《絲杠行業深度報告:人形機器人等多領域需求共振國產替代正當時-250325(56頁).pdf》由會員分享,可在線閱讀,更多相關《絲杠行業深度報告:人形機器人等多領域需求共振國產替代正當時-250325(56頁).pdf(56頁珍藏版)》請在三個皮匠報告上搜索。
1、 請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 Table_Info1 汽車汽車 Table_Date 發布時間:發布時間:2025-03-25 Table_Invest 優于大勢優于大勢 上次評級:優于大勢 Table_PicQuote 歷史收益率曲線 Table_Trend 漲跌幅(%)1M 3M 12M 絕對收益 0%12%28%相對收益 1%13%17%Table_Market 行業數據 成分股數量(只)270 總市值(億)40268 流通市值(億)18082 市盈率(倍)32.19 市凈率(倍)2.62 成分股總營收(億)36981 成分股總凈利潤(億)1304 成分股資
2、產負債率(%)61.23 相關報告 機器人減速器專題報告:下游需求帶動國產替代加速-20241230 Table_Author 證券分析師:李恒光證券分析師:李恒光 執業證書編號:S0550518060001 021-61001510 證券分析師:康杭證券分析師:康杭 執業證書編號:S0550524120003 證券分析師:姜育恒證券分析師:姜育恒 執業證書編號:S0550524060001 15821163658 Table_Title 證券研究報告/行業深度報告 人形機器人等多領域需求共振,國產替代正當時人形機器人等多領域需求共振,國產替代正當時-絲杠行業深度報告絲杠行業深度報告 報告摘要
3、:報告摘要:Table_Summary 絲杠的核心功能在于將旋轉運動高效轉化為直線運動,目前已形成了多絲杠的核心功能在于將旋轉運動高效轉化為直線運動,目前已形成了多樣化的產品結構。樣化的產品結構。滾動絲杠因采用滾動元件來實現傳動而在傳動效率和精度上有顯著優勢,是目前高端制造領域的首選。相較于梯形絲杠與滾珠絲杠,行星滾柱絲杠具有高承載能力、高工況適應性、小體積、高精度、長壽命等優勢,是綜合性能最為優異的絲杠品種。絲杠在工業母機、汽車、人形機器人等諸多高精尖領域均有重要作用,絲杠在工業母機、汽車、人形機器人等諸多高精尖領域均有重要作用,掌握著核心“傳動命脈”。掌握著核心“傳動命脈”。(1)工業母機
4、:工業母機:絲杠是數控機床傳動系統中不可或缺的關鍵環節。2023 年中國機床用絲杠市場規模約在 31 億元左右,而隨著工業母機自主可控需求的不斷提升以及國產替代的加速推進,預計到 2025 年機床用絲杠市場規模有望突破 50 億元。近年來,國內滾動功能部件產品性能穩步提升、進步顯著,與海外差距或加速收窄,國產滾珠絲杠副在中高端應用場景的使用比例顯著提升,國產替代持續推進。(2)汽車:汽車:絲杠在汽車線控技術等方面發揮著重要作用。隨著汽車智能化和新能源滲透率的提升,線控轉向、線控制動、電子駐車系統以及主動懸架等系統對絲杠的精密度、耐用性和動態響應提出了高要求,其單車傳動部件的價值量通常介于 40
5、0-1500 元之間,這不僅意味著每一臺汽車的絲杠成本占比不斷上升,更預示著未來車用絲杠市場規模的持續增長。(3)人形機器人:人形機器人:隨著人工智能技術和機器人技術的加速迭代,人形機器人將從概念走向大規模商業化落地,絲杠作為核心部件,不僅承擔著驅動機器人軀干、四肢及靈巧手等關鍵部件的任務,還以其高精度、高效率和高穩定性的特性提升其整體性能。以特斯拉 Optimus Gen2 為例,其擁有 50 個自由度,由 28 個執行器驅動,最新款的 Optimus Gen3手部具有 22 個自由度。2030 年人形機器人領域中絲杠的市場需求有望達到 500 多億元,其需求規模是傳統工業母機市場的 10
6、倍以上。材料及熱處理、加工工藝、制造設備是核心壁壘。材料及熱處理、加工工藝、制造設備是核心壁壘。(1)材料與熱處理為絲杠產品實現高精度、高耐磨性和長壽命提供了堅實保障。(2)加工工藝不僅直接決定了產品的傳動精度、耐磨性和使用壽命,更在降低制造成本、提升生產效率和實現規?;a方面發揮著關鍵作用。(3)高端絲杠制造中的設備瓶頸是制約行業自主可控和規?;a的重要因素,影響了國內高端絲杠產品的制造效率和成本競爭力。國際領先企業在滾珠絲杠制造方面積累了豐富經驗,形成了國際領先企業在滾珠絲杠制造方面積累了豐富經驗,形成了深厚的深厚的技術技術優勢。優勢。目前中國大陸廠商僅占國內高端滾珠絲杠市場的 5%,
7、而中端市場的份額為 30%。同時,德國舍弗勒、日本 THK、NSK 占據我國高端滾珠絲杠市場 90%,占據我國中端滾珠絲杠市場 30%。投資建議:投資建議:絲杠在工業母機、汽車、人形機器人等市場空間廣闊的行業均發揮著重要作用,隨著設備、工藝等環節持續研發突破,國產替代勢不可擋。建議重點關注絲杠產業鏈國產替代進程及相關公司發展。風險提示:風險提示:高精度高精度絲杠的生產絲杠的生產技術風險;技術風險;人形機器人產業化人形機器人產業化與汽車智能與汽車智能化化低預期低預期的市場風險;的市場風險;國際巨頭技術封鎖國際巨頭技術封鎖與與價格戰價格戰的競爭風險的競爭風險。-20%-10%0%10%20%30%
8、40%2024/32024/62024/9 2024/12汽車滬深300 請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 2/56 汽車汽車/行業深度行業深度 目目 錄錄 1.絲杠:高效高精的直線驅動部件,滾動絲杠優勢顯著絲杠:高效高精的直線驅動部件,滾動絲杠優勢顯著.5 2.應用領域:絲杠是工業母機、汽車、人形機器人等領域的核心傳動命脈應用領域:絲杠是工業母機、汽車、人形機器人等領域的核心傳動命脈 14 2.1.工業母機:國民經濟的戰略支柱,絲杠應用核心領域.14 2.2.汽車:線控革命帶動絲杠需求提升.21 2.3.人形機器人:百億級增量市場,絲杠是核心價值環節.26 2.4.其
9、他領域:航空航天、醫療器械、半導體設備及儀器儀表等.31 3.材料及熱處理、加工工藝、制造設備是核心壁壘材料及熱處理、加工工藝、制造設備是核心壁壘.34 3.1.材料及熱處理需要深刻 Knowhow 積淀.34 3.2.加工工藝是制造環節的核心壁壘.37 3.3.高端設備進口依賴,國產設備瓶頸持續攻堅.40 4.日歐美技術積累深厚,國產替代正當時日歐美技術積累深厚,國產替代正當時.42 4.1.全球格局:日歐美壟斷高端市場.42 4.1.1.滾珠絲杠:日、臺企業主導,國產替代仍面臨挑戰.42 4.1.1.1.THK.43 4.1.1.2.NSK.45 4.1.1.3.上銀科技.48 4.1.2
10、.行星滾柱絲杠:歐美企業領先,國產廠商奮力追趕.49 4.1.2.1.舍弗勒.49 4.1.2.2.瑞典 SKF:軸承科技與制造的領導者.52 4.2.國產化體系持續完善,相關領域不斷突破.52 5.投資建議與風險提示投資建議與風險提示.53 5.1.投資建議.53 5.2.風險提示.53 圖表目錄圖表目錄 圖圖 1:絲杠的核心功能在于將旋轉運動轉化為直線運動:絲杠的核心功能在于將旋轉運動轉化為直線運動.5 圖圖 2:各種驅動方式對比:各種驅動方式對比.5 圖圖 3:滑動絲杠示意圖:滑動絲杠示意圖.6 圖圖 4:滾珠絲杠結構示意圖:滾珠絲杠結構示意圖.6 圖圖 5:行星滾柱絲杠結構示意圖:行星
11、滾柱絲杠結構示意圖.6 圖圖 6:精密滾柱絲杠導程精度等級(單位:精密滾柱絲杠導程精度等級(單位:m).11 圖圖 7:滾珠絲杠國際標準精度等級對比:滾珠絲杠國際標準精度等級對比.11 圖圖 8:各種機械適用精度等級:各種機械適用精度等級.12 圖圖 9:滾珠絲杠在加工中心上的應用:滾珠絲杠在加工中心上的應用.15 圖圖 10:滾珠絲杠在復合車床上的應用:滾珠絲杠在復合車床上的應用.15 圖圖 11:滾珠絲杠在工業母機上的工作原理:滾珠絲杠在工業母機上的工作原理.15 圖圖 12:中國數控機床年度產量(單位:臺):中國數控機床年度產量(單位:臺).16 圖圖 13:不同應用場景滾珠絲杠的選型:
12、不同應用場景滾珠絲杠的選型.17 圖圖 14:中國滾珠絲杠年度產量與需求量變化:中國滾珠絲杠年度產量與需求量變化.18 圖圖 15:中國滾珠絲杠市場規模:中國滾珠絲杠市場規模.18 圖圖 16:國產滾動功能部件優勢分析:國產滾動功能部件優勢分析.20 圖圖 17:用戶對近年來國產中高檔滾動功能部件發展的評價分析:用戶對近年來國產中高檔滾動功能部件發展的評價分析.20 圖圖 18:滾珠絲杠在汽車上的應用:滾珠絲杠在汽車上的應用.22 圖圖 19:2016-2020 年中國乘用車年中國乘用車 EPS 滲透率逐漸達到頂峰滲透率逐漸達到頂峰.23 圖圖 20:不同:不同 EPS 產品助力范圍產品助力范
13、圍.23 請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 3/56 汽車汽車/行業深度行業深度 圖圖 21:全球滾珠絲杠競爭格局:全球滾珠絲杠競爭格局.24 圖圖 22:滾珠絲杠市場集中度滾珠絲杠市場集中度.24 圖圖 23:冗余:冗余 EPS 系統方案示意圖系統方案示意圖.25 圖圖 24:冗余:冗余 EPS 電控方案示意圖電控方案示意圖.25 圖圖 25:冗余策略與安全機制示意圖:冗余策略與安全機制示意圖.25 圖圖 26:特斯拉:特斯拉 Optimus Gen2 各部件以及其價值量各部件以及其價值量.27 圖圖 27:特斯拉第二代靈巧手的專利:特斯拉第二代靈巧手的專利.29 圖
14、圖 28:特斯拉:特斯拉 Optimus 各零部件價值量各零部件價值量.30 圖圖 29:絲杠在航空座椅導軌的運用:絲杠在航空座椅導軌的運用.32 圖圖 30:達芬奇:達芬奇 Xi 系統系統.33 圖圖 31:絲杠在半導體行業應用:絲杠在半導體行業應用.34 圖圖 32:GCr15 材料淬火、高溫調質和回火工藝路線圖材料淬火、高溫調質和回火工藝路線圖.36 圖圖 33:感應加熱原理示意圖:感應加熱原理示意圖.36 圖圖 34:感應器的結構圖:感應器的結構圖.36 圖圖 35:深冷處理工藝圖:深冷處理工藝圖.37 圖圖 36:真空低溫制冷系統結構示意圖真空低溫制冷系統結構示意圖.37 圖圖 37
15、:工業:工業 4.0 與智能制造賦能絲杠生產工藝創新優化與智能制造賦能絲杠生產工藝創新優化.40 圖圖 38:英國:英國 MATRIX THW-2080/3080 螺紋磨床螺紋磨床.41 圖圖 39:日本三井:日本三井 GSH200A 螺紋磨床螺紋磨床.41 圖圖 40:Leistritz LWN 300 HP 產品圖產品圖.41 圖圖 41:Kunz precision AG 主軸測試機主軸測試機 STM.42 圖圖 42:THK 發展歷史發展歷史.43 圖圖 43:THK 全球生產銷售基地全球生產銷售基地.44 圖圖 44:2020-2024 年年 THK 分地區營收(單位:億元)分地區營
16、收(單位:億元).45 圖圖 45:2024 年年 THK 業務占比業務占比.45 圖圖 46:NSK 發展歷史發展歷史.46 圖圖 47:NSK 全球布局全球布局.47 圖圖 48:NSK 主要直線運動產品主要直線運動產品.47 圖圖 49:2020-2024 年年 NSK 分地區營收(單位:億元)分地區營收(單位:億元).48 圖圖 50:2024 年年 NSK 業務占比業務占比.48 圖圖 51:上銀科技主要產品:上銀科技主要產品.48 圖圖 52:2022-2024 年上銀科技分地區營收(單位:新臺幣千元)年上銀科技分地區營收(單位:新臺幣千元).49 圖圖 53:2024 年上銀科技
17、業務占比年上銀科技業務占比.49 圖圖 54:Ewellix 全球布局全球布局.50 圖圖 55:2020-2024 年舍弗勒分地區營收(單位:億元)年舍弗勒分地區營收(單位:億元).52 圖圖 56:2024 年舍弗勒各業務占比年舍弗勒各業務占比.52 圖圖 57:2020-2024 年年 SKF 營收(單位:十億瑞典克朗)營收(單位:十億瑞典克朗).52 圖圖 58:2024 年年 SKF 各業務占比各業務占比.52 表表 1:不同循環回流方式的滾珠絲杠對比:不同循環回流方式的滾珠絲杠對比.7 表表 2:梯形絲杠、滾珠絲杠、行星滾柱絲杠的性能對比:梯形絲杠、滾珠絲杠、行星滾柱絲杠的性能對比
18、.8 表表 3:行星滾柱絲杠的分類:行星滾柱絲杠的分類.9 表表 4:不同切削加工工藝對比:不同切削加工工藝對比.13 表表 5:軋制加工工藝過程:軋制加工工藝過程.14 表表 6:機床行業相關政策:機床行業相關政策.19 表表 7:采用中高檔滾珠絲杠副的公司數量分布分析:采用中高檔滾珠絲杠副的公司數量分布分析.21 表表 8:特斯拉:特斯拉 Optimus 執行器部件設計執行器部件設計.28 表表 9:工業領域的人形機器人需求預測:工業領域的人形機器人需求預測.30 表表 10:絲杠主要使用的原材料的化學元素成分含量(:絲杠主要使用的原材料的化學元素成分含量(%).35 表表 11:磨削滾珠
19、絲杠機械加工工藝過程:磨削滾珠絲杠機械加工工藝過程.38 表表 12:絲杠螺紋的各類加工方法:絲杠螺紋的各類加工方法.39 請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 4/56 汽車汽車/行業深度行業深度 表表 13:THK 主要產品主要產品.44 表表 14:Ewellix 滾柱絲杠產品分類滾柱絲杠產品分類.50 請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 5/56 汽車汽車/行業深度行業深度 1.絲杠絲杠:高效高精的高效高精的直線直線驅動部件,驅動部件,滾動絲杠滾動絲杠優勢顯著優勢顯著 絲杠的核心功能在于將旋轉運動絲杠的核心功能在于將旋轉運動高效高效轉化為直線運
20、動,轉化為直線運動,目前已目前已形成了多樣化的產品形成了多樣化的產品結構。結構。絲杠作為現代制造業中不可或缺的傳動部件,其基本功能是通過電機驅動實現旋轉運動,并借助螺紋結構將旋轉運動精確地轉換為直線運動,從而提供機械設備所需的直線位移和推力傳遞。圖圖 1:絲杠的核心功能在于將旋轉運動轉化為直線運動絲杠的核心功能在于將旋轉運動轉化為直線運動 數據來源:THK,東北證券 相比其他驅動方式,絲杠相比其他驅動方式,絲杠+旋轉電機旋轉電機在效率、定位精度、姿態等方面具備優勢。在效率、定位精度、姿態等方面具備優勢。絲杠在傳動系統中具備重要地位,也直接影響到整個設備的加工精度和運行穩定性。在數控機床、機器人
21、、汽車線控系統等領域,絲杠都扮演著核心傳動元件的角色,其傳動效率、定位精度以及耐久性也成為衡量整機性能的重要指標。圖圖 2:各種驅動方式各種驅動方式對比對比 數據來源:THK,東北證券 基于摩擦傳動特性的不同,基于摩擦傳動特性的不同,絲杠主要分為滑動絲杠、滾動絲杠和靜壓絲杠三大類。絲杠主要分為滑動絲杠、滾動絲杠和靜壓絲杠三大類?;瑒咏z杠以其結構簡單和制造工藝成熟而著稱,是傳統傳動系統中的常見產品滑動絲杠以其結構簡單和制造工藝成熟而著稱,是傳統傳動系統中的常見產品?;瑒咏z杠的傳動方式主要依賴于螺紋表面與螺母之間的直接滑動,通過摩擦力來實現力矩傳遞??傮w來看,滑動絲杠在機械設計中應用廣泛,尤其適用
22、于對成本要求較高、傳動精度要求不是極端嚴苛的場合?;瑒咏z杠制造難度相對較低,但其傳動效 請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 6/56 汽車汽車/行業深度行業深度 率較低且存在較大的磨損問題,在長期高負載運行下容易產生熱量和磨損加劇,從而影響整體傳動精度和使用壽命。此外,滑動絲杠由于缺乏滾動體的輔助,無法實現滾動摩擦所帶來的高效率傳動,在精密設備中逐漸被更高效的傳動方式所替代,但在一些傳統應用中,如部分低端機械傳動裝置和輔助性機構中,滑動絲杠仍然具有較高的性價比和廣泛應用基礎,其簡便的制造工藝和低成本優勢使得這類產品在市場上仍占有一席之地。圖圖 3:滑動絲杠示意圖滑動絲杠示
23、意圖 數據來源:Thomson,東北證券 滾動絲杠因采用滾動元件來實現傳動而在傳動效率和精度上有顯著優勢,是目前高滾動絲杠因采用滾動元件來實現傳動而在傳動效率和精度上有顯著優勢,是目前高端制造領域的首選。端制造領域的首選。滾動絲杠又分為滾珠絲杠和行星滾柱絲杠兩大子類,分別通過在螺桿與螺母之間設置鋼球和滾柱等滾動體替代傳統的滑動摩擦,實現更高效的傳動轉換。圖圖 4:滾珠絲杠滾珠絲杠結構示意圖結構示意圖 圖圖 5:行星滾柱絲杠結構示意圖:行星滾柱絲杠結構示意圖 數據來源:上銀,東北證券 數據來源:基于空間螺旋理論的行星滾柱絲杠副自由度計算與分析,東北證券 (1)滾珠絲杠:滾珠絲杠:滾珠絲杠憑借著其
24、高傳動效率和低摩擦特性,在精密加工設備中得到廣泛應用。滾珠絲杠在高端數控機床、航空航天以及精密機器人中均占有舉足輕重的地位,其傳動精度和響應速度直接關系到設備加工質量和效率。盡管滾珠絲杠的制造工藝復雜且對設備要求較高,但其帶來的高定位精度和低能耗優勢使其在市 請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 7/56 汽車汽車/行業深度行業深度 場上長期占據主導地位。目前國內高端滾珠絲杠的國產化比例僅約為 5%,大部分產品依賴進口,技術和工藝仍存在較大提升空間。滾珠絲杠根據螺帽循環回流方式可進一步分為外循環、內循環、端蓋式等。此外,上銀推出了 Super S、Super T 滾珠絲杠,
25、用于 CNC 機械、精密機床、產業機械、電子機械、高速化機械等領域,如 Super T 循環元件采用無沖擊點的切線式回流通道設計,故可容許更高的絲杠轉速,其具備低噪音、低振動與運動平順等優點。表表 1:不同不同循環回流方式循環回流方式的滾珠絲杠對比的滾珠絲杠對比 外循環外循環 內循環內循環 端蓋式端蓋式 示意圖示意圖 構造構造 外循環滾珠絲杠是由絲杠、螺帽、鋼珠、彎管及固定塊組合而成。鋼珠介于絲杠與螺帽之中,從絲杠的螺旋溝槽進入彎管后通過彎管再回到螺旋溝槽,做無限循環運動。彎管裝置在螺帽外部,此種型態稱為外循環滾珠絲杠。內循環滾珠絲杠是由絲杠、螺帽、鋼珠及回流蓋組合而成。鋼珠采單圈循環,以回流
26、蓋跨越連接兩相鄰珠槽,鋼珠通過回流蓋改變進行方向,構成單一封閉回流路徑。由于回流蓋組裝在帽內部,因此稱之為內循環滾珠絲杠。端蓋式滾珠絲杠是由絲杠、螺帽、鋼珠及端蓋組合而成。帽上加工一軸向貫穿孔作為鋼珠回流,從絲杠的螺旋溝槽進入端蓋后通過貫穿孔再回到螺旋溝槽,做無限循環運動。此一設計使鋼珠得以行經螺帽的前后兩端,由于所有螺旋溝槽上都布滿有效滾珠,因此在相同動負荷下,螺帽長度較傳統設計短。特色特色(1)可適用之絲杠外徑、導程較為廣泛;(2)規格齊全(1)適用于一般導程;(2)螺帽體積?。?)適用于高導程;(2)可應用于多牙口設計;(3)限用于單螺帽 數據來源:上銀,東北證券 (2)行星滾柱絲杠:行
27、星滾柱絲杠:行星滾柱絲杠采用滾柱作為傳動元件,其設計特點在于滾柱接觸面積更大,能夠在有限的安裝空間內提供更高的承載能力和更優的動態穩定性。在人形機器人傳動系統中,行星滾柱絲杠能夠實現更高的精度和更低的振動,滿足高端應用對傳動系統極致性能的要求,隨著人形機器人等新興應用的快速發展,行星滾柱絲杠由于其在體積與承載能力上的優勢,有望成為未來市場的重要增長點。相較于梯形絲杠與滾珠絲杠,相較于梯形絲杠與滾珠絲杠,行星滾柱絲杠具有高承載能力、高工況適應性、小體行星滾柱絲杠具有高承載能力、高工況適應性、小體積、高精度、長壽命等優勢積、高精度、長壽命等優勢,是綜合性能最為優異的絲杠品種:,是綜合性能最為優異的
28、絲杠品種:承載能力強:承載能力強:在傳動過程中,行星滾柱絲杠各部件的受力接觸面積為線接觸,大于滾珠絲杠的點接觸,因此承載能力更強,動載/靜載顯著高于滾珠絲杠。高工況適應性:高工況適應性:行星滾柱絲杠在惡劣工作環境下適應力強,其可適應的工作環境溫度范圍是滾珠絲杠的 2 倍。請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 8/56 汽車汽車/行業深度行業深度 體積?。后w積?。涸谕d荷的情況下,行星滾柱絲杠的體積比滾珠絲杠小 1/3,更適用于空間狹小的應用場景。使用壽命長:使用壽命長:根據赫茲定律,行星滾柱絲杠使用壽命可達滾珠絲杠的 15 倍。傳動效率高:傳動效率高:盡管傳動效率低于滾珠絲
29、杠,但在潤滑良好的情況下仍可達到 90%。精度高:精度高:行星滾柱絲杠的絲杠軸是小導程角的非圓弧螺紋,可通過調整螺紋頭數等方式使導程達到微米級,實現精密微進給;而滾珠絲杠受滾珠直徑限制,精度常為毫米級。噪音低:噪音低:行星滾珠絲杠的噪音來源于滾柱兩端正時齒輪機構的嚙合,頻率高,噪音低。表表 2:梯形絲杠、滾珠:梯形絲杠、滾珠絲杠絲杠、行星滾柱絲杠、行星滾柱絲杠的性能對比的性能對比 梯形絲杠梯形絲杠 滾珠絲杠滾珠絲杠 行星滾柱絲杠行星滾柱絲杠 摩擦方式摩擦方式 滑動摩擦 滾動摩擦 滾動摩擦 自鎖性自鎖性 有 無 無 噪音指標噪音指標 較低 很低 導程精度導程精度 低,品質參差不齊 較高,通常為毫
30、米級 高,可達微米級 微進給微進給 難以實現,滑動運動存在爬行現象 可實現 可實現 運動平穩性運動平穩性 滾珠易沖擊,平穩性較弱 平穩 傳動效率傳動效率 26%-46%90%-96%90%(潤滑良好時)相對成本相對成本 A 2A-3A 3A-5A 相對壽命相對壽命 A A 15A 相對體積(同載荷)相對體積(同載荷)A 2/3*A 相對動載相對動載 3A 相對靜載相對靜載 A 3A 相對旋轉速度相對旋轉速度 A 2A 工作環境溫度范圍工作環境溫度范圍 A 2A 應用場景應用場景 工作要求低的場景 需要精密傳動的場景 高負載、高精度、工況惡劣的場景 加工及裝配工藝性加工及裝配工藝性 簡單 復雜
31、國產化率國產化率 高 超 60%很低 數據來源:行星滾柱絲杠電動缸應用現狀,E 公司滾柱絲杠產品營銷策略研究,行星滾柱絲杠副的新發展及關鍵技術,滾珠絲杠進給系統定位精度分析,行星滾柱絲杠在電子機械制動系統中的應用研究,行星滾柱絲杠的設計與有限元分析研究,山東尼曼傳動機械公司官網,上?;垓v工業設備有限公司官網,觀研天下,東北證券 行星滾柱絲杠的缺點主要在于其高制備難度及高售價。行星滾柱絲杠的缺點主要在于其高制備難度及高售價。絲杠軸外螺紋與絲杠螺母的內螺紋均需精磨以實現超高精度與長壽命,其價格也顯著高于滾珠絲杠。以滾柱相對于絲杠、螺母的運動關系劃分,行星滾柱絲杠可分為標準式/反向式/循環式/差動式
32、/軸承環式滾柱絲杠。其中標準式行星滾柱絲杠應用場景最廣泛,其他幾類滾柱絲杠均以其為基礎根據應用場景的需求而相應演變:請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 9/56 汽車汽車/行業深度行業深度 反向式結構緊湊,但螺母加工難度高:反向式結構緊湊,但螺母加工難度高:螺母為動力輸入構件繞軸線旋轉,并通過螺紋嚙合驅動滾柱圍繞絲杠做行星運動,并實現滾柱與絲杠沿軸線的直線運動。在該結構下,可將螺母作為電機轉子,從而實現電機和直線傳動機構融合設計,形成空間緊湊的一體式機電作動器。在該結構下,由于螺母長度決定行程,而較長螺母的內螺紋磨制難度高,因此反向行星滾柱絲杠的制備壁壘較高。循環式精度高
33、,適用于醫療器械、光學儀器等領域循環式精度高,適用于醫療器械、光學儀器等領域:相較于標準式行星滾柱絲杠,取消滾柱端齒與內齒圈,增加了讓滾柱在螺母內旋轉一周后回到初始位置的凸輪環結構,螺母在凸輪處沿軸向開有凹槽。滾柱在絲杠和螺母間做行星運動和軸向移動,每繞絲杠軸線旋轉一周就在凸輪作用下被擋入螺母凹槽與絲杠脫開嚙合,然后在軸向上回到起始位置再重新與絲杠嚙合并循環往復。其核心優勢在于小導程,多數國外制造商可生產低至 1mm 導程的產品,適用于醫療器械、光學精密儀器等領域。差動式結構簡單,造價更低,但不適用于重載場景差動式結構簡單,造價更低,但不適用于重載場景:相較于標準式行星滾柱絲杠,取消滾柱端齒與
34、內齒圈,結構更簡潔。螺母內無螺紋,但其兩端有凹槽。滾柱的螺紋直徑呈“中間大、兩頭小”,以實現與絲杠、螺母凹槽的嚙合。在該結構下,螺母與絲杠的直徑不同,因此螺母與絲杠的移動速度不同。差動式行星滾柱絲杠的結構簡單,造價更低,但也更易打滑,在重載情況下易出現可靠性降低等問題。軸承環式承載力極高、傳動效率高,但結構復雜、制造成本高軸承環式承載力極高、傳動效率高,但結構復雜、制造成本高:結構與行星滾柱絲杠類似但更復雜,滾柱呈環槽狀,只繞軸線固定轉動;螺母上去除內齒圈并增加殼體、端蓋、推力圓柱滾子軸承等部件,推力圓柱滾子軸承顯著提升承載力并減少各構件間的磨損,適用于石油化工等場景。表表 3:行星滾柱絲杠的
35、分類行星滾柱絲杠的分類 類類別別 結構特點結構特點 優點優點 缺點缺點 適 用 場適 用 場合合 圖例圖例 標標準準式式 絲杠、螺母為三角形多頭螺紋,滾柱為具有一定螺旋升角的球形單頭螺紋,并在其兩端加工有直齒,內齒圈固定在螺母兩端并與滾柱兩端的直齒輪嚙合。實現較大行程,適用于環境惡劣、高負載、高速等場合;應用最廣泛應用最廣泛 精 密 機床、機器人、軍工裝備等 反反向向式式 去除內齒圈,絲杠兩端加工有直齒與滾柱兩端的齒輪嚙合;螺母長度顯著長于標準式 可將其螺母作為電機轉子實現電機和絲杠一體化設計,形成結構緊湊的一體式機電作動器(C-EMA)需 要 加 工較 長 的 螺母 內 螺 紋以 保 證 絲
36、杠行程,對螺 母 加 工要求較高 中 小 負中 小 負載、小行載、小行程 和 高程 和 高速速 的 應用場景 請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 10/56 汽車汽車/行業深度行業深度 循循環環式式 去除內齒圈;增加讓滾柱在螺母內旋轉一周后回到初始位置的復位凸輪環結構;滾柱上呈環槽狀,環槽間距與絲杠、螺母的螺紋匹配,增加參與嚙合的螺紋數量 可采用更小螺紋導程,具有較高剛度、更大承載能力,更高位置精度 凸 輪 環 結構 會 產 生振動沖擊,存 在 噪 音問題 高剛度、高剛度、高承載、高承載、高精度、高精度、空 間 小空 間 小的場合,如 醫 療器械、光學 精 密儀 器 等領
37、域 差差動動式式 去除內齒圈,滾柱上無齒輪段。滾柱、螺母均為環槽結構,且滾柱的環槽分為多段,其中小中徑段與螺母嚙合,大中徑段與絲杠嚙合 可以獲得更小的導程,結構簡單且便于加工 螺 紋 會 產生 滑 動 現象,重載情況 下 易 產生磨損,出現精度/可靠 性 降 低等問題 傳 動 比傳 動 比較 大,較 大,中 速中 速 的應 用 場合 軸軸承承環環式式 滾柱上呈環槽狀,螺母上去除內齒圈,增加殼體、端蓋及推力圓柱滾子軸承等部件 推力圓柱滾子軸承大大提高了其承載能力,同時也減小了各構件間的磨損,增大了傳動效率 結構復雜,徑 向 尺 寸大,制造成本高等 高承載、高承載、高 效 率高 效 率等場合,如
38、石 油化工、重型 機 械等 數據來源:行星滾柱絲杠傳動精度分析與設計,東北證券 靜壓絲杠則通過液體靜壓實現低摩擦高精度傳動。靜壓絲杠則通過液體靜壓實現低摩擦高精度傳動。靜壓絲杠的工作原理是利用液體在螺桿與螺母之間形成的穩定靜壓潤滑膜,從而在完全避免金屬直接接觸的情況下實現傳動。這種方式不僅降低了傳動過程中的摩擦系數,同時也能有效延長使用壽命和提高傳動精度。靜壓絲杠適用于那些對動態響應和長周期穩定性要求高的場合,如部分航空航天設備和高端醫療器械中均有應用。然而,由于其制造工藝復雜,加工成本較高,以及系統對密封和潤滑條件要求嚴格,使得靜壓絲杠在大規模普及方面受到一定限制,其應用領域主要集中在特殊要
39、求和高附加值領域。關于關于絲杠的精度標準絲杠的精度標準,產業內通常采用 JIS(Japanese Industrial Standards,日本工業標準),以滾珠絲杠為例,其導程精度和安裝部精度以 JIS 規格 JIS B 1192(ISO 3408)為標準進行精度管理,精度等級 C0C5 用直線性及方向性表示精度,C7C10 用螺紋長度 300mm 累積導程誤差表示其精度,此外,不同精度等級對比如下:請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 11/56 汽車汽車/行業深度行業深度 圖圖 6:精密滾柱絲杠精密滾柱絲杠導程精度導程精度等級(等級(單位單位:m)數據來源:THK,東
40、北證券 圖圖 7:滾珠絲杠國際標準精度等級滾珠絲杠國際標準精度等級對比對比 數據來源:上銀,東北證券 下表列舉了一些常見機械及不同用途下對于滾珠絲桿精密等級的需求:請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 12/56 汽車汽車/行業深度行業深度 圖圖 8:各種機械適用精度等級各種機械適用精度等級 數據來源:上銀,東北證券 請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 13/56 汽車汽車/行業深度行業深度 根據加工工藝的差異,絲杠根據加工工藝的差異,絲杠主要分為切削成形和塑性加工兩大類型。主要分為切削成形和塑性加工兩大類型。切削成形工藝:主要包括磨削、車削和旋風銑三
41、種方式。切削成形工藝:主要包括磨削、車削和旋風銑三種方式。磨削工藝磨削工藝以其高精度和優異的表面粗糙度著稱,但整個加工周期較長,工藝周期約 30-45 天,且成本較高,且設備和工藝技術要求高,需要經過退火、粗磨、精磨等多個工序,精度水平可達到 C0-C1 級,其精度水平高使其成為制造高端絲杠的核心工藝。車削工藝車削工藝則常作為粗加工手段,雖加工速度快但難以滿足高精度要求,因此在高端產品中通常與磨削工藝結合使用。旋風銑旋風銑工藝工藝是一種高效綠色工藝,通過高速旋轉刀盤上的 PCBN 成型刀具一次成形螺紋,既提高了切削速度,又降低了熱變形和切削力。表表 4:不同不同切削切削加工工藝對比加工工藝對比
42、 車削車削 磨削磨削 銑削銑削 示意圖 加工過程 旋轉工件,單點切削刀具 砂輪去除材料 多點切削刀具 工件形狀 圓柱形和圓錐形零件 各種形狀和材料 主要用于產生平坦表面 刀具移動 刀具沿旋轉的工件移動 旋轉磨輪 刀具沿固定工件移動 自動化 高度自動化、計算機控制 高度自動化、計算機控制 高度自動化、計算機控制 表面光潔度 中 高 中低 公差 嚴格 更嚴格 嚴格 材料去除率 中等至高 低至中等 中等至高 主要應用 圓柱形零件、螺紋、錐度 精密加工、刀具刃磨 復雜的 3D 零件、型腔和槽 典型機器 數控車床 磨床 數控銑床 行業 汽車、航空航天和制造業 航空航天、醫療和制造業 制造、工程和原型設計
43、 數據來源:AceMicromatic,東北證券 塑性加工工藝:塑性加工工藝:即軋制工藝,與切削成形相比,其是一種無切屑成形方式,主要優勢在于加工速度快、能耗低和材料利用率高。軋制工藝能顯著改善工件的內部組織和疲勞強度,但由于加工過程中精度難以達到切削成形的水平,其產品一般適用于中低端市場。軋制工藝雖然在精度上略遜一籌,但在大批量生產和成本控制方面具有明顯優勢,適合一些對傳動精度要求相對較低的工業裝備。請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 14/56 汽車汽車/行業深度行業深度 表表 5:軋制軋制加工工藝過程加工工藝過程 序號序號 工藝內容工藝內容 備注備注 1 軋制滾珠絲
44、杠 GCr15 2 檢驗校直 3 端部退火 降低硬度 4 滾道拋光 5 加工軸端 6 裝配-跑合-檢驗-防銹包裝-檢驗-入庫 備注:軋制型滾珠絲杠的加工工藝周期約備注:軋制型滾珠絲杠的加工工藝周期約 1-3 天,且成本較低天,且成本較低 數據來源:精密滾珠絲杠機械加工工藝規程研究,東北證券 總體來看,絲杠的功能核心在于實現旋轉向直線運動的精準轉換,其在機械傳動系統中的作用不僅體現在基本的力傳遞功能上,更在于其對傳動效率、定位精度、抗磨損能力和動態穩定性的綜合提升。從傳動方式分類上看,滑動絲杠在傳統應用中具有不可替代的低成本優勢,隨著制造業對高精度和高效率要求的不斷提升,滾動絲杠尤其是滾珠絲杠和
45、行星滾柱絲杠正逐步成為高端裝備的標準配置。從加工工藝分類上看,切削成形與塑性加工兩大技術路線各有側重,前者適用于追求極致精度和表面質量的高端產品,而后者則在實現成本控制和大規模生產中發揮重要作用。同時,絲杠產品體系正經歷著由傳統向高端、多樣化轉變的深刻變革,背后的核心驅動因素正是通過不斷創新實現的功能升級和多層次分類,這一變革不僅體現在技術參數和工藝水平的不斷提升上,更在于應用領域和市場需求的多元化拓展。從機床到機器人、從汽車到航空等,每一個細分領域對絲杠產品的要求都在不斷刷新著技術指標和制造標準。2.應用領域:絲杠是工業母機、汽車、人形機器人等領域的核應用領域:絲杠是工業母機、汽車、人形機器
46、人等領域的核心傳動命脈心傳動命脈 2.1.工業母機:國民經濟的戰略支柱,絲杠應用核心領域 工業母機作為國民經濟的戰略支柱,目前其在絲杠應用領域中占據著絕對核心地位。工業母機作為國民經濟的戰略支柱,目前其在絲杠應用領域中占據著絕對核心地位。工業母機,主要指以數控機床為代表的高端制造裝備,其關鍵在于實現高精度、高效率、高穩定性的切削和加工能力,而絲杠則作為數控機床傳動系統的重要組成部分,直接影響機床的加工精度和動態響應。數控機床不僅是滾珠絲杠應用最大的下游市場,其在整機結構中對絲杠的依賴程度極高,約占滾珠絲杠市場需求的 45%。從整體上看,工業母機的發展水平直接決定了整個制造業的競爭力,而絲杠作為
47、實現直線運動精準傳動的核心零部件,其性能、精度和穩定性成為衡量機床制造水平的重要指標。請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 15/56 汽車汽車/行業深度行業深度 圖圖 9:滾珠絲杠在加工中心上的應用滾珠絲杠在加工中心上的應用 圖圖 10:滾珠絲杠在復合車床上的應用滾珠絲杠在復合車床上的應用 數據來源:機床用 NSK 產品介紹說明書,東北證券 數據來源:機床用 NSK 產品介紹說明書,東北證券 在工業母機中,絲杠主要承擔著將電機旋轉運動轉化為被加工工件或刀具直線運動在工業母機中,絲杠主要承擔著將電機旋轉運動轉化為被加工工件或刀具直線運動的任務,是數控機床傳動系統中不可或缺的
48、關鍵環節。的任務,是數控機床傳動系統中不可或缺的關鍵環節。首先,絲杠在數控機床的傳動系統中扮演著精密傳動元件的角色,其設計必須滿足高剛性、高精度、低振動以及長期穩定運行的要求。絲杠與導軌組成的傳動組合對機床整體性能的提升至關重要,其中一個自由度往往需要配置一根絲杠搭配兩根直線導軌,合起來約占整臺機床成本的 5%,而絲杠本身則占據了 1.5%-3%的成本比例。這一數據不僅反映出絲杠在機床結構中的成本比重,更從側面說明了其對整機性能的影響力。為確保加工過程中的高精度和高效率,機床在絲杠的選型、測試和裝配過程中均要求極高的標準和嚴苛的工藝流程,從而保障絲杠在高速切削、高負載以及高頻振動等工作狀態下依
49、然能夠穩定運行。圖圖 11:滾珠絲杠在工業母機上的工作原理滾珠絲杠在工業母機上的工作原理 數據來源:THK 產品技術資料,東北證券 請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 16/56 汽車汽車/行業深度行業深度 數控機床作為工業母機的代表,其技術水平和應用廣度決定了絲杠在整個工業裝備數控機床作為工業母機的代表,其技術水平和應用廣度決定了絲杠在整個工業裝備中的地位。中的地位。在國內外市場上,數控機床是絲杠最大的下游應用領域,其主要特點是精密加工、連續高負載運轉以及對定位精度要求極高。在機床傳動系統中,絲杠作為核心部件,其設計和制造工藝必須克服多種工藝難題,如導程精度、軸向間隙和
50、因熱變形引起的動態變化等問題。特別是在高端機床中,對滾珠絲杠的精度要求往往高于 C5 等級,而部分精密磨床、鏜床甚至要求更高的精度等級,這就要求制造商在絲杠設計上必須實現高剛性、低松動和高耐磨性,以確保機床在高速切削時仍保持高精度。因此,工業母機領域對絲杠的要求不僅體現在成本控制上,更體現在技術創新和工藝升級方面,各大機床廠商和絲杠生產企業在選材、熱處理及加工工藝上不斷尋求突破,以實現更高的傳動效率和更穩定的動態性能。圖圖 12:中國數控機床年度產量(單位:臺)中國數控機床年度產量(單位:臺)數據來源:Wind,東北證券 適用于不同應用場景的滾珠絲杠精度等級各不相同,機床精度要求最高,工業機器
51、適用于不同應用場景的滾珠絲杠精度等級各不相同,機床精度要求最高,工業機器人、通用機械等領域的精度要求相對不高。人、通用機械等領域的精度要求相對不高。精度等級 C0-C5 用直線性及方向性表示精度,C7-C10 用螺紋長度 300mm 累積導程誤差表示其精度。根據 NSK 官網顯示,數控機床的精度等級覆蓋 C0-Ct10,以 C1-C5 為主,其中磨床與坐標鏜床主要使用C3 級以上的滾珠絲杠;半導體/印刷版制造設備的細分環節存在分化:曝光設備、引線焊接機、探測器所需精度等級在 C1-C2,而化學處理設備的精度等級相對較低;工業機器人、通用機械專用機械的精度等級集中在 C3-C10,精度等級相對不
52、高;而冶金設備機械、電動注塑機、橡塑機械的精度等級相對較低。050,000100,000150,000200,000250,000300,0002018201920202021202220232024 請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 17/56 汽車汽車/行業深度行業深度 圖圖 13:不同應用場景滾珠絲杠的選型不同應用場景滾珠絲杠的選型 數據來源:NSK 產品技術資料,東北證券 在實際應用中,工業母機對絲杠的需求具有顯著的技術和經濟雙重屬性。從技術角在實際應用中,工業母機對絲杠的需求具有顯著的技術和經濟雙重屬性。從技術角度看度看,絲杠在數控機床中承擔著精密位移控制和大
53、載荷傳遞的雙重任務。數控機床中的絲杠不僅需要滿足高精度的傳動要求,還必須具備良好的抗振能力和高耐久性,這直接關系到機床在長期高負荷工作狀態下的穩定性和加工質量。為此,絲杠制造過程中通常采用高精度的磨削工藝和先進的熱處理技術,如球化退火和感應淬火,以確保絲杠在加工后能夠達到嚴格的精度要求和長壽命標準。與此同時,為了適應數控機床高速、高負載的工作環境,高端機床在滾珠絲杠的選型過程中采用了近乎嚴苛的測試方法,確保每一根絲杠在出廠前均能達到極高的動態響應和穩定性,從而支撐起整個機床系統的高效運行。請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 18/56 汽車汽車/行業深度行業深度 從經濟角
54、度看,從經濟角度看,機床制造業的發展水平直接影響著絲杠的市場需求和價格水平。數據顯示,國內機床市場規模在近年來不斷擴大,尤其是高端數控機床對高精度絲杠的依賴程度日益加深。我國滾珠絲杠行業量產廠商數量稀少,產能供給較少,而需求量持續保持增長,行業供需缺口仍然較大。但是,隨著國內高端裝備制造業持續向好發展,相關設備的精密傳動需求進一步擴大,對于滾珠絲杠大規模量產能力要求也隨之提高,有望刺激行業產能釋放。數據顯示,2023 年中國滾珠絲杠產量和需求量分別為 1285 萬套和 1782 萬套。2023 年中國機床用絲杠市場規模約在 31 億元左右,而隨著工業母機自主可控需求的不斷提升以及國產替代的加速
55、推進,預計到2025 年機床用絲杠市場規模有望突破 50 億元。這一數據不僅體現了數控機床在整個工業裝備中的重要地位,也反映出絲杠作為關鍵傳動部件在推動產業升級和實現國產替代中的戰略意義。事實上,隨著國際貿易環境的不確定性加劇以及國產化需求的不斷強化,國內機床制造商和絲杠生產企業正逐步加大研發投入,通過工藝改進和技術升級來縮小與國外先進水平之間的差距,進而推動整個行業向高端化、智能化方向邁進。圖圖 14:中國滾珠絲杠年度產量與需求量變化中國滾珠絲杠年度產量與需求量變化 圖圖 15:中國滾珠絲杠市場規模中國滾珠絲杠市場規模 數據來源:智研咨詢,東北證券 數據來源:智研咨詢,東北證券 “工業母機”
56、受國家高度關注,出臺相關政策支撐行業快速發展?!肮I母機”受國家高度關注,出臺相關政策支撐行業快速發展。在當前國際競爭激烈和技術封鎖頻發的背景下,工業母機領域一直是“卡脖子”技術的重災區,其核心部件(包括絲杠傳動系統)長期依賴進口,嚴重制約了國內高端裝備制造的發展。首先,痛點主要體現在高端滾珠絲杠的國產化比例極低。高端滾珠絲杠在我國的國產化率僅約為 5%,大部分關鍵技術和設備仍掌握在日系 THK、NSK 及德系舍弗勒等國外企業手中。這一現狀不僅導致國內機床在采購上面臨較高的成本壓力,也使得生產過程中的供應鏈風險陡增。機床作為工業母機的代表,其傳動系統中絲杠的精密度、耐磨性和動態響應性能直接決定
57、了整機加工精度和效率,而進口產品的價格昂貴和交貨周期長,已成為制約國產設備升級和市場擴張的瓶頸。由于關鍵技術、材料與檢測設備等環節受制于國外壟斷,國內企業在研發和工藝上面臨巨大的技術壁壘,這使得高端數控機床、航空航天裝備及高精密儀器等領域對絲杠的需求長期處于供應不足的狀態,從而進一步加劇了“卡脖子”問題。當前,國家及各地方政府對智能裝備、數控機床等產業都表現出高度的重視,制定并實施了一系列促進行業發展的法規及產業政策。請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 19/56 汽車汽車/行業深度行業深度 表表 6:機床行業相關政策機床行業相關政策 時間時間 部門部門 政策政策 內容內
58、容 2023 年8 月 工業和信息化部、財政部、國家稅務總局等三部門 工業母機企業增值稅加計抵減政策 自 2023 年 1 月 1 日至 2027 年 12 月 31 日,對生產銷售先進工業母機主機、關鍵功能部件、數控系統的工業母機企業,允許按當期可抵扣進項稅額加計 15%抵減企業應納增值稅稅額。2022 年2 月 發改委 關于印發促進工業經濟平穩增長的若干政策的通知 明確加大中小微企業設備器具稅前扣除力度,中小微企業 2022 年度內新購置的設備器具折舊可選擇一次性稅前扣除或減半扣除 2021 年12 月 工業和信息化部等八部門“十四五”智能制造發展規劃 到 2025 年,智能制造裝備的市場
59、滿足率要超過 70%,培育 150 家以上專業水平高、服務能力強的智能制造系統解決方案供應商。研發智能立/臥式五軸加工中心、車銑復合加工中心、高精度數控磨床等工作母機 2021 年8 月 國資委 國資委黨委擴大會議 針對工業母機等加強關鍵核心技術攻關,開展補鏈強鏈專項行動,加強上下游產業協同 2021 年12 月 發改委、工信部 關于振作工業經濟運行 推動工業高質量發展的實施方案的通知 要引導企業加快技術改造和設備更新,實施工業企業技術改造投資升級導向計劃 2019 年10 月 工信部、發改委 制造業設計能力提升專項行動計劃(2019-2022年)總體目標在高端數控機床、工業機器人、汽車等行業
60、,以及節能環保、人工智能等領域實現原創設計突破 2018 年11 月 統計局 戰略性新興產業分類(2018)將金屬切削機床、金屬成形機床、工業機器人制造等列入高端裝備制造產業大類中的智能制造裝備產業 2018 年8 月 工信部、國標委 國家智能制造標準體系建設指南(2018 年版)圍繞新一代信息技術、高端數控機床與機器人、航空航天裝備等十大重點領域,優先在重點領域實現突破,并逐步覆蓋智能制造全應用領域 2017 年12 月 工信部 促進新一代人工智能產業發展三年行動規劃(2018-2020年)提升高端數控機床與工業機器人的自檢測、自校正、自適應、自組織能力和智能化水平 2016 年11 月 國
61、務院 關于印發“十三五”國家戰略性新興產業發展規劃的通知 加快高端數控機床與智能加工中心研發與產業化,突破多軸、多通道、高精度高端數控系統、伺服電機等主要功能部件及關鍵應用軟件,開發和推廣應用精密、高速、高效、柔性并具有網絡通信等功能的高端數控機床 請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 20/56 汽車汽車/行業深度行業深度 2016 年5 月 國務院 國家創新驅動發展戰略綱要 加快實施已部署的國家科技重大專項,聚焦目標、突出重點,攻克高端通用芯片、高端數控機床、集成電路裝備等方面的關鍵核心技術 2015 年5 月 國務院 中國制造 2025 將高端數控機床列為十項重點領域
62、之一,開發一批精密、高速、高效、柔性數控機床等前沿技術和裝備及集成制造系統 數據來源:中國政府網等,東北證券 近年國內滾動功能部件產品性能穩步提升、進步顯著,與海外差距或加速收窄。近年國內滾動功能部件產品性能穩步提升、進步顯著,與海外差距或加速收窄。根據 2020 年第三屆滾動功能部件用戶調查分析報告,國產滾動功能部件的優勢主要集中于價格及服務,性能優勢從 2011 年的第 4 位升至第 3 位,且 82.7%的被調查下游用戶認為國內中高端滾動功能部件進步較大/進步很大。與此同時,政策支持正以多重舉措推動工業母機領域實現自主可控,加速國產替代。為促進高端制造業自主可控,各級政府相繼推出多項支持
63、措施,其中包括提高研發費用加計扣除比例至 120%的優惠政策,這在一定程度上大幅降低了企業的研發成本,激勵了企業加大自主研發投入。政策不僅在資金上給予支持,還通過技術引進、人才培養、設備更新等多方面構建產業生態,推動上下游協同創新,形成國產替代的良性循環。在政策紅利的驅動下,國內高端數控機床企業和絲杠制造企業正加快步伐,通過引進國外先進設備、優化生產工藝和加強與高??蒲性核暮献?,逐步實現核心技術的突破與自主化,力爭在未來幾年內大幅提升國產絲杠的市場占有率和整體競爭力。圖圖 16:國產滾動功能部件優勢分析國產滾動功能部件優勢分析 圖圖 17:用戶對近年來國產中高檔滾動功能部件發展用戶對近年來國
64、產中高檔滾動功能部件發展的評價分析的評價分析 數據來源:第三屆滾動功能部件用戶調查分析報告,東北證券 數據來源:第三屆滾動功能部件用戶調查分析報告,東北證券 近年來國產滾珠絲杠副在中高端應用場景的使用比例顯著提升,國產替代持續推進。近年來國產滾珠絲杠副在中高端應用場景的使用比例顯著提升,國產替代持續推進。根據第二屆/第三屆滾動功能部件用戶調查分析報告,2020 年采用中高端國產滾珠絲杠副的比例為 40%-59%的公司占比由 2011 年的 14 升至 34.3%,采用中高端進口滾珠絲杠副的比例為 80%-100%的公司占比由 2011 年的 52%降至 7.1%。我們認為隨著國內滾動功能部件廠
65、商持續研發,推動提升絲杠產品性能,國內廠商在高端滾珠絲杠領域的市占率或持續提升。進步很大,31.70%進步比較大,51%進步較小,16.30%沒有進步,1%請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 21/56 汽車汽車/行業深度行業深度 表表 7:采用中高檔滾珠絲杠副的公司數量分布分析采用中高檔滾珠絲杠副的公司數量分布分析 2011 年 2020 年 國產比例 進口比例 國產比例 進口比例 0-19%39%10%14.6%15.5%20%-39%23%10%29.7%24.6%40%-59%14%13%34.3%32.5%60%-79%12%15%16.1%20.3%80%-1
66、00%12%52%5.4%7.1%數據來源:第二屆滾動功能部件用戶調查分析報告,第三屆滾動功能部件用戶調查分析報告,東北證券 2.2.汽車:線控革命帶動絲杠需求提升 汽車工業領域在絲杠應用上呈現出由傳統向智能化、精密化轉型的趨勢,其在實現汽車工業領域在絲杠應用上呈現出由傳統向智能化、精密化轉型的趨勢,其在實現線控技術、提升行駛安全性和改善操控性能方面發揮著至關重要的作用。線控技術、提升行駛安全性和改善操控性能方面發揮著至關重要的作用。傳統車輛在轉向和制動系統中多采用液壓或機械傳動方式,這種方式存在響應速度慢、能耗高、維護成本大等弊端。線控轉向技術則通過電機驅動與絲杠傳動相結合的方式,實現了車輛
67、轉向信號的快速、精確傳遞,極大地提高了轉向精度和系統可靠性。新一代線控系統普遍采用“電機+絲杠+軸承+傳感器”的結構設計,這種設計不僅確保了高速運動中的低摩擦和低熱變形,而且通過傳感器的實時反饋,使得整個系統能夠在極短時間內調整輸出,保證了操控的穩定性與安全性。此外,在線控制動系統中,通過電子信號控制絲杠的微調,可以實現對制動力的精密調控,從而在緊急制動情況下迅速穩定車輛,降低事故風險。這種以絲杠為核心的線控技術,正成為現代汽車智能化的關鍵技術之一,推動傳統傳動方式向高效、低能耗、智能控制轉變。隨著汽車智能化和新能源滲透率的提升,線控轉向(EPS)、線控制動(EMB)、電子駐車系統(EPB)以
68、及主動懸架等系統對絲杠的精密度、耐用性和動態響應提出了前所未有的要求,其單車傳動部件的價值量通常介于 400-1500 元之間,這不僅意味著每一臺汽車的絲杠成本占比不斷上升,更預示著未來車用絲杠市場規模的持續增長。電子助力轉向系統(電子助力轉向系統(EPS):):隨著新能源汽車對續航里程的需求持續提升,齒條式電動助力轉向系統(R-EPS)有望憑借大扭矩推力、高傳動效率持續提升滲透率,從而提升滾珠絲杠在電能源汽車中的應用。電子駐車系統(電子駐車系統(EPB):):當前 EPB 制動鉗主要包括螺紋轉動及滾珠絲杠傳動,其中滾珠絲杠傳動在傳動效率、運行平穩性、使用壽命等方面更具優勢,多用于中高端車型。
69、滾珠絲杠將受益于 EPB 滲透率及滾珠絲杠在 EPB 中的滲透率提升。線控制動:線控制動:從傳動原理來看,電子機械制動系統(EMB)與電子液壓制動系統(EHB)均使用滾珠絲杠以獲得結構緊湊、高精度、低噪音等優勢。請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 22/56 汽車汽車/行業深度行業深度 圖圖 18:滾珠絲杠在汽車上的應用滾珠絲杠在汽車上的應用 數據來源:NSK 產品技術資料,東北證券 首先,在技術層面上,汽車智能化發展對絲杠提出了高精度與高可靠性的雙重要求。首先,在技術層面上,汽車智能化發展對絲杠提出了高精度與高可靠性的雙重要求。汽車中的線控轉向系統(EPS)依靠絲杠將電
70、機產生的旋轉運動轉化為精確的直線運動,直接影響到轉向的響應速度與操控穩定性。傳統機械傳動方式已無法滿足現代汽車對操控精度和響應速度的要求,因此,采用滾動絲杠尤其是行星滾柱絲杠成為技術發展的必然趨勢,其結構能夠在有限空間內實現更高傳動效率和更低摩擦阻力,從而確保汽車在各種復雜路況下的精準操控。EPS 在乘用車中滲透率已達到頂峰,當下發展方向是在乘用車中滲透率已達到頂峰,當下發展方向是 EPS 產品結構的迭代和智能產品結構的迭代和智能化趨勢下新技術(線控轉向化趨勢下新技術(線控轉向 SBW)的布局和應用。)的布局和應用。目前,液壓助力轉向系統(HPS)和電子液壓助力轉向系統(EHPS)已廣泛應用于
71、商用車,EPS 則大量地運用于乘用車上,而 SBW(線控轉向系統)滲透率相對最低。根據佐思汽研數據,2016-2020年 EPS 在中國乘用車轉向市場的滲透率已從 80.1%逐年上升至 96.4%,僅有少量乘 請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 23/56 汽車汽車/行業深度行業深度 用車采用 HPS 和 EHPS 方案,而 2020 年部分海外國家 EPS 滲透率高達 100%。由于未來存在線控轉向系統滲透率(SBW)提高擠壓 EPS 的空間,預計 2025 年左右國內 EPS 滲透率將從上升轉為下降。圖圖 19:2016-2020 年中國乘用車年中國乘用車 EPS 滲
72、透率逐漸達到頂峰滲透率逐漸達到頂峰 數據來源:佐思汽研,東北證券 電動助力轉向系統(電動助力轉向系統(EPS)向高性能)向高性能 EPS 升級趨勢明顯。升級趨勢明顯。根據助力電機裝配位 置的不同,EPS 可以分為轉向柱助力式(C-EPS)、小齒輪助力式(P-EPS)、齒條助力式(R-EPS)和雙小齒輪助力式(DP-EPS)四種。電子助力轉向的布置中,電機越靠近轉向器,助力傳動效率越高,性能越好,因而傳動效率 R-EPS 和 DP-EPS P-EPS C-EPS。隨著新能源汽車加速滲透以及智能化的快速發展,轉向系統逐步從 C-EPS 向 R-EPS 和 DP-EPS 升級。圖圖 20:不同不同
73、EPS 產品助力范圍產品助力范圍 數據來源:耐世特,東北證券 轉向系統由轉向系統由 ECU、電機、減速機構、中間軸等組成。其中減速機構具備對電機降速、電機、減速機構、中間軸等組成。其中減速機構具備對電機降速增矩的作用,常見有蝸輪蝸桿、滾珠絲杠等組合方式。增矩的作用,常見有蝸輪蝸桿、滾珠絲杠等組合方式。減速機構為汽車轉向系統的重要組成部分,在電動助力轉向系統中與電機相連,對電機實現降速和增加扭矩的作用,EPS 的減速機構有多種組合方式,常見的有渦輪蝸桿式以及負載能力更大的 請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 24/56 汽車汽車/行業深度行業深度 滾珠絲杠式。電動助力轉向系
74、統中 C-EPS、P-EPS、Dp-EPS 到 R-EPS 轉向性能依次提升,前三者的減速機構都為蝸輪蝸桿,R-EPS 的減速機構為滾珠絲杠(循環球式)。因為滾珠絲杠具備輸出力矩大、噪音低、手感平順、精度高、傳動效率高等優勢,是 R-EPS 提升負載能力的關鍵部件,R-EPS 憑借滾珠絲杠的優勢,輸出的齒條推力遠大于 Dp-EPS,可以達到 16000N 以上,而 Dp-EPS 最大推力為 14500N。在競爭格局方面,由于滾珠絲杠需要具備高速或精密機床加工能力,具備較高該領域技術實力的日本和歐洲的滾珠絲杠企業占據了全球約 70%的市場份額,其中 CR5 市占率達到了 46%,主要廠商有 NS
75、K、THK、SKF 等。圖圖 21:全球滾珠絲杠競爭格局全球滾珠絲杠競爭格局 圖圖 22:滾珠絲杠市場集中度滾珠絲杠市場集中度 數據來源:華經產研院,東北證券 數據來源:華經產研院,東北證券 轉向系統轉向電動化的同時,智能化也成為了轉向技術發展新的驅動力。轉向系統轉向電動化的同時,智能化也成為了轉向技術發展新的驅動力。為了更好地滿足智能駕駛的需求,轉向系統需要有更高的安全性和可靠性,從而保證轉向系統在出現電氣系統故障的時候整車仍然可以進入安全狀態甚至繼續安全駕駛。因此,冗余 EPS、線控轉向系統(SBW)成為未來的發展方向,其中線控轉向(SBW)在過去由于技術儲備不成熟、法規限制等因素,近兩年
76、正處于剛興起的階段,所以冗余 EPS 成為當前 L3+智能駕駛場景下的核心技術。冗余冗余 EPS 系統主要由機械系統部件、轉矩轉角傳感器總成(系統主要由機械系統部件、轉矩轉角傳感器總成(TAS)以及電控單元組)以及電控單元組成。成。以 R-EPS 為例,機械系統主要由齒輪齒條副、滾珠絲杠傳動機構、皮帶傳動單元、轉向橫拉桿等組成??芍С值淖畲簖X條力達到 16kN 以上,能夠滿足豪華轎車、SUV 以及商務車的要求。轉矩轉角傳感器總成用于檢測轉向扭矩和方向盤轉角,主流的冗余傳感器方案通常能夠提供 4 路轉矩信號和 2 路轉角信號,顯著提升了安全性。電控單元是冗余 EPS 的核心部分,由助力電機以及驅
77、動和控制單元組成,助力電機通常采用六相或十二相無刷直流電機,由于單點失效導致其中三相無法正常驅動時,剩余部分仍可正常工作,為轉向系統提供助力。驅動和控制單元集成在電機的后端,由驅動板、控制板、散熱器、外殼等組成。請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 25/56 汽車汽車/行業深度行業深度 圖圖 23:冗余冗余 EPS 系統方案示意圖系統方案示意圖 圖圖 24:冗余冗余 EPS 電控方案示意圖電控方案示意圖 數據來源:汽車制動網,東北證券 數據來源:汽車制動網,東北證券 基于雙三相無刷直流電機的全冗余電控方案采用了雙路獨立外部供電、雙路外部CAN/CANFD 通信以及冗余的轉
78、矩、轉角傳感器信號。電機驅動單元、電機位置傳電機驅動單元、電機位置傳感器、電源管理單元、主控感器、電源管理單元、主控 MCU 也都采用了雙備份的冗余架構。也都采用了雙備份的冗余架構。主控 MCU 采用帶鎖步核的 32 位芯片,具有較高的算力,同時最高支持 ASIL-D 功能安全等級。雙MCU 之間采用 CANFD 通信,實現信號交互、力矩指令傳遞、故障診斷信號交互等,可以起到相互監控的作用,必要時支持主輔切換,提升了整個系統的安全性和可靠性。根據GB/T 40429-2021 汽車駕駛自動化分級對于 L3 級自動駕駛的定義,車輛在有條件設計運行范圍內運行,允許駕駛員注意力離開駕駛任務,但是在系
79、統提示需要接管的時候應該進行適當的響應?;谏鲜鋈哂喾桨?,電氣系統在出現單點失效的場景下,最多損失 50%的助力能力,因此對于大部分限定條件下的 L3 級自動駕駛功能,能夠保證整車在系統提示接管到駕駛員完成階段的時間段處于安全狀態。圖圖 25:冗余策略與安全機制示意圖冗余策略與安全機制示意圖 數據來源:汽車制動網,東北證券 冗余冗余 EPS 關鍵技術為冗余策略與安全機制。關鍵技術為冗余策略與安全機制。在冗余 EPS 的雙 MCU 架構中,雙 MCU(ECU A 和 ECU B)都實現完整控制功能,上電初始化后默認分配主從角色。正常工作狀態下,雙系統均進行力矩指令計算,但是從系統響應主系統分配的
80、扭矩指令。如果系統發生單點失效,雙 MCU 根據故障診斷與處理機制判斷是否進行主從切換,必要時從系統切換為主系統。冗余 EPS 已經成為當前 L3+自動駕駛場景下的核心技 請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 26/56 汽車汽車/行業深度行業深度 術,相比傳統的非冗余 EPS,冗余 EPS 需要更加復雜的系統架構和更加復雜的功能來保證車輛的安全性、可靠性和駕駛體驗,因此也有更高的技術壁壘。此外,在車用線控制動系統(此外,在車用線控制動系統(EMB)中,絲杠的作用同樣不可忽視,其在實現制動)中,絲杠的作用同樣不可忽視,其在實現制動能量轉換及精確調控制動力方面起到關鍵作用。能
81、量轉換及精確調控制動力方面起到關鍵作用。主動懸架系統作為提升駕駛舒適性與安全性的重要配置,其傳動系統中同樣需要依靠高性能絲杠來實現對懸掛系統微調和實時調控。為此,各大汽車制造商和供應商正加大在高端絲杠技術上的投入,通過引進先進設備和改進工藝,使得絲杠在車用系統中的耐磨性、定位精度及動態響應能力不斷提升,這為整車電子化和智能化提供了堅實的技術保障。隨著全球汽車產業鏈格局的調整和國家對自主可控戰略的不斷推進,車用絲杠市場隨著全球汽車產業鏈格局的調整和國家對自主可控戰略的不斷推進,車用絲杠市場正迎來一輪國產化浪潮。正迎來一輪國產化浪潮。目前高端車用絲杠產品仍以日系 THK、NSK 和德系舍弗勒為主導
82、,但國產企業正通過不斷提升工藝水平和研發能力,逐步縮小與國際先進水平之間的差距。特別是在新能源車快速普及的背景下,汽車智能化和輕量化要求推動了對高端微型絲杠和高效傳動系統的需求增加,這為國內絲杠制造企業提供了前所未有的市場機遇。我們認為,在未來 5 至 10 年內,隨著國產化進程的不斷加速,車用絲杠的國產占比有望大幅提升,甚至在部分關鍵技術指標上實現超越,進而推動整車制造從設計、生產到維護全流程的自主可控。這不僅有助于降低整車成本,提高產品競爭力,更將為國家汽車產業鏈的安全穩定提供戰略支撐。2.3.人形機器人:百億級增量市場,絲杠是核心價值環節 人形機器人作為未來智能制造的重要突破口,其在絲杠
83、傳動系統中的應用正引領著人形機器人作為未來智能制造的重要突破口,其在絲杠傳動系統中的應用正引領著全新一輪技術革命和市場機遇。全新一輪技術革命和市場機遇。人形機器人領域對絲杠產品的需求,正以全新的技術標準和市場規模不斷刷新傳統工業認知。隨著人工智能技術和機器人技術的加速迭代,人形機器人將從概念走向大規模商業化落地,而其中線性傳動系統的核心部件絲杠,正成為推動這一變革的重要驅動力。在這一背景下,絲杠不僅承擔著驅動機器人軀干、四肢及靈巧手等關鍵部件的任務,還以其高精度、高效率和高穩定性的特性,為人形機器人整體性能的提升提供了有力支撐。請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 27/5
84、6 汽車汽車/行業深度行業深度 圖圖 26:特斯拉特斯拉 Optimus Gen2 各部件以及其價值量各部件以及其價值量 數據來源:特斯拉,Morgan Stanley,東北證券 執行器部件:執行器是將電能轉化為機械運動(線性或旋轉運動)的機械裝置。執行器部件:執行器是將電能轉化為機械運動(線性或旋轉運動)的機械裝置。機器人所需自由度(DoF)越多,所需的執行器也就越多。目前在研發中的人形機器人通常具備 16 至 60 個自由度。以特斯拉 Optimus Gen2 為例,其擁有 50 個自由度,由 28 個執行器(14 個線性執行器,14 個旋轉執行器)驅動。最新款的 Optimus 手部(為
85、 Gen3 設計)具有 22 個自由度,而人類的手部則有 27 個自由度。未來仿人機器人很可能會隨著時間的推移擁有越來越多的自由度機器人公司通常會為特定的機器人設計自己的專有執行器,但也會從全球供應商網絡中采購各種零部件,這與汽車公司通常設計車輛架構但將零部件外包的做法類似。線性執行器和旋轉執行器由螺桿、減速器、電機、傳感器、軸承和編碼器組成(下表展示的是特斯拉 Optimus 執行器的設計)。頭部$2.1k,3.8%FSD+芯片+攝像頭等肘部$2.6k,4.7%2個旋轉執行器:-2個無框扭矩電機-2個扭矩力傳感器-2個諧波減速器-2個交叉滾柱軸承-4個角接觸軸承-4個編碼器手部$9.5k,1
86、7.2%12個執行器:-12個空心杯電機-12個行星減速機-2個6D力傳感器-12個編碼器肩部$7.8k,14.2%6個旋轉執行器:-6個無框扭矩電機-6個扭矩力傳感器-6個諧波減速器-6個交叉滾柱軸承-12個角接觸軸承-12個編碼器腰+髖$7.8k,14.2%6個旋轉執行器:-6個無框扭矩電機-6個扭矩力傳感器-6個諧波減速器-6個交叉滾柱軸承-12個角接觸軸承-12個編碼器其他$0.5k,0.9%骨架,外殼,熱管理等電池包$0.3k,0.5%2.3KWh,52v前臂$2.2k,3.9%4個線性執行器:-4個無框扭矩電機-4個1D力傳感器-4個球螺釘-4個四點接觸軸承-4個滾珠軸承-4個編碼
87、器小腿$7.3k,13.2%4個線性執行器:-4個無框扭矩電機-4個1D力傳感器-4個行星滾柱絲杠-4個四點接觸軸承-4個滾珠軸承-4個編碼器上臂$1.1k,2.0%2個線性執行器:-2個無框扭矩電機-2個1D力傳感器-2個滾珠絲杠-2個四點接觸軸承-2個滾珠軸承-2個編碼器大腿$7.3k,13.2%4個線性執行器:-4個無框扭矩電機-4個1D力傳感器-4個行星滾柱絲杠-4個四點接觸軸承-4個滾珠軸承-4個編碼器足部$6.7k,12.2%2個6D力傳感器 請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 28/56 汽車汽車/行業深度行業深度 表表 8:特斯拉特斯拉 Optimus 執
88、行器部件設計執行器部件設計 零部件零部件 概述概述 圖示圖示 絲杠 絲杠是一種機械部件,可將電機端的旋轉運動轉換為直線運動。從成本和技術成熟度來看,目前的人形機器人更適合同時使用滾珠絲杠和行星滾柱絲杠,但隨著技術突破和成本降低,最終或將轉向行星滾柱絲杠。減速器 減速器用于降低電機轉速,提高仿人機器人關節的扭矩輸出和運動精度。仿人機器人主要使用諧波減速器和行星減速器,但 RV 減速器也可以作為替代選擇。電機 電機用于產生驅動力矩,并安裝在仿人關節處以控制運動。自由度越高,使用的電機就越多。特斯拉的 Optimus 主要將無框力矩電機用于身體部位,無鐵芯電機用于手部。傳感器 仿人機器人需要傳感器來
89、感知周圍環境和物體。常用的傳感器有視覺傳感器、力傳感器、慣性傳感器、溫度傳感器等。仿人機器人的核心傳感器是力傳感器,它能將力的大小轉換成相應的電信號。軸承 軸承是機械旋轉運動的支撐部件。它通過主要支撐機械旋轉,起到固定和減少摩擦的作用,從而確保旋轉精度。編碼器 編碼器與電機相連,用于監測電機狀態,并將信號反饋給執行器。執行器對反饋信號進行匯總、分析和校正,從而精確控制諸如執行器位置、速度和扭矩等輸出變量。數據來源:Morgan Stanley,東北證券 首先,從技術路徑上看,人形機器人對絲杠產品提出了極高的技術要求。首先,從技術路徑上看,人形機器人對絲杠產品提出了極高的技術要求。人形機器人在實
90、現類人動作、精準抓取及動態平衡方面,對傳動系統的響應速度和穩定性要求異??量?。以特斯拉 Optimus Gen2 人為例,其軀干線性執行器中采用了“電機+行星滾柱絲杠+軸承+傳感器”的組合設計,該方案充分利用了行星滾柱絲杠在高承載、高效率傳動中的優勢,實現了機器人軀干運動的精準控制。請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 29/56 汽車汽車/行業深度行業深度 圖圖 27:特斯拉第二代靈巧手的專利特斯拉第二代靈巧手的專利 數據來源:Google Scholar,東北證券 此外,靈巧手作為人形機器人關鍵末端執行機構,其對絲杠的需求更為微型化和高此外,靈巧手作為人形機器人關鍵末端
91、執行機構,其對絲杠的需求更為微型化和高精度。精度。以特斯拉為例,自 2022 年推出第一代 Optimus 后,靈巧手的方案以及零部件配置情況一直在持續迭代,比如在第一代版本中,Optimus 的手部主要采用蝸輪蝸桿+腱繩的方案實現驅動+傳動,而到了 23 年的第二代版本中,雖然其中模組的方案并未發生太大變化,但是特斯拉專門針對手部增加了較多的觸覺傳感器,以實現更為靈敏的感知和操控,到了今年即將發布的第三代,正如馬斯克在今年 5 月份首次提出,靈巧手將出現明顯改動,其中自由度數量將由原來的單手 11 個增加到 22個,同時手部的模組配置方案預計亦將發生較大變動。而且其傳動系統中對微型絲杠的要求
92、也進一步提高,這在一定程度上推動了微型絲杠需求的擴張。這一系列技術演進表明,隨著機器人動作控制精度和運動靈活性的不斷提高,絲杠在整個機器人傳動系統中的角色正從傳統的力傳遞組件向高精度、高動態響應的核心技術元件轉變,為實現人形機器人智能化打下了堅實的基礎。請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 30/56 汽車汽車/行業深度行業深度 圖圖 28:特斯拉特斯拉 Optimus 各零部件價值量各零部件價值量 數據來源:Morgan Stanley,東北證券 正如馬斯克在今年 6 月份股東大會提到:We have one major hardware revisionwill be
93、done by end of this year or early next??紤]到 Optimus 目前 70-80%的硬件已定型,因此預期年底的重要修正會圍繞“靈巧手”和部分關節進行。因此,后續機器人的投資主線環節,預計大概率圍繞靈巧手來進行,同時考慮到手部自由度由原來的 11個增加至 22 個,對應目前手部模組和里面的更新零部件都發生重大變化。我們預計,人形機器人在工業領域將逐步取代傳統工業機器人和人類勞動力。因此我們以工業機器人的保有量和勞動力數量為錨,假設人形機器人在工業機器人的滲透率將從 2024 年的 1%逐步提升到 2030 年的 30%,同時假設單個人形機器人能取代 2-5
94、個人類勞動力且在勞動力的滲透率從 2024 年的 0.0003%逐步提升到 2030 年的 0.1%。那么,對應 2024 年工業領域的人形機器人出貨預計為 1.6 萬臺,到 2030年這一數字將增加到 328.4 萬臺,CAGR 達 143%。在此基礎上計算,2030 年人形機器人領域中絲杠的市場需求有望達到 500 多億元,其需求規模是傳統工業母機市場的 10 倍以上。這不僅顯示出人形機器人市場的廣闊前景,也反映了絲杠作為核心部件在未來機器人商業化落地中的戰略性作用。表表 9:工業領域的人形機器人需求預測工業領域的人形機器人需求預測 2022E 2023E 2024E 2025E 2026
95、E 2027E 2028E 2029E 2030E 替代傳統工業機器人替代傳統工業機器人 工業機器人保有量(萬臺)382.5 420.7 462.8 509.1 560.0 616.0 677.6 745.4 819.9 yoy 10%10%10%10%10%10%10%10%10%滲透率 0.3%1.0%5.0%10.0%20.0%25.0%30.0%人形機器人需求人形機器人需求量(萬臺)量(萬臺)1.2 5.1 28.0 61.6 135.5 186.3 246.0 yoy 340%450%120%120%38%32%替代人類勞動力替代人類勞動力 請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文
96、后的聲明及說明 31/56 汽車汽車/行業深度行業深度 勞動力數量(億人)34.6 35.0 35.3 35.7 36.0 36.4 36.8 40.8 41.2 yoy 1%1%1%1%1%1%1%11%1%替代比例 2.0 2.0 3.0 3.0 5.0 5.0 5.0 滲透率 0.0003%0.0010%0.0050%0.0100%0.0500%0.0750%0.1000%人形機器人需求人形機器人需求量(萬臺)量(萬臺)0.4 1.8 6.0 12.1 36.8 61.2 82.4 yoy 304%237%102%203%67%35%工業領域人形機工業領域人形機器人總需求量器人總需求量(
97、萬臺)(萬臺)1.6 6.9 34.0 73.7 172.3 247.5 328.4 yoy 330%395%117%134%44%33%售價(萬美元)2.0 2.0 2.0 1.8 1.8 1.5 1.5 市場規模市場規模(億美元)(億美元)3.2 13.7 68.0 132.7 310.1 371.3 492.6 數據來源:Wind,東北證券 2.4.其他領域:航空航天、醫療器械、半導體設備及儀器儀表等 其他應用領域展現出絲杠傳動技術在跨行業應用中的多元化價值,其在航空航天、其他應用領域展現出絲杠傳動技術在跨行業應用中的多元化價值,其在航空航天、醫療器械、半導體設備及儀器儀表等領域均發揮著
98、不可替代的作用。醫療器械、半導體設備及儀器儀表等領域均發揮著不可替代的作用。在當前全球制造業不斷升級和技術融合的背景下,絲杠不僅在傳統的工業母機、汽車及人形機器人領域中擔當核心角色,其在其他高精密應用領域同樣展現出強大的適應性和競爭優勢。隨著科技水平的不斷進步和新材料、新工藝的廣泛應用,絲杠產品正從單一的傳動裝置向多功能、跨行業集成發展,充分滿足了航空航天、醫療器械、半導體設備及儀器儀表等領域對高精度、高承載和低能耗傳動系統的嚴苛要求。首首先,航空航天領域對絲杠傳動系統的應用體現了對高承載、高精度和抗振動能力先,航空航天領域對絲杠傳動系統的應用體現了對高承載、高精度和抗振動能力的極致追求。的極
99、致追求。航空航天裝備要求傳動系統不僅具備極高的承載能力,還必須在復雜的環境下保持穩定性和耐久性。航空航天領域中應用的絲杠產品主要用于發動機控制、精密定位及調整系統,其工作環境往往面臨高溫、強振動和頻繁的循環載荷考驗。為此,高端絲杠產品通常采用滾動傳動技術,尤其是行星滾柱絲杠,以其多點接觸、低摩擦、良好的散熱性能和穩定的動態響應能力,能夠滿足航空航天裝備對傳動系統的苛刻要求。例如,在航天器的姿態控制和推進系統中,絲杠不僅需要實現高精度的位置轉換,還必須在長時間連續工作中保持極低的磨損率和極高的使用壽命。在航空航天領域,絲杠傳動系統的可靠性直接影響到整機的安全性和任務執行率,因此高端滾動絲杠產品成
100、為該領域的首選,其技術指標在傳動效率和抗疲勞性上均優于傳統滑動絲杠。請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 32/56 汽車汽車/行業深度行業深度 圖圖 29:絲杠在航空座椅導軌的運用絲杠在航空座椅導軌的運用 數據來源:THK,東北證券 其次,醫療器械領域對絲杠傳動系統的應用主要集中在微操控和精準定位方面,其其次,醫療器械領域對絲杠傳動系統的應用主要集中在微操控和精準定位方面,其要求高精度和高可靠性的傳動特性。要求高精度和高可靠性的傳動特性。醫療器械特別是高端外科手術機器人、精密診斷設備和實驗室自動化設備中,絲杠產品起到了連接傳動、精確位移和反饋控制的重要作用?,F代醫療設備對
101、機械部件的精密度要求極高,在一些微創手術和精細操作中,每一個微小的運動誤差都可能直接影響手術效果和患者安全。為了滿足這一需求,醫療器械所采用的絲杠產品通常具有極低的回程間隙和高度一致的動態響應,部分高端產品的精度甚至可以達到 C2 級別。采用滾動傳動技術的絲杠產品,在微型手術機器人中不僅能實現穩定的運動傳遞,還能有效降低摩擦和振動,提升設備整體操控靈敏度。例如醫療機器人達芬奇 Xi 系統:采用滾珠絲杠驅動腕部關節,實現 540旋轉與2mm 精度,支持心臟瓣膜修復等高難度操作。與此同時,針對醫療器械對清潔和消毒的特殊要求,絲杠材料和表面處理技術也在不斷改進,以確保在反復消毒和嚴格的生物安全標準下
102、依然保持高效傳動。隨著智能醫療和機器人手術的不斷普及,微型高精度絲杠將成為未來醫療器械的重要核心部件,其市場前景和附加值不可估量。請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 33/56 汽車汽車/行業深度行業深度 圖圖 30:達芬奇達芬奇 Xi 系統系統 數據來源:達芬奇官網,東北證券 半導體設備領域對絲杠傳動系統的應用,則主要聚焦于高精度定位和微米級運動控半導體設備領域對絲杠傳動系統的應用,則主要聚焦于高精度定位和微米級運動控制。制。半導體制造過程對設備的精密度要求極高,尤其在光刻機、硅片加工和檢測儀器中,絲杠傳動系統承擔著關鍵的直線位移和微調任務。半導體設備需要通過絲杠傳動系
103、統實現高精度的運動控制和重復定位,其定位誤差通常需控制在極低范圍內,以確保微細加工工藝的穩定性和良品率。采用滾珠絲杠和行星滾柱絲杠的技術方案,能夠有效提高傳動效率和定位精度,并在高速運動下保持低振動和高穩定性,從而滿足半導體設備對高精密度的苛刻要求。由于半導體設備對傳動系統的可靠性要求極高,一旦出現定位偏差或傳動故障,都可能導致批量生產中的重大損失。因此,在這一領域,高端絲杠產品的技術水平成為設備性能的核心指標。部分國際領先企業已經在這一領域實現了滾珠絲杠產品的高精度應用,而國內相關企業正積極引進和改進先進的加工工藝,力圖在未來幾年內實現技術和成本的雙重突破。隨著半導體行業產能的不斷擴大,對高
104、精度絲杠的需求預計將以兩位數的年均復合增長率持續攀升,這為高端傳動系統的國產替代和技術革新提供了強有力的市場動力。請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 34/56 汽車汽車/行業深度行業深度 圖圖 31:絲杠在半導體行業應用絲杠在半導體行業應用 數據來源:THK,東北證券 儀器儀表及其他高端精密設備領域對絲杠傳動系統的應用同樣體現出其在精密運儀器儀表及其他高端精密設備領域對絲杠傳動系統的應用同樣體現出其在精密運動控制方面的獨特優勢。動控制方面的獨特優勢。儀器儀表領域包括精密測量儀器、實驗室自動化設備和工業控制設備等,這些設備對傳動系統的要求主要集中在高穩定性、高響應速度以及
105、低能耗等方面。為了實現高精度的參數采集和控制,儀器儀表中的絲杠產品必須具備極高的定位精度和微米級的運動分辨率。滾動絲杠在這一領域的應用能夠有效解決傳統傳動方式中存在的間隙和振動問題,通過采用先進的滾珠和行星滾柱設計,極大提高了傳動系統的穩定性和響應速度。此外,針對儀器儀表設備對環境適應性和長期穩定運行的要求,部分高端絲杠產品還通過特殊表面處理和優化熱處理工藝,保證在長時間運行過程中不發生性能衰退。在全球儀器儀表市場中,高精度絲杠產品正逐步成為提升設備綜合性能的重要因素,其技術指標的不斷突破將直接推動整個高端儀器儀表產業鏈向智能化和高精密化方向邁進。綜上所述,其他應用領域對絲杠傳動系統的需求體現
106、了高精度、高效率和高可靠性的多重要求,是推動航空航天、醫療器械、半導體設備及儀器儀表等高端產業升級的重要力量。我們認為,未來隨著技術革新和新工藝的廣泛應用,絲杠產品在這些領域的應用將進一步深化,其市場規模和技術含量均有望實現跨越式發展,為相關產業鏈帶來全新的增長動能,并在全球高端制造競爭中占據更為有利的位置。3.材料及熱處理、加工工藝、制造設備是核心壁壘材料及熱處理、加工工藝、制造設備是核心壁壘 3.1.材料及熱處理需要深刻 Knowhow 積淀 材料與熱處理構成了絲杠產品性能和可靠性的核心技術壁壘材料與熱處理構成了絲杠產品性能和可靠性的核心技術壁壘之一之一,材料選取、工藝,材料選取、工藝流程
107、和熱處理工藝上的不斷突破,為絲杠產品實現高精度、高耐磨性和長壽命提供流程和熱處理工藝上的不斷突破,為絲杠產品實現高精度、高耐磨性和長壽命提供了堅實保障。了堅實保障。在高端傳動系統中,絲杠作為實現旋轉運動向直線運動轉換的關鍵部件,其性能在很大程度上取決于材料質量和后續熱處理工藝。優選的高強度材料與 請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 35/56 汽車汽車/行業深度行業深度 嚴苛的熱處理工藝,不僅決定了絲杠在高負載、高速運轉中的穩定性和耐久性,同時也直接影響到其傳動效率和加工精度。行業內普遍采用 GCr15 高碳鉻軸承鋼作為滾珠絲杠的主要材料,在行星滾柱絲杠的制造中更多應用
108、50CrMo4 合金鋼,這兩種材料均具有良好的機械性能和抗磨損特性,能夠在高速、高負載工況下保持穩定的傳動狀態。滾珠絲杠常采用滾珠絲杠常采用 GCr15 高碳鉻軸承鋼作為原材料。高碳鉻軸承鋼作為原材料。滾珠絲杠在工作時承受復雜的交變載荷、交變應力的作用,易產生彎曲扭轉組合變形,因此滾珠絲杠的滾道、軸頸必須具備高精度、高強度、高剛度、強耐磨性等良好的工程力學性能。滾珠絲杠通常采用 GCr15 高碳鉻軸承鋼作為材料,其在淬火加低溫回火后具備硬度高、組織均勻、耐磨性強、解除疲勞強度高等優點,但同時也有塑性一般、切削性能中等、焊接性能差、回火脆性等缺點,因此需要在磨削滾珠絲杠粗加工前進行預先熱處理,通
109、過球化退火把 GCr15 材料中的碳化物球化,得到在鐵素體基體上均勻分布的球狀或顆粒狀碳化物組織,降低材料組織硬度,提高材料塑性機能,改善材料金屬切削機加工性能。行星滾柱絲杠的絲杠行星滾柱絲杠的絲杠/螺母與滾柱分別選取合金結構鋼螺母與滾柱分別選取合金結構鋼 50CrMo4/GCr15 高碳高碳鉻軸承鋼作為原材料。鉻軸承鋼作為原材料。在行星滾柱絲杠的運行過程中,絲杠螺母滾柱的螺紋滾道會受到連續、周期、頻繁的振動及摩擦,導致絲杠工件由于工作溫度升高而出現滾道磨損、熱變形等失效形式,因此需要選取硬度高、耐磨性強、承載力強及溫度適應性良好的材料,還需要考慮材料的切削性能及經濟性。根據航天精密傳動機構行
110、星滾柱絲杠的設計與研究,絲杠常選用合金結構鋼50CrMo4,其強度和淬透性比 35 CrMo 更好,調質后有較高的疲勞極限和抗多次沖擊能力,低溫沖擊韌性良好,高溫情況下仍有高蠕變強度和持久強度;螺母和滾柱選取 GCr15 高碳鉻軸承鋼,其綜合性能良好,淬火和回火后具有高而均勻的硬度、良好的耐磨性和高的接觸疲勞壽命,熱加工變形性能和切削加工性能均較好。南京工藝行星滾柱絲杠副在淬火后的硬度可達 HRC58 以上,主要應用于伺服電動缸。此外,隨著制造技術的不斷進步,各企業在材料優化方面也不斷探索新型合金和復此外,隨著制造技術的不斷進步,各企業在材料優化方面也不斷探索新型合金和復合材料的應用,旨在進一
111、步提高絲杠的整體性能。合材料的應用,旨在進一步提高絲杠的整體性能。通過引入新型高強度材料,不僅能提升絲杠的耐磨性和抗沖擊能力,還能在一定程度上降低因材料老化和疲勞引起的性能衰減,從而延長產品使用壽命,為高端設備的長期穩定運行提供更為可靠的保障。表表 10:絲杠主要使用的原材料的化學元素成分含量(絲杠主要使用的原材料的化學元素成分含量(%)C Si Mn S P Cr Mo GCr15 高滲碳軸承鋼 最小值 0.95 0.15 0.2-1.3 最大值 1.05 0.35 0.4 0.02 0.027 1.65 50CrMo4 超高強度合金結構鋼 最小值 0.46 0.1 0.5-0.9 0.15
112、 最大值 0.54 0.4 0.8 0.035 0.035 1.2 0.3 數據來源:金屬加工雜志社,東北證券 熱處理對絲杠成品零件的制造質量、精度具有較大影響,需要深刻熱處理對絲杠成品零件的制造質量、精度具有較大影響,需要深刻 Knowhow 積淀積淀,在制造高端絲杠產品過程中占據著舉足輕重的地位。在制造高端絲杠產品過程中占據著舉足輕重的地位。熱處理主要分為預備熱處理與最終熱處理。預備熱處理的作用是改善絲杠切削性能、消除殘余應力、為最終熱處理做準備,而最終熱處理的作用是提高螺紋表面硬度及耐磨性。根據循環式行星滾柱絲杠副的設計,熱處理后的 GCr15 高碳鉻軸承鋼的屈服強度提升 3-5 倍,硬
113、度提升 2-3 倍,機械強度及剛度顯著提升。熱處理工藝需要深刻 Knowhow 積淀,國 請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 36/56 汽車汽車/行業深度行業深度 內廠商近年來已取得一定進步,但在工藝參數選擇等方面仍與海外有一定差距,導致絲杠的精度及可靠性落后于海外。圖圖 32:GCr15 材料材料淬火、高溫調質和回火工藝路線圖淬火、高溫調質和回火工藝路線圖 數據來源:熱處理工藝對機床滾珠絲杠用 GCr15SiMn 軸承鋼性能的影響,東北證券 熱處理工藝熱處理工藝作為作為實現絲杠產品高性能的重要環節,其核心在于通過精密熱處理流程實現絲杠產品高性能的重要環節,其核心在于通
114、過精密熱處理流程消除材料內部應力、提高表面硬度并確保產品尺寸穩定。傳統的熱處理方法如感應消除材料內部應力、提高表面硬度并確保產品尺寸穩定。傳統的熱處理方法如感應淬火和深冷處理,已被廣泛應用于滾珠絲杠和行星滾柱絲杠的生產中。淬火和深冷處理,已被廣泛應用于滾珠絲杠和行星滾柱絲杠的生產中。在感應淬火工藝方面,其主要作用在于對絲杠工作表面進行快速加熱和淬火,使表面硬度達到 HRC58-63,從而提高傳動系統在高負載條件下的耐磨性和抗疲勞性能。高精度傳動部件在加工過程中對熱處理工藝的要求嚴格,必須在保證高硬度的同時,防止因熱應力不均導致的變形和尺寸誤差。據精密滾珠絲杠表面感應加熱淬火工藝研究,目前日本
115、THK、NSK 和臺灣 PMI 等公司目選用優質滾珠絲材料并且掌握先進的熱處理控制技術,其加工制造的重載、精密滾珠絲杠副處于國際領先級水平,滾珠絲杠副的運行速度可達 200 米/分,并且具有很高的精度保持性。近幾年,國內企業通過引進國外的先進淬火機床設備和進行絲杠感應火工藝的改進,使滾珠絲杠的制造水平有了顯著提升。但是,國內現有產品的性能指標主要是滿足中低端數控機床的應用。圖圖 33:感應加熱原理示意圖感應加熱原理示意圖 圖圖 34:感應器的結構圖感應器的結構圖 數據來源:精密滾珠絲杠表面感應加熱淬火工藝研究,東北證券 數據來源:精密滾珠絲杠表面感應加熱淬火工藝研究,東北證券 請務必閱讀正文后
116、的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 37/56 汽車汽車/行業深度行業深度 此外,深冷處理作為一種新興的熱處理技術,正逐步在高端絲杠產品中得到應用。深冷處理可以在低溫環境下對材料進行進一步的結構調控,從而提高材料的穩定性和耐磨性,防止因長期高負載運行而產生的微觀結構變化。據相關論文,深冷處理不僅能夠延長絲杠的使用壽命,還能在一定程度上提高傳動系統的動態響應能力,為高端應用提供更為堅實的技術保障。圖圖 35:深冷處理工藝圖深冷處理工藝圖 圖圖 36:真空低溫制冷系統結構示意圖真空低溫制冷系統結構示意圖 數據來源:深冷工藝對合金鋼微觀組織和性能的影響,東北證券 數據來源:深冷工藝對合金鋼微觀
117、組織和性能的影響,東北證券 材料與熱處理工藝的協同材料與熱處理工藝的協同也也是是絲杠實現突破性進展的重要動力絲杠實現突破性進展的重要動力。高性能絲杠產品的制造不僅依賴于優質材料和先進熱處理工藝的單獨作用,更在于兩者的有機結合。通過優化材料成分和冶煉工藝,再結合精密的熱處理流程,能夠顯著提升產品的整體性能。例如,GCr15 材料經過球化退火后,其內部微結構更加均勻,為感應淬火提供了優良的前提條件,使得最終產品在表面硬度和耐磨性上都達到極高標準。同時,對于行星滾柱絲杠而言,50CrMo4 合金鋼與深冷處理的協同應用,不僅提升了產品的抗疲勞性,還改善了在高速運動中的穩定性和傳動效率。材料與熱處理工藝
118、的整合是實現絲杠高性能的關鍵所在,這也是企業在高端絲杠產品國際競爭中保持技術領先的重要原因。長期以來,我國高端絲杠市場主要依賴進口產品,其核心技術和工藝參數與國際先進水平相比仍有較大差距。目前國內高端產品在材料均勻性、表面質量以及尺寸精度方面已經取得顯著進步,但在熱處理穩定性和耐久性方面仍需不斷改進。通過引進深冷處理等新工藝,部分企業已成功將產品壽命延長,且在高負載、高動態條件下的性能表現得到了有效保障。我們認為,材料與熱處理作為絲杠產品技術壁壘中的關鍵環節之一,通過優選高性我們認為,材料與熱處理作為絲杠產品技術壁壘中的關鍵環節之一,通過優選高性能材料、引入先進熱處理工藝以及實現兩者的有機整合
119、,構成了提高絲杠傳動系統能材料、引入先進熱處理工藝以及實現兩者的有機整合,構成了提高絲杠傳動系統整體性能的重要技術基礎。隨著更多自主知識產權的核心技術的突破,整體性能的重要技術基礎。隨著更多自主知識產權的核心技術的突破,通過自主研通過自主研發不斷優化材料選擇和熱處理流程,發不斷優化材料選擇和熱處理流程,我國高端絲杠產品在國際市場中的競爭力我國高端絲杠產品在國際市場中的競爭力有望有望進一步提升,實現從“跟隨者”向“領先者”的轉變進一步提升,實現從“跟隨者”向“領先者”的轉變。此外,通過不斷優化熱處理此外,通過不斷優化熱處理參數和材料配比,不僅可以降低生產過程中能耗和材料浪費,還能通過提高產品一參
120、數和材料配比,不僅可以降低生產過程中能耗和材料浪費,還能通過提高產品一致性和合格率,降低檢測和返工成本,致性和合格率,降低檢測和返工成本,即即材料與熱處理工藝的技術進步也為整個產材料與熱處理工藝的技術進步也為整個產業鏈的降本和規?;a提供了有力支撐。業鏈的降本和規?;a提供了有力支撐。3.2.加工工藝是制造環節的核心壁壘 加工工藝作為絲杠產品制造中的核心環節,不僅直接決定了產品的傳動精度、耐磨加工工藝作為絲杠產品制造中的核心環節,不僅直接決定了產品的傳動精度、耐磨性和使用壽命,更在降低制造成本、提升生產效率和實現規?;a方面發揮著關性和使用壽命,更在降低制造成本、提升生產效率和實現規?;?/p>
121、生產方面發揮著關 請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 38/56 汽車汽車/行業深度行業深度 鍵作用。鍵作用。在高端裝備制造領域,絲杠產品要求在高速、高負載及高動態響應下仍能保持穩定的傳動性能,而這一切的實現離不開先進加工工藝的支撐。通過不斷優化傳統加工工藝、引入新型切削技術和推廣自動化生產模式,行業內正逐步實現從傳統高成本、低效率生產模式向高精度、低能耗和高產能轉型。從傳統磨削、車削、旋風銑、以車代磨及軋制工藝等方面分別展開來看:磨削工藝磨削工藝作為高精度傳動系統制造的核心,盡管周期長、設備昂貴、工序工藝控制要求高,但其高精度和表面質量為高端絲杠產品奠定了基礎。其主要工
122、藝壁壘在于需要確保磨削砂輪的精準控制和磨粒分布均勻,以防止因局部過熱和不均勻磨削而產生的表面缺陷。高精度的磨削工藝不僅能夠達到極低的表面粗糙度,還保證了絲杠在高速和高負載狀態下的穩定傳動性能,從而為高端機床和機器人等應用提供強有力的技術支撐。表表 11:磨削滾珠絲杠機械加工工藝過程磨削滾珠絲杠機械加工工藝過程 序號序號 工藝內容工藝內容 備注備注 序號序號 工藝內容工藝內容 備注備注 1 下料 GCr15 12 粗磨 90 V 形槽 兩頂尖 2 球 化 退 火 熱處 理 并 檢 驗校直 降低硬度 13 磁力探傷 3 加工端面,鉆中心孔 14 時 效 處 理 并檢驗 去應力 4 粗車 15 研磨
123、中心孔 5 高 溫 時 效 并檢驗 去應力 16 半精磨滾道 兩頂尖 6 加工端面,修研中心孔 17 低 溫 時 效 處理并檢驗 7 半精車 18 銑鍵槽 8 銑 19 磨端部螺紋 9 粗磨 兩頂尖 20 研磨中心孔 10 工作表面(滾道)與加工基準(中心孔)淬、回火檢驗 21 精磨滾道,全檢 兩頂尖 11 研磨中心孔 22 裝配-跑合-檢驗-防銹包裝-檢驗-入庫 數據來源:精密滾珠絲杠機械加工工藝規程研究,東北證券 車削工藝車削工藝具有加工速度快和工藝簡便的優點,但其精度往往難以滿足最終產品要求,通常與磨削工藝相結合,主要在粗加工階段發揮重要作用。作為前道工序,為后續精密磨削提供了良好的毛坯
124、狀態,同時提高了整體生產效率。旋風銑工藝旋風銑工藝以其高效、綠色和一次成形的特點,正成為未來高端絲杠產品降本增效的重要技術路徑之一。請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 39/56 汽車汽車/行業深度行業深度 以車代磨技術以車代磨技術利用硬車削技術來替代傳統磨削,直接在粗加工階段就實現較高的表面精度,既縮短了生產周期,又降低了因多次裝夾造成的誤差,是實現高效低成本生產的有效手段。軋制工藝軋制工藝在中低端市場中憑借高效、低能耗、資源利用率高的特點,占據了一定的市場份額,但在高精度要求上存在局限(通常在 C7 級及以下)。隨著工藝技術的不斷改進,部分領域正嘗試通過結合軋制與其他
125、加工技術,實現產品性能與成本的最佳平衡。表表 12:絲杠螺紋的各類加工方法絲杠螺紋的各類加工方法 螺紋加工方法螺紋加工方法 簡介簡介 優點優點 缺點缺點 螺紋車削螺紋車削 最傳統加工方法之一,主要在軸類零件、回轉體零件上加工,適用于加工大尺寸螺紋 可加工出各種牙型、尺寸及不同精度的內、外螺紋 精度等級一般為 7-8 級,生產效率低,對工人技術要求高 螺紋銑削螺紋銑削 采用盤狀螺紋銑刀或梳狀螺紋銑刀進行銑削,刀具每轉一轉,機床傳動鏈保證銑刀沿工件軸向準確而均勻地移動一個導程 加工速度快、效率高 精度等級一般為 8-9 級 螺紋旋風銑螺紋旋風銑 涉及外螺紋的加工方法,可實現干切削、重載切削和高速切
126、削,廣泛用于大螺桿、絲杠等大型螺紋零件的加工 切削效率高,表面光潔度好,對設備要求較低 螺紋磨削螺紋磨削 用于在螺紋磨床上加工淬硬工件的精密螺紋,可分為單線頭/多線頭砂輪磨削 單線頭砂輪磨削精度等級可高至 5-6 級,砂輪修整方便;切入磨法多線頭砂輪磨削的生產效率高 切入磨法多線頭砂輪磨削的精度較低,砂輪修整復雜 滾壓成形滾壓成形 通過成形滾壓磨具使金屬產生塑性變形,形成螺紋 生產效率高、螺紋表面粗糙度細、螺紋強度和表面硬度高 數據來源:鈦合金梯形內螺紋振動擠壓加工技術基礎研究,法士威官網,東北證券 與此同時,加工工藝的不斷優化和新型技術的引入正在推動絲杠產品實現從傳統加與此同時,加工工藝的不
127、斷優化和新型技術的引入正在推動絲杠產品實現從傳統加工向智能化、自動化生產模式的轉變。工向智能化、自動化生產模式的轉變。國際上,先進國家在絲杠加工工藝上長期占據領先地位,主要依靠瑞士、德國等國的高精密磨床和數控設備,實現了極高的加工精度和生產效率。然而,近年來,國內企業通過引進消化再創新,在加工工藝上也取得了顯著進步,如在旋風銑和以車代磨技術上的突破,使得高端絲杠產品在精度、耐磨性和成本控制方面取得了長足進展,部分產品的性能指標已接近甚至達到國際先進水平。技術進步和設備更新的協同作用,正為國產絲杠產品實現高端替代和自主可控提供了強有力的保障,未來我國在全球絲杠加工領域的市場競爭力將不斷增強。隨著
128、工業 4.0 和智能制造的深入發展,全球絲杠制造企業正加快引進數字化生產線和自動化檢測系統。通過將先進的數控技術、機器人自動化裝配以及大數據實時監控引入生產過程,不僅可以實現產品加工精度的持續穩定,還能大幅提高生產效率和降低廢品率。智能制造和自動化檢測系統的應用,能夠有效減少人工干 請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 40/56 汽車汽車/行業深度行業深度 預,縮短加工周期,同時保證每一根絲杠產品在尺寸、表面粗糙度以及力學性能等關鍵指標上的高一致性。這種技術進步對于提高產品質量、降低制造成本具有重要意義,也為全球絲杠產業鏈的升級提供了強有力的技術支撐。圖圖 37:工業工業
129、 4.0 與智能制造賦能絲杠生產工藝創新優化與智能制造賦能絲杠生產工藝創新優化 數據來源:ADVANTECH,東北證券 3.3.高端設備進口依賴,國產設備瓶頸持續攻堅 高端絲杠制造中的設備瓶頸一直是制約行業自主可控和規?;a的重要因素,其高端絲杠制造中的設備瓶頸一直是制約行業自主可控和規?;a的重要因素,其核心在于關鍵加工設備和檢測儀器主要依賴國外先進技術,影響了國內高端絲杠產核心在于關鍵加工設備和檢測儀器主要依賴國外先進技術,影響了國內高端絲杠產品的制造效率和成本競爭力。品的制造效率和成本競爭力。高端絲杠產品的加工工藝要求高,無論是在螺紋磨削、旋風銑削還是在精密測量與檢測環節,都需要配備
130、世界一流的設備。國際上主導高端絲杠生產的關鍵設備,如高精度螺紋磨床和旋風銑床,主要來自德國、日本、瑞士等國家的企業,其技術成熟、工藝穩定,能夠保證產品在高速、高負載條件下的精密加工。這些設備價格昂貴、交貨周期長,且進口依賴嚴重,導致國內相關企業在高端產品制造上存在較大技術和成本劣勢。在關鍵加工設備方面,螺紋磨床和旋風銑床構成了高端絲杠制造的技術“心臟”。在關鍵加工設備方面,螺紋磨床和旋風銑床構成了高端絲杠制造的技術“心臟”。螺紋磨床:螺紋磨床:磨削工藝在加工過程中需要經過多道工序,每一步都對設備的精度和穩定性提出高要求,而高端螺紋磨床正是滿足這一需求的關鍵裝備。螺紋磨床作為實現螺紋高精度成形的
131、核心設備,其加工精度和穩定性直接決定了絲杠的傳動精度和使用壽命。自從瑞士 SIP 公司于 1917 年研制出世界上第一臺螺紋磨床,至今已經有100 多年的發展歷史。國外相關螺紋磨床生產廠家從 20 世紀 90 年代就開始大力發展數控螺紋磨床,為研制和生產高端滾珠絲杠副產品提供了技術基礎。比較著名的數控螺紋床生產廠家大多出自于瑞士、英國、日本和德國等發達國家,其中典型的磨床廠商有瑞士萊森豪爾、英國 MATRIX、日本三井、德國 SMC、德國 Kapp 等。國內生產數控螺紋磨床的骨干企業包括漢江機床、上海機床廠等近年來奮力直追國外先進技術,目前已經能夠自主設計和制造具有世界先進水平的數控螺紋磨床,
132、但在穩定性、重復定位精度和自動化水平上尚有部分差距,導致產品批次間的一致性和可靠性可能難以完全滿足高端應用需求。請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 41/56 汽車汽車/行業深度行業深度 圖圖 38:英國英國 MATRIX THW-2080/3080 螺紋磨床螺紋磨床 圖圖 39:日本三井日本三井 GSH200A 螺紋磨床螺紋磨床 數據來源:MATRIX,東北證券 數據來源:MITSUISEIKI,東北證券 旋風銑床旋風銑床:利用高速旋轉刀盤上的 PCBN 成型刀具一次性銑削出完整螺紋,該方法比傳統加工效率提高 5 倍以上,切屑長而薄、可帶走大部分熱量,旋銑切削力小、工件
133、變形小,加工后的零件精度高、表面粗糙度值低,其高效、綠色的特點為降低加工周期和成本提供了有力支撐。德國等西方工業發達國家從 20 世紀 60 年代就已經對旋風銑削工藝技術進行研究,并在 80 年代推出 CNC 旋風銑床,用于滾珠絲杠的硬銑削加工,最知名企業是德國 Leistritz 公司,其 LWN 300 HP 產品加工長度最長可達 12m、加工直徑 32-160 mm。我國在這一方面發展較慢,大型絲杠銑床主要依賴進口,而昂貴的價格是制約我國制造技術提高的關鍵因素,目前部分機床廠商自研已取得一定進展。由于相關生產設備售價高昂,且交付期較長,因此我們認為具備較強資金實力、在絲杠行業布局較早的公
134、司或具備一定優勢。圖圖 40:Leistritz LWN 300 HP 產品圖產品圖 數據來源:Leistritz,東北證券 在檢測與測量設備方面,精密測量儀器是確保絲杠加工質量和一致性的重要保障。在檢測與測量設備方面,精密測量儀器是確保絲杠加工質量和一致性的重要保障。在高精度加工領域,檢測設備也扮演著關鍵角色,其能夠實時監控絲杠在加工過程中的尺寸變化、表面粗糙度及微小振動情況,從而確保每一根產品都能達到嚴格的技術指標要求。高端絲杠產品的檢測精度直接影響整機的性能,而目前這類精密檢測設備大多依賴于進口技術,既使得成本居高不下,也限制了國內自主研發和技術改造的步伐。檢測設備的瓶頸問題不僅延長了生
135、產周期,還增加了生產成本,進而制約了整個高端絲杠產業鏈的競爭力和市場擴展能力。請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 42/56 汽車汽車/行業深度行業深度 圖圖 41:Kunz precision AG 主軸測試機主軸測試機 STM 數據來源:Kunz precision AG,東北證券 從技術創新和從技術創新和產業發展趨勢的產業發展趨勢的角度看,角度看,設備瓶頸將成為國內外高端絲杠產業競爭的設備瓶頸將成為國內外高端絲杠產業競爭的焦點,焦點,突破設備瓶頸是推動國產高端絲杠實現技術自主可控的重要方向。突破設備瓶頸是推動國產高端絲杠實現技術自主可控的重要方向。隨著全球智能制造和
136、工業自動化的不斷推進,未來高端絲杠產品對設備精度、自動化水平和生產效率的要求將更加嚴苛,設備瓶頸問題不僅影響當前產品的制造質量和成本控制,更將對未來市場競爭格局產生深遠影響。只有通過持續的技術創新和設備改造,突破進口設備依賴,實現高精度、高效率和低能耗設備的國產化,才能使我國在高端絲杠制造領域占據主動。近年來,在國家“制造強國”戰略的推動下,國內企業和科研機構正加大在高精密設備研發和技術改造方面的投入,力爭打破國外設備壟斷。目前部分企業已開始嘗試自主研發高精度螺紋磨床和旋風銑床,結合數字化控制和智能檢測技術,提升設備的穩定性和精度水平。此外,利用工業互聯網和大數據技術進行設備狀態監控和預測維護
137、,也為設備改造提供了新的思路。通過這些技術創新,不僅可以縮短設備的研發周期和降低生產成本,還能逐步實現關鍵設備的國產化,從根本上解決高端絲杠制造中的設備瓶頸問題。雖然這一進程仍面臨技術、資金和市場等多重挑戰,但我們我們認為,認為,未來在高端設備領域,國產高精度螺紋磨床未來在高端設備領域,國產高精度螺紋磨床和旋風銑床的突破有望在中長期內顯著提升國內高端絲杠產品的技術水平和市場和旋風銑床的突破有望在中長期內顯著提升國內高端絲杠產品的技術水平和市場競爭力,從而推動全球絲杠產業鏈的重構和競爭力,從而推動全球絲杠產業鏈的重構和在在國際市場國際市場的的份額的提升。份額的提升。4.日歐美日歐美技術積累深厚技
138、術積累深厚,國產替代國產替代正當時正當時 4.1.全球格局:日歐美壟斷高端市場 4.1.1.滾珠絲杠:日、臺企業主導,國產替代仍面臨挑戰 全球滾珠絲杠市場長期由國際知名企業主導,其技術優勢和高端制造能力構成了主全球滾珠絲杠市場長期由國際知名企業主導,其技術優勢和高端制造能力構成了主要競爭格局,而國產替代在這一領域仍面臨巨大挑戰。要競爭格局,而國產替代在這一領域仍面臨巨大挑戰。滾珠絲杠作為實現高精度、低摩擦傳動的關鍵零部件,在全球范圍內具有廣泛的應用,主要集中于高端機床、航空航天、機器人和汽車等高精密裝備中。從產品技術和工藝角度看,國際領先企業在滾珠絲杠制造方面積累了豐富經驗,形從產品技術和工藝
139、角度看,國際領先企業在滾珠絲杠制造方面積累了豐富經驗,形成了獨特的技術優勢和嚴格的質量管理體系。成了獨特的技術優勢和嚴格的質量管理體系。國際上,THK、NSK 以及舍弗勒等品牌在滾珠絲杠的設計、材料選擇和熱處理工藝上均處于全球領先水平。例如,THK不僅率先開發出直線運動導軌系統,而且在滾珠絲杠的精密磨削工藝中采用先進的檢測儀器和數控設備,實現了微米級的加工精度;NSK 則憑借其在軸承制造領域的百年積淀,將滾珠絲杠技術與軸承技術相結合,實現了產品在耐久性和動態響應上的完美平衡;舍弗勒通過并購 Ewellix 及整合 GSA 資源,構建了覆蓋高端滾珠絲杠 請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文
140、后的聲明及說明 43/56 汽車汽車/行業深度行業深度 全系列產品的完整矩陣,其產品在高端數控機床、機器人和航空領域得到了廣泛應用。這些國際企業依托穩定的供應鏈和高精密檢測系統,使得其滾珠絲杠產品不僅具有極高的傳動效率,而且在連續高負載、高速度運行條件下,依然能夠保持極低的熱變形和摩擦損耗,確保了整機系統的高穩定性和長使用壽命。從國產替代的角度看,我國高端滾珠絲杠面臨嚴峻的技術和市場壁壘。從國產替代的角度看,我國高端滾珠絲杠面臨嚴峻的技術和市場壁壘。盡管近年來我國在高端制造領域取得了長足進步,但在滾珠絲杠技術上,國內企業仍面臨諸多制約。我國高端滾珠絲杠的國產化比例僅約 4%至 5%,主要原因在
141、于核心技術、關鍵加工設備和高精度檢測儀器均嚴重依賴國外進口,導致生產成本高、產品穩定性和精度難以與國際頂尖產品匹敵。同時,國內企業在品牌建設、質量控制和售后服務體系上尚未形成國際競爭力,這使得國產產品在國際市場中缺乏競爭優勢。國產替代的推進不僅需要技術上的突破,更需要形成完善的產業鏈和供應鏈協同效應,通過不斷加大研發投入、改進加工工藝和優化檢測系統,逐步縮小與國際先進水平的差距。實現國產替代的關鍵在于打破技術瓶頸和設備依賴,提升產品整體性能和穩定性,以滿足高端裝備制造對傳動系統日益嚴格的要求。目前中國大陸廠商僅占國內高端滾珠絲杠市場的 5%,而中端市場的份額為 30%。同時,德國舍弗勒日本 T
142、HK 與 NSK 占據我國高端滾珠絲杠市場 90%,占據我國中端滾珠絲杠市場 30%。4.1.1.1.THK 日本 THK 成立于 1971 年,最開始銷售機床部件、桿端球面接頭、LM 滾柱、LM 滾珠。1972 年,THK 成為世界上第一家開發通過滾動接觸實現直線運動方法的公司,并開始制造和銷售商業化的成果直線運動(LM)導軌。目前 THK 已經在日本、歐洲、美洲與中國成立了四位一體的生產和銷售基地。目前其在中國的制造銷售基地分布于無錫、大連、常州、廣州等地。圖圖 42:THK 發展歷史發展歷史 數據來源:THK,東北證券 請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 44/56
143、 汽車汽車/行業深度行業深度 圖圖 43:THK 全球生產銷售基地全球生產銷售基地 數據來源:THK,東北證券 目前,THK 的產品主要包括直線運動(LM 滾動導軌、滾珠花鍵等)、進給絲杠(滾珠與梯形絲杠等)、旋轉部件(軸承與導向器等)、智能組合單元與潤滑相關產品幾大類。表表 13:THK 主要產品主要產品 分類分類 產品產品 圖示圖示 直線運動直線運動 LM 滾動導軌滾動導軌 PLM 智能組合單元智能組合單元 梯型花鍵梯型花鍵 LM 行程襯套行程襯套 交叉滾柱導軌交叉滾柱導軌 直線滾動單元直線滾動單元 板式滾柱鏈板式滾柱鏈 LM 滾動導軌智能組合單元滾動導軌智能組合單元 滾珠滾珠花鍵花鍵 直
144、線直線滾珠滾珠導套導套 精密直線板式導軌精密直線板式導軌 交叉滾柱單元交叉滾柱單元 LM 滾柱滾動塊滾柱滾動塊 板式導軌板式導軌 板式有限運動導軌板式有限運動導軌 進給絲杠進給絲杠 滾滾珠絲杠珠絲杠 梯型絲杠梯型絲杠 梯形絲杠梯形絲杠 請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 45/56 汽車汽車/行業深度行業深度 旋轉旋轉 交叉滾柱軸環交叉滾柱軸環/雙列角接觸滾柱雙列角接觸滾柱軸環軸環 滾針凸輪導向器滾針凸輪導向器 滾柱導向器滾柱導向器 球面關節軸承球面關節軸承 桿端球面接頭桿端球面接頭 桿端球面聯結器桿端球面聯結器 智能組合單元智能組合單元 智能組合單元智能組合單元 其他其
145、他 潤滑相關產品潤滑相關產品 數據來源:THK,東北證券 THK 在 2015 年及以前,日本業務為公司主要營收來源,營收占比始終保持在 50%以上。2015 年后,受到公司海外銷售渠道逐步完善及產品序列日益完整的積極影響,增長引擎已由日本業務逐步轉移至海外業務。目前公司日本、美洲、歐洲與中國的業務占比分別為 30.3%/25.9%/18.9%/17.9%。在 2024 年,其運輸業務占據其營收的37%,工業機械設備占比則為 63%。圖圖 44:2020-2024 年年 THK 分地區營收(單位:億元)分地區營收(單位:億元)圖圖 45:2024 年年 THK 業務占比業務占比 數據來源:Wi
146、nd,東北證券 數據來源:Wind,東北證券 4.1.1.2.NSK 百年企業百年企業 NSK,全球軸承龍頭。,全球軸承龍頭。NSK 成立于 1916 年,為日本第一家生產軸承的企業。目前,NSK 在軸承領域,穩居日本首位,同時在全世界也位居前列。另外,NSK還利用生產軸承錘煉出的精密加工技術,從很早以前就開始通過向汽車零部件、精密機械產品、電子應用產品等領域的進軍,推動多方位的事業拓展。02040608010012014016018020020202021202220232024日本美洲歐洲中國大陸其他地區工業機械設備63%運輸設備業務37%工業機械設備運輸設備業務 請務必閱讀正文后的聲明及
147、說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 46/56 汽車汽車/行業深度行業深度 圖圖 46:NSK 發展歷史發展歷史 數據來源:NSK,東北證券 全球化布局,NSK 于上世紀 60 年代初在美國密歇根州安阿伯設立了銷售公司,以此為開端,正式邁開建立并運營海外事業網點的步伐。1970 年,在巴西圣保羅市郊外建立了生產基地,其后,又在北美、英國、亞洲各國開辟了新的生產基地。另外,1990 年,NSK 收購了擁有歐洲著名軸承廠家 RHP 公司的 UPI 公司。橫跨歐洲市場全境的 NSK 生產基地及銷售網點,正進一步鞏固著 NSK 在歐洲市場的優勢地位。90 年代中期開始,NSK 加快了中國及亞洲地區的事業
148、拓展,特別是針對急速成長的中國市場,建立起能夠自主研發到銷售、技術服務的全套經營體制。截至 2023 年 3月,NSK 在全球擁有 6 個區域總部,106 個銷售網點,67 個生產基地。請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 47/56 汽車汽車/行業深度行業深度 圖圖 47:NSK 全球布局全球布局 數據來源:NSK,東北證券 目前,NSK 的產品主要包括軸承(球軸承、滾子軸承等)、直線運動產品(滾珠與梯形絲杠、電驅等)與汽車相關產品(變速箱零部件、EPS 等)幾大類。圖圖 48:NSK 主要直線運動產品主要直線運動產品 數據來源:NSK,東北證券 NSK 在 2010 年
149、及以前,日本業務為公司主要營收來源,營收占比始終保持在 50%以上。2010 年后,受到公司海外銷售渠道逐步完善及產品序列日益完整的積極影響,請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 48/56 汽車汽車/行業深度行業深度 增長引擎已由日本業務逐步轉移至海外業務。目前公司日本、美洲、歐洲與中國的業務占比分別為 34.4%/18.3%/13.7%/19.9%。在 2024 年,其車輛業務占據其營收的54%,工業機械設備占比則為 46%。圖圖 49:2020-2024 年年 NSK 分地區營收(單位:億元)分地區營收(單位:億元)圖圖 50:2024 年年 NSK 業務占比業務占比
150、 數據來源:Wind,東北證券 數據來源:Wind,東北證券 4.1.1.3.上銀科技 上銀科技于 1989 年成立,為中國臺灣最大的機械廠商,也是全球線性傳動領導品牌,公司于 2009 年 6 月正式上市。公司主要研發及生產:滾珠絲桿、直線導軌、動力刀座、特殊軸承、工業機器人、醫療機器人及直線電機等高階精密型產品。圖圖 51:上銀科技主要產品上銀科技主要產品 數據來源:上銀科技,東北證券 010020030040050020202021202220232024日本美洲歐洲中國大陸其他亞洲國家車輛54%工業機械設備46%車輛工業機械設備 請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明
151、 49/56 汽車汽車/行業深度行業深度 2024 年上銀科技在中國臺灣、中國大陸、德國、美國與日本的業務占比分別為45.1%/20.8%/15.8%/4.8%/3.6%。在 2024 年,其線性滑軌業務占據其營收的 63%,滾珠絲杠占比則為 20%。圖圖 52:2022-2024 年年上銀科技分地區營收(單位:新上銀科技分地區營收(單位:新臺幣臺幣千千元)元)圖圖 53:2024 年年上銀科技業務占比上銀科技業務占比 數據來源:Wind,東北證券 數據來源:Wind,東北證券 4.1.2.行星滾柱絲杠:歐美企業領先,國產廠商奮力追趕 全球行星滾柱絲杠市場長期由國際領先企業主導,其技術優勢、成
152、熟工藝和完善供全球行星滾柱絲杠市場長期由國際領先企業主導,其技術優勢、成熟工藝和完善供應鏈構成了穩固的市場壁壘,而國內在該領域的研發和產業化仍處于起步階段,國應鏈構成了穩固的市場壁壘,而國內在該領域的研發和產業化仍處于起步階段,國產替代面臨嚴峻挑戰。產替代面臨嚴峻挑戰。行星滾柱絲杠作為新一代高端傳動裝置,其核心優勢在于利用滾柱與螺紋之間的多點嚙合,實現更高的承載能力、更優的動態響應和更低的摩擦損失。自 1942 年首次發明以來,行星滾柱絲杠經歷了多次技術革新,1954 年出現了標準式和反向式,1968 年出現了差動式,1986 年又出現了軸承環式,逐步完善了各項性能指標。國際上,瑞士 Roll
153、vis、瑞典 SKF 以及美國和德國的多家企業在這一領域率先進行產業化應用,并憑借多年的技術積累和嚴格的質量控制,在全球市場上形成了高集中度局面。當前全球行星滾柱絲杠市場主要由歐美及日等發達國家企業壟斷,其市場集中度 CR5 超過 80%,這表明在高端應用領域,國際領先企業依然占據主導地位,而我國的相關產品尚處于追趕階段。從技術與工藝角度看,國際領先企業在行星滾柱絲杠制造上形成了深厚的技術壁壘從技術與工藝角度看,國際領先企業在行星滾柱絲杠制造上形成了深厚的技術壁壘和工藝優勢。和工藝優勢。國際上,瑞典 SKF、德國舍弗勒和瑞士 Rollvis 等企業通過多年的技術沉淀,不僅在材料選擇、設計結構和
154、熱處理工藝上實現了突破,而且在精密加工和檢測環節形成了全流程閉環管理體系。其產品在傳動效率、承載能力和抗疲勞性等關鍵指標上始終處于行業領先水平。例如,舍弗勒通過并購 Ewellix、整合 GSA 資源,構建了全面覆蓋各類行星滾柱絲杠的產品矩陣,其產品在航空航天、機器人及高端機床等領域廣泛應用,憑借卓越的動態性能和極高的傳動精度,贏得了全球市場的高度認可。國際領先企業利用高精密加工設備和先進檢測儀器,實現了產品尺寸和表面質量的嚴格控制,這也是其產品能夠在高負載、高頻率工作條件下保持長壽命的重要原因之一。這種技術和工藝上的深厚積累,使得國際企業在行星滾柱絲杠領域構筑了難以突破的壁壘,形成了較高的市
155、場集中度和強大的品牌競爭力。4.1.2.1.舍弗勒 05,000,00010,000,00015,000,00020,000,00025,000,00030,000,00035,000,000202220232024中國臺灣中國大陸德國美國日本其他地區線性滑軌63%滾珠絲杠20%其它17%線性滑軌滾珠絲杠其它 請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 50/56 汽車汽車/行業深度行業深度 舍弗勒集團在德國成立于 1883 年,其 2024 年營收約 182 億歐元,舍弗勒集團目前擁有約 12 萬名員工,在全球 55 個國家和地區設有 250 多個分支機構,是全球大型家族企業之
156、一。據德國專利和商標局(DPMA)統計,舍弗勒在 2022 年申請了超過1250 項專利,成為德國第四大最具創新性的公司。作為一家技術型公司,舍弗勒針對所有動力總成類型提供創新部件和系統解決方案,同時向廣泛的工業行業客戶提供滾動軸承、滑動軸承、直線和直接驅動技術,以及產品維護和監測系統。2023 年,Ewellix 公司正式成為舍弗勒集團的一部分。通過本次收購,Ewellix 將作為舍弗勒集團一個新的業務板塊運營,并與舍弗勒集團工業事業部保持緊密合作。Ewellix 是全球直線運動和驅動解決方案的領先企業,其前身為 SKF 的行星滾柱絲杠部門,于2019 年獨立并更名為 Ewellix。Ewe
157、llix 的業務范圍涵蓋廣泛,為醫療行業、工業自動化、移動機械等客戶提供各種各樣的線性運動部件和機電執行器。圖圖 54:Ewellix 全球布局全球布局 數據來源:Ewellix,東北證券 Ewellix 的滾柱絲杠產品類型可分為 SR 型行星滾柱絲杠、HR 型超大功率行星滾柱絲杠、ISR 型反轉式行星滾柱絲杠、SRR 型旋轉螺母行星滾柱絲、SV 型循環式滾柱絲杠、零導程滾柱絲杠等。表表 14:Ewellix 滾柱絲杠滾柱絲杠產品分類產品分類 SR 型行星滾柱型行星滾柱絲杠絲杠 HR 型超大功率型超大功率行星滾柱絲杠行星滾柱絲杠 ISR 型反轉式行型反轉式行星滾柱絲杠星滾柱絲杠 SRR 型旋轉
158、螺型旋轉螺母行星滾柱母行星滾柱絲杠絲杠 SV 型循環式滾型循環式滾柱絲杠柱絲杠 請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 51/56 汽車汽車/行業深度行業深度 示意圖示意圖 特點特點 無再循環的行星滾柱絲杠具有很高的堅固性、承載能力、速度和加速度,使用壽命 長 和 可 靠 性好,以獲得更好的驅動性能。專為重載和長使用壽命的應用而設計,經過優化,其承載能力與相同直徑和導程組合的標準 SR 行星滾柱絲杠相比提高了 60%,在緊湊的結構內達到了最長的使用壽命。在結構緊湊、扭矩低、負載能力高的前提下可提供強大的機電驅動。滾柱通過齒圈與螺紋軸同步,沿螺母平移。旋轉螺母行星滾柱絲杠組件的
159、功能 類 似 于 電 動缸。直接驅動時,用空心電機來驅動螺母。間接驅動時,將滑輪或齒輪連接到滾柱絲杠組件的背面來驅動螺母。螺母的旋轉使絲杠軸平移,絲杠軸相當于機電氣缸的推管。循環式滾柱絲杠在提供超精密驅動解決方案時其承載能力、精細分辨率、定位精度和軸向剛度均較好。小導程和小螺旋角可提供較低的反向驅動能力,某些規格的循環式滾柱絲杠 具 有 自 鎖能力,同時具有較低 的 滾 動 摩擦力。公稱直徑公稱直徑 8-120mm 60-240mm 8-125mm 導程導程 2-42mm 可達 50mm 可低至 2.4mm 1-5mm 軸長軸長 可達 8000mm 可達 8000mm 8000mm 最大最大
160、n 160000 160000 160000 最大最大 n 1 25mm時30000、1 25mm時20000 高動態承載高動態承載能力能力 1131kN 3994kN 756 kN 高靜態高靜態承載承載能力能力 4038kN 23350kN 2770 kN 數據來源:Ewellix,東北證券 舍弗勒于 1995 年開始在中國投資生產。近 30 年來,舍弗勒已成為中國汽車和工業領域重要的供應商和合作伙伴。秉承“本土資源服務本土市場”理念,舍弗勒致力于本土生產和本土研發,為客戶提供高品質產品與近距離服務。目前,舍弗勒在中國擁有員工約 1.9 萬人,在上海、蕪湖、長沙、天津、長春設有 6 大研發中
161、心,在上海、太倉、蘇州、銀川、南京、湘潭、長春、天津、蕪湖、平湖、桃園等地設有17 座工廠,以及遍布全國的銷售網絡。從 2016 年起,舍弗勒中國連續 10 年被評為“中國杰出雇主”(China Top Employer)企業。2025 年 2 月,舍弗勒在湘潭制造基地舉行儀式,慶祝用于汽車轉向系統的滾珠絲杠正式投產。該產品用于汽車電動助力轉向系統(EPS),是轉向系統的核心零部件。本次投產進一步完善了舍弗勒滾珠絲杠產品在中國的生產布局。營收持續穩定提升,大中華區業務穩定。營收持續穩定提升,大中華區業務穩定。舍弗勒的營收在近 5 年持續提升,從 2020年 981.1 億元已提升至 2024
162、年的 1416.2 億元人民幣。2024 年舍弗勒歐洲、大中華區、美洲、與亞太區的業務占比分別為 44.8%/19.2%/22.5%/13.5%。在 2024 年,其原廠汽車業務占據其營收的 62%,汽車后市場占比 13%,工業市場占比則為 25%。請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 52/56 汽車汽車/行業深度行業深度 圖圖 55:2020-2024 年年舍弗勒分地區營收(單位:億元)舍弗勒分地區營收(單位:億元)圖圖 56:2024 年年舍弗勒各業務占比舍弗勒各業務占比 數據來源:Wind,東北證券 數據來源:Wind,東北證券 4.1.2.2.瑞典 SKF:軸承科
163、技與制造的領導者 Sven Wingquist在1905年發明了雙列自動對心滾珠軸承,隨即于1907年創立Svenska Kullargerfabriken 瑞典滾珠軸承制造公司,簡稱 SKF。目前 SKF 在全球擁有 4W 多名員工,29 個軸承再制造基地,15 個技術中心,銷售制造網絡遍布全球 130 個國家,擁有 17000 家經銷商。SKF 的產品主要分為軸承、直線產品(絲杠、LM 導軌)、驅動產品(驅動器、升降器)、磁性系統、線控、聯軸器系統與動力傳動(皮帶輪)等部分。從財務方面來看,2024 年 SKF 凈銷售額達 987 億瑞典克朗。從業務分布來看,工業零部件仍是銷售主力部門,占
164、比 18%。從地區來看,2024 年中國與東北亞地區(中國約占 70%)占總銷售額 20%,是全球重要市場之一。圖圖 57:2020-2024 年年 SKF 營收(單位:十億瑞典克營收(單位:十億瑞典克朗)朗)圖圖 58:2024 年年 SKF 各業務占比各業務占比 數據來源:Wind,東北證券 數據來源:Wind,東北證券 4.2.國產化體系持續完善,相關領域不斷突破 0.00200.00400.00600.00800.001,000.001,200.001,400.001,600.0020202021202220232024歐洲大中華區美洲亞太區原廠汽車設備62%工業25%汽車售后市場13
165、%請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 53/56 汽車汽車/行業深度行業深度 國內企業在高端絲杠領域的進展呈現出兩大陣營:領軍企業在自主研發與產業升級國內企業在高端絲杠領域的進展呈現出兩大陣營:領軍企業在自主研發與產業升級中穩步前行,而設備商則在關鍵加工設備和檢測儀器領域不斷突破,形成了較為完中穩步前行,而設備商則在關鍵加工設備和檢測儀器領域不斷突破,形成了較為完整的國產化體系。整的國產化體系。以恒立液壓、五洲新春和貝斯特為代表,這些企業在自主研發、工藝改進和市場拓展等方面均展現出較強的競爭力。恒立液壓在傳動系統核心部件的量產能力上具有明顯優勢,其在自主研發高精度滾柱絲杠
166、和滾珠絲杠方面取得了一系列關鍵突破,為國內高端數控機床和機器人裝備提供了核心零部件支持。同時,五洲新春則在行星滾柱絲杠的研發和生產上取得了突破性進展,憑借獨到的設計理念和先進的加工工藝,在高負載、高動態響應等關鍵指標上實現了與國際先進水平的接軌,成為國內市場中不可忽視的重要力量;貝斯特作為技術型企業,致力于高精度產品的研發,其在高端絲杠領域不斷強化產品的耐磨性和穩定性,為高端裝備市場提供了具有競爭力的樣品和量產產品。這些企業在技術自主化和產品升級方面的不斷突破,是推動國內高端絲杠實現國產替代、降低進口依賴的關鍵所在。設備商作為國產高端絲杠產業鏈的重要環節,在關鍵設備和檢測儀器領域的突破對設備商
167、作為國產高端絲杠產業鏈的重要環節,在關鍵設備和檢測儀器領域的突破對整體產業競爭力提升具有重要意義。整體產業競爭力提升具有重要意義。國內設備商如無錫科之鑫(雙林股份控股公司)、華辰裝備和日發精機近年來在關鍵加工設備的研發和制造上取得了積極進展。無錫科之鑫利用自主研發技術和設備改造,已在高精度螺紋磨床和旋風銑床領域實現部分國產替代,其在設備穩定性和自動化水平上不斷提升,為企業降本增效提供了有力支撐。華辰裝備則在螺紋磨床領域具備一定規模,其產品不僅在國內市場逐步占據優勢,而且通過不斷優化工藝和提升檢測能力,正努力縮小與國際先進水平之間的差距;日發精機專注于自動化產線和高端加工設備的研發,其產品在高效
168、率、低能耗和精準加工方面表現突出,為國內高端絲杠的批量化生產和質量穩定性提供了技術保障。這些設備商在推動國產高端設備自主研發方面正發揮著舉足輕重的作用,只有通過不斷提升設備技術含量和自動化控制水平,才能真正打破國際技術壁壘,實現從進口依賴向自主創新的歷史性跨越。5.投資建議與風險提示投資建議與風險提示 5.1.投資建議 絲杠的核心功能在于將旋轉運動高效轉化為直線運動,目前已形成了多樣化的產品絲杠的核心功能在于將旋轉運動高效轉化為直線運動,目前已形成了多樣化的產品結構。結構。滾動絲杠因采用滾動元件來實現傳動而在傳動效率和精度上有顯著優勢,是目前高端制造領域的首選。絲杠在工業母機、汽車、人形機器人
169、等諸多高精尖領域均有重要作用,掌握著核心“傳動命脈”。國際領先企業在滾珠絲杠制造方面積累了豐富經驗,形成了深厚的技術優勢。國際領先企業在滾珠絲杠制造方面積累了豐富經驗,形成了深厚的技術優勢。目前中國大陸廠商僅占國內高端滾珠絲杠市場的 5%,而中端市場的份額為 30%。同時,德國舍弗勒、日本 THK、NSK 占據我國高端滾珠絲杠市場 90%,占據我國中端滾珠絲杠市場 30%。國內企業在高端絲杠領域的進展呈現出兩大陣營:領軍企業在自國內企業在高端絲杠領域的進展呈現出兩大陣營:領軍企業在自主研發與產業升級中穩步前行,而設備商則在關鍵加工設備和檢測儀器領域不斷突主研發與產業升級中穩步前行,而設備商則在
170、關鍵加工設備和檢測儀器領域不斷突破,形成了較為完整的國產化體系。破,形成了較為完整的國產化體系。這些企業在技術自主化和產品升級方面的不斷這些企業在技術自主化和產品升級方面的不斷突破,是推動國內高端絲杠實現國產替代、降低進口依賴的關鍵所在。隨著更多自突破,是推動國內高端絲杠實現國產替代、降低進口依賴的關鍵所在。隨著更多自主知識產權的核心技術的突破主知識產權的核心技術的突破,我國高端絲杠我國高端絲杠生產設備及絲杠生產設備及絲杠產品在國際市場中的產品在國際市場中的競爭力有望進一步提升,實現從“跟隨者”向“領先者”的轉變。競爭力有望進一步提升,實現從“跟隨者”向“領先者”的轉變。絲杠在工業母機、汽車、
171、人形機器人等市場空間廣闊的行業均發揮著重要作用,隨絲杠在工業母機、汽車、人形機器人等市場空間廣闊的行業均發揮著重要作用,隨著設備、工藝等環節持續研發突破,國產替代勢不可擋。建議重點關注絲杠產業鏈著設備、工藝等環節持續研發突破,國產替代勢不可擋。建議重點關注絲杠產業鏈國產替代進程及相關公司發展。國產替代進程及相關公司發展。5.2.風險提示 技術風險技術風險:高精度螺紋加工一致性不足,熱處理工藝穩定性待提升。請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 54/56 汽車汽車/行業深度行業深度 市場風險市場風險:人形機器人產業化進度低預期,汽車智能化滲透放緩。競爭風險競爭風險:國際巨頭技
172、術封鎖,價格戰擠壓利潤率。請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 55/56 汽車汽車/行業深度行業深度 研究團隊簡介:研究團隊簡介:Table_Introduction 李恒光:上海理工大學數量經濟學碩士,2016 年加入東北證券中小盤負責新能車產業鏈研究,2017 年至今擔任汽車組組長,重點覆蓋整車、零部件和新能車等方向??岛迹河Z丁漢大學博士,汽車熱管理與流體力學方向?,F任汽車組分析師,主要覆蓋整車與部分零部件。姜育恒:上海交通大學動力工程本碩,2022 年加入東北證券,任汽車行業分析師,覆蓋整車、零部件等方向。分析師聲明分析師聲明 作者具有中國證券業協會授予的證券投
173、資咨詢執業資格,并在中國證券業協會注冊登記為證券分析師。本報告遵循合規、客觀、專業、審慎的制作原則,所采用數據、資料的來源合法合規,文字闡述反映了作者的真實觀點,報告結論未受任何第三方的授意或影響,特此聲明。投資投資評級說明評級說明 股票 投資 評級 說明 買入 未來 6 個月內,股價漲幅超越市場基準 15%以上。投資評級中所涉及的市場基準:A 股市場以滬深 300 指數為市場基準,新三板市場以三板成指(針對協議轉讓標的)或三板做市指數(針對做市轉讓標的)為市場基準;香港市場以摩根士丹利中國指數為市場基準;美國市場以納斯達克綜合指數或標普 500指數為市場基準。增持 未來 6 個月內,股價漲幅
174、超越市場基準 5%至 15%之間。中性 未來 6 個月內,股價漲幅介于市場基準-5%至 5%之間。減持 未來 6 個月內,股價漲幅落后市場基準 5%至 15%之間。賣出 未來 6 個月內,股價漲幅落后市場基準 15%以上。行業 投資 評級 說明 優于大勢 未來 6 個月內,行業指數的收益超越市場基準。同步大勢 未來 6 個月內,行業指數的收益與市場基準持平。落后大勢 未來 6 個月內,行業指數的收益落后于市場基準。請務必閱讀正文后的聲明及說明請務必閱讀正文后的聲明及說明 56/56 汽車汽車/行業深度行業深度 重要聲明重要聲明 本報告由東北證券股份有限公司(以下稱“本公司”)制作并僅向本公司客
175、戶發布,本公司不會因任何機構或個人接收到本報告而視其為本公司的當然客戶。本公司具有中國證監會核準的證券投資咨詢業務資格。本報告中的信息均來源于公開資料,本公司對這些信息的準確性和完整性不作任何保證。報告中的內容和意見僅反映本公司于發布本報告當日的判斷,不保證所包含的內容和意見不發生變化。本報告僅供參考,并不構成對所述證券買賣的出價或征價。在任何情況下,本報告中的信息或所表述的意見均不構成對任何人的證券買賣建議。本公司及其雇員不承諾投資者一定獲利,不與投資者分享投資收益,在任何情況下,我公司及其雇員對任何人使用本報告及其內容所引發的任何直接或間接損失概不負責。本公司或其關聯機構可能會持有本報告中
176、涉及到的公司所發行的證券頭寸并進行交易,并在法律許可的情況下不進行披露;可能為這些公司提供或爭取提供投資銀行業務、財務顧問等相關服務。本報告版權歸本公司所有。未經本公司書面許可,任何機構和個人不得以任何形式翻版、復制、發表或引用。如征得本公司同意進行引用、刊發的,須在本公司允許的范圍內使用,并注明本報告的發布人和發布日期,提示使用本報告的風險。若本公司客戶(以下稱“該客戶”)向第三方發送本報告,則由該客戶獨自為此發送行為負責。提醒通過此途徑獲得本報告的投資者注意,本公司不對通過此種途徑獲得本報告所引起的任何損失承擔任何責任。東北證券股份有限公司東北證券股份有限公司 地址地址 郵編郵編 中國吉林省長春市生態大街 6666 號 130119 中國北京市西城區錦什坊街 28 號恒奧中心 D 座 100033 中國上海市浦東新區楊高南路 799 號 200127 中國深圳市福田區福中三路 1006 號諾德中心 34D 518038 中國廣東省廣州市天河區冼村街道黃埔大道西 122 號之二星輝中心 15 樓 510630