2024年浙海德曼研究报告:精密车床顶尖品牌,多年深耕迎来星辰大海

  • 来源:国盛证券
  • 发布时间:2024/06/06
  • 浏览次数:1753
  • 举报
相关深度报告REPORTS

浙海德曼研究报告:精密车床顶尖品牌,多年深耕迎来星辰大海.pdf

浙海德曼研究报告:精密车床顶尖品牌,多年深耕迎来星辰大海。公司为高端精密数控车床专家。浙海德曼深耕数控机床30年,潜心打造高端产品体系,目前,公司已实现主轴、刀塔、尾座三大核心部件自主制造,已取得相关技术专利,并同时自主开发海德曼数控系统,推动国产替代新趋势。同时,公司积极拓宽销售渠道,从2023年起通过逐步扩大经销商比例,丰富原有的单一直销模式,进一步推动国产机床出海销售。2023年公司实现营业收入6.64亿元,同比+5.16%,实现归母净利润0.29亿元,同比-50.71%。机床是制造业基石,国内市场规模超4000亿。机床应用范围广、结构复杂。机床有工具机或工业母机之称,是制造业中不可或缺...

1 高端精密数控车床专家,引领国产替代

1.1 深耕数控机床 30 年,潜心打造高端产品体系

浙海德曼深耕数控机床 30年,潜心打造高端产品体系。公司前身华丰机床厂成立于 1993 年,主营仪表车床;2001 年向普及型数控车床转型,开启海德曼车床数控化时代;2004 年乔迁至玉环市普青新厂区;2006 年浙江海德曼机床制造有限公司正式成立,陆续推出 直线导轨式普及型数控车床,代表机型有 HCL300、HCL360 等;2008 年公司成立国贸 部,开始进军海外市场;2012 年公司第一台高端数控机床正式下线,实现核心功能部件 自研自制;2017 年主导起草的“浙江制造”之《精密数控车床和车削中心》标准通过了 专家评审和第三方机构体系及实物认证,该标准高于现行国家标准《数控车床和车削中 心检验条件》,Hi6000 并行复合加工机正式下线;2018 年公司开始建设新工厂沙门智能 制造产业园;2019 年高端数控车床 T55 机型荣获“浙江制造精品”称号,V 系列并行复 合加工机型正式下线;2020 年于科创板上市,并推出 T65MS 双主轴高端数控车床。目 前,公司积极拓宽销售渠道,从 2023 年起通过逐步扩大经销商比例,丰富原有的单一直 销模式,进一步推动国产机床出海销售。2023 年公司实现营业收入 6.64 亿元,同比 +5.16%,实现归母净利润 0.29 亿元,同比-50.71%,实现销售毛利率 26.8%,同比下 降 5.06pct,实现销售净利率 4.54%,同比下降 4.82pct。

公司致力于高端精密数控车床的核心制造和技术突破,车床产品结构完善。公司产品定 位“对标德日,替代进口”,致力于打造车/铣/磨一体化高端产品,车床产品精度以高精 度为引领,其主轴根部跳动精度已经达到 1 微米以下。目前,公司主要产品分为高端数 控车床、并行复合加工中心、自动化生产线、普及型数控车床四大类:

高端数控车床主要有排刀式数控车床、刀塔式数控车床: 1)刀塔式数控车床主要有 T85、T75、T65、T55、T50 等系列车床。该类产品配置电主 轴、伺服刀塔、伺服尾座和热补偿技术,其电主轴采用海德曼自主开发的高刚性、高精度核心部件,可以实现高精度“以车代磨”,并可适用于大切削量时的高刚性要求,满足 客户粗精加工集约化的要求。 2)排刀式数控车床主要有 T25、T35、T35B 系列车床,该类产品配置自制的高速、高精 度主轴部件,主要用于小型零部件的高精度和高速加工,尤其适用于有色金属的精密加 工以及黑色金属“以车代磨”的精密加工场合。

并行复合加工机系列产品包含 H 系列、V 系列,其中 H 系列采用卧式布局,主要包 括 Hi 系列以及 HTD 系列;V 系列采用立式布局,主要包括 VD 系列、VZ 系列、Vi 系列、Ve 系列。该类产品采用双主轴、双刀塔布局,在产品结构上配置自动化加工 接口,采用双通道数控系统进行多坐标、多轴控制,实现双通道独立加工或互相协 作加工。该产品主要用于复杂零部件的车削、铣削、钻孔、镗孔和攻丝等复合化、 并行化的高精度、高效率、自动化加工。

自动化生产线主要有一体式自动化生产线、集成式自动化生产线: 1)一体式自动化生产线适用于各种轴类、盘类等零部件的高效集约化加工,可以根据客 户要求配置自动检测、设备运行自动控制等功能,形成单体自动化加工单元,进而可联 接多台自动化加工单元,形成一体式自动化生产线。主要产品型号有 T35B-AUTO、T40- AUTO 和 T55-AUTO 等。 2)集成式自动化生产线由标准型高端数控车床、智能化物流系统、检测系统、防护清理 系统和智能化控制系统组成,能稳定高效地完成智能化制造,节约人力成本,提高产成 品精度和生产效率。

普及型数控车床主要有 HCL300A,具备工作效率高、稳定型强、性价比高的特点, 主要用于小型零部件的通用加工。公司产品线配置丰富,可以依据客户不同的具体 零部件的加工要求进行配置选择,实现最佳的性价比。

1.2 公司营收保持稳步增长态势,盈利能力持续走低

公司营收稳步增长,近两年归母净利润降速明显。2023 年实现营收 6.6 亿元,同比+ 5.16%,处于稳中有进的发展状态。营收持续增长主要受到国内市场与国外市场的双重 影响:国内市场上,一方面公司积极寻求新的战略性客户,在比亚迪公司实现了批量订 单,并行复合加工机系列产品在以汽车为代表的制造业形成批量销售势头,有效促进了 新签在手订单的持续增长,另一方面公司采取积极进取的销售措施,大力拓展省外市场, 推动了销售收入的增长;同时海外市场开拓态势良好,高端机销售实现大幅增长,海外 订单及交付增长明显。2023 年归母净利润为 0.29 亿元,同比-50.67%。公司自 2021 年 归母净利润承压主要系公司发展重心偏向技术创新和研发积累,加快产品的更新迭代, 持续加大研发和市场推广费用等方面的投入;同时募投项目全面投入使用,折旧与摊销 增长较快等因素导致。

公司盈利能力短暂承压,期待回暖。2023 年公司毛利率为 26.8%,同比-5.06pct,下降 幅度相对往年偏大。公司毛利率在行业内处于相对偏高水平,但近年营销策略调整,意 在促进高端机市场占有率,同时经销商比例增加,让利增加;公司压缩经济型库存,经 济型产品折价销售,故综合毛利率受到影响,持续走低。同时,公司净利率与毛利率变 化趋势相近,2023 年净利率为 4.54%,同比-4.82pct,净利率变化主要系沙门工厂全面 投入使用,运营成本以及资产折旧增长,销售部门加大促销力度导致销售费用提升所致。

费用率逐年小幅增长,研发投入迅猛增长。2023 年公司总费用达 1.5 亿,同比+13.28%, 费用率达 23.75%,同比+1.70pct,费用投入持续加大,费用率保持小幅正向增长。近 2 年费用率持续上升主要系沙门工厂投产,相关资产折旧增加导致;同时公司加大促销力 度,促进订单交易,造成了销售费用的较多增长。此外,公司近年在研发的投入上持续 发力,研发人员数量增加,研发费用与营业收入一同稳步增长,2023 年研发费用为 0.43 亿,同比+20.64%。在持续的研发投入支持下,公司的研发取得明显进展,在核心技术 以及产品结构转型上有较大突破,截至 2023 年公司新获授权专利 39 项,其中发明专利 5 项,实用新型专利 31 项,外观设计专利 3 项;获得国家级专精特新“小巨人”企业认 定称号。

业务布局持续优化,产品结构趋向高端化。目前公司主要销售产品为 T 系列高端数控车 床和自动化生产线,两种产品合计营收占比近年维持在 60%-82%。公司的产品结构逐 渐向高端化转型,优势资源向高端数控车床、自动化生产线、并行复合加工中心倾斜。 近 4 年,自动化生产线的营收占比稳定在 9%-15%,并行复合加工中心是公司实现再发 展的战略储备产品,经历近 4 年的推广和持续改进,于 2022 年在沙门基地进入批量生 产阶段,现已建立起满足批量生产要求的生产流程和体系,2023 年营收占比达 1.88%, 业务布局进一步优化。

1.3 深耕机械设备领域,管理层行业经验丰富

公司管理层架构清晰,管理经验丰富。公司现任董事长高长泉及董事郭秀华为夫妻关系, 自 1995 年公司设立即任公司管理层,多年深耕于机械设备行业,至今已有 29 年公司经 营管理经验及行业经验。公司现任副董事长兼董事高兆春为高长泉之子,为工商管理专 业硕士研究生学历,自 2019 年 9 月开始兼任高端机床与智能制造工程中心主任,具有 专业的技术知识以及丰富的管理知识储备。

1.4 股权结构集中,决策效率较高

公司股权结构较为集中。公司控股股东及实际控制人为高长泉、郭秀华及高兆春。高长 泉与郭秀华系夫妻关系,高兆春为高长泉、郭秀华夫妇之子。截至 2023 年年报情况,高 长泉直接持有本公司 1297.67 万股,持股比例为 23.94%,同时在玉环虎贲(持有公司 6.46%的股份)持有35.03%的股权并担任执行事务合伙人,在玉环高兴(持有公司4.02% 的股份)持有 27.31%的股权并担任执行董事、经理及法定代表人;郭秀华直接持有本公 司 660.42 万股,持股比例为 12.18%;高兆春直接持有本公司 933.58 万股,持股比例 为 17.22%。三位控制人合计控制公司 57.10%的股权,持股结构相对集中,对公司的控 制相对集中,有利于提升决策效率。

2 机床是制造业基石,国内市场规模超 4000 亿

机床应用范围广、结构复杂。机床有工具机或工业母机之称,是制造业中不可或缺的关 键工具,广泛应用在机械制造、汽车、电力设备、铁路机车、船舶、国防工业、航空航 天、石油化工、工程机械、电子信息技术工业等行业。机床通常由机械结构、传动系统、 控制系统和辅助装置组成,通过切削、成形、磨削和其他金属加工操作,制造各种工件 和零部件。 根据机床的控制方式的不同,分为数控机床和传统机床。数控机床是搭配数字控制 系统的自动化机床,按程序自动加工,加工精度可以由软件进行自动校准补偿,是 机电一体化的典型产品;传统机床是指以非自动化方式人工操作的机床。相较传统 机床,数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题,是一 种柔性化、高效化的自动化机床。 根据中国机床工具工业协会的统计分类标准,机床分为金属切削机床、金属成形机 床、木工机床、铸造机械等,其中金属切削机床是我国机床工具行业的重要组成部 分。 根据加工方式或加工对象差异,金属切削机床可分为车床、刨床、镗床、磨床、钻 床和铣床等。

车床是最常见的机床之一,主要用于加工各种旋转类工件。通过主轴高速旋转、刀具相 对移动来实现内外圆加工、钻孔、车螺纹、切断车槽、端面加工、车成形面等加工工艺。 车床的主要结构包括床身、主轴箱、交换齿轮箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾座等部分, 主轴箱中的主轴是车床的关键零件,主轴部件回转精度直接影响加工精度。 磨床是以磨料、磨具(砂轮、砂带、油石、研磨料)为工具进行磨削加工的机床。磨床 主要由床身、头架、内圆磨具、砂轮架、工作台、尾架等部分组成,大部分采用高速旋 转的砂轮进行磨削加工,适用于精加工和硬表面加工。

数控机床产业链上游主要分为主体零部件、功能部件、电气元件和数控系统四大部分。 从成本占比来看,数控系统成本占比约 30%。数控系统作为数控机床的“大脑”,一般 由控制系统、伺服系统和检测系统三部分组成,是决定高端数控机床性能、功能、可靠 性的关键因素。数控系统产品存在技术壁垒,市场被海外品牌占据。随着技术不断攻关, 国内头部企业与国外品牌在产品功能和核心技术上的差距正不断缩小,中高端系统国产 替代空间广阔,为我国核心制造装备的自主可控提供有力保障。

数控机床广泛应用于汽车行业、工程机械行业、模具以及航空航天工业等领域。数控机 床主要用于加工汽车发动机、新能源汽车电机、变速箱、底盘等零部件中轴、齿轮等典 型零件以及工程机械的液压及操作系统、变矩器系统、底盘系统等关键零件等等。在航 空航天及军事工业领域,数控机床最突出的应用是以车代磨技术和车铣复合加工技术。 根据前瞻产业研究院数据,汽车行业是机床的最主要应用领域,占比约 40%,而航空航 天工业、工程机械工业以及模具行业分别占比约 17%,10%,13%。

根据中商产业研究院数据,预计我国 2024 年数控机床行业市场规模将达到 4325 亿元。 我国数控机床行业在国家政策支持及企业不断创新下持续发展,产业规模持续扩大,稳 中向好。2019 年-2023 年以来,我国数控机床市场整体保持稳步增长态势。根据中商产 业研究院进一步预测 2024 年我国市场规模达到 4325 亿元,同比增长 5.75%。

我国数控机床行业竞争格局分散,市场集中度低。国内机床行业可以分为三个梯队。第 一梯队是以马扎克、德玛吉森精机为代表的外国企业,其实力较强,拥有技术优势,占 据高端市场;其次是国内龙头企业,包括海天精工,创世纪等,处于向高端机床转型的 过程,主要占据中端市场;第三梯队是占据中低端市场的国内众多中小企业。就技术实 力而言,我国机床产业大而不强,机床产品总体与海外性能差距较大,高端产品长期被 国外垄断,国产化率仅 6%。就市场份额而言,无论是国内排名靠前的机床企业还是外 国市场巨头,其市占率均比较低,如 2021 年创世纪市场份额仅 6%,山崎扎马克的市场 份额也仅 6%。2021 年中国数控机床市场收入 CR10 仅 38.4%。体现我国数控机床行业 市场格局的分散特征。

3 人形机器人产业奇点到来,精密车床是传动件必需设备

3.1 中美共振,人形机器人产业奇点到来

机器人行业已呈现 AI 发展&产业巨头&政策支撑三重共振特性,在产业起点积蓄力量。 多模态大语言模型的出现,代表人形机器人“大脑”层面难题取得突破。同时 2022 年以 来产业巨头陆续入局,中、美等国政策支持也相继推出,在三重共振下,人形机器人有 望形成类似于汽车、智能手机的全球性产业链。

第一:AI 技术发展。通用人工智能大模型是实现“具身智能”的关键一环,近年人工智 能快速发展,机器人装上“大脑“成为可能。机器人的大脑需要解决解理、决策、执行 三个层面的问题,以 ChatGPT3.5 为代表多模态大语言模型解决了机器人理解人类语言 和外部世界的问题;谷歌 RT-1 模型以图片序列、自然语言指令作为输入,是一种视觉语言模型(VLMs),展现了较强的泛化能力和鲁棒性,主要解决了前两个层面的问题;而 谷歌 RT-2 模型则是基于视觉-语言-动作模型(VLA)的端到端模型,加入了动作模态, 提高了机器人的泛化能力、涌现能力和策略的完成率。RT-2 已经足够具身化,将机器人 执行层的感知、任务拆解、硬件驱动实现了 AI 化。

第二:产业巨头入局。自特斯拉机器人亮相以来,全球产业巨头纷纷布局人形机器人领 域。特斯拉作为行业引领者,于 2022 年 9 月 30 日举办的 AI DAY 上首次公开展示人形 机器人;2023 年年初,三星向本土机器人厂商 Rainbow Robotics 投资 590 亿韩元,约 合人民币 3.19 亿元;2023 年 3 月,OpenAI 领投挪威机器人公司 1X Technologies;2023 年 5 月,NVIDIA 创始人黄仁勋表示下一波人工智能浪潮是具身智能(embodied AI); 谷歌在推出有 5620 亿参数的 PalM-E 模型后,其旗下 AI 团队 DeepMind 在 2023 年 6 月 20 日展示了用于机器人的 AI 智能体 RoboCat,并于 7 月发布机器人大模型 RT-2;2024 年 3 月,黄仁勋在机器人大会上公布其 GR00T 项目,推出人形机器人通用基础模型 Project GR00T 和一款基于 NVIDIA Thor 系统级芯片(SoC)的新型人形机器人计算平台 Jetson Thor。

第三:政策支持,中美共振。2022 年以来国内人形机器人相关政策频出,北京、上海、 深圳等地都出台了推动产业发展的地方性政策。2023 年 10 月,工信部印发《人形机器 人创新发展指导意见》,将人形机器人提升到与计算机、智能手机、新能源汽车同等的战 略高度,并表示人形机器人有望在 2027 年成为经济增长的新引擎。美国方面,2024 年 3 月,美联储半年度货币政策提出,未来几年美国可能快速采用人工智能和机器人等新 技术,有望提高生产力增长速度。

汽车装配线流水线工人未来高度短缺,人形机器人或大有可为。中国拥有全球规模最大、 增长最快速的新能源电动汽车市场,对员工的需求非常大,目前中国数十家电动汽车企 业员工超过 150 万人,相较之下,底特律三大车企在全球的员工总数为 61 万人。其中, 以比亚迪为例,截止 2022 年底,其企业员工总数已达 57 万人,其中生产人员占比接近 80%,学历为大专及以下的员工占比超 80%,生产人员中多为流水线作业工人,在如今 人口紧张和人口受教育程度普遍上移的情况下,可以预见在未来流水线工人是非常短缺 的。考虑到汽车装配线上仍有大量重复性的工作,比如安装汽车内饰、贴车标、给玻璃 窗打胶等,普通的工业机器人无法像人一样自由弯腰、下蹲来执行一些装配工作,相对 而言人形机器人很适用于汽车制造。

人形机器人进入汽车装配线已成行业共识,宝马工厂入驻 Figure 01 标志着人形机器人 和制造业合作的开端。Tesla 作为人形机器人领域的引领者,其中很重要的一个设想在于 用机器人替代 Tesla 汽车工厂的流水线工人,为此,其他机器人厂商纷纷跟进。宝马将 Figure 01 入驻到位于美国卡罗来纳州斯巴坦堡的工厂中,主要是将该机器人用于工厂的 无聊处理、组装辅助和质量控制等方面,Figure 01 与工业机器人相比具备更灵活、更先 进感应能力和强大人工智能能力,Figure 01 的人形设计和强学习能力适合执行多种任 务,从组件组装、品质检查到协助物流等,这标志人形机器人在制造业合作的新时代开 始。

Apollo 人形机器人引入梅赛德斯-奔驰车厂,优必选引入蔚来电动汽车装配线,各家车企 纷纷与人形机器人合作试验。梅赛德斯-奔驰希望减轻其工人的单调乏味、重复性任务和 体力要求高的工作量,引入 Apptronik 的 Apollo 机器人,这款模块化机器人是德克萨斯 大学奥斯汀分校衍生技术公司Apptronik开发的近12个机器人系统中的最新一个,Apollo 机器人在该车间执行的任务包括向工人运送组件和工具包、检查零件等。优必选发布的 工业版本人形机器人 Walker S 也进入到蔚来电动汽车装配线上,进行贴车标等一些更为 高级的人工作业,人形机器人替代人类多次重复性劳动在即。

3.2 线性执行器的关键是行星滚柱丝杠,丝杠国产化的前提是设备国产化

特斯拉人形机器人主要用反向式行星滚柱丝杠和梯型丝杠。丝杠将电机的旋转运动转换 为直线运动,控制机器人的各个关节,从而实现位置调整、姿态控制和负载传递等功能。 丝杠在人形机器人中主要作用是线性执行器,具有较高的传动效率和刚性,能够提供大 的力矩和负载承重能力,更好地模拟人体关节活动。在特斯拉人形机器人中,其线性执 行器就采用了反向式行星滚柱丝杠和梯形丝杠。

使用数量:梯型丝杠通常用于机器人的手腕部位,每个手腕 2 个,即每个机器人 4 个。而行星滚柱丝杠主要用于机器人的大臂、大腿和小腿等部位,每侧大臂 1 个、 大腿 2 个、小腿 2 个,两侧合计就是 10 个。这些部位通常需要承受较大的负载, 因此需要具备较高的刚性和传动效率。行星滚柱丝杠通过丝杠与滚柱的齿轮啮合来 实现传动,具有较高的承载能力和刚性,适用于大力矩传递和高负载环境。因此, 1 个机器人合计需要用到 4 个梯形丝杠和 10 个行星滚柱丝杠。

价值量:就丝杠的价值量来看,梯型丝杠目前的价格约 100 元/副,行星滚柱丝杠的 价格相对较高、需要进口,目前约为 10000 元/副。我们预计未来设备国产化、技术 进步、叠加需求提升和规模效应背景下,梯型丝杠价格有望降低至约 50 元/副,行 星滚柱丝杠降低至约 1000 元/副。

丝杠部件加工难度高,对设备要求高。丝杠制造难度大,这也是制约其国产化的重要因 素之一。丝杠有淬硬丝杠和不淬硬丝杠两种,前者的耐磨性较好,能较长时间保持加工 精度,但加工工艺复杂,必须有高精度的螺纹磨床和专门的热处理设备,而后者只需要 精密丝杠车床。丝杠是细长柔性轴,刚性较差,结构外形复杂,有很高的螺纹表面要求, 还有阶梯、沟槽等,所以,在加工过程中易出现变形,因此对加工工艺的要求很高。而 螺母的内螺纹要求与丝杠外螺纹精确匹配,对精度的要求同样还很高。加工难点: (1)对外圆和螺纹需要分多次加工,逐步减少切削量,从而逐步减少切削力和内应力, 减少加工误差,提高加工精度。 (2)每次粗加工外圆及粗加工螺纹后都要进行时效处理,以便消除内应力。丝杠的精度 要求越高,时效处理的次数也越多。 (3)每次时效处理后都要重新打中心孔或修磨中心孔,以修止时效处理时产生的变形; 并除去氧化皮等,使加工有可靠而精确的定位基面。 (4)每次加工螺纹前,先加工丝杠外圆(切削量很小),然后以丝杠外圆和两端中心孔 作为定位基面加工螺纹,逐步提高螺纹加工精度。

丝杠加工工艺类型: (1)冷轧:优势是简单,步骤短,但是采用冷加工工艺、用模具压出,精度偏低,仅能 达到 P7 级别,因此一般不满足人形机器人丝杠的要求。 (2)旋风铣:旋风铣是刀盘带动刀具作高速旋转运动,工件缓慢轴向进入,刀具作径向 深入切削。优点是生产效率高,并能达到一定的精度(P3 级,截形轮廓精度±5μm,圆 柱度 5μm,表面粗糙度值 Ra=0.4μm)。对应的设备为旋风铣床。 (3)硬车:又称之为以车代磨,其采用螺纹滚道硬车削技术,生产速度快、加工效率高, 但是精度没有磨床的精度高。对应的设备为车床。 (4)砂轮磨削:以先车后磨的方式进行加工制造生产,先把原材料车削到一定精度,再 用专用丝杆磨床先粗磨再精磨到所需要的尺寸。这种加工方式优点是精度高,可以达到 P1 级别,足以满足人形机器人的精度需要。

梯形丝杠制造流程大致分为“冷拔→滚花→铣丝→校正→钻孔→切断→倒角”,采用旋风 铣削丝杠设备,解决以往车削加工工艺产生的问题。梯形丝杠开始采用车削加工,工艺 路线包括“冷拔→滚花→车螺纹→校正→钻孔→切断→倒角”,但是这种加工方式效率低 下、成本高。并且由于小圆钢刚度低,车削、滚花时容易变形,不能生产小号螺轮。为 此旋风铣削丝杠设备被设计出来,不仅可以提高转速,还能够将铣丝、滚花一次完成。 改进后的工艺减小了表面粗糙度,减少由切削力引起的震动,但是增加了小径工件螺距 累积误差(大径工件变形较小)。

行星滚柱丝杠的制造:核心难点在于螺母内螺纹加工,对应的核心设备为螺纹磨床。反 向式行星滚柱丝杠的螺母很长、还是内螺纹,加工时还需要有一个螺旋升角,砂轮伸进 去磨,精度很难控制。因为砂轮是单边支撑,螺母越长,砂轮就越要往里面走,砂轮伸 得越长、抖动越厉害,对刚性的要求也就越高,很细微的抖动,那么误差都达到微米级 别,所以螺母越长,其精度越难控制。反向式行星滚柱丝杠与其他类型的丝杠差别很大, 因此需要定制化的专机磨床。从加工上看,由于行星滚柱丝杠依靠零件间的螺纹啮合实 现传动功能,其螺纹的加工精度将直接影响系统的传动精度、使用寿命、与平稳性,而 磨削是高精度丝杠螺纹的主要加工方法,磨削的实质是砂轮的表面有很多磨粒划擦、刻 划和切削工件表面,使用螺纹磨床高速旋转的成型砂轮对加工工件表面进行高速磨削, 因此,高精度磨床设备成为了行星滚柱丝杠加工生产的核心要素。

进口丝杠价格高、海外加工设备价格高&交付周期长,因此设备国产化是必然趋势。行 星滚柱丝杠价格高、制作难度大,此前需求不大,一般为进口。但是进口价格目前为 1+ 万元/副,成本高昂,难以满足人形机器人量产的成本要求,因此国内企业纷纷希望自行 生产行星滚柱丝杠。然而,国内企业自行生产,需要进口相关的螺纹磨床,海外螺纹磨 床价格非常高,一般为 100-200 万欧元/台,并且是定制化磨床。一开始量不大、又是定 制,国外企业产能有限,供货的意愿不强。此外,国外厂家的销售模式是以销定产,客 户下单后,通常需要 2 年以后才能拿到设备,生产交付周期很长,未来很难满足人形机 器人的量产需求。 对比下游丝杠、磨床领域,硬车领域的竞争格局更优。在人形机器人丝杠领域,主要参 与企业是北特科技、新剑、贝斯特、五洲新春、恒立液压,各方均有优势,未来均有望 获取一定份额。在磨床领域,主要参与企业为华辰装备、日发精机、秦川机床等。而在 硬车领域,目前国内布局领先的是浙海德曼,未来有望率先且深度受益于人形机器人的 量产。

人形机器人丝杠带来的螺纹磨床空间测算:人形机器人有望带来近百亿的高精度螺纹磨 床增量需求。我们对人形机器人带来的高精度磨床的市场增量进行测算,假设单台机器 人需要行星滚柱丝杠 10 套,行星滚柱丝杠三个主要部件螺母、螺杆、滚柱(一般一套为 6-8 根)需要内螺纹磨床、外螺纹磨床、外圆磨床、内圆磨床等 4 种不同类型的磨床,各 磨床之间难以通用,假设该 4 种磨床合计每天生产行星滚柱丝杠数量为 25 套,一年有 效工作天数为 300 天,平均单台磨床价值量按 150 万元计算,预计 100 万台人形机器人 将带来 80 亿的高精度磨床设备需求增量。

3.3 旋转执行器的关键是减速器,核心设备为车床、磨床

旋转执行器是机器人普遍采用的执行器,适用在机器人关节处,核心是减速器。机器人 躯干的执行器通常有旋转执行器和线性执行器两类,其中旋转执行器的应用更为普遍, 许多机器人本体甚至采用全旋转执行器的方案。旋转执行器位于机器人关节处,由电机 +减速器等构成,其中电机多采用无框力矩电机,减速器则存在不同方案的讨论。特斯拉 在 AI DAY 上展示了六种躯干执行器,其中旋转执行器分别有 20Nm/110Nm/180Nm 三 种力矩等级,对应小/中/大三种功率。

常有的精密减速器有行星减速器、摆线针轮减速器、谐波减速器、RV 减速器等,其中谐 波减速器是人形机器人性能最优的方案。常用的工业精密减速器有行星减速器、摆线针 轮减速器、谐波减速器、RV 减速器等,其中 RV 减速机由一个行星齿轮减速机的前级和 一个摆线针轮减速机的后级组成,是在传统针摆行星传动的基础上发展而来。工业机器 人通常采用谐波减器(如 6 轴工业机器人第 4、5、6 关节)与 RV 减速器(如 6 轴工业 机器人第 1、2、3 关节),而人形机器人通常采用谐波减速器与行星减速器。谐波减速器 传动比大、重量体积小,搭配力矩传感器可以实现精确的力控,是性能更出色的方案, 但成本较高;行星减速器传动比较小,相同力矩要求下重量与体积均大于谐波减速器, 这将限制其在人形机器人大部分关节的使用,但其传动刚度较高,可适用于电机自带的电流环力控,降低了传动与力控环节的成本。

谐波减速器由波发生器、柔轮和刚轮三大零部件组成。其通过柔轮变形产生的周期性波 动来实现刚轮轮齿与柔轮轮齿之间的少齿差内啮合,从而完成运动与动力的传递。具体 来说,当波发生器装入柔轮内圆时,迫使柔轮产生弹性变形而呈椭圆状,使其长轴处柔 轮齿轮插入刚轮的轮齿槽内,成为完全啮合状态,而短轴处两轮轮齿完全不接触,处于 脱开状态,当波发生器连续转动时,迫使柔轮不断产生变形并产生了错齿运动,从而实 现波发生器与柔轮的运动传递。由于谐波减速器精度极高,因此其每一个环节都需要高 水平的技术支持。1)柔轮:采用 40Cr 合金钢制造,例如 40CrMoNiA、40CrA,目前柔 轮材料还依赖从国外进口;2)钢轮:多采用球墨铸铁制造,能够提供良好的韧性、耐磨 性;3)波发生器:由柔性轴承与椭圆形凸轮组成,目前国内谐波减速器厂商已经开始加 速轴承的国产化进程。

谐波减速器零部件加工重点在于轴承的加工、柔轮外齿加工、刚轮内齿加工:轴承加工 主要包括车加工、热处理、磨削加工几道工序;齿轮加工工艺流程中,齿坯经过滚、插、车、剃等加工,以及热处理后为了消除存留的齿形误差而进行的以磨齿、强力珩齿为主 的精加工。谐波减速器齿轮加工也采用此方法,其柔轮工艺路线为“下料→化验→锻造 →正火→粗车→调质→精车→探伤→滚齿→时效”,刚轮加工工艺为“下料→粗车→调质 →精车→插齿”。

行星减速器主体包括行星支架、行星轮、太阳轮。行星减速器的核心工序与谐波减速器 类似,但精度要求略低于谐波,主要为滚齿、车齿、插齿、内圆磨削、端面磨削等,对 应设备为滚齿机、车齿机、插齿机、内圆磨床、端面磨床等。在行星减速器的制造过程 需要实现内圆磨削和端面磨削等,可行的方式是使用硬车、磨床高速旋转对工件表面进 行高速磨削。

4 公司核心技术能力强劲,产品向高端化、多元化推进

浙海德曼不断夯实核心技术,提升公司竞争力。海德曼的发展战略是致力于车床领域发 展,引领车削技术创新。公司专门从事高端数控车床生产,掌握了数控车床三大核心技 术,即主轴技术、伺服刀塔技术、伺服尾座技术,并实现了主轴部件、伺服刀塔部件、 伺服尾座部件自主化。2022 年,公司在核心技术方面取得了新的进展。设计完成了 HTD500/400、VZ8000 高端数控车床,完成了与之对应的电主轴部件、伺服刀塔部件、 伺服尾座、车铣复合技术等的设计和攻关。尤其是公司在车床 Y 轴技术方面的突破,使 得公司在复合化技术方面迈出了一大步。大功率/大扭矩同步电主轴、大规格伺服动力刀 塔、大规格伺服尾座等核心部件的开发成功,进一步完善和扩展了公司的核心技术平台, 丰富了 T 系列高端数控车床型谱和规格,拓展了公司产品的市场空间,提升了公司的产 品竞争力。

加强产品开发并优化产品结构,高端车床增长迅速。海德曼加大优化产品结构的步伐, 继续向高端数控车床系列产品倾斜要素资源,近年来高端系列产品销售占比显著提高。 随着产品结构的继续优化,以 T 系列高端数控车床、自动化单元、并行复合加工机为代 表的高端数控车床系列销售将占据较大优势,公司的品牌影响力持续提升。

坚持自主研发理念,形成有效研发机制。海德曼近年来不断增加研发投入,并设立公司 研发中心负责项目开发、技术革新和产品、基础技术、新项目及新工艺的开发。目前, 海德曼已建立了一支高素质、高效率、经验丰富的技术研发队伍,并采用自主开发为主, 校企合作、中外联合开发为辅的研发模式,按项目管理(PM)和产品生命周期管理(PLM) 等方法,结合行业特点,对研发过程进行设计并优化。研发中心在广泛收集产品的市场 定位和需求情况下,根据公司产品和生产能力形成可行性报告,组织评审团评审,评审 通过后予以立项。研发中心制定研发计划,并根据需要开展阶段评审,提出可行意见和 建议。完成设计理论验证后,研发中心会同生产部门进行产品试制。新产品研制完成后, 对设计和开发的产品进行确认,以确保产品能够满足规定的使用要求。达到研发和生产 双重标准后进入量产阶段。

精益求精,海德曼产品在同业竞争中优势明显。选择可比公司最大加工直径与 T55 机型 相近的几款机型做技术参数对比。海德曼主力机型 T55,加工能力与可比公司的同类产 品相近;采用体积小、转矩大、精度高的自主开发的同步电主轴,主轴性能高于可比公 司;自主开发生产的刀塔换刀时间更短,加工效率更高;进给速度、加工精度各项技术 参数也高于可比公司同类产品。

加快销售渠道拓展,健全公司销售网络。公司销售部依据公司的战略目标和销售方针, 以顾客和市场为导向,建立了完善的市场营销体系和客户服务网络。公司拥有一支年轻 优秀的营销团队,销售模式上采用直销模式与经销商模式并举,省外及海外以经销为主, 省内以直销为主,代理销售为辅。 公司采取直销和分销两种销售模式。(1)直销模式:直销模式即公司与客户直接签订合 同获得产品订单。公司通过积极参与行业内各种展销会、网络媒介宣传等渠道拓展客户, 以直接获取产品订单。公司的国内市场大部分产品是通过直销模式进行销售。(2)经销 模式:经销模式主要通过与公司有良好合作的经销商向最终客户销售。公司部分产品的 销售通过经销模式进行。海外市场目前均以经销商模式为主。

编辑:火腿肠
  • 相关标签
  • 相关专题
  • 热门文档
  • 热门文章
  • 本年热门
  • 本季热门
  • 本月热门
  • 本年热门
  • 本季热门
  • 本月热门
分享至