通用设备行业深度报告：高壁垒的成长赛道，受益于自主可控&人形机器人未来发展【勘误版】

丝杠导轨：精密机械中最常用传动部件： 滚珠丝杠是将旋转运动转换成线性运动的理想传动装置，主要由丝杠轴、螺母、滚珠以及循环部件组成；导轨副实现支撑和机械导向作用，主要由导轨和滑座组成。滚珠丝杠搭配导轨，是精密机械中最常用的传动部件。 从市场空间来看，根据我们测算，2021年国内滚珠丝杠&导轨市场空间约128亿元。从下游来看，机床、机器人自动化&汽车为丝杠导轨最主要应用下游，其中机床为丝杠导轨最大应用下游，且对精度要求最高。直线导轨凭借其较高的精度和稳定性，在机器人&自动化领域被广泛应用。新能源车也是丝杠导轨的重要下游，可用于新能源汽车的车辆转向系统、刹车系统、加速踏板等领域。 竞争格局：高端领域被外资垄断，国产厂商逐步向上渗透： 从主流厂商来看，丝杠导轨市场分为两大阵营：1）非中国大陆厂商包括上银、银泰等：特点是成立时间早、经验积累丰富，产品定位高端精密丝杠市场；2）中国大陆厂商包括南京工艺、汉江机床（秦川子公司）等：特点是起步时间晚，公司规模小，产品主要为精度较低的丝杠导轨。 从竞争格局来看，国内丝杠导轨市场基本被以日资、台资为代表的外企垄断，两者市占率合计达到65%，主要系国产和外资厂商的综合竞争力仍有差距，这种差距主要体现在产品初始性能、精度保持性和批量稳定生产能力等方面。具体分析差距的成因，主要系国内磨床水平较低和淬火等工艺经验积累不足。但在国家专项政策的扶持下，国产头部厂商例如南京工艺、汉江机床正加速进行产品迭代。 行星滚柱丝杠：人形机器人打开长期成长空间： 行星滚柱丝杠结构与滚珠丝杠类似，只是传力元件由滚珠替换为螺旋滚柱，其在承载力、运动平稳性、转速及加速度等方面更具优势，被广泛应用于航空航天等高精密加工领域。国内行星滚柱丝杠行业起步较晚，国产厂商尚不具备规模化量产能力，目前市场主要被斯凯孚、舍弗勒等外资企业所占据。 特斯拉人形机器人的12个线性执行器采用独特的电机+反向式行星滚柱丝杠的方案，其优势在于能够自锁&提供更大的推力，但其难度在于体积小&螺母加工难度较高，目前国产厂商均在加紧研发过程中。根据我们测算，至2035年人形机器人用行星滚柱丝杠市场空间可达930亿元，远期空间广阔，将打开滚珠丝杠长期市场空间。 投资建议： 丝杠导轨行业受益于机床自主可控&人形机器人历史性发展机遇，未来市场空间广阔。推荐【秦川机床】老牌滚动功能部件龙头，已实现丝杠导轨规模化销售；【恒立液压】国产液压传动龙头，布局丝杠导轨扩大传动领域覆盖面。建议关注【贝斯特】【鼎智科技】【恒而达】，以及未上市的【南京工艺】。 风险提示：机床行业景气度不及预期、人形机器人产业化不及预期。 1.丝杠导轨：精密机械中最常用传动部件 1.1.丝杠导轨为核心传动部件，直接影响设备精度和稳定性 滚珠丝杠是将旋转运动转换成线性运动的理想传动装置，主要由丝杠轴、螺母、滚珠以及循环部件组成。丝杠轴、螺母和端盖(一类滚珠循环部件，此处以“端盖式循环”为例解释滚珠丝杠传动原理)上都制有圆弧形螺旋槽，将它们套装在一起时，这些槽对合起来就形成了螺旋通道，滚珠能够在通道内循环滚动。当丝杠相对于螺母旋转时，滚珠在滚道内自转，同时又在封闭的滚道内循环运动，使丝杠和螺母相对产生轴向运动。 滚珠丝杠主要可分为内循环和外循环两大类，外循环中又可再分为端部导流、管循环和端盖式。外循环式滚珠丝杠运动时，部分滚珠与丝杠不接触，其优点为工艺简单且易于制造，而缺点为效率较低；内循环式滚珠丝杠运动时，滚珠始终与丝杠接触，适用于高速高敏高刚度场景，但缺点为加工困难。 图1：滚珠丝杠分类及优缺点 相较普通滑动丝杠，滚珠丝杠使用滚珠传递运动，具有传动效率高、定位精度高和传动刚度大等明显优势。滑动丝杠的优点在于结构简单、加工方便、成本低和能自锁，缺点是摩擦阻力大，易磨损，传动效率低。目前已逐步被滚珠丝杠所替代，但在部分需要自锁功能和对精度传动效率要求不高的场景仍有应用。 图2：滚珠丝杠和滑动丝杠优劣势对比 图3：滚珠丝杠传动效率高于普通滑动丝杠 导轨副实现支撑和机械导向作用，主要由导轨和滑座组成。导轨副，简称导轨。一副导轨主要由两部分组成：在工作时固定不动，起到支撑作用的部分称为支承导轨(或导轨)；另一个相对支承导轨作直线或回转运动，起到机械导向作用的部分称为滑座。常用导轨种类包括一般滑动导轨、滚动导轨、流体介质摩擦导轨等，其中滚动导轨摩擦系数小，故运动灵敏且定位精度高。 表1：不同分类导轨应用原理和特点情况 图4：导轨副结构及构成部件 滚珠丝杠精度等级划分标准是任取长度为300MM的一段丝杠，测量实际移动距离和理想移动距离的偏差，偏差越小，精度越高。按国内分类，精度等级有P1、P2、P3、P4、P5、P7、P10；日本、韩国和中国台湾省采用JS等级即CO、 C1 、C2、C3、 C5 、C7、C10；欧洲国家采用的标准是ITO、IT1、IT2、IT3、IT4、IT5、IT7、IT10。通常情况下，普通机械采用C7、C10级别丝杠即可满足加工要求；数控设备一般需要C3、C5 级别丝杠，其中国内大部分数控机床配套 C5 级丝杠。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级别丝杠。 直线导轨精度按行走100mm的平行度划分，可分为普通级（C）、高级（H）、精密级（P）、超精密级（SP）与超高精密级（UP）五个等级，其中平行度是指将导轨以螺栓固定在基准面上，使滑块在导轨全长上运行时，滑块与导轨基准面之间的平行度误差。 图5：滚珠丝杠与导轨精度划分标准 从市场空间来看，全球滚珠丝杠市场规模稳健增长，中国已成为最重要的消费市场之一，长期成长空间可观。根据公司招股书，2016-2021年全球滚珠丝杠市场规模从13.1亿美元增长至17.5亿美元；同期我国滚珠丝杠市场规模从16.8亿元增长至25.6亿元，CAGR为8.8%。中国已成为滚珠丝杠产品重要的消费市场之一，约占全球规模总量的20%左右。 目前没有权威机构对导轨销售规模情况进行追踪统计，但导轨与滚珠丝杠常常配套使用和采购，生产端（主流厂商同时生产丝杠和导轨）便可基于过去生产实践，对两者的市场规模之比做出合理估计。根据我们的草根调研，滚珠丝杠和导轨的市场规模之比约为1：4，即滚珠丝杠&导轨的整体市场空间可基于滚珠丝杠市场规模值的五倍进行推算。根据我们测算，2021年全球滚珠丝杠&导轨市场空间约为87.5亿美元，国内滚珠丝杠&导轨市场空间约为127.8亿元。 图6：2015-2022年国内滚珠丝杠&导轨整体市场规模 图7：2015-2022年全球滚珠丝杠&导轨整体市场规模 1.2.机床、自动化&汽车为丝杠导轨主要下游应用领域 机床系丝杠导轨最主要下游应用： 1）从使用量来看，一台机床通常搭配三套丝杠导轨：普通三轴机床在其XYZ三个线性轴基本采用丝杠导轨传动，1根丝杠搭配2根导轨进行运动。而四五轴旋转轴一般不采用丝杠导轨传动（因此通常来说一台机床搭配三根丝杠+6根导轨）。但对于部分精度要求较低的中低端机床，会使用皮带或同步轮搭配导轨传动，而替换掉价值量更高的丝杠。 2）从精度水平来看，机床对于丝杠导轨精度要求更高：相较于自动化&汽车等下游，机床对丝杠导轨精度要求更高，基本上使用的是精度 C5 以上的研磨级丝杠。 3）从市场空间来看，机床是丝杠导轨市场最大下游：根据科德数控和纽威数控招股书披露的机床原材料采购情况，传动系统部件占机床成本的平均比例约15%。根据MIR睿工业数据，2021年国内数控金属加工机床消费额约为500-600亿元，可以测算出对应传动系统（以滚珠丝杠&导轨为主）的消费额约为75-90亿元。 图8：科德数控机床成本构成 图9：丝杠导轨系机床重要的传动功能部件 自动化下游中丝杠导轨应用广泛，人形机器人打开长期空间： 直线导轨通常被应用在机器人&自动化领域：一方面直线导轨精度较高，能够保障机器人运动时的准确度；另一方面直线导轨稳定性好，能够保证机器人在高速运动中不会出现晃动和失控的现象。而在自动化系统中，丝杠通常被用于控制工作台、传送带、夹具等部件的运动。 人形机器人产业快速发展，带来丝杠导轨应用新舞台。随着特斯拉人形机器人产业化推进，人工交互及人工智能成为一大趋势，人形机器人作为“具身智能”最理想载体，站在多重产业共振的交汇点，有望引领未来产业变革。人形机器人全身使用12个线性驱动器，采用力矩电机+行星滚柱丝杠的方案，实现高传动精度的同时也可以保持高精度的控制速度。 图10：特斯拉人形机器人线性执行器零部件，行星滚柱丝杠为核心零件 新能源汽车也是丝杠导轨的重要下游应用，未来潜在市场空间有望达250亿元：丝杠导轨可用于新能源汽车的车辆转向系统、刹车系统、加速踏板、座椅调节和玻璃升降等领域，以转向系统为例，滚珠丝杠用于转换驾驶员的转向输入为前轮的转向运动，以实现灵活、精确的转向操控，提供驾驶的稳定性和准确性。 新能源车用丝杠导轨对精度要求略低，但胜在汽车市场销量基数大。我们预计一辆新能源车在完美状态下会使用4套左右的丝杠导轨，假设1套价格约500元，则单车价值量可达2000元左右。假设未来新能源车渗透率提升至50%，国内汽车销量稳定在2500万辆，则新能源汽车用丝杠导轨市场空间有望达250亿元。 图11：丝杠导轨在汽车转向系统中的应用 图12：丝杠导轨在汽车座椅调节系统中的应用 2.竞争格局：高端领域被外资垄断，国产厂商逐步向上渗透 从主流厂商来看，丝杠导轨市场分为两大阵营：1）非中国大陆厂商包括上银、银泰、日本THK和TSK：特点是成立时间早、经验积累丰富，产品定位高端精密丝杠市场，并配合先进机械的前沿需求不断创新升级。平均营收体量破百亿，完全主导中高端丝杠导轨市场；2）中国大陆厂商包括南京工艺、汉江机床（秦川子公司）、博特精工和华特机械等：特点是起步时间晚，公司规模小，产品主要为精度较低的丝杠导轨。 表2：主流滚珠丝杠厂商成立时间、主要产品及示意图一览 从竞争格局来看，国内丝杠导轨市场基本被以日资、台资为代表的外企垄断，两者市占率合计达到65%。滚动功能部件加工技术壁垒极高、工序流程复杂，特别是对滚道和轴颈螺纹的精磨工艺将极大地影响后续使用时的定位精度。海外企业具有先发优势，在产品迭代和可靠性测试方面积累大量数据，因此产品具有较强竞争力。根据秦川机床公告，目前上银、银泰国内市场占有率接近50%，日本NSK、THK等日企市场占有率约15%；外资合计占比达65%,基本垄断国内市场。 除了市占率存在较大差距，外资厂商的优秀市场竞争力还体现在收入体量和产品均价上。1）从收入体量角度看：2021年全球丝杠导轨龙头上银科技总营收达61亿元，净利润达8亿元。秦川机床下设子公司汉江机床主要负责丝杠导轨、螺纹磨床等业务。根据公司2022年报披露，汉江机床总营收仅为4亿元，若扣除螺纹磨床收入，秦川机床丝杠导轨业务收入不足4亿元，同外资收入体量相比差距明显。2）从产品均价看：根据草跟调研反馈，国产头部企业的产品均价尚未达到外资龙头产品均价的50%，说明外资厂商具有较强的议价能力。 图13：国内丝杠导轨市场份额分布情况，其中国产化率 图14：2022年上银科技实现总营收66.95亿元人民币 深究造成巨大差距的原因，主要在于产品的综合竞争力，而国产厂商的短板在于： 1）产品初始性能差距：国产滚珠丝杠出厂时和外资相比就有性能差距。根据《滚珠丝杠副可靠性增长关键技术研究》实验结果表明（见下图），针对同一批次的丝杠，大陆样件的摩擦力矩的均值变化量在20%以上，而中国台湾产品的不到10%。而从行程误差的分析来看，单个滚道中国台湾的丝杠性能也更加优异。究其原因，主要系大陆厂商的预紧的操作不够规范，同时在施加完预紧力后，缺乏成熟的摩擦力矩快速检测方法，来验证预紧力的施加是否合适，导致滚珠丝杠的综合性能产生差距。 图15：大陆丝杠&中国台湾丝杠摩擦力矩对比 图16：大陆丝杠&中国台湾丝杠行程误差对比 2）精度保持性差距：在使用初期，国产滚珠丝杠能够达到设计