丝杠行业专题研究报告：奇点时刻丝杠崛起
传统的物理运动方式包含带传动、链传动、齿轮传动、液压传动和丝杠传动。目前丝杠 已经大范围的应用于电动缸、小版面数控切割机及数控机床等工业领域。 带传动：结构相对比较简单且成本低廉，但其传动效率较低且寿命较短； 链传动：传动比的准确性高，能适配各样的工作环境，但由于链长等问题，平稳性 较差，振动以及噪声较大； 齿轮传动：传动比准确且传动效率高，但由于其依靠齿轮间的啮合实现传动，因此 对每个齿轮的精度要求均较高，不适宜轴间距离大的传动； 液压传动：输出功率、传动结构、响应速度、操纵便利度上均具备比较优势，被应 用于波士顿动力的 Altas 中。但因其在传动中使用油液，导致没办法实现稳定的传动 比，与此同时，油液在流动过程中存在泄露风险，也会影响传动效率，由此带来的 后期维修保养成本比较高； 丝杠传动：子类别较多，其中滚珠丝杠的传动效率、精度以及常规使用的寿命均较优，由 于其利用的是滚珠的内循环/外循环实现的传动，因此精度的影响因素源于丝杆凹槽 部位的螺距大小，与此同时，其主要零部件的制造大多使用不锈钢或合金钢，因此 后期的维护要求较低。
丝杠是将旋转运动转化成直线运动的传动装置。丝杠由螺母和螺杆组成，其工作原理在 于，螺杆作为主动旋转体时，螺母就会随螺杆的转动角度按照对应规格的导程将螺杆的 旋转运动转化成直线运动，参与做功的工件能够最终靠与螺母连接，以此来实现对应的直线运动。 丝杠按其摩擦特性可分为三类：滑动丝杠、滚动丝杠及静压丝杠。其中静压丝杠需要增 加一套供油/气系统，复杂性高，应用较少。
滚珠丝杠（滚珠丝杠副）依靠螺母内部的滚珠完成旋转到直线的传动。滚珠丝杠属于滚 动丝杠，其主要由螺母、螺杆、滚珠构成。运动原理为：当螺杆进行旋转运动时，滚珠作 为螺母内部的滚动元件沿螺旋槽滚动，从而带动螺母相对螺杆进行直线运动。
滑动丝杠和滚珠丝杠应用最为广泛，滚珠丝杠较滚动丝杠应用场景更精细。滚珠与丝 杆之间的间隙自然比滑动摩擦情况下的更窄，还可以实现无间隙运动，所以滚珠丝杠 具备损耗小，效率高、寿命长、结构相对复杂的特点。对高精度要求的场景诸如机器人、 精密机床、电子机械、输送机等工业板块，滚珠丝杠相较于滑动丝杠更加适配。
行星滚柱丝杠依托丝杆和滚柱的旋转带动螺母做直线运动。行星滚柱丝杠的结构与滚珠 丝杠较为类似，包括丝杠、行星滚柱、保持架、内齿轮和螺母等，其中滚动元件为行星滚 柱而非滚珠丝杠中的滚珠。其运动原理为丝杆主动旋转带动滚柱绕丝杆轴向公转同时绕 自身轴线自转，从而带动螺母做轴向直线、滚珠丝杠与行星滚柱丝杠差异性分析
行星滚柱丝杠性能好、成本高，更适用于重载领域，滚珠丝杠精度范围更宽、成本更低、 市场空间更大。行星滚柱丝杠在承载能力、转速、定位精度、寿命、传动噪音等较滚珠 丝杠逐步提升，并能适应更多样的工作环境。相比于滚珠丝杠，一样体积情况下，行 星滚柱承载能力更大，传动效率略低。目前特斯拉 Optimus 对承载力要求更高，线性关 节采用的是反向式行星滚柱丝杠，但不排除对承载力要求更低的人形机器人采用成本更 低的滚珠丝杠。
滚珠丝杠是目前应用场景范围最广的丝杠类型，工业制造业是其最主要的下业。从不同 行业的市场占有率来看，应用于工业制造业的全球滚珠丝杠市场顶级规模，占比为 32%。 电子和半导体行业、航空航天与国防、汽车行业和电力与能源行业的全球滚珠丝杠市场 规模分别为 15%、14%、11%、5%。
数字控制机床作为工业制造业中的主要板块，其传动部件多采用滚珠丝杠。传统机床主要采 用梯形丝杠，数控机床是在传统机床的基础上，加入数字化控制管理系统，其工作流程为： 由电机提供原动力，通过齿轮变速机构完成调速，由滚珠丝杠副将电机的旋转运动转化 为大拖板上执行元件的往复直线运动，完成机床的进给和加工。由于数字控制机床对传动工 件的精度要求更高，目前多采用滚珠丝杠。
特斯拉人形机器人 Optimus 的躯干共使用 14 个旋转关节、14 个直线 个空心杯关节。行星滚柱丝杠预计应用在直线 个。不同位置的丝杠承载力不同，目前有 500N、3900N、8000N 三种规格，其中 8000N 的丝杠可以平稳吊起半吨重的钢琴。
人形机器人开辟丝杠需求第二增长曲线 年市场规模或将接近 300 亿元。丝杠作为 综合性能更优的直线传动零部件，未来有望大面积应用于人形机器人中。我们假定单个 机器人中滚珠与滚柱丝杠价格随规模效应逐年递减，预计人形机器人新增量于 2030 年超 200 万，其新开辟的丝杠市场规模有望达到 270 亿元。
滚珠有内循环、外循环两种循环方式，分别适配不同的场景。从结构特点来看，外循环 形式的滚珠在循环过程结束后，将通过螺母外表面的螺旋槽或插管返回螺母并重新进入 循环；而内循环形式的滚珠始终在螺母内部，其通过反向器实现滚珠的单一封闭式循环。 循环原理的不同也带来了制作流程与工艺和使用场景上的差异： 外循环滚珠丝杠工艺简单，径向尺寸较大，负载大，适用于高承载传动系统； 内循环工艺复杂，径向结构紧密相连，定位可靠，适用于高精度、高效率、中小导程， 中低速场景，具体包括机床的定位、进给和伺服控制，汽车飞机部件运动控制等。
滚珠丝杠主要使用在于精密机械设备，不同设备间存在精度要求差距。精度衡量的是实际 移动距离与理想运动距离的偏差，精度越高的产品偏差越小。一般而言，体现工件精度 的方式常用其实际在做的工作中的误差大小衡量，标准有四种，分别是： 目标行程公差：主要是丝杠在磨削中累积的误差、热变形以及砂轮磨损造成的误差 工作作用； 任意 2π弧度内允许的行程变动量：主要是工件安装偏差、机床丝杠本身的传动误 差； 有效行程内允许变动量：主要为机床丝杠本身的传动误差、磨削工序累积的误差、 环境变化导致工件热变形以及工件本身自重引起的误差； 任意 300mm 行程内允许的行程变动量：误差引起因素同“有效行程内允许变动量”， 二者同属于非渐进性误差。 国内滚珠丝杠的精度等级分为 7 类（P1、P2、P3、P4、P5、T7、T10），1-10 精度依次递 减。
国际上常用的标准是日本工业标准（JIS），对应精度等级分别为 C0-C10（精度依次递减）。 普通机械大多采用轧制的制作方式，对应 C7 和 C10 精度等级；在对精度要求比较高的应 用场景中，常采用磨制的方式，对应精度区间为 C0-C5。
滚珠丝杠主流加工工艺：磨制和轧制（转造），不同加工工艺的成本和性能差异较大 。磨制滚珠丝杠的精密研磨工艺复杂，交货期较长，成本比较高；市面上可实现 C9~C0 的精度跨度；应用于 CNC 机械，精密工具机，产业机械，电子机械，航天工业等领 域； 轧制（转造）滚珠丝杠是冷轧挤压成型的，可以批量制造，成本较低；可实现精度有限，一般为 C9~C5 等级；应用于低摩擦、运转顺畅等物理运动场景。
亚太是滚珠丝杠的主要应用区域，但主要的制造商来自于欧洲和日本。从滚珠丝杠的 需求端来看，根据智研咨询的数据，2020 年，滚珠丝杠在亚太地区的市场占有率达到了 49.46%，而欧洲、北美和别的市场份额分别为 27.91%、15.68%和 6.95%。前期亚太地区 滚珠丝杠市场的增长主要得益于机床、汽车工业、航母航天的发展，由于亚太地区集聚 大量的发展中国家，发展工业的迫切性较高，因此对滚珠丝杠的使用量也较大。 从滚珠丝杠的供给端来看，由于滚珠丝杠属于精密工件，制造难度较高，而欧洲和日本 作为工业化程度较高的地区，积累了丰富的制造经验，因此目前滚珠丝杠主要的生产厂 商大部分来自于欧洲和日本，头部公司包括日本 NSK、日本 THK、瑞典 Ewellix、德国 Schaeffler 以及中国台湾地区 PMI 等。从世界竞争格局来看，CR5 市场占有率为 46%，中 国大陆厂商制造的产品集中于中低档，工艺水平较中国台湾地区和海外存在差距。
标准式滚柱丝杠运用最广泛，特斯拉人形机器人使用的丝杠为反向式。根据行星滚柱丝 杠的结构组成以及运动关系的不同，可以分为标准式、反向式、循环式、差动式和轴承 环式。
行星滚柱丝杠的精度分级和滚珠丝杠大体相同。根据 ISO（International Organization for Standardization 国际标准化组织）、DIN（Deutsche Industrie Norm 德国工业标准）以及 JIS （Japanese Industrial Standards 日本工业标准）规定，行星滚柱丝杠和滚珠丝杠的精度等 级划分大致相同，主要都是通过丝杠任意 300mm 长度的导程误差（V_300）分类。其中， ISO 将精度等级划分为 C0、C1、C3、C5、C7、C10；DIN 将精度等级划分为 C1、C3、 C5、C7、C10；JIS 将精度等级划分为 C0、C1、C3、C5。除 C0 外，ISO 与 DIN 等级划 分基本相同。部分欧美企业采用字母 G 区分精度等级，但含义与 ISO 的等级一一对应。 G1、G3、G5 精度分别对应 ISO 中的 C1、C3、C5 精度，目前国外龙头生产商已实现 G1- G5 精度的覆盖，而国内头部厂商覆盖部分还局限于低精度范围。
国内行星滚柱丝杠的性能差距在于精度、轴向承载以及尺寸范围。目前国外行星滚柱丝 杠的主要生产商有瑞士 GSA、瑞典 SKF、Ewellix、Moog、Nook 等，国内生产商有博特 精工、南京工艺等。国外生产商占据了全球行星滚柱丝杠的主要市场，重要原因在于其 在精度等级、承载能力、尺寸范围上更优： 精度：目前国外龙头生产商已实现 G1-G5 精度的覆盖，而国内头部厂商覆盖部分还 主要局限于低精度范围；人形机器人采用行星滚珠丝杠的主要点在于驱动，而非精 度控制，要求显著低于数控机床领域。 轴向承载：国内生产的大部分行星滚柱丝杠的最大动载荷和最大静载荷都小于国外 产品； 尺寸范围：大部分国内厂商生产的行星滚柱丝杠尺寸范围较窄，例如，博特精工仅 能批量生产直径 24-63mm 之间的行星滚柱丝杠，超出此范围的产品则需个别定制。
行星滚柱丝杠发展方兴未艾。根据立鼎产业研究网的数据，2022 年的全球行星滚柱丝杠 市场规模为 20.59 亿元，2019-2022 年 CAGR 为 14.83%。
行星滚柱丝杠制造企业竞争格局较为分散，国产替代大有可为。目前，从市场占有率的角 度看，占据国内行星滚柱丝杠市场份额前三的公司分别为瑞士的 Rollvis、GSA 以及瑞典 的斯凯孚，CR3=66%，国内企业市占率最高的是南京工艺和博特精工，均占据 8%的市场 份额。
国内行星滚柱丝杠的技术储备较丰富。行星滚柱丝杠的专利技术分为设计研究、螺纹加 工工艺研究以及综合性能测试三个方面，其中设计研究的专利数量最多，细分方向包括 总体结构设计、啮合机理与接触特性、静刚度与变形、载荷分布与均载方法、摩擦机理 与传动效率研究。我国在行星滚柱丝杠领域覆盖的技术路径较为全面，其中，具备较强技术储备的研发机构为北京精密机电控制设备研究所和西北工业大学，专利申请量位于 第一梯队。我们认为，伴随行星滚柱丝杠的落地场景越来越清晰，更多的专利技术有望 逐步从科研机构走向工业企业，并落实到实际生产中。
行星滚柱丝杠关键技术专利申请增长迅速，国内企业有望逐步突破技术壁垒。高精度行 星滚柱丝杠的技术热点集中于传动效率测量试验研究、总体结构设计技术等，但近几年， 伴随更多需要高精度丝杠应用场景的出现，针对啮合机理与接触特性、摩擦机理与传动 效率、载荷分布与均载方法研究等方面研究愈发变多，而新兴技术的专利主要由国内机 构申请。因此，国内研究机构在行星滚柱丝杠的精密传动方面具备领先的技术优势，有 望突破制造技术壁垒，产品质量标准向国际大厂逐步靠拢，最终实现行星滚柱丝杠的量 产落地。
国内轴承企业进军车用丝杠，初步具备量产能力。产品加工方面，轴承和丝杠存在技术 共通；产品结构层面，人形机器人较汽车对滚珠丝杠的精度、工艺要求较高。近年来，宁 波慈兴、五洲新春、长盛轴承等轴承企业开始布局车用丝杠加工，未来存在将车用丝杠 技术和生产能力平移到机器人领域的可能。
自主研发核心技术，发力精密传动件制造。新剑传动主营业务是为半导体通讯、计算机、 电子、汽车、工程机械、人机协作及服务机器人等行业提供蜗轮、蜗杆传动部件和精密 零部件产品。公司拥有 80 多项专利技术，其中发明专利 13 项，是国家高新技术企业。 并且公司与国内外多家研究机构成为战略伙伴关系，并成立研发中心及新剑传动（上海） 联合研发实验室分部，研发方向为机械传动技术和人工智能应用集成技术。
公司具备滚珠丝杠、行星滚柱丝杠产品大批量生产能力，公司年产能超过 350 万套。行 星滚柱丝杠电动缸产线系列产品是公司最新研发，2022 年批量化生产的产品， 该产品是 省级首台套，替代进口卡脖子工程，将成为液压驱动、滚珠丝杠电动缸的未来技术主力 替代方案，广泛应用于汽车、人形机器人等行业。公司建有国内行星滚柱丝杠首条批量 化生产线 月批量化生产，已具备 350 万套的批量化生产能力，并且在汽车行 业首先进行了应用。
鼎智科技是以微特电机为主要构成的定制化精密运动控制解决方案提供商。目前，公司 主要产品包括线性执行器、混合式步进电机、直流电机等，广泛应用于医疗器械领域， 以及机器人、精密电子设备等工业自动化领域。公司的丝杆螺母目前完全自主生产，包 括设计、工艺、模具、注塑等，在效率、噪音等方面国内领先。公司的微型行星滚柱丝杆 的研发与生产上已有里程碑式达成。
丝杆方面，公司独立设计 T 型丝杆的牙形及滚压轮，采用国际先进滚压设备和生产 工艺，产品表面光洁度 Ra＜0.2，导程精度±0.002mm，行程误差＜0.， 具有良好的丝杆精度、光洁度及传动效率；公司自主研发的丝杆校直机构及测量系 统可实现 T 型丝杆的自动校直，产品直线mm，成为国内 较早采用该技术工艺的丝杆电机厂家；
专注精密零部件研发，全面布局滚动功能部件。贝斯特自成立以来，一直专注于精密零 部件和智能装备及工装产品的研发、生产及销售，近年，公司利用在智能装备及工装领 域的各类先发优势，将业务延伸至高端航空装备制造以及工业自动化装备领域。公司充 分发挥“精密加工为特长、铸造产业为支撑、智能装备为驱动”的产业联动发展的核心 竞争优势，高举高打全面布局直线滚动功能部件，导入“工业母机”新赛道。2022 年贝 斯特设立子公司宇华精机落实“高端装备核心滚动功能部件项目”，包括高精度滚珠丝杠 副、高精度滚动导轨副等产品，公司产品矩阵日益完善。
依托公司技术优势，宇华精机高端装备核心滚动功能部件项目正逐步推进。项目已获国 家专项资金支持，总投资 12 亿元，利用 4.5 万平方米厂房，引进生产及检测设备 279 台 （其中研发设备 70 台），配套软件及系统 29 套、公辅设施 5 套。达产后，具备年产 15 万套高精度滚珠丝杠副以及 24.8 万米高精度滚动导轨副部件的生产能力，年产值达 15 亿 元。截至 2023 年 4 月，部分进口设备已运抵车间，正在进行设备安装调试，其余设备正 陆续采购中。
公司布局“直线滚动功能部件”主要优势在于两方面： 公司汽车零部件业务规模化、智能化生产的技术和管理体系可直接移植到直线滚动 功能部件领域。此外，公司现有上千台高端机床，并实现了产业化应用验证，未来 公司作为“供应商”和“客户”的双重角色，利用产业化验证平台，可不断提升机 床商和滚动功能部件质量、效率，实现双赢； 公司建立了一支专业技能过硬的技术团队，对滚动功能部件有丰富的经验和深入的 理解。 截至 2023 年 9 月 14 日，根据 Wind 一致性预测，预计公司 23/24/25 年营收为 13.5/17.4/21.7 亿元，同比增长 23%/28%/25%；归母净利润为 2.7/3.4/4.2 亿元，同比增长 17%/27%/24%， 对应当前 PE 为 29.9/23.5/18.9 倍。
液压油缸起家，多维布局油缸、铸件、液压产业。恒立液压成立于 2005 年，是一家专业 生产液压元件及液压系统的公司。公司从液压油缸制造发展成为涵盖高压油缸、高压柱 塞泵、液压多路阀、工业阀、液压系统、液压测试台及高精密液压铸件等产品研发和制 造的大型综合性企业。目前，公司下游客户包括：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。
公司的精密加工制造能力，为滚珠丝杆的生产奠定良好基础。2022 年公司定增 14 亿元 布局线性驱动器（包含电动缸，滚珠丝杠）领域。该项目达产后将形成年产 104,000 根标 准滚珠丝杆电动缸、4,500 根重载滚珠丝杆电动缸、750 根行星滚柱丝杆电动缸、100,000 米标准滚珠丝杆和 100,000 米重载滚珠丝杆的生产能力。公司竞争优势主要在： 精密加工技术方面：公司掌握精密加工制造工艺，核心技术包括高精密液压铸造技 术、摩擦焊接技术、热处理技术、高压密封技术、测试技术和先进机加工工艺技术； 工艺制造方面：公司具有较高的工艺集成能力和深厚的工艺基础数据； 制造设备设施方面：公司是全球范围内少数拥有自制铸件厂的液压件企业之一，拥 有开展精密加工制造的基础条件，目前拥有 3 个“江苏省示范智能车间”并实行严 格 5S 管理，能够实现精密部件的高质量生产。 截至 2023 年 9 月 14 日，根据 Wind 一致预期，预计公司 23/24/25 年营收为 94.2/110.7/130.8 亿元，同比增长 15%/18%/18%；归母净利润为 26.9/32.2/39.0 亿元，同比增长 15%/19%/21%， 对应当前 PE 为 31.6/26.5/21.9 倍。
秦川机床以主机业务为引领，以高端制造与核心部件为支撑，以智能制造为新的突破口， 立足机床工具行业。秦川机床拥有秦川机床本部、宝鸡机床、汉江机床、汉江工具、沃 克齿轮、秦川格兰德、秦川宝仪等多家子公司，是我国精密数字控制机床与复杂工具研发制 造基地、中国机床工具行业的龙头骨干企业。公司产业链完整、产品线众多、系统集成 能力强大、综合竞争优势显著。
子公司汉江机床是国内数控机床制造厂家配套滚珠丝杠副的首选。秦川机床所属汉江机 床是国家机床工具行业骨干企业，国内螺纹磨床研制生产主导企业，主要研制生产高精 度数控螺纹系列磨床及专机、测量仪器设备，滚珠丝杠副、直线导轨副、螺杆压缩机等 产品。企业具有先进的研发和制造能力： 研发方面：汉江机床拥有省级技术中心，下设螺纹磨床研究所（行业归口所）、陕西 省滚动功能部件研究所和压缩机研究所，取得省级以上科研成果 100 余项，14 项国家发明专利技术； 制造方面：汉江机床可生产 2 级、3 级精度的滚珠丝杠、直线导轨，有较高的精度保 持性，完全可以满足中高档数控机床的要求。 截至 2023 年 9 月 14 日，根据 Wind 一致预期，预计公司 23/24/25 年营收为 46.2/56.3/67.6 亿元，同比增长 13%/22%/20%；归母纯利润是 3.0/4.1/5.3 亿元，同比增长 7%/37%/32%， 对应当前 PE 为 43.2/31.5/24.0 倍。
切削工具领域头部公司，依托多年制造经验切入高精度滚动部件生产。恒而达主要从事 金属切削工具及配套智能数控设备、高精度滚动部件的研发、生产和销售。公司的重型 模切工具产品在国际及国内市场占有率第一；锯切工具产品性能优异，达到或高于国际、 国家标准，是双金属带锯条领域的主要生产企业。由于金属热处理和加工工艺存在同源 性，公司依托多年制造经验切入高精度滚动功能部件生产，并于 22 年正式启动直线导轨 副的产业化进程。
持续创新并拓展新产品，研发成果转化效果较好。公司的研发方向包括金属切削工具、 智能数控装备等，目前公司正加大对直线导轨副等高精度传动设备的研发投入，并持续 拓展高强韧轻量化金属板材、滚珠丝杠副、新型数控装备等新品。 截至 2023 年 9 月 14 日，根据 Wind 一致预期，预计公司 23/24/25 年营收为 6.3/8.8/11.3 亿元，同比增长 30%/41%/28%；归母纯利润是 1.2/1.7/2.2 亿元，同比增长 28%/42%/27%， 对应当前 PE 为 33.1/23.3/18.4 倍。
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