原标题：人形机器人报告：丝杠直线传动精密部件人形机器人与智能汽车带来历史性新机遇

  今天分享的是人形机器人系列深度研究报告：《人形机器人行业深度报告：丝杠直线传动精密部件人形机器人与汽车智能化带来历史性新机遇》。（报告出品方：开源证券）

  公司能够批量生产滚珠丝杠，具备高精度滚珠丝杠生产能力。汉江机床目前滚珠丝杠/精密螺杆副产能 10 万件/年，募投项目投产后产能预计达 38万件/年，竞争优势显著。此外，汉江机床生产的 2级、3 级精度的滚珠丝杠、直线导轨，具备较高的精度保持性，能够很好的满足中高档数字控制机床要求，同时实现了在新能源汽车领域滚动功能部件和精密螺杆副的国产化推广应用。根据秦川机床 2021 年年报，公司高档滚珠丝杠副关键技术探讨研究及示范生产线 级滚珠丝杠副生产，MTBF(平均故障间隔时间) 达到 2000 小时以上。

  在高端轴承磨超加工及装配生产线领域，日发精机的高端磨床产品在国内市场占有率第一。目前国内轴承行业规模靠前的 30 家企业中，有 25 家采用公司的高瑞轴承磨超加工及装配生产线产品。铁姆肯、福赛、SKF、人本集团、万向钱潮、天马轴承等在内的国内外客户和公司形成稳定合作。

  2014 年，公司与意大利 MCM 签署股权收购协议。MCM 是全球领先的卧式加 工中心制造商，服务于航空航天、超级跑车发动机厂和新能源等领域的高端客户。 对 MCM 的收购使得公司在高端数字控制机床领域的研发实力逐渐增强。 2023 年公司推出新品数控螺纹磨床，可用来生产滚珠丝杠。该产品目前处于试 磨阶段，尚未投产。

  根据结构不同，丝杠可分为梯形丝杠、滚珠丝杠和行星滚柱丝杠，行星滚柱丝杠 是丝杠所有品类中性能最优异的子类。以价值量和竞争格局分类，梯形丝杠和 C7-C10 级滚珠丝杠属于中低端丝杠，产品价格低，国内成熟供货。C3-C5 级行 星滚柱丝杠与滚珠丝杠为中高端丝杠，国产化率低于 30%。C0-C3 级别的行星滚 柱丝杠和滚珠丝杠为高端丝杠，制造难度大、产品认证周期长、价值量最高，国 内仅少数厂商可供货，国产化率约 5%，日欧企业占据 90%的份额。

  降低硬件成本是线控底盘渗透率提升以及人形机器人落地量产的核心推动因素。 因此，丝杠厂商需要及时切入主要客户供应链，通过扩大规模效应来减少价格下 降对利润和现金流的影响。人形机器人、智能汽车主机厂对丝杠供应商的核心要 求是低成本大规模制造能力强，因此国产丝杠厂商相比海外更具优势。

  （1）以丝杠为主业的先发者最具优势。滚珠丝杠和行星 滚柱丝杠的认证周期长，提前卡位的企业具有成熟的丝杠产品，可缩短导入新客 户的认证周期。同时，先发者更有可能以更短的时间获取海外设备来及时满足客 户扩产需求。

  （2）由减速器拓展丝杠业务的公司和由轴承拓展丝杠业务的公司在 丝杠设计、加工工艺上具备技术优势。

  丝杠是机械设备中将旋转、直线运动相互转换的传动部件，按照结构不同，分为行星浓柱丝杠、浓珠丝杠和梯形丝杠。

  行星滚柱丝杠属于丝杠品类中性能最优异、最昂贵的一个子类。行星滚柱丝杠将行星减速器与丝杠的原理融合，在主螺纹丝杠的周围，行星式地布置了 6-12 个螺纹滚柱，由传统滚珠丝杠式的点接触变换成了精度与承载力更高的线/面接触。承载能力是同等精度滚珠丝杠的 6-15 倍，寿命比同精度滚珠丝杠提升 10 倍以上。

  滚珠丝杠:由螺母、螺纹丝杠、滚珠构成。工作过程中由电机带动丝杠部分旋转，通过在螺母内部滚道的滚珠带动螺母部分直线运动，从而完成高效率的直线传动。

  梯形丝杠:由螺母和螺纹丝杠构成，二者直接接触产生直线滑动。梯形丝杠的特点是自锁性好，但是传动效率低。

  消费缓丝杠:汽车目前主要使用中低端滚珠丝杠，未来随着汽车智能化程度加大，行星滚柱丝杠渗透率将提升。智能家居、电动工具等领域目前主要使用梯形丝杠或中低端滚珠丝杠。

  国内丝杠的精度等级可分为 P1、P2、P3、P4、P5、P7、P10 这7个等级。

  JIS 标准将丝杠的精度分为 CO、C1、C3、C5、C7、C10 六种精度。

  磨床、坐标铿床主要使用 P3 级以上高端滚珠丝杠，其他机床使用 PS 级以上中高端滚珠丝杠即可。以特斯拉机器人为代表的人形机器人使用中高端行星滚柱丝杠。工程机械主要使用中高端行星滚柱丝杠。半导体设备对丝杠精度要求高，主要使用 P2 级以上高端滚珠丝杠。

  航天级丝杠:对丝杠精度、承载力、恶劣环境下工作寿命等方面均有严苛的要求，因此主要使用高端行星滚柱丝杠或高瑞滚珠丝杠。

  壁垒一:成熟的加工工艺。高端丝杠的制造难度大。以行星滚柱丝杠为例，螺纹牙型的设计通过决定滚柱-螺母间啮合点位置与轴向间隙大小来决定丝杠的性能。丝杠行业先进入者凭借长期深耕提炼出成熟的螺纹牙型设计方式与加工工艺，抢占高端市场份额。这些厂商更容易导入终端龙头客户并且形成客户粘性，通过龙头客户的高质量反馈，再对加工工艺进行改进形成良性循环。

  壁垒二:丝杆为重资产行业，对设备储备要求高。对于无精度要求的 C7-C10级滚珠丝杠，国内一般采用车削后轧制的方式生产。对于 CO-CS 级精密滚珠丝杠和行星滚柱丝杠，国内主要采用先车削、后磨削的方式，如果加工带端齿的螺纹滚柱时还需要使用滚齿机或一体成型的滚压机。磨削为核心工艺，约占整个加工过程的2/3，使用的设备是数控螺纹磨床，根据丝杠精度要求不同，选择中高端数控螺纹磨床或高端数控螺纹磨床。

  欧洲厂商还普遍使用旋风铣的方法来加工螺纹。旋风铣的加工时间是磨削加工的 1/3，且不影响加工质量。核心设备是高精度旋风铣床。硬铣削工艺是指由光杆进行感应淬火处理硬度达到 HKC60-HRC62，然后直接在数控旋风铣床上利用 CBN 成型刀以 180m/min 的切削速度将螺纹一次铁削成型。

  高端检测设备对保障滚殊丝杠生产良率起到重要作用。以南京工艺为主的滚珠丝杠大规模量产厂商引入德国 MAE 滚珠丝杠高效在线检测自动校直机来进行滚珠丝杠的检测。

  目前加工高瑞丝杠的设备被海外垄断，加工中高端丝杠的设备国内仅少数厂商可供货，海外设备仍为主流。海外设备商交期不断延长并且倾向于将产能首先满足长期合作的客户，因此丝杠行业后进入者可能因买不到符合精度要求的海外设备而无法实现用户雪求。

  壁垒三:原材料纯度、配方，材料热处理工艺。丝杠的主体材料需要具有高强度、硬度及良好的淬透性、耐摩擦性来保证长期稳定的工作。制造出上述高质量原材料的核心壁垒在于材料本身的纯度、配方以及球化退火、调质处理、中频浮火三项核心热处理工艺。

  目前，中国大陆丝杠厂商仅在中低端市场有所突破，中高端市场国产化率提升空间大。2022 年，中国大陆厂商占国内高端滚珠丝杠市场的 5%，占国内中端滚珠丝杠市场的 30%。Ewellix (伊维莱)、Rollvis、GSA、博世力士乐四家欧洲厂商占据国内行星滚柱丝杠市场约 78%的份额。

  中国大陆丝杠厂商尚未实现中高端突破的原因在于加工工艺不成熟、加工高端丝杠的核心设备自主化率低、国产原材料质量较差。

  第一，对加工工艺理解程度不深，同时缺乏终端龙头厂商的反馈。日、欧厂商对滚珠丝杠和行星滚柱丝杠的研发可追溯到 20 世纪 30 年代，而国内最早从20 世纪60 年代开始研发滚珠丝杠，对行星滚柱丝杠的研发在 2000 年以后才开始，因此对于加工工艺的积淀较浅。加工工艺水平的提升也需要下游机床、汽车、机器人等终端客户的反馈，特别是终端龙头厂商的反馈。过去几十年国内终端市场也主要由海外厂商占据，国内丝杠厂商很难导入，无法形成“产品在客户产线上试验一客户反馈+根据反馈进行加工工艺改进”的良性闭环。

  第二，高精度加工设备国产化率低，海外设备价格贵、交期长限制国内丝杠)商扩产。目前，加工高端丝杠的核心设备的国产化率低。海外设备价格高昂使得丝杠厂商生产成本高企。海外设备商的交期延长造成设备紧缺，限制了国内丝杠厂商的扩产。

  第三，原材料纯度低、热处理工艺不成熟导致国产丝杠生产过程中废品率高实际使用过程中容易接触疲劳失效。

  我国生产滚珠丝杠使用的原材料主要是轴承钢 GCrJS (近年来又开发出掺杂 Mo 元素的 GCrJ5,实现高淬透性),为优质合金钢,不比日本THK、中国台湾上银所用的材料差，但是我国的钢材纯净度整体水平较差。以氧含量举例，我国国家标准规定，高碳铬轴承钢氧的质量分数在在 15X106 以内，而日本、瑞典等工业发达国家轴承钢的氧含量普遍在 10X106 以下，甚至达到 5X10 以下。据日本相关报道，轴承钢氧的质量分数平均减少 2.5X10，则轴承寿命提高1~2 倍。

  (1) 通过对材料学、摩擦学等底层基础学科进一步精进以及通过终端龙头客户反馈进行技术迭代的方式来提升丝杠加工工艺水平。

  2、下游需求高增，2030 年我国丝杠行业有望达 747 亿元规模根据我们测算，2023 年国内丝杠市场规模约 173 亿元，以人形机器人产量达到100 万台假设，2030年国内丝杠市场规模有望增长至747亿元。

  2.1、汽车智能化升级，2030 年国内车载丝杠市场有望增长至 389 亿元

  线控底盘是汽车智能化浪潮下的黄金赛道，其中最为关键的线控转向和线控制动系统目前均使用滚珠丝杠。

  线控制动、线控转向、电子驻车系统渗透率提升以及更高价值量的行星滚柱丝杠对滚珠丝杠的替代将共同推动汽车用丝杠市场规模扩大。由于行星滚柱丝杠能承载的静载比滚珠丝杠高，寿命比滚珠丝杠长，能够提供更高的旋转速度和更高的加速度，使得制动器的制动响应更快，同时制动力更大。行星滚柱丝杠导程可以更小,使制动器高精度可控。因此，更高性能的线控底盘系统需要用价值量更高的行星滚柱丝杠替代滚珠丝杆。

  根据我们测算,2023 年,国内应用于乘用车线控底盘的丝杠市场规模预计为 75.8亿元，2030 年有望增长至388.9 亿元。

  线控制动:电子助力替代真空助力，解决了新能源车缺乏稳定真空源的问题，具备能量回收的功能，对提升新能源汽车续航里程至关重要。

  线控制动分为 EHB和EMB 两种技术路线，EHB 为目前主流方案，分为 Onebox(EHB 与EPS 共用一个ECU，省去 EPS 的机械结构)和 Twobox (EHB 与EPS 独立工作) 方案。EMB 为长期趋势。以博世第二代 i-booster 为主的 EHB 系统使用一级滚珠丝杠替代二级蜗轮蜗杆进行减速。博世、大陆、西门子推出的 EMB 系统均来用行星齿轮组减速器配合滚珠丝杠。

  线控转向。线控转向目前仍以 EPS (电动助力转向)为主，未来 SBW(线控转向)渗透率将持续提升。EPS 系统中的 R-EPS(齿条式 EPS)是电机通过带式减速机构后经滚珠丝杠副带动齿条轴进行传动，因此需要1根滚珠丝杠。SBW系统和 EPS 的区别是取消了管柱，无机械连接，但在底盘的转向执行总成中使用 1 根滚珠丝杠。由于 R-EPS 是三种电动助力转向系统中力矩传递路径最短，效率最高，前轴载荷能力最大的方法,因此R-EPS在EPS 中渗透率提升。2020年国内SBW渗透率约为0.1%,根据电动汽车产业技术创新战略联盟发布的《电动汽车智能底盘技术路线年国内线控转向目标渗透率达到 5%，2030 年目标渗透率达到 30%，我们假设 2025年SBW渗透率提升至6%。

  电子驻车制动(EPB): 中高端车型搭载的 EPB 系统一般使用滚珠丝杠副进行传动，其他车型使用螺纹副。我们假设乘联会规定的 30 万元以上高端乘用车渗透率为目前滚珠丝杠在 EPB 系统中的港透率。

  根据特斯拉2022 Aday 发布会以及我们的预计，特斯拉人形机器人单机14 个线 个灵巧手内的空心杯关节各使用1根微型行星浓柱丝杠。

  以行星滚柱丝杠为核心的线性执行器具有精度高和负载大的技术特点，可以实现精准的速度控制、位置控制和力控制，满足人形机器人在不同应用场景下对运动能力的要求。

  特斯拉人形机器人为行星滚柱丝杠带来百亿新市场。人形机器人发展早期对行 星滚柱丝杠的定制化程度要求高，因此单价高。随着特斯拉机器人产量增加，单根 丝杠价格呈下降趋势。根据我们预计，当特斯拉人形机器人产量达到 100 万台时， 单根行星滚柱丝杠价格约降至 907 元，单根微型行星滚柱丝杠价格约降至 302 元， 此后产量增加价格基本不再下降。当产量达到 100 万、200 万台时，所需行星滚柱丝 杠市场规模分别达到 163 亿元、327 亿元。 表5：当特斯拉人形机器人产量达到 200 万台时，带来 327 亿元行星滚柱丝杠市场规模分别达到 163 亿元、327 亿元。

  我们测算，2023 年我国机床用滚珠丝杠市场空间约为 97 亿元，2030 年有望增长至 190.6 亿元，市场规模翻倍。核心假设如下:

  根据台湾上银年报，其滚珠丝杠产品均价约为 768 元。由于数控机床领域对滚珠丝杠要求较高，出货量小，而低端自动化领域对滚珠丝杠的需求量极大，因此上银的滚珠丝杠产品均价可以基本代表低端偏中端的丝杠产品价值量。参照自动化领域所用的中低端丝杠产品均价，我们假设，高端机床领域所用的高端滚珠丝杠单个价值量约 1.5 万元，中端机床所用滚珠丝杠产品约为 6500 元，低端机床所用浪珠丝杠约为 3500 元。

  按中高端机床用 3 个滚珠丝杠，低端机床平均用 2.5 个滚珠丝杠 (个别低端机床只安装 1-2 个丝杠) 估算市场规模。

  工程机械、注塑机电动化、节能化趋势推动行星滚柱丝杠电动虹对液压缸的替代。工程机械领域长期使用液压缸作为液压系统中将液压能转变成直线、摆动往复式机械运动的一种重要执行元件。行星滚柱丝杠电动缸是液压缸和气动缸的技术升级产品，更清洁、能效更高并且消除了液压系统中高压油易泄露的风险，在高空作业平台、叉车、挖掘机等工程机械上被逐步推广使用。

  我们以挖掘机、叉车代表行星滚柱丝杠在工程机械领域的主要下游，测算得 2023 年国内工程机械行业用行星滚柱丝杠市场约 2500 万元，到 2030 年有望增长至 3.76 亿元。

  除了以数控机床、机器人、注塑机为代表的自动化行业，以叉车、挖掘机为代表的工程机械行业以外，滚珠丝杠以及行星滚柱丝杠也应用在医疗器械、半导体设备以及航空航天等对线性驱动的精确性、准确程度要求极高的领域。

  半导体：光刻机（光刻机驱动平台通常使用 P1 级别精密滚珠丝杠+光栅驱 动）、焊线 级滚珠丝杠）、测试探针台（P1-P2 级滚珠丝杠）等。

  航空航天：航空航天工况呈现出很强的非常态性，比如强过载，要求精密 丝杠副在数倍甚至十倍以上的额定载荷下正常运行；高可靠性，保证无润 滑条件下长期运行等。因此，行星滚柱丝杠在很多应用领域对滚珠丝杠进 行替代。中国航天科技集团 7 院、中国运载火箭技术研究院也分别在 2010、 2011 年开始着手行星滚柱丝杠的研发。

  智能汽车线控底盘海透率提升，人形机器人量产落地都离不开一个核心推动因素: 硬件成本的下降。对于没有及时切入主要客户供应链的丝杠厂商，在价格持续下降的背景下很可能因为缺少客户订单支撑造成利润和现金流的亏损。因此，丝杠厂商想要抓住新需求带来的产业机遇，需要及时切入主要客户供应链。

  目前来看，人形机器人、智能汽车基本无需使用精度最高的高端丝杠。在下游需求高速增长背景下，主机厂对丝杠厂商的核心要求是大规模制造工艺能力和生产组织能力强，和客户配合度高，可以按照主机厂要求及时扩产。

  国产厂商低成本大规模扩产实力强，相较日本、欧洲以及中国台湾厂商更有优势。日本、欧洲的丝杠产品定位高端，价格贵，主要厂商扩产计划谨慎，而且产能大部分在海外，用工贵。中国台湾厂商主打中高端市场，丝杠产品价格比日欧低，但高于国产，扩产成本也高于国内。国产厂商按优势不同又可分为3类:

  第二，由减速器拓展丝杠业务的公司和由轴承拓展丝杠业务的公司在丝杠设计、 加工工艺上具备技术优势。

  由减速器切入丝杠的企业:行星滚柱丝杠是将行星减速器与丝杠的原理相融合的产品，由行星减速器切入行星滚柱丝杠的厂商在产品设计上具备优势。从生产工艺看，行星减速器生产过程的核心工艺为磨齿和热处理，也与行星滚柱丝杠近似。

  由轴承切入丝杠业务的企业: 轴承和丝杠所应用的底层基础学科都为摩擦学和材料学，生产过程中的核心工艺均为热处理和研磨，全球知名轴承厂商斯凯孚、伊维莱(原隶属斯凯孚线 年从斯凯导独立)、INA (舍弗勒旗下)、日本NSK、THK 均在滚珠丝杠行业占据重要份额。

  第三，成熟的精密加工件制造企业切入丝杠业务。丝杠，尤其是中高端丝杠， 属于精密传动部件。大批量生产过程中需要保证产品的一致性，这对厂商的加工能 力提出高要求。海外以博世力士乐为代表的液压件龙头凭借强劲的精密部件大批量 生产实力，在全球滚珠丝杠市场也占据重要份额。

  公司掌握材料热处理核心工艺、锻造加工技术，以轴承套圈起家，逐步拓展到成品轴承、凤电滚子、汽车零部件和热管理系统零部件业务。

  公司部分产品已进入特斯拉汽车供应链:轴承套困通过斯凯导供应特斯拉，汽车空调管路零部件长期供应 Ticr 1 厂商三花智控。

  滚珠丝杠业务: 根据 2023 年7月的投资者交流公告，公司已经研发成功新能源汽车电子助力转向系统(EPS)中控制精度最高的齿条式电动助力转向系统(R-EPS)所需的丝杆螺母轴承组件，目前也在论证购买丝杆加工设施，从而具备生产滚珠丝杆系统所有配件的能力。

  3.2、长盛轴承: 主营滑动轴承，滚珠丝杠产品应用于新能源车 EPB 系统

  公司主业为自润滑轴承。公司拥有成熟的自润滑轴承生产的基本工艺技术，在自润滑材料上具备较强的研发实力。客户资源优质，和卡特彼勒、利勃海尔等工程机械巨头、美驰、博世、克诺尔、佛吉亚、伯尔克、韩国HK、韩国万都、卡拉罗、三菱技术等国内外知名汽车及工程机械零部件生产商长期合作。

  公司是我国液压件龙头。液压元件及系统是大型机械核心传动装置，工程机械为公司核心产品的第一大下游。下游客户包括: 美国卡特彼勒、日本神钢、日立建机、久保田建机、三一、徐工、柳工、中铁工程、铁建重工等世界 500 强和全球知名主机客户。

  目前国内可成熟供应丝杠生产所需的前道设备，但后道核心设备高精度数控螺纹磨床的国产化率低,特别是生产高端丝杠的高精度螺纹磨床，基本完全依赖进口。

  在丝杠行业迎来大规模扩产需求，同时海外数控螺纹磨床产能紧缺的背景下国产前道设备商的收入规模有望加速扩大，后道设备国产替代进程有望加快。

  公司精密磨床技术底蕴深厚。公司控股子公司汉江机床始建于 1965 年，是彼时国家唯一的螺纹磨床定点生产厂，深耕螺纹磨床领域 60 余年，精密螺纹加工技术长期处在国内领先水平，积累雄厚。

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