行业周报：人形机器人执行器空间广阔，核心铲子股需求高增

人形机器人执行器核心部件市场空间广阔，铲子股（设备、耗材）需求高增人形机器人星辰大海，产业趋势逐渐明晰。特斯拉人形机器人软件、硬件迭代超预期，三星、谷歌等科技巨头也纷纷加快在人形机器人产业中的布局，国内人形机器人厂商同样展现出惊艳的设计迭代能力；国内相关政策陆续出台。人形机器人产业趋势逐渐明晰。人形机器人的关节方案已基本确定，传动机构分别采用减速器、丝杠，皆属于精密零部件，对加工工艺具有较高要求；此外，人形机器人属于新兴行业，量产后规模增量较大，厂商有望迎来资本开支浪潮。根据我们测算，减速器厂商市场规模空间最高将达16倍，产能稀缺的丝杠行业将迎来百亿以上的规模扩增。相关加工设备将被集中采购，刀具作为耗材持续受益。 减速器、齿轮：使用滚齿刀、拉刀等刀具，加工设备包括滚齿机、磨齿机等人形机器人所采用的齿轮主要为谐波减速器、行星减速器等。特斯拉人形机器人全身采用14个旋转关节，对应14个减速器。齿轮加工可分为内齿圈加工、齿形加工两部分。其中，内齿圈加工方面，行星减速器多采用拉削（效率最高）工艺，所用刀具及机床设备为拉刀（技术壁垒高、价值量大）/拉床。谐波减速器精度较高，还需采用滚齿、车齿、插齿等工艺，对应滚刀/滚齿机、车齿刀/车齿机、插齿刀/插齿机等刀具/设备。齿轮齿形加工工艺丰富，包括滚齿、插齿、车齿等，对应刀具及机床设备为滚齿刀、插齿刀、铣刀、磨齿机、车齿机等。轴承加工工艺中，磨床是关键设备。 丝杠：使用丝锥、螺纹铣刀、车齿刀等刀具，设备包括硬车车床、磨床等。 人形机器人线性关节主要采用行星滚柱丝杠等传动方式。特斯拉机器人全身使用12个线性执行器，采用无框电机+行星滚柱丝杠的方案。滚珠丝杠螺纹加工是主要的工艺难点。外螺纹加工工艺中，我国市场以磨削为主，主要采用螺纹磨床； 旋风铣加工效率高、稳定性好，但设备价格昂贵，因为国内使用较少。内螺纹加工主要依靠攻丝或螺纹铣削，分别应用丝锥或螺纹铣刀，对应设备分别为攻丝机、铣床等。此外，行星滚珠丝杠内齿圈的加工工艺，和齿轮内齿圈类似，都需要使用插齿等齿轮加工工艺完成。 受益标的 恒锋工具（提供电机花键、减速器、丝杠加工整体刀具方案，拉刀、滚刀国产突破）、沃尔德（丝杠加工铣刀等）、浙海德曼（车削中心等）、秦川机床（滚齿机、磨齿机）。 风险提示：人形机器人落地进度不及预期；人形机器人硬件设计重大改动风险。 1、人形机器人执行器空间广阔，核心铲子股需求高增 人形机器人星辰大海，产业趋势逐渐明晰。特斯拉人形机器人软件、硬件迭代超预期，三星、谷歌等科技巨头也纷纷加快在人形机器人产业中的布局，国内人形机器人厂商同样展现出惊艳的设计迭代能力；国内相关政策陆续出台。人形机器人产业趋势逐渐明晰。 图1：特斯拉人形机器人迭代超预期 图2：国产人形机器人厂商展现出惊艳的设计迭代能力 人形机器人的关节方案已基本确定，量产后零部件铲子股有望受益。传动机构分别采用减速器、丝杠。旋转关节采用无框电机+行星/谐波减速器方案，直线关节选择无框电机+丝杠的设计。其中，减速器、丝杠属于精密零部件，对加工工艺具有一定要求；此外，人形机器人属于新兴行业，量产后需求增量较大，零部件供应商具有扩产需求，即加工设备将被集中采购，刀具作为耗材持续受益。 （1）减速器方面，根据高工机器人预测，2023年我国工业机器人市场谐波减速器需求约为88.5万台；而根据我们测算，假设人形机器人仍然采用单台14个旋转关节的设计，当人形机器人量产数量达到100万台级时，减速器需求有望达到1400万台，如果全部采用谐波减速器，市场整体将存在16倍业绩空间。 （2）丝杠方面，根据我们测算，当人形机器人产量达到100万、200万台时，对应行星滚柱丝杠市场规模分别达到163亿元、327亿元。目前国内行星滚珠丝杠的产能高度稀缺，或迎来资本开支浪潮。 表1：当人形机器人产量达到100万万台时，对应行星滚柱丝杠市场规模将达163亿元 图3：人形机器人量产后，零部件铲子股有望受益 2、减速器等齿轮加工：拉刀、车齿机等为重点刀具设备 人形机器人所采用的齿轮主要为谐波减速器、行星减速器等。 图4：行星减速器背隙大、抗冲击 图5：谐波减速器无体积小、结构紧凑 齿轮加工可分为内齿圈加工、齿形加工两部分。其中，内齿圈加工可采用拉削、插齿、滚插工艺，所用刀具及机床设备为拉刀、插齿刀、拉床；齿形加工工艺丰富，包括滚齿、插齿、车齿等，对应刀具及机床设备为滚齿刀、插齿刀、铣刀、磨齿机、车齿机等。 2.1、内齿圈加工：拉削工艺效率高，主要采用拉刀、拉床 内齿圈是减速器加工的重点部位之一。齿轮内齿加工和刚轮的内齿加工是行星减速器和谐波减速器的重要工艺环节。内齿圈加工工艺组要包括插齿、滚插、拉削三种。插齿或拉齿环节都需要对应使用到内齿圈插刀或内齿圈拉刀。由于精度问题，目前拉削工艺在行星减速器内齿圈加工中应用较多，谐波减速器应用较少。 图6：内齿圈是行星减速器重要的组成部分 行星内齿圈加工工艺中，拉削工艺效率最高，所用拉刀价值量大。拉削工艺的加工效率可以达到插齿的十几或几十倍，已成为国外大批量生产的主流加工工艺。 但拉削工艺对机床和拉刀都有较高要求。由于拉刀结构复杂，制造难度高，价值量大，拉刀市场长期以来被欧美日少数几家刀具公司垄断，国内恒锋工具等龙头公司已逐步实现国产替代。 图7：减速器内齿圈加工需要用到插齿刀或拉刀 图8：内齿圈加工需要使用内拉刀 拉床可生产行星减速器内齿圈，适合产品定型后批量生产。拉床是用拉刀作为刀具加工齿形、通孔、平面和成型的机床。采用拉床生产齿轮产品对操作人员要求不高，产品一致性较好，且可以加工复杂加工面，但由于刀具昂贵，不适用于单件及小批量加工，在大批量加工时单间成本低。此外，由于热处理后齿形精加工工艺匹配难，使得产品整体精度不高。因此拉床广泛应用于汽车、工业减速机的内齿轮和内花键的加工。 图9：日本那智不二越生产的NUV系列拉床 谐波减速器精度较高，还需采用滚齿、车齿、插齿等工艺。对应滚刀/滚齿机、车齿刀/车齿机、插齿刀/插齿机等刀具/设备。未来加工谐波减速器时，为平衡效率与精度，也有可能改为先拉后铣的工艺方案。 2.2、齿轮齿形加工：车齿工艺精度、效率高，主要采用铣刀、车齿机等 在齿轮齿形加工工艺流程中，齿坯经过滚、插、车、剃等加工，以及热处理后为了消除存留的齿形误差而进行的以磨齿、强力珩齿为主的精加工。 车齿工艺较插齿、滚齿具备成形精度更高的优势。滚齿是齿轮加工中生产率较高、应用最广的加工方法之一，滚齿工艺可以加工不同类型的齿轮，且可以获得较高运动精度，但相对表面粗糙度较差。插齿加工齿形精度和粗糙度较好，但齿轮运动精度较差，插齿主要适用于齿轮的内齿加工以及一些受结构干涉的外齿加工。车齿主要利用齿轮型刀具与工件之间进行强制啮合，按空间展成法切制齿轮齿面，具有材料去除率高、成形精度好等优点，近期应用和发展较快。 图10：齿轮齿形加工主要工艺包括滚齿、插齿、车齿等 图12：齿轮齿形加工刀具多样 车齿、插齿、滚齿工艺的加工设备分别对应车齿机、插齿机，及滚齿机。磨齿工艺对应设备为磨齿机。国内相关厂商主要为秦川机床、重庆机床等。 表2：车齿、插齿、滚齿工艺的加工设备分别对应车齿机、插齿机，及滚齿机 图13：秦川机床生产的高效数控车齿机 图14：秦川机床YK7380A磨齿机实现进口替代 2.3、轴承加工：磨床为轴承生产的关键设备 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15：磨床是轴承生产的关键设备 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16：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17：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 目前，日德厂商占据我国高精密磨床市场的主要份额，国内磨床厂商逐步打破海外垄断。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。但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。 3、丝杠加工：丝锥/螺纹铣刀、螺纹磨床等为重点设备 人形机器人线性关节主要采用行星滚柱丝杠等传动方式。特斯拉机器人全身使用12个线性执行器（即伺服电缸），采用无框电机+行星滚柱丝杠的方案。除行星滚柱丝杠外，其他几种人形机器人腿部传动方案包括连杆、T型丝杠等。 行星滚柱丝杠是丝杠中性能最优异也最贵的品类，制造难度比滚珠丝杠难度更大。此外，滚珠丝杠也可应用于新能源车、机床等领域，量产能力将成为丝杠产业核心竞争力之一。 图18：特斯拉采用行星滚柱丝杠方案 图19：行星滚柱丝杠融合了行星减速器和丝杠的原理 滚珠丝杠主要由丝杠、螺母、滚珠三部分构成，丝杠外螺纹、螺母内螺纹是主要的加工难点。此外，行星滚珠丝杠内齿圈的加工工艺，和齿轮内齿圈类似，都需要使用插齿等齿轮加工工艺完成。 图20：滚珠丝杠主要由丝杠、螺母、滚珠三部分构成 图21：行星滚柱丝杠以及滚珠丝杠的主要生产流程 3.1、外螺纹加工：螺纹磨床磨削是主流，旋风铣采用旋风铣刀、铣床 外螺纹加工工艺主要包括磨削、轧制和旋风铣三种。 旋风铣加工效率高、稳定性好，但设备价值昂贵。在旋风铣的切削过程中，只有旋转到靠近工件一侧才能参与并完成切削，为远离工件的刀具提供了足够的散热时间。此外，旋风铣每次切削区域的空间位置不变，切削厚度与宽度都是切入的由小变大，再变为切出的由大变小。因此，旋风铣与单点铣削相比，金属切削率大大提高。此外，旋风硬铣削的加工效率是磨削的3～5倍，且与传统切削相比，刀具使用寿命能够提高70%，在中等精度市场市占率逐渐提升。我国能够提供旋风铣刀的厂商包括沃尔德等。 表3：磨削与旋风铣加工优势比较 图22：旋风铣只需1Pass即可完成加工 图23：旋风铣采用旋风铣刀 在目前的国内外螺纹加工市场中，磨削工艺是主流。由于旋风铣设备价值量等问题，我国丝杠加工方式目前仍以高速或超高速磨削为主。所采用的磨具及设备主要为各种材质的砂轮及螺纹磨床。 图24：外螺纹磨削工艺主要采用螺纹磨床 3.2、内螺纹加工：采用攻丝或铣削工艺，对应刀具丝锥、螺纹铣刀 内螺纹加工主要依靠攻丝或螺纹铣削，分别应用丝锥或螺纹铣刀。其中，公司工艺因丝锥刀具标准化程度高，价格相对便宜，设备及加工成本相对低廉；国际知名丝锥品牌包括日本OSG、德国EMUGE、德国NORIS和澳大利亚SUTTON等。 螺纹铣刀刀具寿命长、不易断刀、螺纹精度好，但设备价格相对较高。对应设备分别为攻丝机、铣床等。 图25：螺纹铣削工艺使用铣刀 图26：攻丝工艺使用丝锥 表4：内螺纹加工刀具包括丝锥和螺纹铣刀 4、受益标的 恒锋工具（提供电机花键、减速器、丝杠加工整体刀具方案，拉刀、滚刀国产突破）、 沃尔德（丝杠加工铣刀等）、 浙海德曼（车削中心等）、 秦川机床（滚齿机、磨齿机）。 5、风险提示 人形机器人落地进度不及预期； 人形机器人硬件设计重大改动风险。