行业周报：机器人减速器及丝杠加工工艺和设备分析

特斯拉人形机器人逐渐从概念走入量产，铲子股有望受益下游资本开支浪潮特斯拉人形机器人软件、硬件迭代超预期，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。根据特斯拉规划，Optimus将于2023年11月进行行走测试。按零部件设计迭代时间推算，特斯拉人形机器人有可能在2024年定型，进而进入量产阶段。人形机器人核心零部件中，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，即生产设备将被集中采购，刀具作为耗材持续受益。 减速器：齿轮加工机床/磨床为核心设备，百万台机器人对应48/21亿元市场人形机器人有望大幅带动减速器市场扩容。人形机器人关节的设计要求主要为结构紧凑、体积小、轻量化、能耗低。特斯拉当前公开的信息为谐波减速器设计，不排除未来采用行星减速器的可能。根据我们测算：假设人形机器人采用单台12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1200万台。如果全部采用谐波减速器，谐波减速器市场整体将存在14倍需求空间；如果其中1/3采用精密行星减速器，市场规模将增长24%。假设人形机器人单台采用12个减速器（4行星+8谐波），我们测算当人形机器人量产百万台时，减速器所使用的齿轮加工机床/磨床价值量预计分别达48.1/20.9亿元。 丝杠：螺纹磨床为重点设备，百万台机器人对应47亿元市场 人形机器人带动下，行星滚珠丝杠将迎来百亿以上市场增长。特斯拉机器人全身使用14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。 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。假设人形机器人单台采用14根行星滚柱丝杠，螺纹磨床均价100万元/台，我们测算，当人形机器人量产百万台时，行星滚柱丝杠所使用的螺纹磨床/加工机床价值量预计分别达47/15.6亿元。 受益标的 恒锋工具（提供减速器、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（车铣复合中心等）、秦川机床（滚齿机、磨齿机）、日发精机（螺纹磨床等） 风险提示：人形机器人量产、落地进度不及预期；人形机器人硬件设计重大改动风险。 1、人形机器人逐渐从概念走入量产，核心铲子股需求高增 人形机器人产业趋势逐渐明晰，特斯拉人形机器人逐渐从概念走入量产。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。根据特斯拉规划，Optimus将于2023年11月进行行走测试。按零部件设计迭代时间推算，特斯拉人形机器人有可能在2024年定型，进而进入量产阶段。 图1：特斯拉人形机器人迭代超预期 人形机器人量产后，生产设备商（铲子股）有望受益下游资本开支浪潮。人形机器人核心零部件中，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，即生产设备将被集中采购，刀具作为耗材持续受益。 图2：每百万台人形机器人出货，所对应减速器齿轮、丝杠加工设备价值量 2、减速器：齿轮加工机床、磨床为核心设备，预计人形机器 人百万台出货量对应48.1/20.9亿元市场空间 特斯拉当前公开的信息为谐波减速器设计，不排除未来采用行星减速器的可能。 人形机器人关节的设计要求主要为结构紧凑、体积小、轻量化、能耗低。行星减速器、谐波减速器在性能上各有千秋，谐波减速器最重要的优势在于体积小、防抖动，行星减速器在于抗冲击、价格低。 表1：行星减速器与谐波减速器各具优势 人形机器人有望大幅带动减速器市场扩容。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：假设人形机器人采用单台12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1200万台。如果全部采用谐波减速器，谐波减速器市场整体将存在14倍需求空间；如果其中1/3采用精密行星减速器，按量产单价200元计算，则行星减速器的新增市场空间在8亿元，市场规模将增长24%。 减速器工艺繁复，核心设备为齿轮加工机床、磨床，上游设备商有望迎资本开支浪潮。 （1）谐波减速器：核心部件由柔轮、钢轮、波发生器构成。其中柔轮、钢轮分别需要6-7道工序加工，核心工序为滚齿、车齿、插齿等齿轮加工流程，对应设备为滚齿机、车齿机、插齿机等，国内厂商主要为秦川机床、南二机、宜昌长机、重庆机床等。此外，柔性轴承（波发生器）多为外购，国内企业包括洛阳轴承、鸿源轴承等。 图3：谐波减速器各零部件加工流程 （2）行星减速器：行星减速器主体包括行星支架、行星轮、太阳轮。核心工序与谐波减速器类似，但精度要求略低于谐波，主要为滚齿、车齿、插齿、内圆磨削、端面磨削等，对应设备为滚齿机、车齿机、插齿机、内圆磨床、端面磨床等。主要厂商包括秦川机床、宁江机床、无锡机床、宇环数控等。 图4：行星减速器各零部件生产流程 假设人形机器人单台采用12个减速器（4行星+8谐波），我们测算，当人形机器人量产百万台时，减速器所使用的齿轮加工机床/磨床价值量将分别达48.1/20.9亿元。 表2：我们测算，当人形机器人量产百万台时，减速器所使用的齿轮加工机床/磨床价值量将分别达48.1/20.9亿元 此外，在齿轮齿形加工工艺中，车齿、插齿、滚齿、磨齿工艺分别采用车齿刀、插齿刀、滚齿刀、砂轮等加工刀具磨具；内齿圈加工需要使用拉刀。刀具作为耗材，将持续受益下游市场扩容。 图5：齿轮齿形加工刀具多样 图6：内齿圈加工需要使用内拉刀 表3：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 3、丝杠：螺纹磨床为重点设备，预计人形机器人百万台出货 量对应47亿元市场空间 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14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7：特斯拉采用行星滚柱丝杠方案 图8：行星滚柱丝杠融合了行星减速器和丝杠的原理 行星滚珠丝杠将迎来百亿以上市场增长。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4：当人形机器人产量达到100万台时，对应行星滚柱丝杠市场规模有望达163亿元 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9：滚珠丝杠主要由丝杠、螺母、滚珠三部分构成 目前，国内螺纹磨床设备主要为海外进口，获取难度较高，主流厂商包括瑞士Monnier、英国MATRIX、日本三井等。国产螺纹磨床厂商主要为秦川机床、日发精机（试磨阶段）。 图10：行星滚柱丝杠以及滚珠丝杠的主要生产流程 假设人形机器人单台采用14根行星滚柱丝杠，螺纹磨床均价100万元/台，我们测算，当人形机器人量产百万台时，行星滚柱丝杠所使用的螺纹磨床/加工机床价值量将分别达47/15.6亿元。 表5：我们测算，当人形机器人量产百万台时，行星滚柱丝杠所使用的螺纹磨床/加工机床价值量将分别达47/15.6亿元 此外，国外也有采用旋风铣取代一部分磨削工序或全部替代磨削的情况。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6：磨削与旋风铣加工优势比较 图11：旋风铣只需1Pass即可完成加工 图12：旋风铣采用旋风铣刀 4、受益标的 恒锋工具（提供减速器、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（车铣复合中心等）、 秦川机床（滚齿机、磨齿机）、 日发精机（螺纹磨床等） 5、风险提示 人形机器人量产、落地进度不及预期；人形机器人硬件设计重大改动风险。