚柱丝杠 摩擦方式 滑动摩擦 滚动摩擦 滚动摩擦 自锁性 有，与导程角大小和工作面粗糙 无，需加装制动装置 无，需加装制动装置 传动效率 24%-26% 90%-96% 较高，摩擦力较小时可达90% 转速 慢，滑动摩擦发热严重，一般转速不超过3000RPS 较快，点接触滚动摩擦热效应小，额定转速在3000-5000RPS 快，线接触滚动摩擦热效应小且承载力强，转速可 达6000RPS 导程精度 低，品质参差不齐 较高，通常为毫米级 高，通常为微米级 使用寿命 短，滑动摩擦对元器件的损伤大 长，滚动摩擦损伤小，保持清洁、润滑即可 很长，是滚珠丝杠的10倍以 上，荷载运动可达1000万次以上 相对体积 中等 最小 承载能力 大 大 非常大 微进给 难以实现，滑动运动存在爬行现象 可实现，滚珠运动的启动力矩 小 可实现，滚珠运动的启动力矩 小 噪音 稍大 较小 非常小 应用领域 工作要求低的场景 需要精密传动的场景 高负载、高精度、工作恶劣的 场景 国产化率 高 超60% 处于起步阶段 丝杠的发展始于19世纪中叶，最初用于葡萄压榨机等机械设备。1874年，滚珠丝杠被发明，1930年代开始应用于汽车转向。1940年代，滚柱丝杠首次用于数控机床。20世纪50至60年代，标准型与反向型丝杠相继问世，中国也于1964年成功设计首套滚珠丝杠。进入21世纪，随着工业自动化、机器人技术的发展，丝杠技术再度受到关注，并广泛应用于高精密设备和人形机器人中。 图：丝杠行业发展历史 螺纹加工工艺是丝杠加工的核心壁垒。螺纹的加工精度将直接影响系统的传动精度、使用寿命、平稳性，故优化螺纹的加工技术是提升PRS整体性能的关键。PRS螺纹制造工艺方法主要为成型加工，例如目前应用于丝杠副螺纹制造技术主要有磨削技术、滚轧成型和旋风铣削技术三种。磨削精度高，轧制效率高，旋风铣较均衡。 表：三种螺纹加工工艺对比 比较参数 磨削 滚轧成型 旋风硬旋铣 最高加工精度 P3级，P1级，P0级 P3、P5导程误差的波动小、线性好 P3级导程误差的波动小、线性好 加工精度与表面质量 砂轮品质和使用寿命对其有直接影响 Ra=0.5-0.8μm,表面光滑、处于压应力状态 Ra=0.4μm,高速、渐近、低温切削,表面质量优于磨削 环境友好性 产生粉尘、油雾，切削液难以 净化处理 无油雾和粉尘,污染小 无油切屑便于回收处理、环保 资源友好性 冷却液全线喷淋冷却，能耗较高 低耗无屑加工、材料利用率高达80%以上 干切削，能耗，油耗，水耗仅是磨削的三分之一 加工效率 工序较多、效率低 单机快速产出,库存性供货 生产效率高于磨削低于冷滚轧 装备及制造成本螺纹 磨床已国产化,生产工序多、制造成本高 关键设备前期投入大,后期成本取决于轧辊寿命、研发制造能力 关键设备前期投入大,后期成本取决于PCBN刀片寿命及刃磨的自主化能力 磨削丝杠按照基准统一原则，以两端中心孔为加工工艺工序基准，通过热处理、车削、磨削等几十道工序逐一完成，制造精度最高，非常适合给高精度设备做定位部件。 热处理、去应力、磨削等为重要环节。热处理可提高材料的机械性能、消除残余应力和改善金属的切削加工性。丝杠粗加工前，将进行预备热处理，通过退火/正火、时效处理，以此消除内应力、改善加工性能；在精磨前，进行最终热处理，主要选择表面淬火，表面淬火还具有外部强度高、耐磨性好，而内部保持良好的韧性、抗冲击力强的优点。精磨对滚珠丝杠的精度影响较大，包括螺纹的螺距误差、螺纹的牙形误差等，是丝杠生产的最核心环节，对设备依赖度高，且对工艺要求高，需要knowhow积累。 表：丝杠磨削加工工艺流程 磨削工艺的核心设备是高精度磨床。磨床属于精度较高的加工机床，通常在工件加工的后端工序使用，使工件得到更高的加工精度和更低的表面粗糙度，从而提升下游机械的运行平稳性、使用精度等性能。 设备供应商以海外为主，国内持续追赶。高精度磨床及砂轮供应商主要集中在海外，国内双林股份（子公司无锡科之鑫）、秦川机床、华辰装备、日发精机等有相关产品。 磨床类型 企业 高精度内外圆磨床 Studer瑞士斯图特、Kellenberger德国克林伯格、JUNKER德国勇克、美国哈挺、德国ELB、汉江机床、无锡科之鑫、日发精机 高精度平面成形磨床 Blohm联合磨削保宁、德国Aba、德国ELB、Favretto意大利法力图、日发精机 导轨磨床 Waldrich-Coburg瓦德里希科堡、Favretto意大利法力图、住友精机、华辰装备 曲轴、凸轮磨床 Junker德国勇克、Landis英国兰迪斯、Studer瑞士斯图特、丰田工机 大型曲轴磨床 naxosunion德国埃马克、wohlenberg德国沃伦贝格 大型轧辊磨床 Ingesoll美国英格索尔 无心磨床 Koyo日本光洋、Mikrosa德国米克罗莎、Junker德国勇克 珩磨机 Gehring德国格林、Sunnen善能 滚珠丝杠磨床 MITSUISEIKI三井精机 齿轮磨床 Reishauer瑞士莱斯豪尔、Gleason/Pfauter/Hurth格里森-普法特、Sigma、Hoeffer德国霍夫勒、SMS、三菱重工、秦川机床 五坐标工具磨床 WalterHM德国瓦尔特、澳大利亚安卡ANCA、SAACKE德国萨克 坐标磨床 MITSUISEIKI三井精机、HAUSER瑞士豪泽、Moore美国磨尔、RODERS德国