机械设备行业深度研究：丝杠行业，人形机器人量产前夜，国内企业加速入局助推进口替代-20230919-天风证券-50页_2mb

机械设备：丝杠行业分析与国产替代前景

核心内容

丝杠是一种将旋转运动转化为直线运动的机械部件，主要分为梯形丝杠、滚珠丝杠和滚柱丝杠。滚珠丝杠因其高传动效率、高定位精度和长使用寿命成为行业主流，而行星滚柱丝杠作为新一代产品，具有更高的承载能力和更广泛的应用前景。

主要观点

1. 丝杠技术壁垒高：

   • 滚珠丝杠的制造涉及复杂工艺，如磨削、冷轧和旋风铣削，其中磨削能实现最高精度（P1级）。
   • 国内外性能差距主要源于原材料质量、热加工工艺、精加工工艺及检测设备的不足。

2. 市场空间广阔：

   • 2022年全球滚珠丝杠市场规模约为230.5亿美元，中国占全球约20%，市场空间预计持续增长。
   • 2030年全球滚珠丝杠市场规模预计达405.78亿美元，中国市场预计达81.16亿美元。
   • 行星滚柱丝杠市场较小，但随着人形机器人等新兴领域的发展，其市场空间有望大幅提升，预计2023年全球市场规模将增长至3亿美元。

3. 国内企业加速布局：

   • 国内企业起步较晚，但在政策支持和市场需求推动下，正逐步提升技术水平，实现国产替代。
   • 2022年中国滚珠丝杠供需缺口达448万套，行星滚柱丝杠同样存在供需缺口。
   • 国内厂商在中高端市场中逐渐提升市场份额，但整体仍与日欧企业存在差距。

4. 行业竞争格局：

   • 高端市场主要由日德企业主导，合计市场份额达90%，中国台湾和中国大陆各占约5%。
   • 中端市场中，中国大陆厂商占约30%。
   • 全球CR5市占率约为46%，欧洲和日本企业占据约70%的市场份额。
   • 行星滚柱丝杠市场以海外企业为主，国内厂商如南京工艺占8%。

5. 政策推动行业发展：

   • 国家政策持续支持高端制造、智能制造等领域，带动滚珠丝杠需求增长。
   • “中国制造2025”和“2035远景目标”推动国产替代进程，提升国内企业竞争力。

6. 丝杠应用场景广泛：

   • 数控机床为滚珠丝杠最大的下游应用领域，占比约54.3%。
   • 机器人、航空航天、汽车制造等领域也广泛使用丝杠，其中人形机器人对行星滚柱丝杠需求显著增加。

关键信息

• 丝杠类型：梯形丝杠、滚珠丝杠、滚柱丝杠，其中滚珠丝杠为主流，行星滚柱丝杠为新一代产品。
• 工艺与精度：磨削工艺可实现高精度（P1级），冷轧工艺则用于批量生产，精度较低（P7级）。
• 材料与热处理：原材料质量与热处理工艺对丝杠性能影响显著，国内在材料选择和热处理方面仍需提升。
• 应用场景：数控机床、机器人、航空航天、汽车、轨道交通等是主要应用领域，其中人形机器人对行星滚柱丝杠需求激增。
• 国内企业现状：国内企业正在加速布局，但在尺寸系列、批量产品质量、应用场景等方面仍存在短板。
• 市场供需：滚珠丝杠存在供需缺口，行星滚柱丝杠同样面临供需不平衡，但市场潜力巨大。
• 价格趋势：国内滚珠丝杠价格因竞争加剧而下降，2022年均价降至180元/套。

建议关注企业

• 贝斯特
• 新剑传动
• 秦川机床
• 鼎智科技
• 恒立液压
• 长盛轴承

风险提示

• 市场竞争加剧
• 原材料价格波动
• 人形机器人发展不及预期
• 市场需求下降

行星滚柱丝杠特点与挑战

• 结构设计：行星滚柱丝杠由丝杠、螺母、滚柱、内齿圈及保持架组成，其结构复杂，对加工精度要求高。
• 分类与结构特点：分为标准式、反向式、循环式、差动式、轴承环式五种类型，各有其适用场景。
• 关键技术：包括结构设计与制造结合、滚柱螺纹与轮齿相位匹配、力学分析体系、摩擦与润滑问题、材料与热处理等。
• 加工工艺：行星滚柱丝杠加工工艺复杂，包括旋风铣削、磨削、硬态车削和滚压成型等。
• 行业挑战：国内企业技术水平相对落后，制造工艺和检测水平需进一步提升。

国内滚珠丝杠发展历程

• 国外：1874年专利申请，1940年商品化，1952年数控机床推动发展，当前由博世力士乐、NSK等企业主导高端市场。
• 国内：1964年研制出第一套滚珠丝杠副，1982年制定行业标准，1991年与国际标准接轨，当前中低档产品与国外差距较小，但高档产品仍需突破。

行星滚柱丝杠应用前景

• 人形机器人：特斯拉Optimus采用行星滚柱丝杠和梯形丝杠，其中行星滚柱丝杠占比9.85%。
• 行业需求：随着人形机器人进入快速迭代期，行星滚柱丝杠将受益于市场需求增长。
• 市场缺口：国内行星滚柱丝杠市场仍依赖进口，但随着技术突破和政策支持，未来有望实现国产替代。

市场增长与趋势

• 全球滚珠丝杠市场：2022年约230.5亿美元，预计2030年达405.78亿美元，CAGR为7.33%。
• 中国滚珠丝杠市场：2022年约47.5亿美元，预计2030年达81.16亿美元，CAGR为6.93%。
• 行星滚柱丝杠市场：2022年全球市场规模接近2.85亿美元，预计2023年增长至3亿美元。

结论

丝杠行业作为高端制造的重要组成部分，未来市场空间广阔，尤其在人形机器人、智能制造等新兴领域。国内企业正加速布局，有望通过技术提升和政策支持逐步实现国产替代，但需克服材料、工艺、检测等方面的瓶颈。行业集中度较高，日欧企业占据主导地位，国内厂商需加大研发投入，提升产品性能和市场竞争力。