報(bào)告出品方：國(guó)海證券

以下為報(bào)告原文節(jié)選

------

01 核心壁壘在于精加工&設(shè)備,，未來(lái)硬車應(yīng)用有望擴(kuò)大

1 . 1、特斯拉人形機(jī)器人執(zhí)行器與絲杠分布

特斯拉人形機(jī)器人有28個(gè)執(zhí)行器,，其中線性執(zhí)行器搭載行星滾柱絲杠,。根據(jù)特斯拉2022AIDAY，特斯拉人形機(jī)器人全身28個(gè)執(zhí)行器（14個(gè)線性執(zhí)行器+14個(gè)旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器）,，旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器=無(wú)框力矩電機(jī)+諧波減速器+扭矩傳感器+編碼器,，直線執(zhí)行器=無(wú)邊框力矩電機(jī)+行星滾柱絲杠+力傳感器+編碼器，其中14個(gè)線性執(zhí)行器分布在大臂（2）,、小臂（4）,、大腿（4）、小腿（4）,，對(duì)應(yīng)14個(gè)行星滾柱絲杠,。

1 .2、絲杠是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)

定義：行星滾柱絲杠是一種通過(guò)螺母,、滾柱,、絲桿等零部件將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。
組成結(jié)構(gòu)：標(biāo)準(zhǔn)滾柱絲杠（PRS）主要由幾個(gè)關(guān)鍵組件構(gòu)成：絲桿,、滾柱,、螺母三個(gè)主要部件以及直齒、內(nèi)齒圈,、滾柱保持架和彈簧擋圈等輔助部件,。其中，絲桿設(shè)計(jì)為牙型角90°的多頭螺紋,；滾柱則是具有相同牙型角的單頭螺紋設(shè)計(jì),；螺母內(nèi)部具備與絲杠頭數(shù)和牙型相匹配的內(nèi)螺紋。
工作原理：由電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)的絲杠利用摩擦轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)滾柱轉(zhuǎn)動(dòng),，繼而將絲杠的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為螺母的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng),。

1 .2、絲杠具備傳動(dòng)效率高,、精度高,、傳動(dòng)可逆性等特點(diǎn)

絲杠作為負(fù)責(zé)將電機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線傳動(dòng)的傳動(dòng)精密件，具備摩擦小,、精度高,、剛度高、傳動(dòng)可逆性等特點(diǎn)：ü 摩擦損失小,、傳動(dòng)效率高,。由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲杠螺母之間有很多滾珠在做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng),，所以能得到較高的運(yùn)動(dòng)效率。與過(guò)去的滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩達(dá)到1/3以下,，即達(dá)到同樣運(yùn)動(dòng)結(jié)果所需的動(dòng)力為使用滑動(dòng)絲杠副的1/3,，在省電方面很有幫助。
精度高,。滾珠絲杠副一般是用高水平的機(jī)械設(shè)備連貫生產(chǎn)出來(lái)的,，特別是在研削、組裝,、檢查各工序的工廠環(huán)境方面,，對(duì)溫度、濕度進(jìn)行了嚴(yán)格的控制,。完善的品質(zhì)管理體制使精度得以充分保證,。
精確微進(jìn)給。滾珠絲杠副由于是利用滾珠運(yùn)動(dòng),，所以啟動(dòng)力矩極小,，不會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)那樣的爬行現(xiàn)象，能保證實(shí)現(xiàn)精確的微進(jìn)給,。
軸向剛度高,。滾珠絲杠副可以加與預(yù)壓，由于預(yù)壓力可使軸向間隙達(dá)到負(fù)值,，進(jìn)而得到較高的剛性（滾珠絲杠內(nèi)通過(guò)給滾珠加予壓力,，在實(shí)際用于機(jī)械裝置等時(shí)，由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強(qiáng)）,。
不能自鎖,、具有傳動(dòng)的可逆性。由于滾珠絲杠軸沒(méi)有自鎖能力,，所以具有傳動(dòng)的可逆性,。在垂直升降傳動(dòng)系統(tǒng)中使用時(shí)，必須增加自鎖裝置或制動(dòng)裝置,，以防止反向傳動(dòng),。

1 .2、絲杠核心參數(shù)是精度,，各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)不同

精度,。按國(guó)內(nèi)分類，中國(guó)大陸精度等級(jí)為P1,、P2,、P3、P4,、P5,、P7、P10,，中國(guó)臺(tái)灣省采用JIS等級(jí),，精度等級(jí)為C0、C1,、C2,、C3、C5,、C7,、C10；日本,、韓國(guó)采用JIS等級(jí),，即C0、C1,、C2,、C3、C5,、C7,、C10；歐洲國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)采用的是IT0,、IT1,、IT2、IT3,、IT4,、IT5、IT7,、IT10,。一般來(lái)說(shuō)，普通機(jī)械采用C7,、C10級(jí),，數(shù)控設(shè)備一般采用C5、C3級(jí),。航空制造設(shè)備,，精密投影及三坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備等一般采用C3、C2精度,。

絲桿軸徑,。絲杠軸徑和負(fù)載呈正比 ，而負(fù)載相關(guān)參數(shù)是動(dòng)額定負(fù)荷和靜額定負(fù)荷,。常見(jiàn)的規(guī)格有（單位：mm）：8,、10,、12、14,、15、20,、25,、32。
導(dǎo)程,。導(dǎo)程指的是絲桿旋轉(zhuǎn)一周,，螺母直線運(yùn)動(dòng)的距離。常見(jiàn)的導(dǎo)程有（單位：mm）：2,、4,、5、8,、10,、20、25,、32,。
預(yù)壓等級(jí)。預(yù)壓等級(jí)越高,，螺母與螺桿配合越緊,；反之，等級(jí)越低越松,。

1 .3,、絲杠分為滑動(dòng)、滾珠,、滾柱三大類

絲杠按結(jié)構(gòu)和工作原理可以分為滑動(dòng)絲杠,、滾珠絲杠、滾柱絲杠三大類,?；瑒?dòng)絲杠的摩擦阻力較大，傳動(dòng)效率較低,；滾珠絲杠通過(guò)滾珠進(jìn)行傳動(dòng),，承載能力、傳動(dòng)效率和精度高于滑動(dòng)絲杠,，使用壽命長(zhǎng),；滾柱絲杠相較于滑動(dòng)絲杠與滾珠絲杠，具備高承載能力、小體積,、高精度等優(yōu)勢(shì),，是綜合性能最為優(yōu)異的絲杠品種。

1 .3,、反向滾柱絲杠重量輕結(jié)構(gòu)緊湊,，未來(lái)有望應(yīng)用于人形機(jī)器人

根據(jù)滾柱絲杠結(jié)構(gòu)組成及運(yùn)動(dòng)關(guān)系的不同，可以分為標(biāo)準(zhǔn)式,、反向式、循環(huán)式,、差動(dòng)式,、軸承環(huán)式5種類型，其中標(biāo)準(zhǔn)式行星滾柱絲杠是目前應(yīng)用廣泛的類型,，其他的4種類型均是為了適應(yīng)于不同的應(yīng)用環(huán)境而在其基礎(chǔ)上演變而來(lái),，其中反向行星滾柱絲杠由于可將螺母作為電子轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)電機(jī)絲杠一體化，具備重量輕結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn),，未來(lái)有望應(yīng)用于人形機(jī)器人領(lǐng)域,。

1 .4、核心壁壘在于螺母內(nèi)螺紋精磨加工,，磨床是絲杠制造的核心設(shè)備

行星滾柱絲杠制造核心壁壘在于螺母內(nèi)螺紋的精磨加工,。目前大部分絲杠廠商采取先車后磨的方式進(jìn)行加工制造生產(chǎn)，先把原材料車削到一定精度,，再用專用絲桿磨床先粗磨再精磨到所需要的尺寸,。其中粗車、銑等環(huán)節(jié)對(duì)精度要求低,，相對(duì)簡(jiǎn)單,，難度較高的環(huán)節(jié)是后端的精磨加工部分。需要精磨加工的零部件包括絲杠,、滾柱,、螺母及內(nèi)齒圈等，其中螺母壁薄容易損壞,，再加上螺紋位于內(nèi)部導(dǎo)致砂輪磨削時(shí)需要保持一定傾角,，對(duì)穩(wěn)定性要求較高，因此內(nèi)螺紋精磨加工是整個(gè)工藝流程中壁壘最高的環(huán)節(jié),。
磨床是絲杠制造的核心設(shè)備,。絲杠制造過(guò)程中的工藝流程主要分為車、銑,、磨三種加工工序,，分別對(duì)應(yīng)設(shè)備為車床、銑床、磨床,，由于磨削直接影響到產(chǎn)品的加工精度,、表面質(zhì)量及生產(chǎn)效率，因此磨床是絲杠制造過(guò)程中的核心設(shè)備,。

1 .4,、不同加工工藝對(duì)比：旋風(fēng)銑v s磨削v s硬車v s冷軋

旋風(fēng)銑：旋風(fēng)銑削是通過(guò)工件與刀具的旋轉(zhuǎn)組合來(lái)執(zhí)行加工，優(yōu)點(diǎn)是將螺紋滾道一次成形銑削,，減少了工序,，而且不必反復(fù)修整刀具和校直，加工效率大幅提升,，加工精度等級(jí)可以達(dá)到P3級(jí),。對(duì)應(yīng)的設(shè)備為旋風(fēng)銑床。
砂輪磨削：是按照基準(zhǔn)統(tǒng)一原則,，以兩端中心孔為加工工藝工序基準(zhǔn),，通過(guò)熱處理、車削,、磨削等幾十道工序逐一完成,。
優(yōu)點(diǎn)是加工精度高（可以達(dá)到P1級(jí)別）。
硬車：又稱之為以車代磨,，其采用螺紋滾道硬車削技術(shù),，優(yōu)勢(shì)是避免在磨削粗加工螺紋滾道過(guò)程中，因切削熱導(dǎo)致絲杠硬度降低而引起可靠性差問(wèn)題的發(fā)生,，并且加工效率高,，無(wú)油煙粉塵污染、綠色環(huán)保,。對(duì)應(yīng)的設(shè)備為車床,。
冷軋/滾壓：冷軋滾珠絲杠是采用冷加工工藝模具制造，通過(guò)軋制,、滾壓進(jìn)行精加工,，開模工藝自動(dòng)化程度高，批量生產(chǎn)后成本低,，效率高,，但制造精度低（停留在P7級(jí)左右），只能在設(shè)備中做傳動(dòng)部件,。

1 .4,、磨削是主流方案，未來(lái)硬車或?qū)⒅鸩綌U(kuò)大應(yīng)用范圍

磨削是主流方案,，目前加工精度最高,。目前，常用的絲杠螺紋加工方法有：滾壓、硬車削,、旋風(fēng)銑削和磨削,，其中磨削加工精度最高，而冷軋,、硬車削和旋風(fēng)銑削多用于粗加工,，因此，磨削是高精度絲杠螺紋的主要加工方法,。磨削是使用螺紋磨床高速旋轉(zhuǎn)的成型砂輪對(duì)加工工件表面進(jìn)行高速切削,，使用磨削加工的滾珠絲杠最高可達(dá)到P1級(jí)。
未來(lái)硬車或?qū)⒅鸩綌U(kuò)大應(yīng)用范圍,。為了提升行星滾柱絲杠的承載能力與可靠性,，零件通常采用硬度在50HRC左右的高硬材料，但是淬硬鋼等高硬材料具有高耐磨性與難加工性,，磨削加工耗時(shí)長(zhǎng),、污染高,、成本高,，并不是最佳的加工方式。
利用PCBN等超硬材料作為刀片進(jìn)行以車代磨,，可以保證加工精度與表面粗糙度的同時(shí),，提升加工效率、降低制造成本,、減小環(huán)境污染,，廣泛的應(yīng)用到高硬材料加工制造的各個(gè)領(lǐng)域，未來(lái)硬車加工工藝的應(yīng)用范圍或?qū)U(kuò)大,。

02 人形機(jī)器人絲杠市場(chǎng)快速擴(kuò)容,，國(guó)產(chǎn)替代未來(lái)可期

2. 1、人形機(jī)器人絲杠市場(chǎng)空間預(yù)測(cè)

2025-2030年全球人形機(jī)器人絲杠市場(chǎng)規(guī)模CAGR有望達(dá)到182%,。根據(jù)特斯拉公開披露,，2025年特斯拉人形機(jī)器人將實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，我們認(rèn)為未來(lái)在特斯拉optimus下,，其他企業(yè)逐步布局人形機(jī)器人領(lǐng)域,，全球人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化步伐有望加速。根據(jù)我們測(cè)算,，2025年和2030年全球人形機(jī)器人絲杠市場(chǎng)規(guī)模分別有望達(dá)到1.4億元和249.5億元,，5年復(fù)合增速高達(dá)182%。
假設(shè)1：2025年特斯拉人形機(jī)器人有望量產(chǎn),，假設(shè)初期銷量增速較快,，后續(xù)年增速逐步下降，2030年全球人形機(jī)器人銷量增長(zhǎng)至130萬(wàn)臺(tái)。
假設(shè)2：根據(jù)特斯拉2022AI DAY公開披露數(shù)據(jù),，假設(shè)單臺(tái)人形機(jī)器人配套14個(gè)直線關(guān)節(jié),，每個(gè)直線關(guān)節(jié)對(duì)應(yīng)一個(gè)絲杠。
假設(shè)3：參考愛(ài)采購(gòu)目前滾珠絲杠銷售價(jià)格,，假設(shè)2025年人形機(jī)器人單個(gè)絲杠價(jià)格為2000元,，后續(xù)隨著規(guī)模化量產(chǎn)成本持續(xù)下降,，2026E-2030E單個(gè)絲杠價(jià)格同比分別-10%/-8%/-7%/-6%/-5%,。

2.2、絲杠市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局：外資位于主導(dǎo)地位,，內(nèi)資奮起直追

國(guó)外主要“玩家”：絲杠供應(yīng)商主要為日資,、德資公司。從國(guó)外滾珠/滾柱絲杠競(jìng)爭(zhēng)格局來(lái)看,，液壓龍頭博世力士樂(lè),、THK、NSK是海外絲杠產(chǎn)品的重要廠商,，日本,、歐洲作為精密制造優(yōu)勢(shì)地區(qū)，其開展精密加工技術(shù)研發(fā)的時(shí)期相對(duì)較早,，上述企業(yè)成立時(shí)間較早,，加工技術(shù)布局深，技術(shù)成熟,，產(chǎn)品類型豐富,。
國(guó)內(nèi)主要“玩家”：外資廠商占據(jù)市場(chǎng)，內(nèi)資廠商奮起直追,。我國(guó)在50年代末期開始研究用于程控機(jī)床,、數(shù)控機(jī)床的滾珠絲杠副，發(fā)展數(shù)十載,，國(guó)內(nèi)南京工藝,、山東博特等多家企業(yè)已擁有高精密絲杠的研發(fā)及生產(chǎn)能力，但由于國(guó)內(nèi)布局高精密絲杠領(lǐng)域相較國(guó)外較晚,，廠商數(shù)量,、產(chǎn)品類型和工藝水平和外資廠商仍有較大差距，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)仍是外資供應(yīng)商占據(jù)主要份額,。近年來(lái),，在線控制動(dòng)、人形機(jī)器人等新技術(shù)革命浪潮的下,，五洲新春,、貝斯特,、北特科技、恒力液壓,、新劍傳動(dòng)等多家企業(yè)也陸續(xù)布局高精密滾珠/滾柱絲杠市場(chǎng),，國(guó)產(chǎn)替代或?qū)⒓铀佟?br/>

2.3、人形機(jī)器人潮起,，國(guó)產(chǎn)替代加速

人形機(jī)器人浪潮帶來(lái)絲杠國(guó)產(chǎn)替代機(jī)遇,。目前絲杠應(yīng)用終端主要集中在汽車線控制動(dòng)、工業(yè)母機(jī)等領(lǐng)域,，其中線控制動(dòng)主要使用梯型絲杠,、滾珠絲杠，工業(yè)母機(jī)主要使用滾柱絲杠副及直線導(dǎo)軌副,，而人形機(jī)器人絲杠預(yù)計(jì)不同于兩者,，預(yù)計(jì)以小型號(hào)反向式行星滾柱絲杠為主，我們認(rèn)為未來(lái)人形機(jī)器人的量產(chǎn)是一場(chǎng)對(duì)絲杠技術(shù)的全新革命,，有望間接縮短外資廠商和內(nèi)資廠商之間的技術(shù)差距,。
人形機(jī)器人量產(chǎn)后對(duì)降本要求提高，國(guó)內(nèi)“玩家”有望憑借低成本,、技術(shù)迭代快等優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代,。我們認(rèn)為目前人形機(jī)器人絲杠的壁壘主要在于內(nèi)螺紋精加工，若成功實(shí)現(xiàn)工藝突破和量產(chǎn)后,，機(jī)器人生產(chǎn)商或?qū)阎匦霓D(zhuǎn)向規(guī)?；当?，因此對(duì)供應(yīng)鏈的成本控制能力和良品率將提出較高要求,。與外資廠商相比，內(nèi)資廠商具備人力成本低,、國(guó)產(chǎn)設(shè)備采購(gòu)價(jià)格低,、工藝迭代速度快等多種優(yōu)勢(shì)，未來(lái)有望緊抓人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化機(jī)遇,，快速實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代,。