行业深度报告：丝杠：直线传动精密部件，人形机器人与汽车智能化带来历史性新机遇

丝杠是将旋转运动转换为直线运动的精密传动部件，行星滚柱丝杠性能最优根据结构不同，丝杠可分为梯形丝杠、滚珠丝杠和行星滚柱丝杠，行星滚柱丝杠是丝杠所有品类中性能最优异的子类。以价值量和竞争格局分类，梯形丝杠和C7-C10级滚珠丝杠属于中低端丝杠，产品价格低，国内成熟供货。C3- C5 级行星滚柱丝杠与滚珠丝杠为中高端丝杠，国产化率低于30%。C0-C3级别的行星滚柱丝杠和滚珠丝杠为高端丝杠，制造难度大、产品认证周期长、价值量最高，国内仅少数厂商可供货，国产化率约5%，日欧企业占据90%的份额。 智能汽车、人形机器人等新需求拉动，2030年丝杠行业有望达747亿元规模我们测算，以智能汽车、人形机器人为主的新需求有望拉动国内丝杠市场规模由173亿元（2023年）增长至747亿元（2030年）。其中：（1）汽车智能化升级推动车载丝杠市场由2023年的76亿元增长至2030年的389亿元。（2）特斯拉人形机器人产量达到100万台时将新增162亿元行星滚柱丝杠市场，产量提升带动行星滚柱丝杠需求持续增长。（3）国产机床高端升级推动机床用滚珠丝杠规模从2023年的97亿元增长至2030年的191亿元。（4）工程机械电动节能化趋势推动行星滚柱丝杠替代液压，航空航天、半导体等高精密市场对高端丝杠需求提升。 产业机遇来临，从相对优势看主要国产参与者竞争实力 降低硬件成本是线控底盘渗透率提升以及人形机器人落地量产的核心推动因素。 因此，丝杠厂商需要及时切入主要客户供应链，通过扩大规模效应来减少价格下降对利润和现金流的影响。人形机器人、智能汽车主机厂对丝杠供应商的核心要求是低成本大规模制造能力强，因此国产丝杠厂商相比海外更具优势。国产厂商按优势不同可分为3类：（1）以丝杠为主业的先发者最具优势。滚珠丝杠和行星滚柱丝杠的认证周期长，提前卡位的公司拥有成熟的丝杠产品，可缩短导入新客户的认证周期。同时，先发者更有可能以更短的时间获取海外设备来及时满足客户扩产需求。（2）由减速器拓展丝杠业务的公司和由轴承拓展丝杠业务的公司在丝杠设计、加工工艺上具备技术优势。（3）批量化生产精密加工件实力强的公司能够满足客户大规模扩产需求。这三类企业中，已经切入汽车供应链并和客户配合度高的厂商优势更明显。受益标的：五洲新春、长盛轴承、恒立液压、贝斯特、恒而达、科峰智能（IPO申报）、新剑传动（未上市）、人本股份（IPO申报）等。 丝杠行业资本开支加大，上游设备厂商迎来增长机遇 国内可成熟供应丝杠前道设备，但后道核心设备数控螺纹磨床的国产化率低，特别是生产高端丝杠的高精度螺纹磨床基本完全依赖进口。在丝杠行业迎来大规模扩产需求、进口设备产能紧缺的背景下，国产前道设备商收入增速有望提高，后道设备国产替代进程有望加快。受益标的：秦川机床、日发精机等。 风险提示：丝杠需求不及预期、丝杠厂商导入重要客户供应链进度不及预期。 1、丝杠是将旋转运动转换为直线运动的精密传动部件 1.1、行星滚柱丝杠是丝杠品类中性能最优异的子类 丝杠是机械设备中将旋转、直线运动相互转换的传动部件，按照结构不同，分为行星滚柱丝杠、滚珠丝杠和梯形丝杠。 行星滚柱丝杠属于丝杠品类中性能最优异、最昂贵的一个子类。行星滚柱丝杠将行星减速器与丝杠的原理融合，在主螺纹丝杠的周围，行星式地布置了6-12个螺纹滚柱，由传统滚珠丝杠式的点接触变换成了精度与承载力更高的线/面接触。承载能力是同等精度滚珠丝杠的6-15倍，寿命比同精度滚珠丝杠提升10倍以上。 图1：行星滚柱丝杠是丝杠品类中性能最优异的子类，根据应用场景不同可分为四类 滚珠丝杠：由螺母、螺纹丝杠、滚珠构成。工作过程中由电机带动丝杠部分旋转，通过在螺母内部滚道的滚珠带动螺母部分直线运动，从而完成高效率的直线传动。 梯形丝杠：由螺母和螺纹丝杠构成，二者直接接触产生直线滑动。梯形丝杠的特点是自锁性好，但是传动效率低。 图2：滚珠丝杠在丝杠和螺母之间使用滚珠来实现高效率传动 图3：梯形丝杠结构简单、传动效率低 根据价值量分类，丝杠可分为高端、中高端、中低端丝杠。其中，梯形丝杠和中低端滚珠丝杠国内可成熟供货，中高端滚珠丝杠和行星滚柱丝杠国内可供货，高端滚珠丝杠和行星滚柱丝杠国内仅少数厂商可供货。 表1：根据价值量分类，丝杠可分为高端、中高端、中低端丝杠 按照不同下游领域，丝杠可分为消费级、工业级和航天级丝杠。 图4：按照不同下游领域，丝杠可分为消费级、工业级和航天级丝杠 消费级丝杠：汽车目前主要使用中低端滚珠丝杠，未来随着汽车智能化程度加大，行星滚柱丝杠渗透率将提升。智能家居、电动工具等领域目前主要使用梯形丝杠或中低端滚珠丝杠。 工业级丝杠：主要包括机床、机器人、工程机械、半导体领域用丝杠。 国内丝杠的精度等级可分为P1、P2、P3、P4、P5、P7、P10这7个等级。 JIS标准将丝杠的精度分为C0、 C1 、C3、 C5 、C7、C10六种精度。 磨床、坐标镗床主要使用P3级以上高端滚珠丝杠，其他机床使用P5级以上中高端滚珠丝杠即可。以特斯拉机器人为代表的人形机器人使用中高端行星滚柱丝杠。工程机械主要使用中高端行星滚柱丝杠。半导体设备对丝杠精度要求高，主要使用P2级以上高端滚珠丝杠。 航天级丝杠：对丝杠精度、承载力、恶劣环境下工作寿命等方面均有严苛的要求，因此主要使用高端行星滚柱丝杠或高端滚珠丝杠。 表2：机床用丝杠属于工业级丝杠，一般根据机床精度要求的不同选择P1-P5级滚珠丝杠 1.2、成熟工艺、设备储备与高质量原材料是生产高端丝杠的三大壁垒 壁垒一：成熟的加工工艺。高端丝杠的制造难度大。以行星滚柱丝杠为例，螺纹牙型的设计通过决定滚柱-螺母间啮合点位置与轴向间隙大小来决定丝杠的性能。 丝杠行业先进入者凭借长期深耕提炼出成熟的螺纹牙型设计方式与加工工艺，抢占高端市场份额。这些厂商更容易导入终端龙头客户并且形成客户粘性，通过龙头客户的高质量反馈，再对加工工艺进行改进形成良性循环。 壁垒二：丝杆为重资产行业，对设备储备要求高。对于无精度要求的C7-C10级滚珠丝杠，国内一般采用车削后轧制的方式生产。对于C0- C5 级精密滚珠丝杠和行星滚柱丝杠，国内主要采用先车削、后磨削的方式，如果加工带端齿的螺纹滚柱时还需要使用滚齿机或一体成型的滚压机。磨削为核心工艺，约占整个加工过程的2/3，使用的设备是数控螺纹磨床，根据丝杠精度要求不同，选择中高端数控螺纹磨床或高端数控螺纹磨床。 欧洲厂商还普遍使用旋风铣的方法来加工螺纹。旋风铣的加工时间是磨削加工的1/3，且不影响加工质量。核心设备是高精度旋风铣床。硬铣削工艺是指由光杆进行感应淬火处理硬度达到HKC60-HRC62，然后直接在数控旋风铣床上利用CBN成型刀以180m/min的切削速度将螺纹一次铣削成型。 高端检测设备对保障滚珠丝杠生产良率起到重要作用。以南京工艺为主的滚珠丝杠大规模量产厂商引入德国MAE滚珠丝杠高效在线检测自动校直机来进行滚珠丝杠的检测。 目前加工高端丝杠的设备被海外垄断，加工中高端丝杠的设备国内仅少数厂商可供货，海外设备仍为主流。海外设备商交期不断延长并且倾向于将产能首先满足长期合作的客户，因此丝杠行业后进入者可能因买不到符合精度要求的海外设备而无法满足客户需求。 壁垒三：原材料纯度、配方，材料热处理工艺。丝杠的主体材料需要具有高强度、硬度及良好的淬透性、耐摩擦性来保证长期稳定的工作。制造出上述高质量原材料的核心壁垒在于材料本身的纯度、配方以及球化退火、调质处理、中频淬火三项核心热处理工艺。 图5：行星滚柱丝杠以及滚珠丝杠的主要生产流程 1.3、日欧企业占据我国高端丝杠市场90%的份额，国产替代空间大 目前，中国大陆丝杠厂商仅在中低端市场有所突破，中高端市场国产化率提升空间大。2022年，中国大陆厂商占国内高端滚珠丝杠市场的5%，占国内中端滚珠丝杠市场的30%。Ewellix（伊维莱）、Rollvis、GSA、博世力士乐四家欧洲厂商占据国内行星滚柱丝杠市场约78%的份额。 图6：中国大陆厂商占国内高端滚珠丝杠市场的5% 图7：中国大陆厂商占国内中端滚珠丝杠市场的30% 图8：国产厂商位于国内丝杠市场第三梯队，主要生产中低端丝杠 中国大陆丝杠厂商尚未实现中高端突破的原因在于加工工艺不成熟、加工高端丝杠的核心设备自主化率低、国产原材料质量较差。 第一，对加工工艺理解程度不深，同时缺乏终端龙头厂商的反馈。日、欧厂商对滚珠丝杠和行星滚柱丝杠的研发可追溯到20世纪30年代，而国内最早从20世纪60年代开始研发滚珠丝杠，对行星滚柱丝杠的研发在2000年以后才开始，因此对于加工工艺的积淀较浅。加工工艺水平的提升也需要下游机床、汽车、机器人等终端客户的反馈，特别是终端龙头厂商的反馈。过去几十年国内终端市场也主要由海外厂商占据，国内丝杠厂商很难导入，无法形成“产品在客户产线上试验→客户反馈→根据反馈进行加工工艺改进”的良性闭环。 第二，高精度加工设备国产化率低，海外设备价格贵、交期长限制国内丝杠厂商扩产。目前，加工高端丝杠的核心设备的国产化率低。海外设备价格高昂使得丝杠厂商生产成本高企。海外设备商的交期延长造成设备紧缺，限制了国内丝杠厂商的扩产。 第三，原材料纯度低、热处理工艺不成熟导致国产丝杠生产过程中废品率高，实际使用过程中容易接触疲劳失效。 我国生产滚珠丝杠使用的原材料主要是轴承钢GCrJ5（近年来又开发出掺杂Mo元素的GCrJ5，实现高淬透性），为优质合金钢，不比日本THK、中国台湾上银所用的材料差，但是我国的钢材纯净度整体水平较差。以氧含量举例，我国国家标准规定，高碳铬轴承钢氧的质量分数在在15×10以内，而日本、瑞典等工业发达国家轴承钢的氧含量普遍在10×10以下，甚至达到5×l0以下。据日本相关报道，轴承钢氧的质量分数平均减少2.5×10，则轴承寿命提高l～2倍。 -6 -6 -6 -6 旋风铣加工设备对滚珠丝杠原材料和刀具（主要为PCBN刀具）要求较高。国产材料和刀具达不到加工要求也是旋风铣这种高效加工方式渗透率低的原因之一。 国内丝杠产业高端突破的核心要素：（1）通过对材料学、摩擦学等底层基础学科进一步精进以及通过终端龙头客户反馈进行技术迭代的方式来提升丝杠加工工艺水平。（2）高精度加工设备国产化，打破海外设备产能与交期对国内扩产的限制。（3）国产原材料纯净度提升。 2、下游需求高增，2030年我国丝杠行业有望达747亿元规模 根据我们测算，2023年国内丝杠市场规模约173亿元，以人形机器人产量达到100万台假设，2030年国内丝杠市场规模有望增长至747亿元。 图9：智能汽车、人形机器人等新需求拉动下，丝杠行业迎来高增长 2.1、汽车智能化升级，2030年国内车载丝杠市场有望增长至389亿元 线控底盘是汽车智能化浪潮下的黄金赛道，其中最为关键的线控转向和线控制动系统目前均使用滚珠丝杠。 线控制动、线控转向、电子驻车系统渗透率提升以及更高价值量的行星滚柱丝杠对滚珠丝杠的替代将共同推动汽车用丝杠市场规模扩大。由于行星滚柱丝杠能承载的静载比滚珠丝杠高，寿命比滚珠丝杠长，能够提供更高的旋转速度和更高的加速度，使得制动器的制动响应更快，同时制动力更大。行星滚柱丝杠导程可以更小，使制动器高精度可控。因此，更高性能的线控底盘系统需要使用价值量更高的行星滚柱丝杠替代滚珠丝杆。 根据我们测算，2023年，国内应用于乘用车线控底盘的丝杠市场规模预计为75.8亿元，2030年有望增长至388.9亿元。 表3：我们预计，2030年，国内应用于乘用车线控底盘的丝杠市场规模将相比2023年扩大5.1倍 线控制动：电子助力替代真空助力，解决了新能源车缺乏稳定真空源的问题，具备能量回收的功能，对提升新能源汽车续航里程至关重要。 线控制动分为EHB和EMB两种技术路线，EHB为目前主流方案，分为Onebox（EHB与EPS共用一个ECU，省去EPS的机械结构）和Twobox（EHB与EPS独立工作）方案。EMB为