报告出品方：国海证券

以下为报告原文节选

------

01 核心壁垒在于精加工&设备，未来硬车应用有望扩大

1 . 1、特斯拉人形机器人执行器与丝杠分布

特斯拉人形机器人有28个执行器，其中线性执行器搭载行星滚柱丝杠。根据特斯拉2022AIDAY，特斯拉人形机器人全身28个执行器（14个线性执行器+14个旋转执行器），旋转执行器=无框力矩电机+谐波减速器+扭矩传感器+编码器，直线执行器=无边框力矩电机+行星滚柱丝杠+力传感器+编码器，其中14个线性执行器分布在大臂（2）、小臂（4）、大腿（4）、小腿（4），对应14个行星滚柱丝杠。

1 .2、丝杠是将旋转运动转换为直线运动的机构

定义：行星滚柱丝杠是一种通过螺母、滚柱、丝杆等零部件将旋转运动转换为直线运动的机构。
组成结构：标准滚柱丝杠（PRS）主要由几个关键组件构成：丝杆、滚柱、螺母三个主要部件以及直齿、内齿圈、滚柱保持架和弹簧挡圈等辅助部件。其中，丝杆设计为牙型角90°的多头螺纹；滚柱则是具有相同牙型角的单头螺纹设计；螺母内部具备与丝杠头数和牙型相匹配的内螺纹。
工作原理：由电机带动旋转的丝杠利用摩擦转矩驱动滚柱转动，继而将丝杠的回转运动转换为螺母的直线往复运动。

1 .2、丝杠具备传动效率高、精度高、传动可逆性等特点

丝杠作为负责将电机旋转运动转化为直线传动的传动精密件，具备摩擦小、精度高、刚度高、传动可逆性等特点：ü 摩擦损失小、传动效率高。由于滚珠丝杠副的丝杠轴与丝杠螺母之间有很多滚珠在做滚动运动，所以能得到较高的运动效率。与过去的滑动丝杠副相比驱动力矩达到1/3以下，即达到同样运动结果所需的动力为使用滑动丝杠副的1/3，在省电方面很有帮助。
精度高。滚珠丝杠副一般是用高水平的机械设备连贯生产出来的，特别是在研削、组装、检查各工序的工厂环境方面，对温度、湿度进行了严格的控制。完善的品质管理体制使精度得以充分保证。
精确微进给。滚珠丝杠副由于是利用滚珠运动，所以启动力矩极小，不会出现滑动运动那样的爬行现象，能保证实现精确的微进给。
轴向刚度高。滚珠丝杠副可以加与预压，由于预压力可使轴向间隙达到负值，进而得到较高的刚性（滚珠丝杠内通过给滚珠加予压力，在实际用于机械装置等时，由于滚珠的斥力可使丝母部的刚性增强）。
不能自锁、具有传动的可逆性。由于滚珠丝杠轴没有自锁能力，所以具有传动的可逆性。在垂直升降传动系统中使用时，必须增加自锁装置或制动装置，以防止反向传动。

1 .2、丝杠核心参数是精度，各国标准不同

精度。按国内分类，中国大陆精度等级为P1、P2、P3、P4、P5、P7、P10，中国台湾省采用JIS等级，精度等级为C0、C1、C2、C3、C5、C7、C10；日本、韩国采用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。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。

丝杆轴径。丝杠轴径和负载呈正比 ，而负载相关参数是动额定负荷和静额定负荷。常见的规格有（单位：mm）：8、10、12、14、15、20、25、32。
导程。导程指的是丝杆旋转一周，螺母直线运动的距离。常见的导程有（单位：mm）：2、4、5、8、10、20、25、32。
预压等级。预压等级越高，螺母与螺杆配合越紧；反之，等级越低越松。

1 .3、丝杠分为滑动、滚珠、滚柱三大类

丝杠按结构和工作原理可以分为滑动丝杠、滚珠丝杠、滚柱丝杠三大类。滑动丝杠的摩擦阻力较大，传动效率较低；滚珠丝杠通过滚珠进行传动，承载能力、传动效率和精度高于滑动丝杠，使用寿命长；滚柱丝杠相较于滑动丝杠与滚珠丝杠，具备高承载能力、小体积、高精度等优势，是综合性能最为优异的丝杠品种。

1 .3、反向滚柱丝杠重量轻结构紧凑，未来有望应用于人形机器人

根据滚柱丝杠结构组成及运动关系的不同，可以分为标准式、反向式、循环式、差动式、轴承环式5种类型，其中标准式行星滚柱丝杠是目前应用广泛的类型，其他的4种类型均是为了适应于不同的应用环境而在其基础上演变而来，其中反向行星滚柱丝杠由于可将螺母作为电子转子实现电机丝杠一体化，具备重量轻结构紧凑等优点，未来有望应用于人形机器人领域。

1 .4、核心壁垒在于螺母内螺纹精磨加工，磨床是丝杠制造的核心设备

行星滚柱丝杠制造核心壁垒在于螺母内螺纹的精磨加工。目前大部分丝杠厂商采取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。其中粗车、铣等环节对精度要求低，相对简单，难度较高的环节是后端的精磨加工部分。需要精磨加工的零部件包括丝杠、滚柱、螺母及内齿圈等，其中螺母壁薄容易损坏，再加上螺纹位于内部导致砂轮磨削时需要保持一定倾角，对稳定性要求较高，因此内螺纹精磨加工是整个工艺流程中壁垒最高的环节。
磨床是丝杠制造的核心设备。丝杠制造过程中的工艺流程主要分为车、铣、磨三种加工工序，分别对应设备为车床、铣床、磨床，由于磨削直接影响到产品的加工精度、表面质量及生产效率，因此磨床是丝杠制造过程中的核心设备。

1 .4、不同加工工艺对比：旋风铣v s磨削v s硬车v s冷轧

旋风铣：旋风铣削是通过工件与刀具的旋转组合来执行加工，优点是将螺纹滚道一次成形铣削，减少了工序，而且不必反复修整刀具和校直，加工效率大幅提升，加工精度等级可以达到P3级。对应的设备为旋风铣床。
砂轮磨削：是按照基准统一原则，以两端中心孔为加工工艺工序基准，通过热处理、车削、磨削等几十道工序逐一完成。
优点是加工精度高（可以达到P1级别）。
硬车：又称之为以车代磨，其采用螺纹滚道硬车削技术，优势是避免在磨削粗加工螺纹滚道过程中，因切削热导致丝杠硬度降低而引起可靠性差问题的发生，并且加工效率高，无油烟粉尘污染、绿色环保。对应的设备为车床。
冷轧/滚压：冷轧滚珠丝杠是采用冷加工工艺模具制造，通过轧制、滚压进行精加工，开模工艺自动化程度高，批量生产后成本低，效率高，但制造精度低（停留在P7级左右），只能在设备中做传动部件。

1 .4、磨削是主流方案，未来硬车或将逐步扩大应用范围

磨削是主流方案，目前加工精度最高。目前，常用的丝杠螺纹加工方法有：滚压、硬车削、旋风铣削和磨削，其中磨削加工精度最高，而冷轧、硬车削和旋风铣削多用于粗加工，因此，磨削是高精度丝杠螺纹的主要加工方法。磨削是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切削，使用磨削加工的滚珠丝杠最高可达到P1级。
未来硬车或将逐步扩大应用范围。为了提升行星滚柱丝杠的承载能力与可靠性，零件通常采用硬度在50HRC左右的高硬材料，但是淬硬钢等高硬材料具有高耐磨性与难加工性，磨削加工耗时长、污染高、成本高，并不是最佳的加工方式。
利用PCBN等超硬材料作为刀片进行以车代磨，可以保证加工精度与表面粗糙度的同时，提升加工效率、降低制造成本、减小环境污染，广泛的应用到高硬材料加工制造的各个领域，未来硬车加工工艺的应用范围或将扩大。

02 人形机器人丝杠市场快速扩容，国产替代未来可期

2. 1、人形机器人丝杠市场空间预测

2025-2030年全球人形机器人丝杠市场规模CAGR有望达到182%。根据特斯拉公开披露，2025年特斯拉人形机器人将实现量产，我们认为未来在特斯拉optimus下，其他企业逐步布局人形机器人领域，全球人形机器人产业化步伐有望加速。根据我们测算，2025年和2030年全球人形机器人丝杠市场规模分别有望达到1.4亿元和249.5亿元，5年复合增速高达182%。
假设1：2025年特斯拉人形机器人有望量产，假设初期销量增速较快，后续年增速逐步下降，2030年全球人形机器人销量增长至130万台。
假设2：根据特斯拉2022AI DAY公开披露数据，假设单台人形机器人配套14个直线关节，每个直线关节对应一个丝杠。
假设3：参考爱采购目前滚珠丝杠销售价格，假设2025年人形机器人单个丝杠价格为2000元，后续随着规模化量产成本持续下降，2026E-2030E单个丝杠价格同比分别-10%/-8%/-7%/-6%/-5%。

2.2、丝杠市场竞争格局：外资位于主导地位，内资奋起直追

国外主要“玩家"：丝杠供应商主要为日资、德资公司。从国外滚珠/滚柱丝杠竞争格局来看，液压龙头博世力士乐、THK、NSK是海外丝杠产品的重要厂商，日本、欧洲作为精密制造优势地区，其开展精密加工技术研发的时期相对较早，上述企业成立时间较早，加工技术布局深，技术成熟，产品类型丰富。
国内主要“玩家"：外资厂商占据市场，内资厂商奋起直追。我国在50年代末期开始研究用于程控机床、数控机床的滚珠丝杠副，发展数十载，国内南京工艺、山东博特等多家企业已拥有高精密丝杠的研发及生产能力，但由于国内布局高精密丝杠领域相较国外较晚，厂商数量、产品类型和工艺水平和外资厂商仍有较大差距，国内市场仍是外资供应商占据主要份额。近年来，在线控制动、人形机器人等新技术革命浪潮的下，五洲新春、贝斯特、北特科技、恒力液压、新剑传动等多家企业也陆续布局高精密滚珠/滚柱丝杠市场，国产替代或将加速。

2.3、人形机器人潮起，国产替代加速

人形机器人浪潮带来丝杠国产替代机遇。目前丝杠应用终端主要集中在汽车线控制动、工业母机等领域，其中线控制动主要使用梯型丝杠、滚珠丝杠，工业母机主要使用滚柱丝杠副及直线导轨副，而人形机器人丝杠预计不同于两者，预计以小型号反向式行星滚柱丝杠为主，我们认为未来人形机器人的量产是一场对丝杠技术的全新革命，有望间接缩短外资厂商和内资厂商之间的技术差距。
人形机器人量产后对降本要求提高，国内“玩家"有望凭借低成本、技术迭代快等优势实现国产替代。我们认为目前人形机器人丝杠的壁垒主要在于内螺纹精加工，若成功实现工艺突破和量产后，机器人生产商或将把重心转向规模化降本，因此对供应链的成本控制能力和良品率将提出较高要求。与外资厂商相比，内资厂商具备人力成本低、国产设备采购价格低、工艺迭代速度快等多种优势，未来有望紧抓人形机器人产业化机遇，快速实现国产替代。