丝杠定义、分类、加工方式与下游空间如何？

丝杠为线性驱动核心部件。

丝杠是一种将电机端旋转运动转化为直线运动的机械部件，广泛应用于具有直线运动功能的机器 设备中。电机通过联轴器带动丝杠轴转动，丝杠轴上的螺母在螺旋形螺纹的驱动下实现直线往复 运动，从而将电机的旋转力矩转化为设备运动所需要的直线方向的驱动力。

根据摩擦特性和加工方式，丝杠有多种分类。根据摩擦特性可以分为 3 种：即滑动丝杠、滚动丝 杠和静压丝杠，滚动丝杠又分为滚珠丝杠和滚柱丝杠。其中，梯形丝杠中无滚动体，靠滑动摩擦 传递推力，传动效率较低；滚珠和滚柱丝杠具有钢球或螺杆型的滚动体，靠滚动摩擦传递推力， 传动效率较高；静压丝杠为液体摩擦，适合于需要较高的进给推力以及具有频繁振动负载的场合。

梯形丝杠制造工艺较为简单，技术水平成熟，但产品精度及效率较低。其运动原理是利用螺旋副 的转动运动，使螺旋副上的螺纹旋转，来实现线性运动。梯形丝杆上的螺纹与螺旋副上的螺纹咬 合，当螺旋副旋转时，梯形丝杆就会沿着轴向运动，产生线性位移。

梯形丝杠的加工工艺原本主要采用车削加工，工艺路线为:冷拔→滚花→车螺纹→校正→钻孔→ 切断→倒角，整体技术简单，工艺路线成熟，但效率较低、成本较高，且由于材料刚度低，车削、滚花时易变形，小号螺轮无法生产。目前多使用旋风铣削工艺代替车削工艺，将铣丝、滚花一次 性完成，工艺路线变为冷拔→滚花、铣丝→校正→钻孔→切断→倒角，改进后减少了由切削力引 起的振动，表面粗糙度也减小了。

螺纹加工工艺是丝杠加工的核心壁垒。螺纹的加工精度将直接影响系统的传动精度、使用寿命、 平稳性，故优化螺纹的加工技术是提升PRS整体性能的关键。PRS 螺纹制造工艺方法主要为成型 加工，例如目前应用于丝杠副螺纹制造技术主要有磨削技术、滚轧成型和旋风铣削技术三种。磨 削精度高，轧制效率高，旋风铣较均衡。

磨削丝杠按照基准统一原则，以两端中心孔为加工工艺工序基准，通过热处理、车削、磨削等几 十道工序逐一完成，制造精度最高，非常适合给高精度设备做定位部件。

热处理、去应力、磨削等为重要环节。热处理可提高材料的机械性能、消除残余应力和改善金属 的切削加工性。丝杠粗加工前，将进行预备热处理，通过退火/正火、时效处理，以此消除内应 力、改善加工性能；在精磨前，进行最终热处理，主要选择表面淬火，表面淬火还具有外部强度 高、耐磨性好，而内部保持良好的韧性、抗冲击力强的优点。精磨对滚珠丝杠的精度影响较大， 包括螺纹的螺距误差、螺纹的牙形误差等，是丝杠生产的最核心环节，对设备依赖度高，且对工 艺要求高，需要knowhow积累。

旋风铣削生产效率高，国产机床具备较不错的加工能力。旋风铣是通过安装在高速旋转刀盘上的 硬质合金成型刀具，从工件上铣削出螺纹的螺纹加工方法。旋风铣可以实现干切削、重载切削、 难加工材料和超高速切削，消耗动力小。表面粗糙度能达到 Ra0.8μm。旋风铣时机床主轴转速慢，所以机床运动精度高、动态稳定性好，是一种先进的螺纹加工方法。

国外旋风铣床生产技术较为成熟，汉江机床和博特精工正奋起直追。世界专业生产CNC旋风铣床 的厂家包括：德国Leistritz公司、GWT公司、Burgsmuller公司、奥地利WEING ÄRTNER公司、 Linsinger公司等。

中国丝杠行业现状：滚珠丝杠占比最高，行星滚柱丝杠占比目前较小。 2020-2022 年，半导体、电动汽车、智能制造等行业持续扩张，带动了中国丝杠产品市场规模 的扩张，CAGR 高达 45%。 2023-2025 年，全球通胀攀升、俄乌冲突等不确定因素使得全球经济增长动力缺乏，同时部分 机械制造、电子信息、医药等下游行业向东南亚转移，中国丝杠市场增长乏力，预期增速降低 至 10%以下，其中，2023 年中国丝杠市场规模约 25.7 亿，滚珠丝杠销售额占比最多，约 61%，梯形丝杠占比约 35%，行星滚柱丝杠应用尚少，占比约 4%。 展望 2025-2030 年，随着新质生产力的发展，AI 对各个产业尤其是人形机器人方向带来的深远 影响，经济的不断恢复、智能制造转型升级，丝杠企业逐渐突破技术瓶颈，预计丝杠市场尤其 是滚珠丝杠和行星滚柱丝杠的市场将保持在 20%左右的市场增长，甚至更高。

我国滚珠丝杠市场行业集中度高，主要被台资企业和外资企业垄断，中国本土企业目前规模较小。2023年，全球主要的滚珠丝杠生产企业有 NSK、THK、斯凯孚（SKF）、力士乐（Bosch Rexroth）和舍弗勒（Schaeffler）等公司，CR10 占比 94%。

数控机床是滚珠丝杠应用最大的市场，2023年约占 45%。滚珠丝杠相比梯形丝杠传动效率和精 度更高，相比行星滚柱丝杠有更高的效率、更低的后驱力和价格，所以广泛适用于有精密度要求 的传动场景。具体来看，国内数控机床、半导体制造装置、医疗机械、汽车、机器人等领域对滚 珠丝杠需求较大，随着下游领域持续拓展，有望推动滚珠丝杠市场空间进一步提升。

政策端对工业母机自主可控高度重视。近年来，随着全球地缘政治的变化，自主可控被提上了前 所未有的高度，作为关键环节的工业母机及数控系统为“卡脖子”技术，被多次提及，也提出更多 要求在自主可控趋势下，中高端数控机床有望在研发、使用场景、销售等方面获得更多助益，长 期国产替代空间值得期待。

中国大陆厂商在国内滚珠丝杠中低端市场已有突破，高端市场国产化率仍有较大上升空间。截至 2024年，高端产品中，德国力士乐，日本 THK、NSK 等海外企业的市场份额为 90%，中国台湾 和大陆厂商（南京工艺、秦川机床子公司汉江机床）仅各占 5%。中端市场中，中国台湾的上银、银泰占据约 40%的市场份额，中国大陆厂商的市场份额为 30%，德国力士乐，日本 THK、NSK 等海外企业的市场份额为 30%。低端市场以中国大陆企业为主。

欧洲企业占据绝大部分市场份额，国产率替代空间大。全球全球滚柱丝杠厂商主要有GSA、 Rollvis、Ewellix、Rexroth、CMC、南京工艺、济宁博特等，其中2022年GSA、Rollvis在我国滚 柱丝杠领域的市占率分别高达26%，合计占比超50%，南京工艺、济宁博特市场份额分别约为8%、8%，国产替代空间较大。

行星滚柱丝杠市场规模尚小，渗透率具备较大提升空间。在制造升级背景下，行星滚柱丝杠在多 领域加速替代滚珠丝杠和传统液压系统等，渗透率加速提升，驱动市场规模高速增长。