行业周报：人形机器人轴承需求大，交叉滚子轴承壁垒高

硬件降本是特斯拉机器人量产关键，国产供应商迎来重要机遇 2023世界人工智能大会将于7月6日至8日在上海举办，特斯拉人形机器人将亮相。此前在2023年5月的股东大会上，特斯拉展示了机器人最新开发成果，性能提升，复杂动作的执行能力对比8个月前的原型机进展明显，缩短业界对特斯拉机器人项目落地应用的时间预期，上游零部件供应商的机遇愈发明确。特斯拉此前曾表示人形机器人的未来需求能够达到100亿台量级，远远超过汽车需求，单台机器人的成本低于2万美元，故降本进程成为量产关键。单个特斯拉机器人全身共40个关节，远超工业机器人的6个关节，零部件需求量大，国产硬件供应商具备很强的低成本大规模量产能力，最有望率先导入特斯拉机器人供应链，抢占产业先机。 轴承：人形机器人单机需求量大，交叉滚子轴承技术壁垒高 轴承是机械传动轴的支承，减少机械运动中产生的摩擦损失，在汽车中广泛使用。 特斯拉可以复用其新能源车的轴承供应链加速机器人的降本。特斯拉机器人根据不同位置的受力特点选用4种不同的轴承。深沟球轴承、四点接触轴承应用于线性关节，交叉滚子轴承、角接触轴承应用于旋转关节。其中深沟球轴承、四点接触轴承、角接触轴承技术壁垒较低，国内已有成熟供应商。交叉滚子轴承制造难度大，目前应用于工业机器人关节、加工中心的旋转台、机械手的旋转部，也可用在谐波减速器中（称为薄壁轴承）。交叉滚子轴承由于技术壁垒高，全球范围内可大规模量产的企业少。生产商主要集中在日德。国内方面，人本股份具备交叉滚子轴承小批量供应能力，国机精工具备技术储备和产品。交叉滚子轴承作为高端精密产品，利润高过其它低端轴承产品。在特斯拉人形机器人大规模需求背景下，能够及时导入供应链的本土厂商将受益。 轴承加工大量使用高精度磨床，国产替代空间大 磨削加工是轴承生产的关键工序，磨床是核心设备。海外高端磨床高成本、长交期，国内已涌现出秦川机床、宇环数控、日发精机等高精密轴承磨床厂商，性能比肩海外，有望打破海外厂商垄断局面。 受益标的 五洲新春，力星股份，长盛轴承，国机精工，秦川机床，宇环数控，日发精机 风险提示：特斯拉人形机器人量产进度不及预期；硬件使用的种类、用量调整；国产供应商导入特斯拉供应链进程不及预期 1、特斯拉机器人进步明显，降本需求下零部件供应商迎机遇 特斯拉机器人将亮相上海世界人工智能大会，性能提升下零部件供应商机遇愈发明确。2023世界人工智能大会将于7月6日至8日在上海举办，特斯拉人形机器人将亮相。此前在2023年5月的股东大会上，特斯拉展示了机器人最新开发成果，相比于2022年首次亮相时略显笨拙的表现，机器人性能进步明显，已能够执行较为复杂的任务。特斯拉更新了机器人的电机转矩控制、环境感测和记忆功能，使得机器人更加智能化，在行走时可以通过车载摄像头和传感器发现并记忆周边环境，且复杂动作的执行能力对比8个月前的原型机进展明显，能完成灵巧手抓取、物品分类等复杂任务。我们认为机器人性能的明显进步，缩短了产业界对特斯拉机器人项目落地应用的时间预期，上游零部件供应商的机遇也愈发明确。 图1：仅用8个月，特斯拉机器人性能进步明显 降低成本成为量产关键，国产供应商导入供应链机会大。特斯拉此前曾表示人形机器人的未来需求能够达到100亿台量级，远远超过汽车需求，单台机器人的成本低于2万美元，故降本进程成为量产关键。单个特斯拉机器人全身共40个关节，零部件需求量大，国产硬件供应商具备很强的低成本大规模量产能力，最有望率先导入特斯拉机器人供应链。 图2：单个特斯拉机器人全身共40个关节，零部件需求量大 2、轴承：单机需求量大，交叉滚子轴承技术壁垒高 特斯拉机器人关节需要使用大量轴承。轴承是机械传动轴的支承，作用是传递力和运动，减少机械运动中产生的摩擦损失。特斯拉机器人中使用4种轴承，在线性关节使用1个四点接触轴承和1个深沟球轴承，在旋转关节使用2个角接触轴承和1个交叉滚子轴承。单个特斯拉机器人有线性关节、旋转关节各14个，故对轴承的需求较大。 图3：特斯拉机器人根据不同位置的受力特点选用不同轴承 表1：国内轴承厂供应深沟球、角接触、四点接触轴承的机会大 轴承可车机协同加速降本。汽车是目前轴承应用最为广泛的领域，根据人本股份招股书，来自汽车行业的轴承消费量已占到轴承行业总量的39.19%，故特斯拉机器人可以复用新能源汽车轴承供应链加速降本。 2.1、旋转关节中交叉滚子轴承制造难度大，量产企业少 旋转关节中交叉滚子轴承制造难度大。特斯拉机器人在旋转关节中使用交叉滚子轴承和角接触轴承。角接触轴承壁垒较低，国内已有成熟供应商。交叉滚子轴承全球范围内可大规模量产的企业少。 交叉滚子轴承：制造难度大，可大规模量产的企业少。交叉滚子轴承已应用于工业机器人关节、加工中心的旋转台、机械手的旋转部。交叉滚子轴承应用于谐波减速器中时，被称为薄壁轴承。结构方面，轴承的圆柱滚子呈90°相互垂直交叉排列，通过隔离块将相互垂直的滚子进行隔离。轴承有变形，拉直后可以变成十字交叉滚子导轨使用在机床上。受力方面，可受径向力和轴向力，且能承受更大载荷、游隙更小。交叉滚子轴承制造难度大，加工难度主要在于薄壁的抗变性能。全球范围内可大规模量产的企业少，主要集中在日德。国内方面包括具备小批量供应能力的人本股份、具备技术储备的国机精工、非上市企业洛阳博盈轴承/洛阳普瑞森等。 角接触轴承：壁垒较低，国内已有成熟供应商。属于可分离轴承，沟道采用由两段圆弧构成的结构。受力方面，能在高转速条件下承受较大的轴向力和径向力，且窜动量相比深沟球明显下降。如果要求更高的载荷，就需要将滚动体从球状改为滚柱。角接触轴承技术壁垒较低，国内已有成熟供应商。 交叉滚子轴承制造难度最大，利润高于低端产品，高技术壁垒厂商将受益。在特斯拉机器人所采用的4种轴承中，交叉滚子轴承制造难度最大。根据QYR数据，2021年全球交叉滚子轴承市场销售额为5.2亿美元，预计2028年将达7.3亿美元，全球市场份额主要被国际厂商占据，包括日本THK、日本IKO、日本NSK、日企哈默纳科和德国舍弗勒旗下的INA等。国内厂商方面，人本股份具备交叉滚子轴承小批量供应能力，国机精工具备相关技术和产品。据搜狐网，交叉滚子轴承作为高端精密产品，利润远高过其它低端轴承产品，国内规模较大的供应商不到10家，其它都是中小型企业。在特斯拉人形机器人大规模需求背景下，能够及时导入供应链的本土厂商将受益。 表2：深沟球轴承、四点接触轴承都已得到普遍使用 图4：交叉滚子轴承中的圆柱滚子在呈90°的V形沟槽滚动面通过隔离块被相互垂直地排列 图5：角接触轴承沟道由两段圆弧组成，窜动量明显下降 2.2、线性关节中轴承应用已较为普遍，制造技术难度低 深沟球轴承和四点接触轴承应用普遍，技术难度低。特斯拉机器人在线性关节中使用深沟球轴承和四点接触轴承，两种轴承的作用是将旋转部分和非旋转部分进行分离和支撑，都已得到普遍应用，制造技术难度低。 深沟球轴承：国内制造设备成熟，价值量较低。是非常传统的轴承，应用广泛。属于不可分离轴承，在运转过程种采用钢球作为滚动体。受力方面，能承受较大径向力和一定的轴向力。缺点在于，在受双向轴向力时，轴承左右轴向的窜动量较大。深沟球轴承制造设备国内已经非常成熟，品牌厂商数十家，具备制造能力的上百家，价值量较低。 四点接触轴承：制造工艺和设备无难点，价值量较低。由两个半圈精确拼配而成，整体外圈的沟曲率半径非常小，使钢球和内、外圈在四个点上都接触。受力方面，能够承受径向和轴向力。四点接触轴承制造工艺和设备无难点，价值量较低。 图6：深沟球轴承采用钢球作为滚动体 图7：四点接触轴承由两个半圈精确拼配而成 表3：深沟球轴承、四点接触轴承都已得到普遍使用 3、轴承加工大量使用高精度磨床，国产替代空间大 磨床是轴承生产的关键设备。轴承生产中，所需的磨削加工劳动量约占总劳动量的60%，所用磨床数量也占全部金属切削机床数量的60％左右，磨削加工成本占轴承生产总成本的15%以上。 图8：磨床是轴承生产的关键设备 一般来讲，轴承的磨削、超精包括以下工艺环节： （1）外圈：平面磨削→外径磨削→沟（滚）道磨削→沟（滚）道超精。 （2）内圈：平面磨削→内外径磨削→内径磨削→沟（滚）道磨削→沟（滚）道超精。 所应用的机床包括端面磨床、外圆磨床（外圆磨）、内圆磨床（内圈磨）无心磨床（外圆磨、外沟磨、内径面磨）等。 图9：轴承内外圆需要经过平面磨削、内/外径磨削、沟（滚）道磨削等工序加工 图10：轴承磨削需要端面磨床、外圆磨床、内圆磨床、无心磨床等数控机床 日德厂商占据我国高精密磨床市场的主要份额。德国米克罗莎（无心磨床）、德国利勃海尔、日本光洋株式会社（无心磨床），日本东洋（内圆磨床）在我国高精度磨床领域占据重要份额，掌握顶尖的高速磨削技术，生产的数控磨床的外表面磨削砂轮线速度可达到120m/s，内表面磨削线速度可达到60m/s～80m/s。根据龙腾轴承数据，当机床的磨削速度由35m/s提高到50～60m/s时，一般生产效率就可以提高30%～60%。 国内磨床厂商逐步打破海外垄断。日德厂商严格按照规划进行机床的生产，不会轻易扩产，交货周期很长。国内宇环数控（端面磨床）、秦川机床（外圆磨床等）生产的磨床性能比肩海外，具备国产替代的能力，保障国产轴承厂的扩产。 图11：宇环数控生产的精密双端面磨床，精密度可达μ级 4、受益标的 五洲新春，力星股份，长盛轴承，国机精工，秦川机床，宇环数控，日发精机 5、风险提示 （1）特斯拉人形机器人量产进度不及预期； （2）硬件使用的种类、用量调整； （3）国产供应商导入特斯拉供应链进程不及预期。