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1、 證 券 研 究 報證 券 研 究 報 告告 證監會審核華創證券投資咨詢業務資格批文號:證監許可(2009)1210 號 未經許可,禁止轉載未經許可,禁止轉載 行業研究行業研究 機械機械 2024 年年 06 月月 17 日日 “人形機器人的 Optimus 時刻”系列(八)推薦推薦(維持)(維持)絲杠:絲杠:大水之中,必有大魚大水之中,必有大魚 絲杠:直線運動轉換元件,下游助推品類擴充與技術升級。絲杠:直線運動轉換元件,下游助推品類擴充與技術升級。絲杠是基于螺旋傳動以實現回轉運動與直線運動轉換的元件,精度從高到低可分為 C0、C1、C3、C5、C7、C10。憑借高傳動效率、高精度、高轉速以及
2、高軸向剛度等優點,絲杠廣泛應用于數控機床、半導體、精密磨床等工業設備中。絲杠主要有梯形絲杠、滾珠絲杠和行星滾柱絲杠三種類型:滾珠絲杠滾珠絲杠根據滾珠循環方式的不同,可分為內循環式和外循環式兩類。根據秦川機床公告,2022 年我國滾珠絲杠市場規模約為 27.70 億元。目前全球主要的滾珠絲杠廠商有 NSK、THK、SKF 等,日本和歐洲滾珠絲杠企業占據了全球主要的市場份額。行星滾柱絲杠行星滾柱絲杠小導程、高承載,技術含量較高,可分為標準式、反向式、循環式、軸承環式和差動式五種,常應用于高速、重載及高精度場合。梯形絲杠梯形絲杠由于摩擦系數大,易磨損、精度和效率難保證,在傳動效率和精度上較為落后,常
3、在升降機和工業機器人等機械設備中作為滑動部件使用。工業母機:滾珠絲杠下游重要應用場景,大規模設備更新刺激新需求。工業母機:滾珠絲杠下游重要應用場景,大規模設備更新刺激新需求。受益于出口需求拉動并推動制造業迅速復蘇,另一方面與機床更新周期形成共振,2023 年我國金屬切削機床產量有所提升至 61.25 萬臺,同比增長 7.1%。當前我國高端機床核心零部件主要依賴日本及德國品牌,國產零部件使用率較低.通過導軌絲杠的精確定位和穩定性,可以實現對工件的高精度加工和定位。以五軸數控機床為例,每個線性軸需要搭配一根滾珠絲杠和兩根導軌,按國產滾珠絲杠單價 1000 元/根進行測算,單臺五軸數控機床中絲杠價值
4、量約為 3000元。根據睿工業數據,2023 年我國金切機床整體市場規模 513 億元,傳動系統的價值占機床總成本的 20%左右,預計 2023 年我國整體機床領域絲杠導軌市場規模近百億元。人形機器人:主要應用于線性執行器,絲杠單人形機器人:主要應用于線性執行器,絲杠單 BOT 價值量較高。價值量較高。絲杠應用在人形機器人直線執行模組和空心杯模組。直線執行模組覆蓋腕、肘、髖、膝、踝共計 14 個關節。在靈巧手中,傳統腱繩驅動結構剛性、精度較低;未來采用微型絲杠驅動手指的方案成為一種可能。根據 Optimus 解決方案,預計單BOT 總計需要 26 根絲杠(14 根行星滾柱12 根微型);結合國
5、產廠商定價,我們假定行星滾柱絲杠的價格為 2500 元/根,微型絲杠價格為 100 元/根,經過測算,單 BOT 的絲杠價值量約為 36200 元;考慮到量產后帶來的規模效應,在特斯拉 Optimus 量產達到 10/50/100 萬臺時,預計絲杠的單 BOT 價值量分別為 36000/28000/18000 元;對應的市場規模分別為 36/140/180 億元。國內廠商積極研發擴產,加速由國內廠商積極研發擴產,加速由 0 到到 1。1)恒立液壓:液壓油缸起家,線性驅動器項目進入試生產階段;2)北特科技:汽車底盤零部件龍頭,工藝移植進軍機器人產業鏈;3)貝斯特:精密零部件及智能裝備廠商,前瞻布
6、局未來產業;4)五洲新春:精密制造行業領跑者,絲杠組件及零部件成功開發。行業投資評級與投資行業投資評級與投資建議。建議。絲杠應用空間廣闊,核心技術壁壘高筑,人形機器人、工業母機等產業驅動絲杠市場高速增長。國內廠商有望通過多年產業、技術積累和高性價比,加速導入核心客戶,實現國產替代。給予絲杠絲杠行業“推薦”“推薦”評級。重點關注恒立液壓恒立液壓、北特科技北特科技、貝斯特貝斯特和五洲新春五洲新春。風險提示:風險提示:人形機器人進展不及預期;國內廠商產品開發進度、核心客戶導入不及預期;原材料價格上漲增加成本風險;市場競爭加劇等。重點公司盈利預測、估值及投資評級重點公司盈利預測、估值及投資評級 EPS
7、(元)(元)PE(倍)(倍)PB(倍)(倍)簡稱簡稱 股價(元)股價(元)2024E 2025E 2026E 2024E 2025E 2026E 2024E 評級評級 恒立液壓 51.23 2.03 2.36 2.84 25.22 21.69 18.02 4.05 強推 資料來源:Wind,華創證券預測 注:股價為2024年6月14日收盤價 證券分析師:范益民證券分析師:范益民 電話:021-20572562 郵箱: 執業編號:S0360523020001 行業基本數據行業基本數據 占比%股票家數(只)618 0.08 總市值(億元)40,725.29 4.70 流通市值(億元)32,213.
8、45 4.75 相對指數表現相對指數表現%1M 6M 12M 絕對表現-6.2%-6.5%-12.8%相對表現-3.0%-12.1%-4.5%相關研究報相關研究報告告 機械行業周報(20240603-20240609):5 月挖機內外銷均超預期復蘇加速,海外需求景氣出海鏈受益 2024-06-10 工程機械行業點評報告:5 月挖機內外銷均超預期,設備更新補貼落地助力行業加速修復 2024-06-10 機床刀具行業深度研究報告(一):刀具三駕馬車:量價、出口、整包 2024-06-07 -31%-19%-7%4%23/0623/0823/1124/0124/0324/062023-06-1620
9、24-06-14機械滬深300華創證券研究華創證券研究所所 “人形機器人的“人形機器人的 Optimus 時刻”系列(八)時刻”系列(八)證監會審核華創證券投資咨詢業務資格批文號:證監許可(2009)1210 號 未經許可,禁止轉載未經許可,禁止轉載 投資投資主題主題 報告亮點報告亮點 報告第一章詳細分析了三種絲杠的功能原理、市場規模和競爭格局,并對參數進行對比;第二章對絲杠核心下游應用場景工業母機進行思考,受益于出口需求拉動并推動制造業迅速復蘇,另一方面與機床更新周期形成共振,我國機床行業迎來復蘇。以五軸數控機床為例,對單臺機床中絲杠價值量進行測算;第三章拆解了人形機器人大的直線執行模組和空
10、心杯模組。根據Optimus 解決方案,單 BOT 總計需要 26 根絲杠(14 根行星滾柱12 根微型),并對未來空間進行測算;第四章挖掘了核心標的。投資邏輯投資邏輯 絲杠應用空間廣闊,核心技術壁壘高筑,人形機器人、工業母機等產業驅動絲杠市場高速增長。國內廠商有望通過多年產業、技術積累和高性價比,加速導入核心客戶,實現國產替代。重點關注:1)恒立液壓:液壓油缸起家,線性驅動器項目進入試生產階段;2)北特科技:汽車底盤零部件龍頭,工藝移植進軍機器人產業鏈;3)貝斯特:精密零部件及智能裝備廠商,前瞻布局未來產業;4)五洲新春:精密制造行業領跑者,絲杠組件及零部件成功開發。給予絲杠行業“推薦”評級
11、。eZ8XbZbZ9W9WfVaYbRbPbRpNnNsQmQiNrRsMlOoMoO6MpOrRuOsOnOvPnQsR“人形機器人的“人形機器人的 Optimus 時刻”系列(八)時刻”系列(八)證監會審核華創證券投資咨詢業務資格批文號:證監許可(2009)1210 號 3 目目 錄錄 一、絲杠:直線運動轉換元件,下游助推品類擴充與技術升級一、絲杠:直線運動轉換元件,下游助推品類擴充與技術升級.5(一)滾珠絲杠:高效、高精、高速,工業設備主流線性傳動方案.5(二)行星滾柱絲杠:小導程、高承載,技術含量較高的新型線性傳動機構.9(三)梯形絲杠:易磨損、精度和效率難保證,傳統的經濟型滑動部件.
12、13 二、工業母機:滾珠絲杠下游重要應用場景,大規模設備更新刺激新需求二、工業母機:滾珠絲杠下游重要應用場景,大規模設備更新刺激新需求.14 三、人形機器人:主要應用于線性執行器,絲杠單三、人形機器人:主要應用于線性執行器,絲杠單 BOT 價值量較高價值量較高.16 四、國內廠商積極研發擴產,加速由四、國內廠商積極研發擴產,加速由 0 到到 1.17(一)恒立液壓:液壓油缸起家,線性驅動器項目進入試生產階段.17(二)北特科技:汽車底盤零部件龍頭,工藝移植進軍機器人產業鏈.18(三)貝斯特:精密零部件及智能裝備廠商,前瞻布局未來產業.19(四)五洲新春:精密制造行業領跑者,絲杠組件及零部件成功
13、開發.20 五、行業觀點及重點關注個股五、行業觀點及重點關注個股.21 六、風險提示六、風險提示.23 “人形機器人的“人形機器人的 Optimus 時刻”系列(八)時刻”系列(八)證監會審核華創證券投資咨詢業務資格批文號:證監許可(2009)1210 號 4 圖表目錄圖表目錄 圖表 1 三種絲杠的性能對比及應用場景.5 圖表 2 滾珠絲杠的內部結構.6 圖表 3 內循環式與外循環式滾珠絲杠.6 圖表 4 滾珠絲杠精度等級劃分(單位:m).7 圖表 5 不同 CNC 機床適用的滾珠絲杠精度等級.7 圖表 6 滾珠絲杠應用領域.8 圖表 7 全球滾珠絲杠市場規模.9 圖表 8 我國滾珠絲杠市場規
14、模.9 圖表 9 行星滾柱絲杠結構.9 圖表 10 五種類型行星滾柱絲杠的結構示意圖.10 圖表 11 行星滾柱絲杠與滾珠絲杠、梯形絲杠各方面性能對比.11 圖表 12 行星滾柱絲杠電動缸的應用行業分布.11 圖表 13 國內外廠商行星滾柱絲杠生產能力對比.12 圖表 14 2023-2033 年我國行星滾柱絲杠市場規模(億元).13 圖表 15 梯形絲杠及其螺紋特征.13 圖表 16 滑動絲杠工藝與材質介紹.14 圖表 17 我國金屬切削機床產量(萬臺,%).14 圖表 18 中高檔數控機床的劃分標準、應用領域.15 圖表 19 絲杠導軌實現對工件的高精度加工和定位.15 圖表 20 五軸數
15、控機床對應三根滾珠絲杠.16 圖表 21 機床成本占比拆分(2016 年).16 圖表 22 我國機床領域絲杠導軌市場空間測算.16 圖表 23 特斯拉 Bot 直線執行模組.17 圖表 24 絲杠單 Bot 價值量測算.17 圖表 25 人形機器人絲杠市場空間測算.17 圖表 26 恒立液壓主要產品.18 圖表 27 北特科技主要產品.18 圖表 28 貝斯特主要產品及應用.19 圖表 29 五洲新春產品圖示.21 圖表 30 相關公司盈利預測(2024 年 6 月 16 日).22 “人形機器人的“人形機器人的 Optimus 時刻”系列(八)時刻”系列(八)證監會審核華創證券投資咨詢業務
16、資格批文號:證監許可(2009)1210 號 5 一、一、絲杠:直線運動轉換元件,下游助推品類擴充與技術升級絲杠:直線運動轉換元件,下游助推品類擴充與技術升級 絲杠是基于螺旋傳動以實現回轉運動與直線運動轉換的元件,主要有梯形絲杠、滾珠絲絲杠是基于螺旋傳動以實現回轉運動與直線運動轉換的元件,主要有梯形絲杠、滾珠絲杠和行星滾柱絲杠三種類型。杠和行星滾柱絲杠三種類型。螺旋傳動依靠的是螺旋與螺紋牙面之間的旋合,常見為梯形螺紋的滑動螺旋傳動,但由于滑動摩擦產生的磨損較大,這種傳動方式已不太能適應高速高精高效的現代化機械工作要求。滾珠絲杠誕生于 1874 年,其采用的滾動螺旋傳動方式在傳動效率、精度等級、
17、容許轉速以及壽命等方面相比滑動螺旋傳動可謂發生質的飛躍,因而在 20 世紀中后期汽車、數控機床和微電子技術等的高速發展下獲得廣泛應用。近年來,超精密加工、航天航空和武器裝備領域的發展推動行星滾柱絲杠成為國內外研究熱點,作為設計精巧的高性能機械傳動元件,行星滾柱絲杠產品價值量大、市場具備較高成長潛力,有能力研發的國內企業有望在該賽道搶占先機。圖表圖表 1 三種絲杠的性能對比及應用場景三種絲杠的性能對比及應用場景 行星滾柱絲杠行星滾柱絲杠 滾珠絲杠滾珠絲杠 梯形絲杠梯形絲杠 摩擦方式摩擦方式 滾動摩擦 滾動摩擦 滑動摩擦 傳動效率傳動效率 可達 90%以上 可達 90%以上 大多數低于 70%精度
18、等級精度等級 (磨制)軸向剛度軸向剛度 高于滾珠絲杠 可完全消除傳遞間隙,軸向剛度高,通過預緊能再次提高軸向剛度 較低 承載能力承載能力 強,為滾珠絲杠的 3 倍及以上 較弱 強 容許轉速容許轉速 高速,2 倍于滾珠絲杠 高速 中速 工作壽命工作壽命 最長,約為滾珠絲杠的15 倍 長 短 自鎖性自鎖性 無 無 有 應用場景應用場景 要求高精度、高轉速或需要連續長時間承受重載的艱苦環境,比如航空、航天、船舶、精密機床、醫療器械等領域 要求高效率、平穩運動和高精度定位的場合,比如數控機床進給系統、汽車控制系統、機器人、半導體設備、醫療器械、航空航天等 對精度和傳動效率要求不高,且不長時間連續使用的
19、場合,尤其適合承受軸向負載或重載,比如應用于升降機、千斤頂、數控機床等 資料來源:張大偉和趙升噸行星滾柱絲杠副滾柱塑性成形的探討,劉更等行星滾柱絲杠副的新發展及關鍵技術,Rollvis官網,米思米官網,三益精密,華創證券整理(一)(一)滾珠絲杠:高效、高精、高速,工業設備主流線性傳動方案滾珠絲杠:高效、高精、高速,工業設備主流線性傳動方案 滾珠絲杠是利用直線滾動軸承原理,實現電機的旋轉運動與螺母軸向直線運動相互轉換滾珠絲杠是利用直線滾動軸承原理,實現電機的旋轉運動與螺母軸向直線運動相互轉換的精密傳動機構。的精密傳動機構。滾珠絲杠主要由絲杠、螺母、滾珠和回程引導裝置組成;絲杠屬于轉動部件,其上加
20、工有半圓形的螺紋槽滾道用于滾珠滾動。螺母用來固定需要移動的負載(例如工作臺、移動滑塊),其內部也有類似絲杠的半圓形螺紋槽,與絲杠上的螺紋槽共同組成圓形的螺紋滾道。滾珠直接承受載荷,同時作為中間傳動元件以滾動方式傳遞運動。在絲杠轉動時,滾珠組成的滾珠鏈沿螺紋滾道向前運動,驅動螺母直線運動。為防止滾珠從滾道內跑出,螺母內還設計有回程引導裝置,如回流管和反向器,與螺紋滾道形成一個閉合的循環回路?!叭诵螜C器人的“人形機器人的 Optimus 時刻”系列(八)時刻”系列(八)證監會審核華創證券投資咨詢業務資格批文號:證監許可(2009)1210 號 6 圖表圖表 2 滾珠絲杠的內部結構滾珠絲杠的內部結構
21、 資料來源:李紹炎自動機與自動線 根據滾珠循環方式的不同,可以將滾珠絲杠分為內循環式和外循環式兩類。根據滾珠循環方式的不同,可以將滾珠絲杠分為內循環式和外循環式兩類。主要區別在于,內循環式螺母通過反向器組成滾珠循環回路,每個反向器組成一圈滾珠鏈,而外循環式螺母的回程引導裝置在螺母外部,比如通過回流管組成滾珠循環回路。相比之下,內循環式螺母的尺寸更小,反向器固定牢靠、剛性好、不易磨損,但缺點是承載能力較小,且反向器的回珠槽加工復雜,因此價格也更高,適合小導程或絲杠外徑較小的應用。外循環式螺母的尺寸較大,這種結構制造工藝簡單、承載能力高,適合大導程或絲杠外徑較大的應用。圖表圖表 3 內循環式與外循
22、環式滾珠絲杠內循環式與外循環式滾珠絲杠 循環方式循環方式 外循環(外循環(C 端返式)端返式)內循環(內循環(Y 腰返式)腰返式)簡圖簡圖 結構特性結構特性 滾珠在循環反向過程中離開了絲杠表面 滾珠在循環過程中始終不脫離絲杠表面 特點特點 1、高速、低噪音;2、適合大中導程規格;3、DN 值達 120 000 1、螺母安裝外圓直徑??;2、適合中小負載、中小導程規格;3、DN 值達 80 000 適用行業適用行業 1、高速行業,如龍門雕銑機、鉆攻機等設備;2、高速中負載行業,如加工中心、高速車銑復合 1、中低速行業,如數控車床等設備;2、微進給、低速機床,如內外螺母磨床,線切割機、電火花機 資料
23、來源:凱特精機滾珠絲杠手冊2023,華創證券 精度等級是滾珠絲杠的最主要性能參數之一,業內通常參照國內標準精度等級是滾珠絲杠的最主要性能參數之一,業內通常參照國內標準 GB/T 17587.3-2017和日本工業標準和日本工業標準 JIS B 1192-3:2018。精度等級劃分的基本原理是傳動中實際移動距離與理想移動距離的偏差,一般用任意 300mm 行程內允許的行程變動量來描述。選用何種精度的滾珠絲杠需要根據具體的應用要求,一般而言精度等級越高則性能越高,但也意味“人形機器人的“人形機器人的 Optimus 時刻”系列(八)時刻”系列(八)證監會審核華創證券投資咨詢業務資格批文號:證監許可
24、(2009)1210 號 7 著更高的技術要求和制造成本?,F行國家標準GB/T 17587.3-2017是在國際標準ISO 3408-3:2006的基礎上改編而來,將滾珠絲杠分為 0、1、2、3、4、5、7、10 共 8 個標準公差等級,0 級(P0)代表的精度和性能最高。一般情況下,定位滾珠絲杠(P 型)采用 0 到 5 的標準公差等級,傳動滾珠絲杠(T 型)采用 7 和 10 的標準公差等級。日本工業標準 JIS B 1192-3:2018 將滾珠絲杠劃分為 C0、C1、C3、C5、C7、C10 共6 個標準公差等級,除 C7 和 C10 等級為普通滾珠絲杠外,其余均為精密滾珠絲杠。其中,
25、C3 對應的 300mm 行程變動量相當于國內 P2 等級,C5 介于 P4 和 P5 之間。圖表圖表 4 滾珠絲杠精度等級劃分(單位:滾珠絲杠精度等級劃分(單位:m)GB 標準標準 P0 P1 P2 P3 P4 P5 300 2 300 2 300 2 300 2 300 2 300 2 3.5 3 6 4 8 5 12 6 16 7 23 8 JIS 標準標準 C0 C1/C3/C5 300 2 300 2 300 2 300 2 3.5 3 5 4 8 6 18 8 注:v300p、v300指 300mm 行程內允許的行程變動量,v2p、v2指 2rad 內允許的行程變動量 資料來源:國
26、家標準GB/T 17587.3-2017,日本工業標準JIS B 1192-3:2018,華創證券整理 圖表圖表 5 不同不同 CNC 機床適用的滾珠絲杠精度等級機床適用的滾珠絲杠精度等級 應用場合應用場合 軸軸 精度等級精度等級 0 1 2 3 4 5 CNC 機床機床 車床 X Z 銑床 鏜床 X、Y Z 加工中心 X、Y Z 鉆床 X、Y Z 磨床 X、Y Z 電火花加工機 X、Y Z 線切割機 X、Y Z 激光加工機 X、Y Z 沖床 X、Y “人形機器人的“人形機器人的 Optimus 時刻”系列(八)時刻”系列(八)證監會審核華創證券投資咨詢業務資格批文號:證監許可(2009)12
27、10 號 8 木工加工機 一般機械 資料來源:凱特精機滾珠絲杠手冊2023,華創證券 高傳動效率、高精度、高轉速以及高軸向剛度等優點突出,廣泛應用于數控機床、半導高傳動效率、高精度、高轉速以及高軸向剛度等優點突出,廣泛應用于數控機床、半導體、精密磨床等工業設備。傳動效率方面,體、精密磨床等工業設備。傳動效率方面,滾珠絲杠以滾動摩擦代替滑動摩擦,其傳動效率可達 90%以上,而大多數梯形絲杠的傳動效率低于 70%。精度方面,精度方面,由于本身工藝要求較為嚴格,再加上表面經淬硬處理后粗糙度降低,運行時磨損小,滾珠絲杠精度等級可達 C3 或 C5,屬于高精度傳動機構。軸向剛度方面,軸向剛度方面,軸向間
28、隙的存在會導致返程誤差,而滾珠絲杠通過預緊方式可以完全消除軸向間隙,從而軸向剛度較高。轉速方面,轉速方面,大導程滾珠絲杠可以實現 100m/min 甚至更高的進給速度。滾珠絲杠的缺點在于制造難度較高、價格貴,另外由于無自鎖能力,雖然獲得了傳動的可逆性,但是用于垂直升降系統時必須增設自鎖裝置或制動裝置。鑒于以上特點,滾珠絲杠常配合伺服電機應用于數控機床進給系統,應用于汽車制動、轉向及駐車系統,以及應用于機器人、半導體設備、醫療器械、航空和航天等領域。圖表圖表 6 滾珠絲杠應用領域滾珠絲杠應用領域 資料來源:NSK官網,華創證券 我國是全球滾珠絲杠最重要的市場之一。我國是全球滾珠絲杠最重要的市場之
29、一。根據秦川機床公告,2015 年全球滾珠絲杠市場規模為 12.23 億美元,2021 年增至 17.50 億美元,預計 2022 年全球滾珠絲杠市場規模達到 18.59 億美元。中國是滾珠絲杠產品重要的消費市場之一,近年來國內市場規模占全球規??偭康?20%左右,2015 年我國滾珠絲杠市場規模為 14.31 億元,2020 年我國滾珠絲杠市場規模增長至 23.61 億元,2021 年我國滾珠絲杠市場規模約為 25.55 億元,預計 2022年我國滾珠絲杠市場規模約為 27.70 億元。從市場競爭格局看,目前全球主要的滾珠絲杠廠商有 NSK、THK、SKF 等,日本和歐洲滾珠絲杠企業占據了全
30、球主要的市場份額?!叭诵螜C器人的“人形機器人的 Optimus 時刻”系列(八)時刻”系列(八)證監會審核華創證券投資咨詢業務資格批文號:證監許可(2009)1210 號 9 圖表圖表 7 全球滾珠絲杠市場規模全球滾珠絲杠市場規模 圖表圖表 8 我國我國滾珠絲杠市場規模滾珠絲杠市場規模 資料來源:秦川機床定增招股書,華創證券 資料來源:秦川機床定增招股書,華創證券(二)(二)行星滾柱絲杠:小導程、高承載,技術含量較高的新型線性傳動機構行星滾柱絲杠:小導程、高承載,技術含量較高的新型線性傳動機構 行星滾柱絲杠是一種基于螺紋嚙合和齒輪嚙合之復合運動的新型線性傳動機構。行星滾柱絲杠是一種基于螺紋嚙合
31、和齒輪嚙合之復合運動的新型線性傳動機構。行星滾柱絲杠的基本部件包括絲杠、滾柱、螺母和行星支架;行星支架支撐 612 個小滾柱均布于絲杠與螺母之間,在傳動過程中滾柱圍繞絲杠做行星式運動。絲杠和螺母表面具有三角形多頭螺紋,而滾柱中段加工有牙型或圓弧形單頭螺紋、兩端為小模數花鍵或齒輪,行星滾柱絲杠正是依靠螺紋牙之間的嚙合實現了載荷的傳遞。圖表圖表 9 行星滾柱絲杠結構行星滾柱絲杠結構 資料來源:鄭偉精密行星滾柱絲杠副工藝制造與傳動性能研究 根據結構組成和運動特征的不同,行星滾柱絲杠可分為標準式、反向式、循環式、軸承根據結構組成和運動特征的不同,行星滾柱絲杠可分為標準式、反向式、循環式、軸承環式和差動
32、式五種:環式和差動式五種:標準式行星滾柱絲杠在結構組成上除包括絲杠、滾柱、螺母以及行星支架外,還包括安裝在螺母兩端的內齒圈。滾柱兩端的齒輪與兩個內齒圈嚙合,從而確保滾柱與螺母在運行過程中始終軸向平行。該類型滾柱的非循環式設計可以提供非常穩定的驅動扭矩,也能提供相對滾珠絲杠更高的轉速及加速度,實際應用最廣。反向式行星滾柱絲杠的工作原理與標準式類似。不同之處在于,標準式行星滾柱絲杠的驅動部件為絲杠,將絲杠的軸向移動轉化為螺母位移,滾柱與螺母之間無軸向0%1%2%3%4%5%6%7%8%0246810121416182020152016201720182019202020212022E市場規模(億美
33、元)YoY0%2%4%6%8%10%12%14%16%18%05101520253020152016201720182019202020212022E市場規模(億元)YoY“人形機器人的“人形機器人的 Optimus 時刻”系列(八)時刻”系列(八)證監會審核華創證券投資咨詢業務資格批文號:證監許可(2009)1210 號 10 相對運動。而反向式行星滾柱絲杠的驅動部件為螺母,將螺母的旋轉運動轉化為絲杠的軸向移動,滾柱與絲杠間無軸向相對運動。這一設計使反向式行星滾柱絲杠更便于集成,具有結構緊湊、輕量化、安裝方便的顯著優勢。循環式行星滾柱絲杠的滾柱表面采用凹槽設計,滾柱的循環通過凸輪來完成。該類
34、型的優點是結合了極高的定位精度和分辨率,同時增加的螺紋嚙合點進一步提高了負載能力和軸向剛度,缺點是高速運行下較大的振動和噪聲問題。適合高精度、中低速運行,例如應用于精密儀器、精密磨床和醫療器械等精密裝備。軸承環式行星滾柱絲杠的滾柱和螺母表面也有類似循環式的凹槽結構,而非螺紋。其結構上的最大特點是還包含中間軸承環以及用來固定軸承環的法蘭,因而在運動形式上,絲杠將動力依次傳遞給滾柱、螺母、軸承環直至螺母外殼,這一點區別于其他類型行星滾柱絲杠的滾柱直接在絲杠和螺母間傳遞載荷。軸承環式在高速運動下能有效減小振動,適合于鋼鐵業的高速應用,例如軋機。差動式行星滾柱絲杠的特點是其螺母和滾柱均為環槽設計,通過
35、凹、凸槽嚙合實現傳動,結構上比標準式更為簡潔。該類型更適應高速重載的工作場合,且在相同體積下具有更小導程和更大減速比。圖表圖表 10 五種類型行星滾柱絲杠的結構示意圖五種類型行星滾柱絲杠的結構示意圖 資料來源:Linping Wu,et al.A review of planetary roller screw mechanism for development and new trends 行星滾柱絲杠綜合性能更為優越,將成為滾珠絲杠在部分領域的主力替代方案。行星滾柱絲杠綜合性能更為優越,將成為滾珠絲杠在部分領域的主力替代方案。行星滾柱絲杠標準精度等級為 G1、G3、G5(導程精度:6m/3
36、00mm、12m/300mm、23m/300mm),由于同樣利用滾動摩擦,其傳動效率與滾珠絲杠相當。兩者主要區別在于行星滾柱絲杠以螺紋滾柱而非滾珠來傳遞負載,更多的接觸點以及接觸點的特殊幾何結構使得行星滾柱絲杠在承載能力、使用壽命、剛度和強度上都優于滾珠絲杠。另外,行星滾柱絲杠能將導程設計到0.5mm以下,而滾珠絲杠縮小導程不僅要以損失承載力為代價,還要受滾珠大小的限制。因此,行星滾柱絲杠常應用于高速、重載及高精度場合,在低溫或粉塵等惡劣環境下也能很好適應?!叭诵螜C器人的“人形機器人的 Optimus 時刻”系列(八)時刻”系列(八)證監會審核華創證券投資咨詢業務資格批文號:證監許可(2009
37、)1210 號 11 圖表圖表 11 行星滾柱絲杠與滾珠絲杠、梯形絲杠各方面性能對比行星滾柱絲杠與滾珠絲杠、梯形絲杠各方面性能對比 注:“Acme screw”為具有梯形螺紋的梯形絲杠 資料來源:Moog,Thomson,華創證券 圖表圖表 12 行星滾柱絲杠電動缸的應用行業分布行星滾柱絲杠電動缸的應用行業分布 資料來源:Exlar官網,鄧琦行星滾柱絲杠電動缸應用現狀,華創證券整理 滾柱螺紋及兩端齒輪加工構成壁壘,國內生產制造尚處于起步階段。滾柱螺紋及兩端齒輪加工構成壁壘,國內生產制造尚處于起步階段。由于行星滾柱絲杠獨特的傳動機制,滾柱零件的螺紋和齒輪加工質量直接決定組件裝配難易程度進而影響整
38、體各方面性能的實現,尤其反向式行星滾柱絲杠螺母內螺紋較長,加工起來難度更高,很難保證精度。國外多家公司具備成熟的行星滾柱絲杠生產技術,例如瑞士 Rollvis 公司自 1970 年成立以來致力于行星絲杠的研發,其產品代表當前世界上性能較為領先的直線傳動技術,瑞士 GSA 公司和美國 Moog 公司在該領域也都擁有超過 30 年的生產經驗。相比較而言,國內公司在技術成熟度、產品矩陣豐富性、產品性能以及規?;a能力上都與國外先進水平有一定差距?!叭诵螜C器人的“人形機器人的 Optimus 時刻”系列(八)時刻”系列(八)證監會審核華創證券投資咨詢業務資格批文號:證監許可(2009)1210 號
39、12 圖表圖表 13 國內外廠商行星滾柱絲杠生產能力對比國內外廠商行星滾柱絲杠生產能力對比 廠商廠商 產品類型產品類型(標準式)產品主要性能概述(標準式)產品主要性能概述 瑞士瑞士 Rollvis(2016年被年被 GSA 收購)收購)非循環式(RV 及 HRV 系列)、反轉式(RVI 系列)、循環式(RVR 系列)、微分式(RVD 系列)最高導程精度可達 6m/300mm;RVD 系列可提供 0.02mm 導程 瑞士瑞士 GSA 標準式(RGT)、反向式(RGTI)、循環式(RGTR)、反向循環式(RGTRI)公稱直徑 5245mm;導程范圍 150mm,RGTRI 系列可提供 0.3mm導
40、程;最大動載荷 5800kN、最大靜載荷 40000kN 美國美國 Moog 標準式、反向式 精度等級 ISO3408-313 級;最大加速度 40m/s2;公稱直徑 15100mm;導程范圍 242mm;最大動載荷 1230kN、最大靜載荷 3500kN 瑞典瑞典 Ewellix 標準式、循環式、緊湊型 最高速度(nd0)160000;公稱直徑 8240mm;導程范圍 250mm,循環式可提供 1mm 導程;最大動載荷 3994kN、最大靜載荷 23387kN 南京工藝南京工藝 標準式、循環式 公稱直徑 3060mm;導程范圍 1020mm,循環式可提供 1mm 導程;最大動載荷 395kN
41、、最大靜載荷 786kN 博特精工博特精工 非循環式 線速度100 米/分,最高轉速 5000rpm;公稱直徑 2463mm;導程范圍 436mm;最大動載荷 146kN、最大靜載荷 330kN 新劍傳動新劍傳動 標準式、反向式、差動式、微分式 反向式導程精度可達 6m/315mm;導程范圍 136mm,循環式可提供 0.25mm 導程;效率 80%90%;最大動載荷 709kN、最大靜載荷 1898kN 資料來源:各公司官網,華創證券整理 自動化技術和人形機器人應用成為新增長點,帶動未來行星滾柱絲杠自動化技術和人形機器人應用成為新增長點,帶動未來行星滾柱絲杠成長空間成長空間。據Persist
42、ence Market Research 預測,2023-2033 年期間我國滾柱絲杠市場將以 7.5%的年均復合增長率增長,在 2033 年達到 2610 萬美元,約合人民幣 1.9 億元。樂觀的市場預期來源于我國在自動化技術和機器人領域的投資增加,以及國家戰略層面對技術創新的重視?!叭诵螜C器人的“人形機器人的 Optimus 時刻”系列(八)時刻”系列(八)證監會審核華創證券投資咨詢業務資格批文號:證監許可(2009)1210 號 13 圖表圖表 14 2023-2033 年我國行星滾柱絲杠市場規模年我國行星滾柱絲杠市場規模預測預測(億元)(億元)資料來源:Persistence Mark
43、et Research,華創證券 注:美元兌人民幣匯率按1:7.1進行轉換(三)(三)梯形絲杠:易磨損、精度和效率難保證,傳統的經濟型滑動部件梯形絲杠:易磨損、精度和效率難保證,傳統的經濟型滑動部件 梯形絲杠類屬滑動絲杠,利用滑動面傳遞負載,其螺紋斷面為等腰梯形。梯形絲杠類屬滑動絲杠,利用滑動面傳遞負載,其螺紋斷面為等腰梯形。梯形螺紋分公制和英制兩種,公制即米制,以螺距表示、單位為毫米,英制則以每英寸內的螺紋牙數來表示、單位為英寸,我國采用公制梯形螺紋,牙型角 30。雖然相比滾珠絲杠和行星滾柱絲杠,梯形絲杠摩擦系數大,在傳動效率和精度上也遠遠落后,但是由于其具有軸向承載力高、能自鎖、成本低、維
44、修方便的優點,梯形絲杠也常常在機床、醫療設備、升降機和工業機器人等機械設備中作為滑動部件使用。圖表圖表 15 梯形絲杠及其螺紋特征梯形絲杠及其螺紋特征 資料來源:博特精工官網,易格斯官網,華創證券 梯形絲杠對生產設備要求較低,一般采用低成本的滾壓成型方法,操作簡單,國內加工梯形絲杠對生產設備要求較低,一般采用低成本的滾壓成型方法,操作簡單,國內加工工藝成熟。工藝成熟。另外,梯形絲杠生產制造的一大特點是螺母材料多樣,例如以青銅材料制成可提高載荷,并且具有一定的自潤滑作用,或者在尼龍、賽鋼、PEEK 等材料中混入特氟龍(PTFE)能夠減少摩擦、提高耐熱性?!叭诵螜C器人的“人形機器人的 Optimu
45、s 時刻”系列(八)時刻”系列(八)證監會審核華創證券投資咨詢業務資格批文號:證監許可(2009)1210 號 14 圖表圖表 16 滑動絲杠工藝與材質介紹滑動絲杠工藝與材質介紹 工藝工藝 普通級普通級 精密級精密級 滾壓 車削 旋風銑 研磨 精度精度 6-10 級 7-10 級 6-10 級 5-7 級 材質材質 SS303,SS304,SS316,S45C,SS440C,40Cr 等 SS303,SS304,SS316 等 S45C,SS440C,40Cr 等 SS303,SS304,SS316 等 S45C,SS440C,40Cr 等 SS303,SS304,SS316,S45C,SS4
46、40C,40Cr 等 熱處理熱處理 無 無 調質 無 調質 淬火、調質 表面處理表面處理 鍍鋅、鍍鎳、鍍硬鉻、涂氟、二硫化鎢、鍍黑鉻等 鍍硬鉻、涂氟、二硫化鎢、鍍黑鉻等 粗糙度粗糙度 0.8-3.2 0.8-3.2 1.6-3.2 0.8-3.2 資料來源:斯科勒自動化官網,華創證券 二、二、工業工業母機:母機:滾珠絲杠下游重要應用場景滾珠絲杠下游重要應用場景,大規模設備更新刺激新需求大規模設備更新刺激新需求 我國我國機床進入新一輪機床進入新一輪 8-10 年的更新周期。年的更新周期。自 2001 年我國加入 WTO 以來,貿易額迅速增長拉動了制造業對機床的需求,產量實現較快速提升。2000-
47、2011 年,我國金屬切削機床產量從 17.7 萬臺提升至 86.0 萬臺,復合增速達 15.5%。金屬切削機床產量在 2011 年達到歷史頂峰,并在 2012-2016 年保持在 70 萬臺以上的高水平。隨著機床存量快速提升,2017-2019 年機床行業進入低潮期,呈現逐年下行態勢。2019 年金屬切削機床產量 41.6萬臺,相比 2011 年高點的 86 萬臺下降 52%;2020 年以來金屬切削機床產量呈現底部回升態勢,一方面得益于疫情后我國出口需求拉動并推動制造業迅速復蘇,另一方面與機床更新周期形成共振。2023 年我國金屬切削機床產量有所提升至 61.25 萬臺,同比增長7.1%。
48、圖表圖表 17 我國金屬切削機床產量(萬臺,我國金屬切削機床產量(萬臺,%)資料來源:Wind,華創證券-30%-20%-10%0%10%20%30%40%50%60%70%0102030405060708090100金屬切削機床產量(萬臺)Yoy(%)“人形機器人的“人形機器人的 Optimus 時刻”系列(八)時刻”系列(八)證監會審核華創證券投資咨詢業務資格批文號:證監許可(2009)1210 號 15 產業轉型及自主可控推動機床行業向中高端邁進。產業轉型及自主可控推動機床行業向中高端邁進。相比于歐洲和日本聚焦中高端路線,國內機床產品多聚集在中低端,產品趨同,紅海競爭;同時國內高端機床產
49、業鏈配套尚待健全,基礎材料、高性能功能部件競爭力弱,無法滿足高端需求,導致用戶對國產高端機床信任度較低。隨著我國工業結構的優化升級,對作為工業母機的機床的加工精度、效率、穩定性等精細化指標要求逐漸提升,中高端產品的需求日益增加。在此大背景下,我國機床市場的結構升級將向自動化成套、客戶定制化和普遍的換檔升級方向發展,產品由普通機床向數控機床、由低檔數控機床向中高檔數控機床升級。圖表圖表 18 中高檔數控機床的劃分標準、應用領域中高檔數控機床的劃分標準、應用領域 檔次檔次 劃分標準劃分標準 應用下游應用下游 高檔數控機床 4 軸以上的加工中心、采用動力刀架的數控車床、車銑復合數控機床、精度達到精密
50、級的其他機床 汽車、航空航天、工程機械、模具、核電醫療、電子等領域復雜類零件的復合加工 中檔數控機床 精度未達精密級的 3 軸加工中心、采用非動力刀架的數控車床 汽車、工程機械、電子、模具、閥門等領域一般精度類零件的加工 低檔數控機床 采用精度、可靠性較低數控系統,部分依賴人工操作、加工精度較低 只能進行簡單車、銑加工。部分依賴工人操作,自動化、智能化程低,加工精度難保證。資料來源:紐威數控招股說明書,華創證券 機床核心零部件對外依賴度機床核心零部件對外依賴度較高較高。機床行業已經上升到國家發展戰略核心的高度,近年來我國相繼出臺多項相關政策加快高端數控機床發展,高端機床國產化進程有望提速。當前
51、我國高端機床數控系統、傳動部件和功能部件等一系列核心零部件主要依賴日本及德國品牌,國產零部件使用率較低。從長遠看,實現中高端機床國產化率提升是實現自主可控關鍵。導軌絲杠廣泛用于數控機床、銑床、車床等工業自動化設備上。通過導軌絲杠的精確定位和穩定性,可以實現對工件的高精度加工和定位。導軌絲杠可用于調節工件的高度、位置和角度,從而提高工作效率和生產質量。圖表圖表 19 絲杠絲杠導軌導軌實現對工件的高精度加工和定位實現對工件的高精度加工和定位 資料來源:THK(中國區)事業部 “人形機器人的“人形機器人的 Optimus 時刻”系列(八)時刻”系列(八)證監會審核華創證券投資咨詢業務資格批文號:證監
52、許可(2009)1210 號 16 單臺單臺五軸五軸數控機床數控機床絲杠絲杠價值量價值量約為約為三三千千元元。以五軸數控機床為例,其中包括三個線性軸和兩個旋轉軸,每個線性軸需要搭配一根滾珠絲杠和兩根導軌,而每個旋轉軸則無需配備。按國產滾珠絲杠單價 1000 元/根進行測算,單臺五軸數控機床中絲杠價值量約為 3000元。根據睿工業數據,2023 年我國金切機床整體市場規模 513 億元,參考海天精工招股書,傳動系統的價值占機床總成本的 20%左右;預計 2023 年我國整體機床領域絲杠導軌市場規模近百億元。圖表圖表 20 五軸數控機床對應五軸數控機床對應三根滾珠絲杠三根滾珠絲杠 圖表圖表 21
53、機床成本占比拆分(機床成本占比拆分(2016 年)年)資料來源:環球工業機械公司官網 資料來源:海天精工招股書,華創證券 圖表圖表 22 我國機床領域絲杠導軌市場空間測算我國機床領域絲杠導軌市場空間測算 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024E 2025E 我國我國金切機床市場規模金切機床市場規模(億元億元)666 496 527 679 616 513 541 574 傳動系統價值量占比 20.0%19.5%19.0%18.5%18.0%17.5%17.0%16.5%我國機床領域絲杠導軌市場空間我國機床領域絲杠導軌市場空間(億元)(億元)133.2 96.7 1
54、00.1 125.6 110.9 89.8 92.0 94.7 資料來源:MIR睿工業,海天精工招股書,華創證券測算 注:由于國產化率提升,預計傳動系統價值量占比呈下降趨勢 三、三、人形機器人:人形機器人:主要應用于主要應用于線性線性執行器,絲杠單執行器,絲杠單 BOT 價值量較高價值量較高 絲杠應用在人形機器人直線執行模組和空心杯模組。絲杠應用在人形機器人直線執行模組和空心杯模組。直線執行模組由手臂和腿部構成,覆蓋腕、肘、髖、膝、踝共計 14 個關節。每個直線執行器=無框力矩電機+反向式行星滾柱絲杠+一維力傳感器編碼器,構成了精密而高效的運動控制系統。目前 Optimus 根據不同位置的絲杠
55、承載力不同,有 500N、3900N、8000N 三種規格。在靈巧手中,傳統腱繩驅動結構無法承受推力且需要彈簧結構復位,剛性、精度較低;未來采用線性執行器(微型絲杠)驅動手指的方案成為一種可能,微型絲杠本身自帶一定的減速效果,不需要再搭配渦輪渦桿,實現更長的壽命和更高的可靠性。結構件,35%控制系統,22%傳動系統,20%驅動系統,13%刀庫、刀塔及組件,5%光柵尺,2%其他,3%“人形機器人的“人形機器人的 Optimus 時刻”系列(八)時刻”系列(八)證監會審核華創證券投資咨詢業務資格批文號:證監許可(2009)1210 號 17 圖表圖表 23 特斯拉特斯拉 Bot 直線執行模組直線執
56、行模組 資料來源:特斯拉AI Day發布會 單單 BOT 絲杠絲杠價值量約為價值量約為 36200 元。元。根據特斯拉 AI Day 發布會展示的解決方案,每個直線執行模組則配置了一根行星滾柱絲杠;在靈巧手模塊中,線性微型絲杠方案驅動或成為一種可能性,假設每個空心杯電機模組均搭載了一根微型絲杠,總計單 BOT 需要 26根絲杠;結合國產廠商定價,我們假定行星滾柱絲杠的價格為 2500 元/根,微型絲杠價格為 100 元/根,經過測算,單 BOT 的絲杠價值量約為 36200 元。圖表圖表 24 絲杠絲杠單單 Bot 價值量測算價值量測算 分類分類 個數個數 所需絲杠個數所需絲杠個數 價值量價值
57、量/元元 總計總計/元元 直線執行模組直線執行模組 14 14 2500 35000 靈巧手靈巧手 12 12 100 1200 單臺單臺 BOT 價值量價值量 36200 資料來源:特斯拉AI Day發布會,華創證券測算 我們對特斯拉人形機器人絲杠的未來空間進行測算,參考上述測算及產業鏈相關情況,假設目前絲杠單 BOT 價值量約為 36000 元,并隨量產規模價格遞減。根據測算結果,在特斯拉根據測算結果,在特斯拉 Optimus 量產達到量產達到 10/50/100 萬臺時,萬臺時,預計預計絲杠絲杠的單的單 BOT 價值價值量分別為量分別為 36000/28000/18000 元;對應的市場
58、規模分別為元;對應的市場規模分別為 36/140/180 億元。億元。圖表圖表 25 人形機器人絲杠市場空間測算人形機器人絲杠市場空間測算 量產臺數量產臺數 10 萬臺萬臺 50 萬臺萬臺 100 萬臺萬臺 單單 BOT 價值量(元)價值量(元)36000 28000 18000 IMU 市場規模(億元)市場規模(億元)36 140 180 資料來源:華創證券測算 四、四、國內廠商積極國內廠商積極研發擴產研發擴產,加速由,加速由 0 到到 1(一)(一)恒立液壓:液壓油缸起家,線性驅動器項目恒立液壓:液壓油缸起家,線性驅動器項目進入試生產階段進入試生產階段 恒立液壓成立于 2005 年,從液壓
59、油缸制造發展成為集液壓元件、精密鑄件、液壓系統等產業于一體的大型綜合性企業。公司在中國、德國、美國、日本、墨西哥分別建有液壓研發中心與生產制造基地,技術水平和生產規模已躋身于世界液壓領域前列。液壓元件及系統作為大型機械核心傳動裝置,公司液壓產品下游應用機械包括:以挖掘機為代表的“人形機器人的“人形機器人的 Optimus 時刻”系列(八)時刻”系列(八)證監會審核華創證券投資咨詢業務資格批文號:證監許可(2009)1210 號 18 行走機械、以盾構機為代表的地下掘進設備、以港口機械為代表的海工海事機械、以高空作業平臺為代表的特種車輛、以及風電太陽能等行業與領域。下游客戶包括:美國卡特彼勒、日
60、本神鋼、日立建機、久保田建機、三一、徐工、柳工、中鐵工程、鐵建重工等世界 500 強和全球知名主機客戶。圖表圖表 26 恒立液壓主要產品恒立液壓主要產品 資料來源:恒立液壓官網 公司募投的線性驅動器項目已初步完成各項基建,其絲杠事業部和導軌事業部預計將形成年產標準滾珠絲杠 66 萬米、精密滾珠絲杠 42.2 萬米、行星滾珠絲杠 1 萬米、標準滾珠絲杠電動缸 10.4 萬根、重載型滾珠絲杠電動缸 2.5 萬根和行星滾柱絲杠電動缸 1750 根的生產能力。目前滾珠絲杠、滾柱絲杠、導軌等部分樣品在試制中,于 2024 年一季度試生產。(二)(二)北特科技:北特科技:汽車底盤零部件龍頭,汽車底盤零部件
61、龍頭,工藝移植工藝移植進軍機器人產業進軍機器人產業鏈鏈 北特科技主要業務包括底盤零部件業務、鋁合金輕量化業務、空調壓縮機業務三大板塊,主要生產配套各類乘用車、商用車、新能源汽車關鍵零部件。公司深耕汽車底盤領域二十余載,在國內轉向器齒條以及減振器活塞桿細分行業內絕對領先;空調壓縮機產品廣泛應用于重型卡車、輕微型卡車、工程車、客車等商用車以及新能源汽車等領域的主機廠配套,近年來也在商用車同行業中保持領先地位。圖表圖表 27 北特科技主要產品北特科技主要產品 業務板塊業務板塊 產品細分產品細分 主要產品名稱主要產品名稱 代表產品圖示代表產品圖示 底盤零部件業務底盤零部件業務 轉向器類零部件 齒條、齒
62、輪、扭力桿、IPA 總成等 減振器類零部件 活塞桿 差速器類零部件 輸出軸 “人形機器人的“人形機器人的 Optimus 時刻”系列(八)時刻”系列(八)證監會審核華創證券投資咨詢業務資格批文號:證監許可(2009)1210 號 19 高精密類零部件 CDC-evo 控制閥殼體(外置)、IPB、噴油器體等 鋁合金輕量化業務鋁合金輕量化業務 鋁合金輕量化零部件 集成閥島、電池包連接塊、Yoke 類件、U型臂等 空調壓縮機業務空調壓縮機業務 空調壓縮機產品 傳統燃油車壓縮機、新能源電動壓縮機(27/34/46/80CC 等)熱管理系統 整車集成式熱管理系統 資料來源:北特科技2023年報,華創證券
63、 公司十分看好人形機器人產業未來發展,并提出了“汽車零部件業務為基石,人形機器人業務為未來”的雙引擎戰略。技術工藝方面,技術工藝方面,公司多年來所積累的汽車底盤零部件生產工藝與絲杠產品的生產工藝有較高的同源性,相關管理體系和生產方案也能快速實現復制或轉換,具備業務外延擴張的技術條件。產品研發方面,產品研發方面,公司主要根據客戶需求,一則配合推進人形機器人用絲杠產品(包括行星滾柱絲杠和梯形絲杠)的樣件研發工作,二則配合汽車 Tier1 客戶進行絲杠產品應用于汽車后輪轉向系統(RWS)的研發工作。產產能建設方面,能建設方面,公司將大力推進基礎設施工程、產線設備采購、安裝、調優等規?;a線的建設工作
64、,以響應客戶未來可能性的量產落地。據公司公告,其擬以 1 億元設立全資子公司上海北特機器人部件有限公司,專門從事機器人和汽車相關零部件等的研發業務。(三)(三)貝斯特:貝斯特:精密零部件及智能裝備精密零部件及智能裝備廠商廠商,前瞻布局未來產業,前瞻布局未來產業 自 1997 年成立以來,公司始終專注于精密零部件和智能裝備及工裝產品的研發、生產及銷售,并進一步利用在智能裝備及工裝領域的各類先發優勢,將業務延伸至高端航空裝備制造、工業自動化裝備、工業母機以及人形機器人等領域。面對國內機床、半導體、自動化、人形機器人等產業高端核心部件的相關問題,公司于 2022 年 1 月設立全資子公司宇華精機,圍
65、繞“高端裝備核心滾動功能部件項目”目標,全面布局包含高精度滾珠/滾柱絲杠、高精度滾動導軌副等在內的直線滾動功能部件,高舉高打、搶占先機。圖表圖表 28 貝斯特主要產品及應用貝斯特主要產品及應用 產品系列產品系列 主要產品主要產品 應用領域應用領域 精密零部件 燃油汽車零部件 渦輪增壓器精密軸承件、葉輪、中間殼等 燃油汽車渦輪增壓器 真空泵、油泵、高壓共軌燃油泵泵體等 燃油汽車發動機 新能源汽車零部件 純電動汽車載充電機模組、驅動電機零部件、控制器零部件、線控閥體等;氫燃料電池汽車空壓機葉輪、空壓機壓力回收和整流器、電機殼、軸承蓋及功能部件等;天然氣燃料汽車核心零部件等;適用于混合動力汽車的渦輪
66、增壓器精密軸承件、葉輪、中間殼等。純電動汽車、氫燃料以及天然氣燃料汽車、混合動力汽車以及其他新能源汽車零部件 飛機機艙零部件 座椅構件、連接件等內飾件 飛機機艙 “人形機器人的“人形機器人的 Optimus 時刻”系列(八)時刻”系列(八)證監會審核華創證券投資咨詢業務資格批文號:證監許可(2009)1210 號 20 其他零部件 手柄、氣缸、端蓋 氣動工具 濾波器、散熱器 通訊基站 閥板 制冷壓縮機 智能裝備及工裝 工裝夾具 新能源汽車電機殼體夾具、新能源汽車托盤夾具、5G 基板夾具、發動機缸體夾具等 汽車、軌道交通、風力發電、5G 通訊等零部件生產 飛機機身自動化鉆鉚系統 機器人自動化鉆孔
67、系統、雙機器人自動化鉆鉚系統、飛機機身大部件復合加工機床系統、末端執行器系統 飛機翼面、機身自動化裝配、制孔、涂膠、銑削及抽鉚等服務領域 生產自動化系統 兩軸桁架機器人自動線、三軸桁架機器人自動線、倒掛關節機器人自動線等 汽車、軌道交通、風力發電等領域,為使用自動化生產線的客戶提供更全面的、一攬子解決方案 工業母機 直線滾動功能部件 高精度滾珠/滾柱絲杠、高精度滾動導軌副等 高端機床領域、半導體裝備產業、自動化產業、人形機器人領域、汽車行業等市場 資料來源:貝斯特2023年報,華創證券 全資子公司宇華精機高端裝備核心滾動功能部件項目計劃引進生產及檢測等進口設備約300 臺套(其中研發設備 70
68、 臺),配套軟件及系統、公輔設施等 30 余套。依托自身豐厚技術沉淀,疊加與上游國內頭部機床廠商的協同開發和應用驗證,公司計劃著力打造具備強競爭力滾動功能部件產品?,F目前,公司已成功完成高精度滾珠絲杠的首臺套下線,部分產品在送樣驗證過程中;其自主研發的行星滾柱絲杠也已順利出樣,未來將緊跟產業發展以及技術方向,積極貼近客戶需求、提升技術水平。(注:截至 2024 年 4 月,宇華精機行星滾柱絲杠業務在樣品階段,暫未形成業務收入)(四)(四)五洲新春:五洲新春:精密制造行業領跑者精密制造行業領跑者,絲杠組件及零部件成功開發絲杠組件及零部件成功開發 公司在軸承和精密零部件制造上擁有二十多年豐富經驗,
69、為國內少數涵蓋精密鍛造、制管、冷成形、機加工、熱處理、磨加工、裝配的軸承、精密零部件全產業鏈企業。通過關聯核心技術并基于原有產業鏈,公司逐步向新能源汽車零部件、風電滾子、機器人執行器核心零部件等新興產業轉型,由此進入了新能源和人工智能硬件建設的新格局。其主要產品包括軸承產品、新能源汽車零部件、熱管理系統零部件、絲杠組件及零部件四大類,前三類大部分屬于汽車整機廠的二級供應商,向汽車整機廠一級供應商提供產品,絲杠產品主要包含梯形絲杠、滾珠絲杠和行星滾柱絲杠三種類型?!叭诵螜C器人的“人形機器人的 Optimus 時刻”系列(八)時刻”系列(八)證監會審核華創證券投資咨詢業務資格批文號:證監許可(20
70、09)1210 號 21 圖表圖表 29 五洲新春產品圖示五洲新春產品圖示 資料來源:五洲新春官網及公眾號,華創證券 公司將絲杠產品研發及市場開拓作為未來發展的重點方向,憑借精密制造技術以及高端客戶群體橫向拓展之便利,不斷完善絲杠產品的生產工藝并建設相應產能:梯形絲杠:已成功研發組件并向重點客戶送樣,產品在新能源汽車剎車、駐車系統以及機器人線性關節中會有部分應用;滾珠絲杠:公司 2021 年開始前瞻性研發汽車轉向系統絲杠螺母組件,現已研發成功新能源汽車電子助力轉向系統(EPS)中控制精度最高的齒條式電動助力轉向系統(REPS)所需的絲杠螺母組件,還研發成功了新能源汽車電子駐車(EPB)、電子機
71、械剎車(EMB)及電子液壓剎車系統(EHB)等領域滾珠絲杠產品。伴隨專業化生產車間建設,產品將力爭在新能源汽車轉向及剎車系統領域實現小規模生產;行星滾柱絲杠:相關產品組件及零部件正處于設計及持續送樣改進的進程中,由于主流產品技術路線尚未定型,目前僅實現少量的樣品收入、銷售占比極小。下一步將加快推進行星滾柱絲杠產品的工藝定型和設備選型工作,未來有可能為直線執行器、旋轉執行器和靈巧手提供部件或者成套產品。五、五、行業觀點及重點關注個股行業觀點及重點關注個股 絲杠:直線運動轉換元件,下游助推品類擴充與技術升級。絲杠:直線運動轉換元件,下游助推品類擴充與技術升級。絲杠是基于螺旋傳動以實現回轉運動與直線
72、運動轉換的元件,精度從高到低可分為 C0、C1、C3、C5、C7、C10。憑借高傳動效率、高精度、高轉速以及高軸向剛度等優點,絲杠廣泛應用于數控機床、半導體、精密磨床等工業設備中。絲杠主要有梯形絲杠、滾珠絲杠和行星滾柱絲杠三種類型:滾珠絲杠根據滾珠循環方式的不同,可分為內循環式和外循環式兩類。根據秦川機床公告,2022 年我國滾珠絲杠市場規模約為 27.70 億元。目前全球主要的滾珠絲杠廠商有 NSK、THK、SKF 等,日本和歐洲滾珠絲杠企業占據了全球主要的市場份額。行星滾柱絲杠小導程、高承載,技術含量較高,可分為標準式、反向式、循環式、軸承環式和差動式五種,常應用于高速、重載及高精度場合。
73、“人形機器人的“人形機器人的 Optimus 時刻”系列(八)時刻”系列(八)證監會審核華創證券投資咨詢業務資格批文號:證監許可(2009)1210 號 22 梯形絲杠由于摩擦系數大,易磨損、精度和效率難保證,在傳動效率和精度上較為落后,常在升降機和工業機器人等機械設備中作為滑動部件使用。工業母機:滾珠絲杠下游重要應用場景,大規模設備更新刺激新需求。工業母機:滾珠絲杠下游重要應用場景,大規模設備更新刺激新需求。受益于出口需求拉動并推動制造業迅速復蘇,另一方面與機床更新周期形成共振,2023 年我國金屬切削機床產量有所提升至 61.25 萬臺,同比增長 7.1%。當前我國高端機床核心零部件主要依
74、賴日本及德國品牌,國產零部件使用率較低。通過導軌絲杠的精確定位和穩定性,可以實現對工件的高精度加工和定位。以五軸數控機床為例,每個線性軸需要搭配一根滾珠絲杠和兩根導軌,按國產滾珠絲杠單價 1000 元/根進行測算,單臺五軸數控機床中絲杠價值量約為 3000 元。根據睿工業數據,2023 年我國金切機床整體市場規模 513 億元,傳動系統的價值占機床總成本的 20%左右,預計 2023 年我國整體機床領域絲杠導軌市場規模近百億元。人形機器人:主要應用于線性執行器,絲杠單人形機器人:主要應用于線性執行器,絲杠單 BOT 價值量較高。價值量較高。絲杠應用在人形機器人直線執行模組和空心杯模組。直線執行
75、模組覆蓋腕、肘、髖、膝、踝共計 14 個關節。在靈巧手中,傳統腱繩驅動結構剛性、精度較低;未來采用微型絲杠驅動手指的方案成為一種可能。根據 Optimus 解決方案,預計單 BOT 總計需要 26 根絲杠(14 根行星滾柱12 根微型);結合國產廠商定價,我們假定行星滾柱絲杠的價格為 2500 元/根,微型絲杠價格為 100 元/根,經過測算,單 BOT 的絲杠價值量約為 36200 元;考慮到量產后帶來的規模效應,在特斯拉 Optimus 量產達到 10/50/100 萬臺時,預計絲杠的單 BOT 價值量分別為 36000/28000/18000 元;對應的市場規模分別為 36/140/18
76、0 億元。國內廠商積極研發擴產,加速由國內廠商積極研發擴產,加速由 0 到到 1。1)恒立液壓:液壓油缸起家,線性驅動器項目進入試生產階段;2)北特科技:汽車底盤零部件龍頭,工藝移植進軍機器人產業鏈;3)貝斯特:精密零部件及智能裝備廠商,前瞻布局未來產業;4)五洲新春:精密制造行業領跑者,絲杠組件及零部件成功開發。行業投資評級與投資建議。行業投資評級與投資建議。絲杠應用空間廣闊,核心技術壁壘高筑,人形機器人、工業母機等產業驅動絲杠市場高速增長。國內廠商有望通過多年產業、技術積累和高性價比,加速導入核心客戶,實現國產替代。給予絲杠行業“推薦”評級。重點關注恒立液壓、北特科技、貝斯特和五洲新春。風
77、險提示:風險提示:人形機器人進展不及預期;國內廠商產品開發進度、核心客戶導入不及預期;原材料價格上漲增加成本風險;市場競爭加劇等。圖表圖表 30 相關相關公司盈利預測公司盈利預測(2024 年年 6 月月 16 日)日)公司代碼公司代碼 簡稱簡稱 股價股價 EPS PE 23A 24E 25E 26E 23A 24E 25E 26E 300580.SZ 貝斯特 17.40 0.8 0.7 0.9 1.1 33.0 25.3 19.6 16.1 603667.SH 五洲新春 17.83 0.4 0.5 0.7 0.8 47.6 33.8 26.9 22.3 603009.SH 北特科技 19.5
78、8 0.1 0.2 0.3 0.4 138.1 99.9 65.5 43.9 601100.SH 恒立液壓 51.23 1.9 2.0 2.4 2.8 27.5 25.2 21.7 18.0 資料來源:Wind,華創證券 注:北特科技、貝斯特、五洲新春參考Wind一致預期,恒立液壓參考已發深度報告 “人形機器人的“人形機器人的 Optimus 時刻”系列(八)時刻”系列(八)證監會審核華創證券投資咨詢業務資格批文號:證監許可(2009)1210 號 23 六、六、風險提示風險提示(1)人形機器人進展不及預期。盡管特斯拉人形機器人取得較大進展,但量產落地時間、節奏仍有不確定性;(2)國內廠商產品
79、開發進度、核心客戶導入不及預期。若國內廠商產品研發進度緩慢,未必會進入特斯拉供應鏈;(3)原材料價格上漲增加成本風險。原材料價格上漲會導致國內廠商產品價格優勢減少,從而影響供應鏈導入;(4)市場競爭加劇將影響產業鏈盈利能力等?!叭诵螜C器人的“人形機器人的 Optimus 時刻”系列(八)時刻”系列(八)證監會審核華創證券投資咨詢業務資格批文號:證監許可(2009)1210 號 24 機械組團隊介紹機械組團隊介紹 組長、首席分析師:范益民組長、首席分析師:范益民 上海交通大學機械碩士,CFA,5 年工控產業經歷,7 年機械行業研究經驗,2023 年加入華創證券研究所。2019 年金牛獎機械行業最
80、佳分析團隊;2019,2022 年 Choice 最佳分析師及團隊。分析師:丁分析師:丁祎祎 新南威爾士大學金融碩士,上海財經大學本科,曾任職于國海證券,華鑫證券,2023 年加入華創證券研究所。助理分析師:胡明柱助理分析師:胡明柱 哈爾濱工業大學金融工程博士,國信證券應用經濟學博士后。具有機械本碩及金融博士復合學歷背景。2023 年加入華創證券研究所。助理研究員:陳宏洋助理研究員:陳宏洋 上海交通大學機械工程博士,曾就職于中泰證券研究所,2023 年加入華創證券研究所。助理研究員:於爾東助理研究員:於爾東 南京大學工學碩士。2023 年加入華創證券研究所?!叭诵螜C器人的“人形機器人的 Opt
81、imus 時刻”系列(八)時刻”系列(八)證監會審核華創證券投資咨詢業務資格批文號:證監許可(2009)1210 號 26 華創行業公司投資評級體系華創行業公司投資評級體系 基準指數說明:基準指數說明:A 股市場基準為滬深 300 指數,香港市場基準為恒生指數,美國市場基準為標普 500/納斯達克指數。公司投資評級說明:公司投資評級說明:強推:預期未來 6 個月內超越基準指數 20%以上;推薦:預期未來 6 個月內超越基準指數 10%20%;中性:預期未來 6 個月內相對基準指數變動幅度在-10%10%之間;回避:預期未來 6 個月內相對基準指數跌幅在 10%20%之間。行業投資評級說明:行業
82、投資評級說明:推薦:預期未來 3-6 個月內該行業指數漲幅超過基準指數 5%以上;中性:預期未來 3-6 個月內該行業指數變動幅度相對基準指數-5%5%;回避:預期未來 3-6 個月內該行業指數跌幅超過基準指數 5%以上。分析師聲分析師聲明明 每位負責撰寫本研究報告全部或部分內容的分析師在此作以下聲明:分析師在本報告中對所提及的證券或發行人發表的任何建議和觀點均準確地反映了其個人對該證券或發行人的看法和判斷;分析師對任何其他券商發布的所有可能存在雷同的研究報告不負有任何直接或者間接的可能責任。免責聲明免責聲明 。本公司不會因接收人收到本報告而視其為客戶。本報告所載資料的來源被認為是可靠的,但本
83、公司不保證其準確性或完整性。本報告所載的資料、意見及推測僅反映本公司于發布本報告當日的判斷。在不同時期,本公司可發出與本報告所載資料、意見及推測不一致的報告。本公司在知曉范圍內履行披露義務。報告中的內容和意見僅供參考,并不構成本公司對具體證券買賣的出價或詢價。本報告所載信息不構成對所涉及證券的個人投資建議,也未考慮到個別客戶特殊的投資目標、財務狀況或需求??蛻魬紤]本報告中的任何意見或建議是否符合其特定狀況,自主作出投資決策并自行承擔投資風險,任何形式的分享證券投資收益或者分擔證券投資損失的書面或口頭承諾均為無效。本報告中提及的投資價格和價值以及這些投資帶來的預期收入可能會波動。本報告版權僅為
84、本公司所有,本公司對本報告保留一切權利。未經本公司事先書面許可,任何機構和個人不得以任何形式翻版、復制、發表、轉發或引用本報告的任何部分。如征得本公司許可進行引用、刊發的,需在允許的范圍內使用,并注明出處為“華創證券研究”,且不得對本報告進行任何有悖原意的引用、刪節和修改。證券市場是一個風險無時不在的市場,請您務必對盈虧風險有清醒的認識,認真考慮是否進行證券交易。市場有風險,投資需謹慎。華創證券研究所華創證券研究所 北京總部北京總部 廣深分部廣深分部 上海分部上海分部 地址:北京市西城區錦什坊街 26 號 恒奧中心 C 座 3A 地址:深圳市福田區香梅路 1061 號 中投國際商務中心 A 座 19 樓 地址:上海市浦東新區花園石橋路 33 號 花旗大廈 12 層 郵編:100033 郵編:518034 郵編:200120 傳真:010-66500801 傳真:0755-82027731 傳真:021-20572500 會議室:010-66500900 會議室:0755-82828562 會議室:021-20572522