2024年丝杠行业专题分析：高端机床国产替代，机器人再添增长空间

一、丝杠：线性传动部件，下游应用多在机床、 工业自动化、汽车等，人形机器人有望打开新空 间

丝杠主要包括梯形丝杠、滚珠丝杠及行星滚柱丝杠

螺纹丝杠主要功能是将旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转换成轴向反复作用力，同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点。 常见的螺旋丝杠传动形式主要有梯形螺纹丝杠、滚珠丝杠和行星滚柱丝杠三种。

梯形螺纹丝杠：其螺旋形式是一种普通的等腰梯形，传动时存在表面滑动摩擦，连续工作发热严重。此外，传动效率也较低，一 般适用于大负载但工作转度和工作制要求很低的应用场合。

滚珠丝杠：利用滚珠链在丝杠轴与螺母之间做滚动运动，将旋转运动转换成直线运动，由于滚珠不断在两个负载承载面之间循环， 存在相互碰撞及末端急剧转向，导致高转速条件下丝杠传动效率降低、噪声大，一般只适用于中等性能要求的应用场合。

行星滚柱丝杠：以丝杠旋转作为驱动，通过丝杠与滚柱之间的螺旋运动，由滚柱带动螺母做直线运动。行星滚柱丝杠主要由丝杠、 螺母和滚柱组成，丝杠和螺母为多头螺纹，行星滚柱一般为单头螺纹，滚柱两端设置了螺纹齿，与内齿圈螺纹啮合，其传动原理 与行星轮系相似，丝杠类似太阳轮，滚柱作为行星轮，螺母作为齿圈，当丝杠旋转时，滚柱围绕丝杠作行星运动，同时通过螺旋 传动原理将丝杠旋转运动转化为螺母直线往复运动。

丝杠的核心参数是精度，JIS等级下数字越小精度越高

滚珠丝杠由螺杆、螺母、钢球、预压片、反向器、防尘器组成，是行业主流产品，主要参数包括公称直径、导程、长度、螺母形 式、精度。 按国内分类，精度等级有P1、P2、P3、P4、P5、P7、P10，日本、韩国，还有中国台湾省采用JIS等级，即C0、C1、C2、 C3、C5、C7、C10；欧洲国家的标准采用的是IT0，IT1， IT2，IT3，IT4，IT5，IT7，IT10。一般来说，普通机械采用C7， C10级，数控设备一般采用C5，C3级(C5较多，国内大部分数控机床都是C5级)，航空制造设备，精密投影及三坐标测量设备等 一般采用C3，C2精度。

行星滚柱丝杠较滚珠丝杠优势主要在于抗冲击力、承载力和寿命

滚柱是线接触，滚珠是点接触。行星滚柱丝杠载荷传递元件为螺纹滚柱，是典型的线接触；而滚珠丝杠载荷传递元件为滚珠，是点接 触。 滚柱丝杠抗冲击力更好，其轴向承载力高滚珠3~5倍以上。滚柱丝杠的螺纹滚柱替代滚珠将使负载通过众多接触点迅速释放，从而能 有更高的抗冲能力。行星滚柱丝杠机构综合了行星轮系、滚珠丝杠、滚针轴承的运动特点，通过在丝杠周围设置若干行星螺纹滚柱， 可大幅增加传动过程中丝杠副的受力接触面积，使机构可以承受更大的载荷和冲击，可靠性高，行星滚柱丝杠传动非常适合用于高速 重载工作的应用场合。 滚柱寿命更长，是滚珠的10倍以上。在同样体积的情况下，滚柱丝杠有更大的接触面积，将承载力平均分散在更大的表面。从而减 小了摩擦力并延长了使用寿命。 滚柱丝杠较滚珠噪音更小。滚珠丝杠内的珠子在辊道内需要在某一点上做方向切换，滚柱与主丝杠与同步做圆周运动，故滚柱丝杠拥 有更小振动和噪音。

我们预计全球滚珠丝杠市场空间约在100-150亿元，主要下游是机床

我们预计目前全球滚珠丝杠市场空间在100-150亿元，其中国内占比约20%。根据秦川机床22年定增募集说明书：预计 2022 年全 球滚珠丝杆市场规模有望达到 18.59 亿美元（约合136亿人民币），其中我国滚珠丝杆市场规模约为 27.7亿元。 丝杠下游主要是机床（占比50%+）、工业自动化、汽车。机床中的传动系统需要包括两道滚动直线导轨及一根滚珠丝杠副（一根 丝杠、一根螺母、多个钢球组合）来实现精确的移动。根据中国机床协会统计2022年中国机床消费额为274.1亿美元，我们假设按 照滚动功能部件在机床中价值量占比10%计算（考虑成形机床传动系统要求低于金切机床），其能够为滚动功能部件(包括丝杠+导 轨）提供的市场空间折合人民币为184亿元。

二、丝杠行业国产替代空间大，核心壁垒在于设 备&工艺know-how

滚珠丝杠头部企业多在欧洲和日本，高端市场国产化率低

从全球供应格局看，NSK、THK等CR5市场占有率达到约46%。 从国内供应格局看，上银+银泰合计市占率接近50%，NSK、THK合计占比15%。上银科技22年营收67亿元（导轨占比64%， 丝杠占比22%），毛利率37%，净利润10亿元。 从消费区域看，亚太地区是全球滚珠丝杠的主要市场。2020年亚太、欧洲、北美地区市场份额分别为49.5%、27.9%、15.7%。

滚柱丝杠海外全面领先国内，典型龙头有德国舍弗勒等，国内尚处于初始阶段

德国Schaeffler、美国Exlar、瑞士Rollvis、瑞典SKF 公司、日本NTN 株式会社等公司已经形成了相对成熟的行星滚柱丝杠产品 系统，并在其精度等级、润滑维护、应用平台等方面形成了一定的理论体系，基本在行星滚柱丝杠领域形成了技术垄断。 舍弗勒收购Ewellix，成为全球滚柱丝杠绝对龙头。舍弗勒是全球滚动轴承和直线运动产品的龙头企业（22年实现营收158亿欧元， EBIT9.74亿欧元）。舍弗勒于2022年7月24日以5.82亿欧元的价格收购瑞典企业Ewellix（全球领先的线性运动及驱动方案的供 应商，主要产品是驱动器、滚珠丝杠、滚柱丝杠等，2021年实现营收2.16亿欧元）。 目前国内厂家对行星滚柱丝杠的研制还处在初始阶段。虽然已有部分厂家能够形成小规模的生产，但是其生产出来的产品性能较 国外产品还有较大的差距。

磨削滚珠丝杠生产核心工序在于磨削，高端产品设备依赖进口

滚珠丝杠主要生产过程包括下料、粗车、粗磨、半精磨、车螺纹、精磨等工序，此外生产过程中还需要根据客户需要对工件去应力、 淬火、回火、校直、表面处理等工序。我们认为丝杠生产最核心的环节在于磨削，核心设备是磨床，磨床供应商较为知名的有日本三井，国产磨床设备和进口尚有较大差距。 滚珠丝杠生产涉及的核心设备有磨床，包括数控螺纹磨床、数控外圆磨床。经营磨床的相关公司有秦川机床、日发精机等。滚柱丝杠生产流程和设备大致和滚珠丝杠相同。

旋风铣替代磨削有望降本提效，带来PCBN刀具增量机会

磨削滚珠丝杠滚道粗加工方法又分为砂轮磨削（最常用的）、硬车削、旋风铣削。1）砂轮磨削：采用砂轮磨削磨制出90°V 型 槽，生产效率较低。2）硬车削：把淬硬材料的车削作为粗加工或最终加工、精加工的新工艺，通常采用高转速、大切深，金属切 除效率是磨削加工的3 倍多，优点是效率高，缺点是适用于长径比小的滚珠丝杠。3）旋风铣削：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，生产效率最高，缺点是适用于长径比较大的滚珠丝杠+高精度难做。 常用的砂轮磨削涉及到的设备为丝杠磨床或开槽磨床，后两种效率更高的工艺需采用CBN刀具及数控，车床。 旋风铣削最大的优点是效率高（理论上比传统加工效率最高可提高10倍），且对工人操作技术要求不高（所使用的是成型刀片）。 高效率的生产丝杠对未来机器人等市场降本意义重大。磨削的效率较低，生产周期在30-45天，因此高效率的生产对降本意义重 大。

报告节选：

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