丝杆导轨行业深度报告：丝杠导轨：高精度传动部件，人形打开行业空间

丝杠与直线导轨：高精密直线运动核心部件，人形机器人产业打开行业空间。 丝杠是一种机械传动元件，通常用于将旋转运动转换为线性运动，主要由丝杠和螺母两部分组成。目前市场主流产品包括滚珠丝杠、梯形丝杠与行星滚柱丝杠。 直线导轨要由导轨和导向块两部分组成，导向块通过在导轨上滑动实现对工件的定位和运动控制。丝杠与直线导轨广泛应用于数控机床、自动化生产线、医疗器械、机器人、半导体等高精密机械等领域。特斯拉Optimus的旋转关节选取谐波减速器的方案，而直线关节选取行星滚柱丝杠+梯形丝杠的方案；其中14个线性关节中有10个关节选取行星滚柱丝杠方案，4个选取梯形丝杠方案。马斯克大胆地预测过：如果Optimus成熟可用了，届时很多人都希望能够拥有一台或多台，那么它们的数量可能将达到100亿甚至200亿台。如果该情况实现，将对丝杠行业产生重大影响。 滚珠丝杠：高精密丝杠代表，MarketWatch估算全球2022年近20亿美元，华经产业研究院估算中国近30亿元。国内将滚珠丝杠分为定位滚珠丝杠副(P)和传动滚珠丝杠(T)两种，精度等级主要分为七个等级。目前全球主要的滚珠丝杠厂商有NSK/THK/SKF等，CR5市占率约46%，日本和欧洲企业占据全球约70%份额。中低端领域，中国台湾和中国大陆的企业已经实现了大规模的国产替代，高端领域，德国和日本的头部占据90%的份额，国产化空间较大。 行星滚柱丝杠：丝杠里的塔尖，IHS Market估算全球2022年约6.5亿元，国内约1.1亿元。行星滚柱丝杠以丝杠旋转作为驱动，通过丝杠与滚柱之间的螺旋运动，由滚柱带动螺母做直线运动。行星滚柱丝杠承载力强、体积小、精度高。但目前行星滚柱丝杠价格较高导致目前需求场景并不多，参考IHS Market估算，2022年全球行星滚柱丝杠市场规模约6.5亿元，国内约1.1亿元。目前全球参与市场竞争的厂家主要有：SKF/Rollvis/GSA/Rexroth/CMC、南京工艺、济宁博特、优仕特等。 直线导轨：常见的线运动装置，QY Research估算2020年全球20亿美元，国内约5.2亿美元。参考QYResearch预测，2020年全球直线导轨市场达到20.1亿美元，预计2027年将达到28.6亿美元，国内2020年约5.16亿美元，预计到2027年将达8.21亿美元。目前国内直线导轨的高端市场被瑞士施耐博格、德国INA、力士乐、日本NSK、THK等品牌瓜分，中端市场则主要是中国台湾上银和银泰的天下，内地要企业有高新凯特/南京工艺/山东博特/汉江机床等，但整体实力与海外差距较大。 投资建议：推荐布局滚珠丝杠领域的恒立液压、贝斯特、鼎智科技、秦川机床，建议关注长盛轴承、五洲新春等。 风险提示：行业需求偏弱风险、生产设备及原材料采购风险。 重点公司盈利预测、估值与评级 1丝杠与直线导轨：高精密直线运动核心部件 丝杠是一种机械传动元件，通常用于将旋转运动转换为线性运动。它主要由丝杠和螺母两部分组成。丝杠是一种具有螺纹母线的长条状零件，而螺母则是一种外部具有螺纹母线的零件。螺母可以通过转动丝杠来移动沿丝杠的方向。 丝杠具有多种特点，使其在机械传动中被广泛应用： 1）较小的滑动摩擦系数：丝杠和螺母之间的滑动摩擦系数相对较小，从而确保线性运动的平顺性和精度。由于滑动摩擦系数很小，因此可以更轻松地将螺母沿着丝杠移动，从而减少对电机或手摇轮的功率需求。 2）高效率：丝杠的传动效率高，因为它将旋转运动转换为线性运动并消耗较少的能量。丝杠的高效率可以使机械传动更加稳定和可靠。 3）长寿命：丝杠的操作和使用寿命长，因为它们采用钢或其他坚固的金属制造而成。丝杠的坚固和耐用性可以减少设备故障和维修成本。 4）可逆转：丝杠的方向可以自由调整，从而让设备可以适应不同的操作需求。 丝杠的可逆性使其可以在不改变传动系统的前提下灵活适应不同的应用 5）易于控制：丝杠的控制非常简单，因为它们可以通过电机或手动轮控制。 这种控制程序可以通过编程或其他电子手段自动化，从而进一步提高设备的生产效率和精度。 丝杠作为一种机械传动元件，已被广泛应用于各种生产过程中，由于其具有低滑动摩擦系数、高效率、长寿命、可逆和易于控制等优点，因此是非常理想的传动元件之一。现今，丝杠在机场、轨道交通系统、自动化设备、机器人、制造系统等行业中得到广泛的应用。 1.1丝杠可以分为滚珠丝杠/滚柱丝杠/T型丝杠 常见螺纹丝杠可分为三角螺纹、梯形螺纹、滚珠丝杠与行星滚柱丝杠四种： 1）三角螺纹丝杠：又叫普通螺纹丝杠，牙型为等边三角形，用于连接紧固。 2）梯形螺纹丝杠：螺旋形式为普通等腰梯形/滑动摩擦，传动效率26~46%，适用于木工机械，包装机械等，国产化率较为充分。 3）滚珠丝杠：滚珠链在丝杠轴与螺母之间做滚动摩擦，传动效率超过90%，广泛用于机床、电子机械、机器人等场景，据智研咨询统计测算，国产化率不足60%。 4）行星滚柱丝杠：据李凯等《精密行星滚柱丝杠的传动特性》，行星滚柱丝杠综合了行星轮、滚珠丝杠、滚针轴承等优点，通过在主丝杠布置若干行星滚柱，大幅增加丝杠传动过程的接触面和受力面，传动效率略低于滚珠丝杠，在润滑条件较好时也可达到90%以上。国内研究应用及规模化量产尚处初期阶段。 表1：滚珠丝杠、滚柱丝杠、梯形丝杠的特点对比 2滚珠丝杠：高精度丝杠代表 2.1滚珠丝杠由丝杠轴与螺母构成 1898年，人们首次尝试在螺帽与螺杆之间加入钢珠，将传统螺杆的滑动接触转换成滚动接触；以滚动摩擦取代滑动摩擦，将螺帽内的钢珠回转运动转为线性运动，将扭矩转换成轴向反复作用力，以此来改善传统螺杆定位不佳及易损害的情况。 在凹槽内部，包含在螺母里的是许多由铬钢制成的小球。当滚珠在螺母中循环时，滚珠在螺杆下方提供平稳运动，导流板或返回系统保持球并使它们通过螺母循环。 滚珠丝杠组件由内螺纹螺母和螺杆组成，螺母的螺旋槽与螺杆的螺旋槽相匹配。当滚珠丝杠作为主动体时，螺母就会随丝杠的转动角度按照对应规格的导程转化成直线运动，被动工件可以通过螺母座和螺母连接，从而实现对应的直线运动。 图1：滚珠丝杠钢珠运动结构 图2：螺纹螺母和螺杆的螺旋槽相匹配 与电机一起使用时，滚珠丝杠的效率高达90％。它们相当精确，每英尺几千分之一英寸的精度。许多行业都使用滚珠丝杠进行精确控制，包括航空航天，计算机，电子，汽车和医疗行业。 丝杠主要功能是将旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转换成轴向反复作用力，同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点，所以其在精度、强度及耐磨性等方面都有很高的要求，因此其加工从毛坯到成品的每道工序都要周密考虑。当前，滚珠丝杠是行业主流产品，相比于普通的丝杠（梯形丝杠），其在自锁性、传动速度、使用寿命和传动效率优势明显。 滚珠丝杠副，又称滚珠丝杠、滚珠丝杠、滚珠螺杆。滚珠丝杠是由丝杠轴和螺母组成，而其中螺母又是由钢球、预压片、反向器、防尘器等组成。 图3：滚珠丝杠构成部分 滚珠丝杠是在艾克姆螺杆上的进一步延伸和发展，其重要意义就是将轴承从滑动动作变成滚动动作，常见的滚珠丝杠包括自润式滚珠丝杠、静音式滚珠丝杠、高速化滚珠丝杠以及重负荷型滚珠丝杠等，而从循环方式看，滚珠丝杠包括内循环、外循环两种，其中内循环是指滚珠在循环过程中始终与丝杠保持接触，外循环是指滚珠在循环过程中有时与丝杠脱离接触。由于具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。 表2：滚珠丝杠分类、原理及特点介绍 2.2丝杠精度：大陆分7级，JIS分6级 包括：精度等级、轴向间隙、额定负载、导程、丝杠轴外径和长度等。 1）精度等级（一般所说的精度是导程精度）： 根据使用范围及要求将滚珠丝杠分为定位滚珠丝杠副(P)和传动滚珠丝杠(T)两种，精度等级主要分为七个等级，即1/2/3/4/5/7/10级。1级精度最高，依次逐渐降低。JIS等级精度分为C0， C1 ，C3， C5 ，C7，C10这6种精度，一般来说，通用机械或普通数控机械选C7（任意300行程内定位误差±0.05）或以下，高精度数控机械选 C5 （±0.018）以上C3（±0.008）以下，光学或检测机械选C3以上。不过现在台湾也出现C2和C6，这两种精度。 下表是南京工艺披露按不同用途选择精度等级的示例。“○”标记表示使用较多的精度等级范围。 表3：不同精度滚珠丝杠在下游设备中的应用 表4：不同精度滚珠丝杠在下游设备中的应用（续） 图4：大陆精度标准与中国台湾精度对比情况 2）轴方向间隙： 滚珠丝杠的螺母与丝杠轴轴向的间隙值，一般在0~0.12mm左右，轴向间隙影响物体移动的重复精度（一般在0~+/-0.02mm）。 3）容许轴向负载： 容许轴向负载时指相对于可能使丝杠轴发生屈曲的负载，确保其安全性的负载。施加于丝杠轴的最大轴向负载须小于容许轴向负载。 4）容许转速： 滚珠丝杠的转速取决于必要的进给速度和滚珠丝杠的导程，且须小于容许转速。滚珠丝杠的容许转速小于与丝杠轴固有振动一致的危险速度的80%。 5）寿命： 滚珠丝杠的寿命是指滚珠滚动面或任一滚珠因交变应力而产生疲劳，直至开始产生剥落现象时的总旋转次数、时间、距离。 机床：20000小时；自动控制设备：15000小时； 工业机械：10000小时；计量装置：15000小时。 6）导程： 导程为滚珠螺母相对滚珠丝杠旋转一周（2π弧度，即360°）时的行程。常见丝杠导程有：4、5、6、8、10、12、16、20、32、40、50、60、80、100mm。 2.3下游以机床注塑机机械工业为主 从产业链来看，上游是滚珠丝杠原材料及零部件，原材料主要包括钢铁等，下游应用领域是数控机床、电动注塑机、机械行业等。 图5：滚珠丝杠产业链 2.42022年滚珠丝杠全球近20亿美元，中国近30亿元 2.4.1MarketWatch估算2022年全球滚珠丝杠市场近20亿美元 近年来，高速、高精及高品质的加工需求不断提升，尤其是在航母航天、汽车工业、模具制造、光电工程和仪器仪表等应用产业，催生了滚珠丝杠更大且更为高端的市场需求。具体来看，根据华经产业研究院数据显示，2021年全球滚珠丝杠市场规模达到17.5亿美元，同比增长6.0%，2015-2021年均复合增速达到6.2%。 华经产业研究院预计2022年全球市场规模达到18.59亿美元 。 根据MarketWatch估算，全球滚珠丝杠市场将在2028年达到30.83亿美元。 图6：2015-2022年全球滚珠丝杠市场规模及增速情况 2.4.2华经产业研究院估算2022年中国滚珠丝杠市场近30亿元 从国内市场规模来看，中国作为滚珠丝杠产品重要的消费市场之一，2019年，国内滚珠丝杠市场规模占全球规模总量的20%左右，该占比在2021年提升至22.9%。据华经产业研究院数据显示，2021年我国滚珠丝杠市场规模为25亿元，预计2022年市场规模达28亿元。 图7：2014-2022年中国滚珠丝杠市场规模及增速情况 从国内行业供需情况来看，滚珠丝杠需求量大于产量，行业供需缺口明显。据华经产业研究院统计，2021年中国滚珠丝杠（滚珠丝杠副）产量达到983万套，需求量为1406万套。 图8：2014-2022年中国滚珠丝杠产量及需求量情况 从价格走势来看，近几年来随着我国滚珠丝杠副行业市场竞争加剧，国内企业向中高端市场渗透，外资品牌积极抢占经济型产品市场份额，行业市场竞争显著加剧，使得行业市场价格总体呈现出明显的下降态势。据华经产业研究院数据显示，国内滚珠丝杠价格从2014年225元/套的均价下降至2021年的181元/套，预计2022年市场价格降至180元/套，下降速度趋缓。 图9：2014-2022年中国滚珠丝杠价格走势情况 2.5我国高端滚珠丝杠国产化率较低 2.5.1全球市场竞争格局 为了实现高速或精密的加工，除在机床设备的结构刚性进行加强设计外，必须同时具备高速主轴系统和高速进给系统，才能达到材