一、絲杠為機(jī)械傳動核心部件，在工業(yè)母機(jī)+人形機(jī)器人+汽車三大下游齊發(fā)力下空間可能“超預(yù)期”
絲杠是一種將回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動，或?qū)⒅本€運(yùn)動轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動的理想的產(chǎn)品，為機(jī)械傳動核心部件。在工業(yè)領(lǐng)域，絲杠憑借其高傳動效率、高精度、高轉(zhuǎn)速以及出色的軸向剛度，已成為數(shù)控機(jī)床、半導(dǎo)體制造、精密磨床等關(guān)鍵設(shè)備不可或缺的驅(qū)動核心。估計在工業(yè)母機(jī)+人形機(jī)器人+汽車三大下游齊發(fā)力下，工業(yè)母機(jī)+人形機(jī)器人+汽車三大下游齊發(fā)力下。
1、工業(yè)母機(jī)：國產(chǎn)化率低，自主可控成長空間較大
在工業(yè)母機(jī)領(lǐng)域，絲杠與導(dǎo)軌配套使用，其精確定位和穩(wěn)定性對于實現(xiàn)工件的高精度加工和定位至關(guān)重要。例如，在五軸數(shù)控機(jī)床中，每個線性軸都需要搭配一根滾珠絲杠和兩根導(dǎo)軌，這進(jìn)一步推動了滾珠絲杠市場的需求。單臺五軸數(shù)控機(jī)床中絲杠的價值量約為3000元。
根據(jù)觀研報告網(wǎng)發(fā)布的《中國??絲杠??行業(yè)發(fā)展趨勢分析與投資前景研究報告（2025-2032年）》顯示，工業(yè)母機(jī)又稱機(jī)床，就是指制造機(jī)器的機(jī)器，是對金屬或其他材料的坯料或工件進(jìn)行加工，使之獲得所需形狀、尺寸和表面質(zhì)量的機(jī)器；是制造機(jī)器和機(jī)械的機(jī)器，又稱工具機(jī)，主要有車床、銑床、刨床、鉆床、鏜床、磨床、制齒機(jī)等。
工業(yè)母機(jī)是制造業(yè)的基礎(chǔ)和搖籃，是衡量裝備制造業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志，對于推動我國制造業(yè)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。我國是全球制造大國，2023年制造業(yè)增加值達(dá)到33萬億元，占世界的比重穩(wěn)定在30%左右，規(guī)模連續(xù)14年居世界首位。龐大的制造業(yè)規(guī)模為工業(yè)母機(jī)行業(yè)發(fā)展提供了有力支撐。
我國機(jī)床行業(yè)在1949 年前后進(jìn)入起步階段，經(jīng)過七十余年的發(fā)展，目前形成了完備的機(jī)床產(chǎn)業(yè)體系，且已成為全球最大機(jī)床生產(chǎn)和消費國。數(shù)據(jù)顯示，2023年我國金屬切削機(jī)床產(chǎn)量到61.3萬臺，同比增長6.92%；金屬成形機(jī)床產(chǎn)量15.1萬臺。
數(shù)據(jù)來源：公開數(shù)據(jù)，觀研天下整理
高端機(jī)床的國產(chǎn)化率不足10%，未來仍有較大的提升空間。例如在核心功能部件中，主軸、擺頭、轉(zhuǎn)臺等部件考慮打造定制化/差異化能力，主機(jī)廠傾向于逐步發(fā)展為自制，但數(shù)控系統(tǒng)、滾動功能部件、軸承等由于制造難度高/規(guī)模化效應(yīng)明顯，即使科德數(shù)控、紐威數(shù)控等企業(yè)已具有較大規(guī)模仍傾向于繼續(xù)外采。因此，現(xiàn)階段，國內(nèi)絲杠技術(shù)水平較國外發(fā)達(dá)國家仍存一定差距。
同時，受到工業(yè)結(jié)構(gòu)升級影響，下游市場對于機(jī)床特別是數(shù)控機(jī)床的加工精度、效率、穩(wěn)定性等核心指標(biāo)提出了更高的要求，將推動高端機(jī)床需求進(jìn)一步增長。在此背景下，國產(chǎn)高端機(jī)床面臨廣闊的發(fā)展空間。未來，在機(jī)床行業(yè)利好政策推行，疊加我國高端機(jī)床研發(fā)和技術(shù)水平不斷提升，高端機(jī)床國產(chǎn)替代有望進(jìn)一步加速，屆時將為絲杠行業(yè)帶來更多增長空間。
2、人形機(jī)器人即將量產(chǎn)，絲杠行業(yè)有望快速發(fā)展
在人形機(jī)器人中，絲杠同樣用作線性執(zhí)行器以完成雙足、手臂的驅(qū)動，且被大量的運(yùn)用。以特斯拉 Optimus為例：特斯拉Optimus 機(jī)器人全身 14 個線性關(guān)節(jié)采用行星滾柱絲杠。線性執(zhí)行器分別位于肘部 2 個、腕部 4 個、大腿前后 4 個和小腿 4 個。肘部和小腿使用負(fù)載3900Nm的中型行星滾柱絲杠，腕部使用負(fù)載 500Nm 的小型絲杠，大腿使用負(fù)載8000Nm的大型絲杠，其中部分采用了反向式行星滾柱絲杠。
當(dāng)前由于技術(shù)和生產(chǎn)成本高等原因限制，目前我國人形機(jī)器人尚未實現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用，正處于從實驗室研發(fā)到產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵時期。未來，隨著技術(shù)進(jìn)步、生產(chǎn)成本降低以及利好政策推動，我國人形機(jī)器人行業(yè)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程有望加速推進(jìn)，并實現(xiàn)快速放量。根據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測，2023—2030年我國人形機(jī)器人市場若按年均復(fù)合增長率 30%測算，到 2030 年，我國人形機(jī)器人市場規(guī)模有望達(dá)約 8700 億元。屆時我國絲杠行業(yè)也有望迎來進(jìn)一步增量空間。
目前人形機(jī)器人用行星滾柱絲杠單價為萬元級別，成本極高，預(yù)估后續(xù)的降本路徑大概為：送樣階段（萬元級別/套）→小批量生產(chǎn)（幾千元/套）→大批量生產(chǎn)（1-2千元/套）。預(yù)計批量量產(chǎn)后單臺機(jī)器人關(guān)節(jié)絲杠價值量占比約15%-25%左右，是機(jī)器人各零部件中價值量占比最高的環(huán)節(jié)之一，若后續(xù)機(jī)器人靈巧手部位也采用微分行星滾柱絲杠，則價值量占比有望進(jìn)一步提升。
3、汽車智駕升級線控化大勢所趨，市場需求有望大幅提升
在汽車領(lǐng)域，智能駕駛進(jìn)一步強(qiáng)化了對底盤的要求，線控轉(zhuǎn)向、線控制動、主動懸架等場景需要更智能、響應(yīng)速度更快的線性執(zhí)行器，以電機(jī)+絲杠+傳感器構(gòu)成的線性執(zhí)行器需求有望大幅提升。
2024年被業(yè)界公認(rèn)為汽車智能化元年，開啟“電動化”之后的汽車業(yè)變革“下半場”——智能化。一年以來，汽車智能水平穩(wěn)步提升，L2級輔助駕駛功能已下沉至10萬元級車型。各家車企在智能化技術(shù)方面都加大投入，加快推進(jìn)高階智能、智駕和大模型技術(shù)的普及和應(yīng)用。數(shù)據(jù)顯示，2024年上半年中國汽車L2級以上的新乘用車滲透率已經(jīng)達(dá)到了55.7%，業(yè)界預(yù)計全年智能網(wǎng)聯(lián)汽車的銷售將超過1700萬輛，L2級新乘用車滲透率也會超過60%，而2023年這一滲透率是47.3%。而超越50%關(guān)鍵節(jié)點，意味著汽車智能化的趨勢勢不可擋。
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當(dāng)前我國汽車制造領(lǐng)域已經(jīng)實現(xiàn)生產(chǎn)智能化和高度自動化，汽車作為國民經(jīng)濟(jì)重要的支柱產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)業(yè)鏈條長、輻射范圍廣、拉動效應(yīng)強(qiáng)，除了整車制造，向上可延伸至汽車零部件制造業(yè)和零部件制造相關(guān)的其他基礎(chǔ)工業(yè)；向下可延伸至服務(wù)貿(mào)易領(lǐng)域，包括汽車銷售、維修、金融等服務(wù)，是新一輪產(chǎn)業(yè)革命的重要抓手，有力推動“中國制造”向“中國智造”邁進(jìn)。
隨著汽車智能化發(fā)展，電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電子駐車系統(tǒng)、線控制動系統(tǒng)等汽車零部件的滲透率有望持續(xù)提升，進(jìn)一步抬升絲杠市場空間。
電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）：隨著新能源汽車對續(xù)航里程的需求持續(xù)提升，齒條式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（R-EPS）有望憑借大扭矩推力、高傳動效率持續(xù)提升滲透率，從而提升絲杠在電能源汽車中的應(yīng)用。
電子駐車系統(tǒng)（EPB）：當(dāng)前 EPB 制動鉗主要包括螺紋轉(zhuǎn)動及滾珠絲杠傳動，其中滾珠絲杠傳動在傳動效率、運(yùn)行平穩(wěn)性、使用壽命等方面更具優(yōu)勢，多用于中高端車型。滾珠絲杠將受益于 EPB 滲透率及滾珠絲杠在 EPB 中的滲透率提升。
線控制動：從傳動原理來看，電子機(jī)械制動系統(tǒng)（EMB）與電子液壓制動系統(tǒng)（EHB）均使用滾珠絲杠以獲得結(jié)構(gòu)緊湊、高精度、低噪音等優(yōu)勢。
二、滾珠絲杠是目前應(yīng)用最廣泛的絲杠產(chǎn)品，中低端市場已有突破
絲杠根據(jù)摩擦特性可分為滑動絲杠、滾動絲杠及靜壓絲杠，其中滾動絲杠根據(jù)載荷傳遞元件的區(qū)別，分為滾珠絲杠和滾柱絲杠。目前常見的絲杠產(chǎn)品包括滑動絲杠、滾珠絲杠、行星滾柱絲杠等。其中滾珠絲杠是目前應(yīng)用最廣泛的絲杠產(chǎn)品，在數(shù)控機(jī)床有大量應(yīng)用，其精度高，傳動效率高，市場占比約61%。
常見的絲杠產(chǎn)品性能對比情況
| 指標(biāo) | 滑動絲杠 | 滾珠絲杠 | 行星滾柱絲杠 |
| 傳動效率 | 低，僅26%-24% | 高，可達(dá) 92%-98%，濃珠絲杠可顯著節(jié)能 | 較高，摩擦力較小時可達(dá)90% |
| 轉(zhuǎn)速 | 慢，滑動摩擦發(fā)熱嚴(yán)重，一般轉(zhuǎn)速不超過3000RPS | 較快，點接觸滾動摩擦熱效應(yīng)小，額定轉(zhuǎn)速在3000-5000RPS | 快，線接觸滾動摩擦熱效應(yīng)小且承載力強(qiáng)，轉(zhuǎn)速可達(dá) 6000RPS |
| 導(dǎo)程精度 | 低，品質(zhì)參差不齊 | 較高，受滾珠直徑限制，常為毫米級的滾珠絲杠 | 高，可通過調(diào)整螺紋頭數(shù)等因素使導(dǎo)程達(dá)到更小的微米級 |
| 使用壽命 | 短，滑動摩擦對元器件的損傷大 | 長，滾動摩擦損傷小，保持清潔、潤滑即可 | 很長，是滾珠絲杠的10倍以上，荷載運(yùn)動可達(dá)1000萬次以上 |
| 微進(jìn)給 | 難以實現(xiàn)，滑動運(yùn)動存在爬行現(xiàn)象 | 可實現(xiàn)，滾珠運(yùn)動的啟動力矩小 | 可實現(xiàn)，滾柱運(yùn)動的啟動力矩小 |
| 自鎖性 | 有，與導(dǎo)程角大小和工作面粗糙度有關(guān) | 無，需加裝制動裝置 | 無，需加裝制動裝置 |
| 國產(chǎn)化率 | 充分 | 達(dá)60%以上 | 仍處于起步階段 |
資料來源：公開資料，觀研天下整理
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滾珠絲杠，又名滾珠絲杠副，是工業(yè)精密機(jī)械中常用的傳動元件，為螺母運(yùn)動的導(dǎo)向軸，其表面具有螺紋，滾珠在螺紋內(nèi)運(yùn)動。
近年來，國家及各地方政府不斷推行相關(guān)政策，促進(jìn)高端裝備制造業(yè)發(fā)展，為滾珠絲杠行業(yè)發(fā)展提供大力支持。例如2023 年 6 月，工信部等五部門印發(fā)《制造業(yè)可靠性提升實施意見》，提出要重點提升工業(yè)母機(jī)用滾珠絲杠、導(dǎo)軌、主軸、轉(zhuǎn)臺等機(jī)械器件，農(nóng)業(yè)機(jī)械及工業(yè)機(jī)器人的關(guān)鍵專用基礎(chǔ)零部件和高端軸承、精密齒輪、高強(qiáng)度緊固件、高性能密封件等通用基礎(chǔ)零部件的可靠性水平。
滾珠絲杠相關(guān)政策
| 時間 | 相關(guān)部門 | 政策文件 | 主要內(nèi)容 |
| 2022年1月 | 安徽省人民政府辦公廳 | 《安徽省“十四五”科技創(chuàng)新規(guī)劃》 | 支持高性能軸承、型密封件、高端泵閥、先進(jìn)傳動件、高端液壓氣動件、智能傳感器、滾珠絲杠、線性導(dǎo)軌、高精度模具、自動變速箱等核心零部件攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)化。開展先進(jìn)基礎(chǔ)制造工藝與技術(shù)的研究和應(yīng)用。 |
| 2022年6月 | 深圳市人民政府 | 《深圳市莞寓發(fā)展壯大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)集群和培育發(fā)展未來產(chǎn)業(yè)的意見》 | 聚焦數(shù)控機(jī)床、鋰電池制造裝備、半導(dǎo)體制造裝備、顯示面板制造裝備等重點領(lǐng)域，突破主軸、絲杠導(dǎo)軌等關(guān)鍵零部件制造技術(shù)，加強(qiáng)裝備數(shù)字化技術(shù)攻關(guān)，建設(shè)新型顯示技術(shù)智能裝備總部基地、集成電路檢測裝備研發(fā)及生產(chǎn)基地等重點項目，支持寶安、龍華等區(qū)建設(shè)集聚區(qū)，增強(qiáng)工業(yè)母機(jī)對先進(jìn)制造業(yè)的基礎(chǔ)支撐能力。 |
| 2023年2月 | 工信部等七部門 | 《智能檢測裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃（2023-2025年）》 | 到 2025 年，智能檢測技術(shù)基本滿足用戶領(lǐng)域制造工藝需求，核心零部件、專用軟件和整機(jī)裝備供給能力顯著提升，重點領(lǐng)域智能檢測裝備示范帶動和規(guī)模應(yīng)用成效明顯，產(chǎn)業(yè)生態(tài)初步形成，基本滿足智能制造發(fā)展需求。 |
| 2023年4月 | 工信部等三部門 | 《關(guān)于推動鑄造和鍛壓行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見》 | 到 2025 年，鑄造和鍛壓行業(yè)總體水平進(jìn)一步提高，保障裝備制造業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈安全穩(wěn)定的能力明顯增強(qiáng)。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)更趨合理，產(chǎn)業(yè)布局與生產(chǎn)要素更加協(xié)同。 |
| 2023年6月 | 工信部等五部門 | 《制造業(yè)可靠性提升實施意見》 | 重點提升工業(yè)母機(jī)用滾珠絲杠、導(dǎo)軌、主軸、轉(zhuǎn)臺等機(jī)械器件，農(nóng)業(yè)機(jī)械及工業(yè)機(jī)器人的關(guān)鍵專用基礎(chǔ)零部件和高端軸承、精密齒輪、高強(qiáng)度緊固件、高性能密封件等通用基礎(chǔ)零部件的可靠性水平。 |
| 2024年3月 | 山西省人民政府辦公廳 | 《山西省 2024 年經(jīng)營主體深化年行動方案》 | 布局創(chuàng)新鏈、完善供應(yīng)鏈、配置要素鏈、健全產(chǎn)業(yè)鏈，發(fā)展壯大高端裝備制造、電子信息、現(xiàn)代消費品、廢棄資源綜合利用等戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)。 |
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受益于自動化生產(chǎn)需求增加及高端制造業(yè)的快速發(fā)展，我國球滾珠絲杠行業(yè)市場規(guī)模穩(wěn)定增長。數(shù)據(jù)顯示，2023年我國滾珠絲杠行業(yè)市場規(guī)模約為 31億元，同比增長 10.71%。在2016-2023 年期間，年復(fù)合增長率為 9.18%。
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目前我國大陸廠商在國內(nèi)滾珠絲杠中低端市場已有突破，高端市場國產(chǎn)化率仍有巨大上升空間。中國大陸廠商在國內(nèi)中端滾珠絲杠市場份額為 30%、高端產(chǎn)品市場份額 5%。德國力士樂，日本 THK、NSK 等海外企業(yè)在我國中端滾珠絲杠市場份額為 30%，高端產(chǎn)品市場份額為 90%。
三、行星滾柱絲杠市場規(guī)模相對較小，未來人形機(jī)器人有望打開市場空間
與滾珠絲杠產(chǎn)品相比，目前我國行星滾柱絲杠市場規(guī)模相對較小，相關(guān)制造廠商相對較，較為依賴進(jìn)口。未來人形機(jī)器人有望打開市場空間。目前，特斯拉人形機(jī)器人在肘部、手腕、髖部、膝蓋、腳踝預(yù)計共使用 10-14 個反向式行星滾柱絲杠。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)測，假設(shè)人形機(jī)器人（以特斯拉人形機(jī)器人為代表）使用 14 個行星滾柱絲杠，考慮規(guī)模生產(chǎn)、技術(shù)更新迭代等因素，均價從 2026 年的 6060 美元逐漸下降至 2030 年的 1079 美元（每年下降 25%），預(yù)計 2030 年特斯拉人形機(jī)器人用行星滾柱絲杠市場規(guī)模將為 289.91 億美元，2026-2030 年復(fù)合增長率為 83.71%。
四、目前精度為絲杠性能關(guān)鍵指標(biāo)之一，原材料、工藝流程、生產(chǎn)設(shè)備為其三大壁壘
從性能關(guān)鍵指標(biāo)來看，目前精度為絲杠性能關(guān)鍵指標(biāo)之一。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）、德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（DIN)、日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JIS）規(guī)定，行星滾柱絲杠和滾珠絲杠的精度等級劃分大致相同，主要通過絲杠任意 300mm 長度的導(dǎo)程誤差分類。其中，ISO 和 DIN 將精度等級均劃分為 6 類（C0、C1、C3、C5、C7、C10），兩種標(biāo)準(zhǔn)除 C0 外其他等級劃分基本相同。國內(nèi)滾珠絲杠的精度等級分為 7 類(P1、P2、P3、P4、P5、T7、T10)，1-10 精度依次遞減，數(shù)字越小代表精度越高。目前來看，生產(chǎn)高精度絲杠主要三大壁壘為原材料、工藝流程、生產(chǎn)設(shè)備。
生產(chǎn)高精度絲杠主要三大壁壘為原材料、工藝流程、生產(chǎn)設(shè)備
| 生產(chǎn)壁壘 | 相關(guān)概述 |
| 原材料 | 絲杠在反復(fù)運(yùn)動過程中會受到連續(xù)振動、沖擊和摩擦，對于材料的強(qiáng)度、剛性、耐磨性、耐腐蝕性、抗疲勞性、承載力等方面均有一定要求。絲杠的原材料會根據(jù)不同工作環(huán)境、精度、負(fù)載等要求存在一定的區(qū)別，常見材料有滲碳鋼、硬化不銹鋼、非合金(碳素)結(jié)構(gòu)鋼、低合金工具鋼、軸承鋼等。稀有元素鉻/鉬的元素配比及加工工藝等因素將影響材料的穩(wěn)定性、熔點和剛度等性能。根據(jù)《國產(chǎn)鉻/鉬鋼滾珠絲杠與國外同類產(chǎn)品的質(zhì)量分析》，帶狀組織會降低鋼的力學(xué)性能、切削性能、淬透性，使零件淬火變形傾向增大，降低強(qiáng)韌性。國產(chǎn)絲杠產(chǎn)品中的帶狀偏析組織導(dǎo)致絲杠性能不佳，為國內(nèi)絲杠產(chǎn)品與國外產(chǎn)品存在一定差距的重要因素之一。 |
| 工藝流程 | 絲杠軸的加工技術(shù)分為冷軋和研磨兩種，冷軋法的退火工藝和研磨法的螺紋切割為加工難點。冷軋法效率高、精度低，螺紋一次成型，無需后續(xù)的切削加工，可以批量制造，成本較低，通常精度等級在 C9 至 C5。研磨法效率低、精度高，首先需通過切削加工形成粗螺紋，隨后使用精密研磨工藝提高螺紋的精度，可實現(xiàn) C9 至 C0 的精度跨度。相比之下，研磨法工藝復(fù)雜、交貨期較長、成本相對較高。此外，熱處理也是工藝流程中核心要素之一，可以改善絲杠材料性能、切割性能等。落后的設(shè)備、熱處理工藝參數(shù)不同都會導(dǎo)致熱處理結(jié)果差異，從而影響行星滾柱絲杠使用壽命。 |
| 生產(chǎn)設(shè)備 | 磨床是絲杠加工的核心技術(shù)壁壘，決定絲杠的加工精度和效率。磨床的精度直接影響絲杠的軸向精度、徑向精度以及整體的運(yùn)動平穩(wěn)性。目前，國內(nèi)高端磨床制造商相對較少，在精度、穩(wěn)定性等方面與全球領(lǐng)先企業(yè)仍有差距。根據(jù) GGII，國產(chǎn)磨床能滿足 C3-C4 精度的中端絲杠加工，如需批量加工高端絲杠(C0-C2)會存在出品不穩(wěn)定情況。 |
資料來源：公開資料，觀研天愛整理（WW）
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