丝杠概念、分类、历史与市场现状如何？

呈现“爆发性增量+结构性升级+政策强驱动”的三重共振。

一、行业概况

1、丝杠是将旋转运动转化为直线运动的部件，具备多种分类方式

丝杠是一种将旋转运动转化为直线运动的传动部件。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。与各种驱动方式相比，“滚珠/柱丝杠+旋转电机”的组合在定位精度、推力、速度等方面具备稳定性能，应用广泛。

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（梯形）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。根据加工方式，丝杠加工方法可以分为有屑加工(切削成形)和无屑加工(塑性加工)这两种。有屑加工是指利用切削成形加工丝杠，主要包括磨削、车削、旋风铣削等；无屑加工是指利用金属塑性成型加工丝杠，主要包括冷挤压和冷轧。

工业母机多采用滚珠丝杠，承载冲击更强的滚柱丝杠在人形机器人领域有望得到大规模应用。滚珠丝杠被广泛用作精密定位机构的部件，主要用于机床、机器人、工厂自动化设备、半导体设备、工业机械、医疗设备等。人形机器人使用场景要求高承载、耐冲击等性能，行星滚柱丝杠有更大的接触面积、更大的直线速度、更小的振动和噪音，适合人形机器人的使用场景。

2、梯形丝杠技术水平成熟，但精度较低

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。

3、滚珠丝杠传动效率高，技术壁垒仍待突破

滚珠丝杠是滚动运动，传动效率高、精度高。滚珠丝杠由丝杆、螺母、滚珠、回珠器主要部件构成。当丝杠旋转时，滚珠在丝杆和螺母之间滚动，实现力的传递和直线运动。回珠器一般分为内循环式和外循环，内循环滚珠丝杠尺寸一般来说小于外循环滚珠丝杠，适合于空间比较紧凑的场景；同时其需要反向器固定相对来说比较牢靠、刚性好且不易损坏。而外循环滚珠丝杠适用于需要扛冲能力大、高负载丝杠的使用场景。 滚珠丝杠工艺分为研磨与轧制，已国产化，但高精度产品技术仍待提升。滚珠丝杠加工核心在于滚道制作，螺母的螺纹采用研磨技术，而丝杆可采用研磨和轧制两种工艺。轧制是采用冷加工工艺模具制造，自动化程度高，适合大批量生产，成本低，但精度偏低一般为 C7 级以上；而研磨工序长，从热处理、粗加工（车削）、到精磨（磨削），效率低，但精度高，一般为 C7 级以下，可达到C0 级。

4、行星滚柱丝杠应用于高精度、高承载领域

行星滚柱丝杠具有螺纹传动和滚动螺旋传动的综合特征。其滚动体是含有螺纹的多个滚柱体，螺母或丝杠旋转运动通过滚柱的行星运动转换为直线运动。行星滚柱丝杠传动中特有的滚柱结构，使得滚柱与螺母(或滚柱与丝杠)之间无相对轴向位移，滚柱能够在丝杠和螺母形成的封闭空间内反复循环运动，依靠滚动/滑动摩擦实现运动和动力的传递。 根据不同的结构设计，滚柱丝杠分为标准式、反向式、循环式、差动式、轴承环式。标准式行星滚柱丝杠主要应用于精密机床、机器人、军工装备等领域，是目前应用最广泛的类型；反向式行星滚柱丝杠多应用于航空、航天、船舶、电力等领域；循环式行星滚柱丝杠主要应用于要求高刚度、高承载、高精度的场合，如医疗器械、光学精密仪器等领域；差动式行星滚柱丝杠适用于传动比较大，承载能力较高的应用场合；轴承环式行星滚柱丝杠主要适用于高承载、高效率等场合，如石油化工、重型机械等领域。

5、丝杠作为线性传动部件，历史悠久，新行业新应用经久不衰

滚珠丝杠于 1961 年首次应用于机床。丝杠历史悠久，起初被用于葡萄和橄榄的压榨机，结构类似于滑动丝杠；19 世纪 50 年代满足特定标准的滑动丝杠类型 ACME 丝杠出现。滚珠丝杠于1874 年发明，由于制造难度过高未能形成系统的设计理论和制造工艺流程；1940 年，通用公司首次将滚珠丝杠成品应用在汽车转向机构上，标志着滚珠丝杠研究进入产业化阶段；1961 年，NSK 公司首次将精密滚珠丝杠应用于机床并有效提高了机床加工精度。20 世纪 90 年代后期，滚珠丝杠向精密和高速方向发展，其市场需求进一步提高。2009 年后，我国启动相关课题，国内南京工艺、汉江机床等厂家研发出滚珠丝杠产品。2020 年以来，国家出台诸多高端制造行业相关政策，有望拓展滚珠丝杠应用范围以及加速国产替代。国内对行星滚柱丝杠的研究仍处起步阶段，人形机器人有望带动其需求极大释放。滚柱丝杠方面，1942年循环式行星滚柱丝杠发明，1954 年标准式和反向式行星滚柱丝杠发明，1968 年差动式行星滚柱丝杠发明，1986 年轴承环式行星滚柱丝杠发明，至此行星滚柱丝杠的所有类型都已经出现。1970 年瑞士的Rollvis 公司开始研制行星滚柱丝杠，瑞典的 SKF 公司在同一时期研制出行星滚柱丝杠，美国和德国的公司也陆续研制出行星滚柱丝杠产品并将其运用到机电作动器中。2022 年特斯拉宣布进军人形机器人，从其后续公布的原型机来看，有望打开滚柱丝杠的增长空间。在此之前，国内对行星滚柱丝杠的研究处在起步阶段，一些公司正参与相关的研制工作，对行星滚柱丝杠进行了试制和少量的生产，例如山东的博特精工、南京的优励聂夫公司、北京精密机电控制设备研究所等，但产品性能与国外存在差距，主要体现在效率、承载能力和精度上。在此之后，明显更多企业投入到滚柱丝杠的研发与生产中来，比如恒立液压、五洲新春、贝斯特、新剑传动等。2022 年，特斯拉机器人线性执行关节带动反向行星滚柱signage 需求，2024 年以来，灵巧手带动微型丝杠需求，人形机器人百花齐放。

二、市场现状

1、产业正处于需求爆发、国产替代加速与技术突破的三重驱动交汇点

呈现“爆发性增量+结构性升级+政策强驱动”的三重共振。 首先，人形机器人作为全新增量引擎，正处于从 0 到 1 的产业化临界点，丝杠作为核心传动部件占其价值量的 19%，单台需求达 34-44 个，随着特斯拉、FigureAI 等厂商量产计划推进，预计2030 年全球行星滚柱丝杠市场规模将达 124.9 亿元，2029 年增量空间即达 112 亿元。 其次，工业母机领域受政策强力支撑，《首台(套)重大技术装备推广应用指导目录(2024 年版)》《工业母机产业高质量发展行动计划》等政策明确推动中高端数控机床自主可控，直接拉动丝杠刚需市场扩容。此外，汽车行业存量升级显著，线控底盘技术普及带动丝杠需求，预计 2030 年中国汽车丝杠市场空间达 260 亿元，叠加新能源汽车拓展应用场景，形成稳定增长极。

2、国产化体系持续完善，相关领域不断突破

国内企业在高端丝杠领域的进展呈现出两大阵营：领军企业在自主研发与产业升级中稳步前行，而设备商则在关键加工设备和检测仪器领域不断突破，形成了较为完整的国产化体系。以恒立液压、五洲新春和贝斯特为代表，这些企业在自主研发、工艺改进和市场拓展等方面均展现出较强的竞争力。恒立液压在传动系统核心部件的量产能力上具有明显优势，其在自主研发高精度滚柱丝杠和滚珠丝杠方面取得了一系列关键突破，为国内高端数控机床和机器人装备提供了核心零部件支持。同时，五洲新春则在行星滚柱丝杠的研发和生产上取得了突破性进展，凭借独到的设计理念和先进的加工工艺，在高负载、高动态响应等关键指标上实现了与国际先进水平的接轨，成为国内市场中不可忽视的重要力量；贝斯特作为技术型企业，致力于高精度产品的研发，其在高端丝杠领域不断强化产品的耐磨性和稳定性，为高端装备市场提供了具有竞争力的样品和量产产品。这些企业在技术自主化和产品升级方面的不断突破，是推动国内高端丝杠实现国产替代、降低进口依赖的关键所在。 设备商作为国产高端丝杠产业链的重要环节，在关键设备和检测仪器领域的突破对整体产业竞争力提升具有重要意义。国内设备商如无锡科之鑫（双林股份控股公司）、华辰装备和日发精机近年来在关键加工设备的研发和制造上取得了积极进展。无锡科之鑫利用自主研发技术和设备改造，已在高精度螺纹磨床和旋风铣床领域实现部分国产替代，其在设备稳定性和自动化水平上不断提升，为企业降本增效提供了有力支撑。华辰装备则在螺纹磨床领域具备一定规模，其产品不仅在国内市场逐步占据优势，而且通过不断优化工艺和提升检测能力，正努力缩小与国际先进水平之间的差距；日发精机专注于自动化产线和高端加工设备的研发，其产品在高效率、低能耗和精准加工方面表现突出，为国内高端丝杠的批量化生产和质量稳定性提供了技术保障。这些设备商在推动国产高端设备自主研发方面正发挥着举足轻重的作用，只有通过不断提升设备技术含量和自动化控制水平，才能真正打破国际技术壁垒，实现从进口依赖向自主创新的历史性跨越。

3、丝杠赋能人形机器人发展，国内外企业丝杠项目稳步推进

精密传动技术核心演进，人形机器人领域丝杠应用显著增强。在人形机器人技术问世之前，丝杠装置主要担当机械臂系统中的线性驱动元件，负责执行分拣作业、物料搬运、精密组装以及电子元器件的贴片操作，其应用范围广泛覆盖 3C 产业、仓储物流管理系统以及医疗设备等多个关键领域。随着人形机器人的发展，丝杠凭借其卓越的性能，已成为构建精密机械传动体系不可或缺的核心组件，特别是在人形机器人的关节构造与驱动系统中，丝杠被大量应用于要求极高精度与重载能力的场景，引起行业内广泛而高度的重视。

国内丝杠企业加速技术升级与产能扩展。近年来，国内丝杠企业积极布局滚珠/滚柱丝杠产业，逐步推动技术升级与产能扩展，进军高端制造、机器人及新能源汽车领域。其中，五洲新春的滚珠丝杠产品已实现部分量产，有望将成为新的利润增长点；贝斯特的高精度滚珠/滚柱丝杠副首台套成功下线，部分产品正处于验证环节；双林股份在车用滚珠丝杠和人形机器人用行星滚柱丝杠项目上稳步推进，试制产线已建设落成；长盛轴承于 2022 年发布定增计划，拟投 2.65 亿元扩张自润滑轴承和滚珠丝杠产能，其中包括布局丝杠新赛道的 3 万套滚珠丝杠；恒立液压于 2021 年投资 15 亿元布局线性驱动器项目，规划达成年产 10.4 万根行星滚柱丝杠电动缸和 10 万米滚珠丝杠的目标，现已迈入送样及小批量供货阶段。随着行业整体技术水平的提升，国内企业在国际市场中的竞争力将进一步增强。

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