2024年人形机器人行业专题策略：人形机器人催生丝杠需求，“卖铲人”有望优先受益

1、行星滚柱丝杠价值量占比大、技术壁垒高，是人形机器人核心零部件

丝杠是将旋转与直线运动相互转化的机械传动装置

丝杠的定义：能够将旋转与直线运动相互转化的高精密机械传动零部件，机械原理与生活中的螺丝与螺母通过旋转（“拧螺丝”）发 生轴向位移类似；通过搭配电机（旋转丝杠）与导轨（固定螺母）即可实现传动功能。

常见的丝杠类型：包括梯形丝杠（滑动丝杠）、滚珠丝杠和行星滚柱丝杠。梯形丝杠结构简单，但精度差；滚珠丝杠精度高、效率高、 价格高；行星滚柱丝杠承载力强、耐冲击、体积小，但结构复杂、加工难度高、成本昂贵。

丝杠精度等级可分为C0、C1、C2、C3、C5、C7、C10级

滚珠丝杆的JIS等级可分为C0、C1、C2、C3、C5、C7、C10级，精度表示方法为无论滚珠丝杠的长度为多长，任取300mm的误差都在等级代 表的精度之内，如精度等级为7级时，任意300mm行程内行程变动量为0.050mm，即C7=0.05。

高端市场被外资占据，国产制造商加速布局

从市场格局来看，欧美系、日系、台系占据我国滚动功能部件（丝杠&导轨）中高端市场主导，大陆制造商产品竞争力不足。根据金属加 工杂志社数据，在国内高端市场，欧美日企业市场占有率高达90%，中国大陆、中国台湾制造商市场份额各约5%，高端市场格局相对集中; 在国内中低端市场，大陆制造商拥有过约30%，中低端市场格局相对分散。

高端市场：对应下游市场主要为高精度切割、高速加工和高速定位的CNC机床、印刷机、精密机器人、航空航天、电动汽车、3C装 备等重点领域。

中低端市场：主要以生产率高、价格低廉，并能保持机械效率高、耐磨性好的产品为主，下游应用精度要求不高，下游主要为工程 机械、普通机床、打包机、注塑机等领域，也包括医院病床、手术台、千斤顶、小型起重机、阀门开关等应用场景。

行星滚柱丝杠具备高承载、高刚度、高精度、长寿命等优势

滚柱丝杠与滚珠丝杠的最大区别在于前者滚动体为“滚柱”而非“滚珠”，滚动体与丝杠与螺母的接触形式为“线接触”而非 “点接触”，相比滚珠丝杠接触面积更大，能承受更大负荷和冲击。因此，相较梯形丝杠与滚珠丝杠，行星滚柱丝杠具备大承载、 高刚度、高转速、长寿命等优势，更适用于高速重载的应用场景。

行星滚柱丝杠主要分为五类，其中反向式应用于Optimus

根据结构不同，滚柱丝杠分为标准式、反向式、循环式、差动式与轴承环式，反向式结构（螺母旋转，丝杠传动，与标准式相反） 长度较大、结构更为紧凑，成为特斯拉Optimus人形机器人直线关节传动装置的解决方案。

行星滚柱丝杠价值量占比大，技术壁垒高，是人形机器人核 心零部件

行星滚柱丝杠是直线执行器中的核心零部件。  从价值量占比来看：根据我们对特斯拉Optimus的成本拆分，可以得到旋转、线性、手部关节执行器的价值量占比之和达51.41%，其中占机器人总制造成 本的12.07%；核心零部件方面，丝杠总成本占比11.6%，其中行星滚柱丝杠占比9.47%，滚珠丝杠占比2.13%，仅次于电机的成本占比，价值量较高。 核心零部件壁垒排序：行星滚柱丝杠＞六维力矩传感器＞谐波减速器＞空心杯电机＞无框力矩电机＞行星减速器＞轴承。

2、加工设备：研磨/切削/滚轧工艺各有优势，磨制精度最高，滚轧效率最高

丝杠核心加工流程：前处理→粗加工→精加工→热处理→组装

行星滚柱丝杠加工难度较大的零部件为丝杆、螺母、滚柱、内齿圈，加工流程基本一致，可大致分为前道的粗加工（车削和铣削）以及 后道的精加工（磨削），以螺纹加工为例，先通过车削制出初步的螺纹滚道，再采取粗磨、半精磨、精磨的方法制出成品丝杠，根据 《精密行星滚柱丝杠副工艺制造与传动性能研究》，加工工艺周期约为30-45天。

螺纹磨床：实现丝杠螺纹精密磨削工艺的唯一手段

磨削工艺对应的核心设备为螺纹磨床，根据加工类别主要分为外螺纹与内螺纹两类，使用螺纹磨床磨削得到的丝杠拥有最高的 精密等级，也是行星滚柱丝杠生产工艺的关键必备设备。

其他工艺：滚轧对应低精度丝杠，铣削对应高精度非滚柱丝杠

滚轧工艺（对应设备为滚压机）主要加工步骤如下：滚压机将未经过热处理的金属棒轧制出螺纹滚道，后续进行热处理硬化。 滚轧工艺一般针对低精度等级丝杠：一般而言，C5级别以上的丝杠都需进行磨削工艺，轧制丝杠的精度通常为C7/C10，但滚轧在生 产效率上具有优势，一般加工工艺周期约为1-3天，耗时与成本低。 铣削工艺（对应设备为旋风铣床）主要加工步骤如下：对金属圆棒进行淬火和简单的外圆磨削，来保证丝杠表面的硬度、尺寸和公差； 使用旋风铣将螺纹滚道直接铣削出来（精度为C5左右），最后需要用磨床对滚道进行最后精磨（精度能够达到C0）。 旋风铣工艺兼顾效率和精度，但在行星滚柱丝杠加工存在局限性：旋风铣能够加工得到精度中等的螺纹滚道，配合磨削工艺能够得 到高精度的丝杠成品，整体上兼顾效率与精度。但由于行星滚柱丝杠为多头螺纹，旋风铣工艺需要采取锯齿形铣刀才能够同时加工 两条滚道，并且由于多头螺纹的螺距更短、铣刀刀头较为尖锐，易发生零件的磨损与崩坏。

3、丝杠制造主要瓶颈在于高精度磨床设备，进口替代空间广阔

市场空间：人形机器人催生丝杠需求，磨床设备市场空间广阔

人形机器人催生大量丝杠需求，高精度磨床市场空间广阔。我们预计远期看人形机器人用螺纹磨床市场空间有望达到33亿元。 核心假设如下： 远期看，假设人形机器人年产量100万台； 根据我们此前报告《紧扣产业链安全，滚动功能部件国产化势在必行》中测算，单台人形机器人中滚柱主轴丝杠和螺母用量 分别约14个，单个主螺纹丝杠的周围布置安装了约8个螺纹滚柱小丝杠，因此，单台人形机器人所需滚柱丝杠、行星小丝杠、 螺母数量分别为12/96/12个； 假设单台螺纹磨床制作核心零部件产量分别为8/2/10个/分钟； 量产情况下，假设单台磨床价值量100万元。

市场空间：人形机器人或将催化出数亿元的旋风铣刀具市场

我们预计人型机器人的发展，或将催化出数亿元的旋风铣刀具市场。 核心假设如下： 1、单体人型机器人加工长度：机器人滚珠丝杆滚珠丝杠为机器人重要传动装置，从类人体四肢的排布结构出发，我们预计在单台 人型机器人中可能将有12个滚珠及滚柱丝杠，其中四肢（双大小臂、双大小腿）预计有8个，四肢和躯体连接处预计有4个。根据 Tesla AI Day 2022所展示的数据，其人形机器人约高170厘米，据此为测算依据，我们假设平均单个丝杠长度约为15厘米。目前现有 市面常见且符合条件的可选4005丝杆，即丝杆直径为4厘米，螺距为0.5厘米。则加工一根丝杆的刀具加工总长度计算公式为，可 得到单个丝锥的加工长度约为3.77米，则每台机器人的总计加工长度为45.24米； 2、人型机器人总生产量：我们假设在保守、中性以及乐观情况下，人型机器人年产量有望达到50/100/150万台； 3、刀片用量、价格及消耗：以产业调研数据为基础，我们预计旋风铣单刀盘使用八枚旋风铣刀片，由于旋风铣刀片属于超硬刀具 且需要进行特别设计，因此预计单片产品售价约为500元。刀片使用寿命层面，我们分别假设一组刀盘可连续加工300及500米丝杠。

格局：丝杠主要瓶颈在于缺乏高精度磨床设备

从竞争格局看，目前我国高精度数控磨床仍依赖进口。 海外磨床企业发展成熟，技术研发水平处于全球领先地位。19世纪60年代，美国在车床的基础上制成了第一台磨床。发展至今，德国、 日本位居磨床领域研发、设计、制造和应用方面技术最先进、经验最丰富的国家之列，在高端磨床产品市场上掌握着较高的话语权。国 外主要厂家包括日本三井、日本精尚、德国克林贝格、瑞士莱斯豪尔等，进口设备精度高、可靠性好，可保障批量加工的稳定性。 国内企业起步较晚，规模较小，仍需时间和机会迭代设备工艺。国内磨床厂商数量较多且同质化严重，整体市场集中度不高，产品仍以 中低端为主，目前具备磨床工艺的供应商包括日发精机、华辰装备、秦川机床等，批量产能力较弱。我们认为，国产供应链具备较强的 创新及降本能力，有望驱动人形机器人的降本及量产，看好国内厂商市场份额提升。

4、国内相关机床/刀具厂商梳理

日发精机：轴承磨床龙头，聚焦中高端机床国产替代

高端轴承磨床龙头。公司成立于2000年，以轴承磨床起家，目前公司在高端轴承磨床市占率达到80%，国内轴承行业内规模靠前的30家企业中有25家采 用公司的高端轴承磨超加工及装配线产品。2010年公司登陆A股市场；2014年收购意大利MCM，成立日发航空；2018年并购新西兰Airwork，目前已形成 涵盖高端数控机床及产线、航空装备及连线、航空零部件加工以及航空运力服务四大业务板块，产品广泛应用于汽车、航空航天、工程机械、纺织服装、 注塑机、风电设备等行业。

浙海德曼：数控车床龙头，发力高端市场

国内高端车床龙头。公司成立于1993年，以仪表车床起家，2012年第一台数控机床下线，2020年在科创板上市，经过30余年的深耕，已形成较完善的车 削机床产品布局，包括：1）流量机型：经济型中高端机床，目标实现整机（包括数控系统等零部件配套）的国产化替代；2）加工节奏复杂、异性零件 的五轴数控机床，对标日德机床。

市场需求疲软，业绩短期承压。2023Q1-Q3营收4.65亿元，同比+3.62%，主要系国内宏观经济疲软，数控车床需求较弱，公司积极拓展海外市场，营收 保持稳健增长。2023Q1-Q3归母净利润0.22亿元，同比-58.04%，利润增速低于营收，主要系①市场竞争加剧，公司前三季度毛利率27.13%，同比-6.59pct； ②募投项目投产，固定资产折旧摊销较大；③公司加大对新产品的研发投入，研发费用增加所致。

秦川机床：国企机床老将，机床+核心零部件协同发展

秦川机床为中国机床行业龙头骨干。公司成立于1965年，主营业务包括机床主机、汽车齿轮、机床刀具、RV减速机、数控系统等，下游涵盖汽车、航空航 天、工程机械、船舶、铁路、新能源等领域。历经五十余载的发展和沉淀，公司整机产品磨齿机、滚齿机、拉削机床及通用数控机床国内领先，核心零部 件丝杠导轨、主轴、RV减速器、齿轮箱、数控系统等均实现国产化自主可控。根据中国机床工具工业协会及公司公告，2022年公司齿轮加工机床市占率超 过60%，螺纹磨床市占率超过70%，外圆磨床市占率约25%，齿轮刀具市占率23.2%，龙头地位突出。2020年，公司制定“5221”发展战略，即机床主机业务 收入占比50%，以机器人关节减速器为代表的高端制造占到20%，核心零部件占到20%，智能制造和核心数控技术占到10%。

控股子公司汉江机床主要负责滚动功能部件的开发、生产。汉江机床是国内螺纹磨床主导企业，经过50多年的发展历程，形成以自动化、数字化、智能成 套成线产品为主的精密数控螺纹加工机床产业，以滚珠丝杠副、滚动直线导轨副、滚动导轨块、滚动花键副、螺杆转子副、齿轮齿条副、精密工作台和精 密零部件产品为主的滚动功能部件产业。根据公司公告，2022年滚珠丝杠的产能为10万件/年，2022年市占率约5%。

报告节选：

编辑：火腿肠