企业竞争图谱：2024年丝杠 头豹词条报告系列

企业竞争图谱：2024年丝杠 头豹词条报告系列 周晓洲·头豹分析师 版权有问题？点此投诉 2024-10-25未经平台授权，禁止转载 工业制品 制造业 摘要丝杠作为精密机械组件，将旋转运动转为直线运动，广泛应用于机床、医疗、新能源汽车及人形机器人等领域。随着技术进步与政策扶持，中国丝杠行业快速发展，市场规模预计2030年达5,940.2亿元。国际领先企业占据高端市场，但中国企业正通过研发提升竞争力。行星滚柱丝杠因耐用性受青睐，专利申请量激增。市场规模增长受高端机床替代加速、新能源汽车普及及机床行业复苏等因素驱动，未来前景广阔。 行业定义[1] 丝杠螺母副（以下简称“丝杠”）是一种精密机械组件，将旋转运动转换为直线运动。这种转换是通过电机驱动丝杠轴旋转，丝杠轴配套的螺母在螺纹的推动下实现直线运动，将电机的旋转力转化为设备所需的直线驱动力。丝杠各部件原材料大都为轴承钢和低碳合金钢等材料，在毛坯成型、精密机加工、可控气氛热处理、精密磨加工以及探伤等主要生产工艺与轴承高度相似。 行业分类[2] 按照摩擦特性的分类方式，丝杠行业可以分为如下类别： 行业特征[3] 丝杠行业的主要特征包括：下游领域众多，丝杠应用前景广阔；国际丝杠行业相对领先，中国企业努力实现技术进步;行星滚柱丝杠的研发尤为集中，专利申请数量众多。 1下游领域众多，丝杠应用前景广阔。 丝杠产业链下游市场日益广阔，从传统的机床制造、医疗器械扩展到新兴的新能源汽车、人形机器人，将覆盖工业、医疗、服务等众多领域。随着众多国家政策的扶持与研发技术的不断突破，丝杠的精度和耐用 性都将大幅度提升。据测算，中国丝杠行业的市场规模将不断扩大，预计2030年增长至5,940亿元，行业具有广阔的应用前景和发展潜力。 2国际丝杠行业相对领先，中国企业致力于实现技术进步。 目前，德国、瑞士等国家的企业在丝杠高端细分市场和小众市场占据经验和技术优势。头部企业包括德国舍弗勒集团、瑞士GSA企业等。在中国丝杠行业存在从业人员少、积累时间短的劣势下，诸多中国丝杠企业主动研发、精进生产工艺，提升制造与检测技术，积极参与国际学习与合作，力求提高其产品的性价比与竞争力。代表企业包括：南京工艺、秦川机床、五洲新春等。 3行星滚柱丝杠的研发尤为集中，专利申请数量众多。 因其极强的耐用性与承重性，行星滚柱丝杠成为要求连续工作制应用场合的理想选择，被广泛应用于数控机床、工业机器人、航空等多个领域。由此，行星滚珠丝杠的研发领域日益繁荣。研究表明，2010年以后，行星滚柱丝杠技术领域的专利申请量进入成熟期。2011年以后，国内外专利申请总量超过20项，且呈现波动上升趋势；至2020年，国内外专利申请数量已达到73项。其中，主要申请来自于中国、德国、日本、法国、瑞典等国家及地区。目前，高精度行星滚柱丝杠副技术领域的热点主要为行星滚柱丝杠副总体结构设计技术、螺纹磨削用砂轮—廓形修整及保持技术、深孔内螺纹制造技术研究等。 发展历程[4] 滚珠丝杠副的发展共经历五段历程，第一阶段（1874-1950）:精密螺纹磨床出现，滚珠丝杠获得专利，并且在世界范围内被批量应用；第二阶段（1950-1982）：生产滚珠丝杠副的企业出现，中国丝杠行业尚处于摸索时期；第三阶段（1982-1998）：中国制定出丝杠行业标准，产品在精度、性能各方面都取得大幅度进步，生产逐步达到国际标准；第四阶段（1998-)：随着下游行业生产技术的不断精进，丝杠行业遇到空前的机遇和挑战。 萌芽期1874~1950 1874年，滚珠丝杠副在美国获得专利；美国通用汽车企业萨吉诺分厂首次将滚珠丝杠副用于汽车的转向机构上；1940年,美国开始成批生产用于汽车转向机构的滚珠丝杠副；1943年,滚珠丝杠副开始用 于飞机上。 精密螺纹磨床的出现使滚珠丝杠副在精度和性能上产生了较大的飞跃, 随着数控机床和各种自动化设备的发展,促进了滚珠丝杠副的研究和生产。 启动期1950~1982 从50年代开始,在工业发达的国家中,滚珠丝杠副生产厂家如雨后春笋般迅速出现,例如:美国的WARNER-BEAVER、GM-SAGINAW;英国的ROTAX;日本的NSK、TSUBAKI等；50年代末期，中国开始研制用于程控机床、数控机床的滚珠丝杠副；1864年起，以北京机床研究所、南京工艺设备制造厂和南京理工大学为主导，以日本先进产品技术为模仿示例，中国开始制定行业标准，并逐渐形成具有中国特色的产品工艺格局。 世界范围内，滚珠丝杠副的企业纷纷出现；中国滚珠丝杠副的加工工艺处在一个摸索的时期：基础工业较为薄弱、用于加工设备精度较低、缺乏专用检测设备、产品大多只满足低精度传动用的场合。 发展期1982~1998 1982年，行业标准JB3162-1982《滚珠丝杠副》的诞生，代表了中国滚珠丝杠副的发展越过了原始起步阶段。1991年，在此标准的基础上，行业内骨干企业、机床厂家和科研院所合作完成了更为详细的部颁标准JB3162-1991《滚珠丝杠副》。“八五”、“九五”期间，不少中国企业先后从发达国家引进关键的加工和检测设备，如瑞士REISHAUER及德国LINDEN的高精度螺纹磨床、英国MATRIX高精度内螺纹磨床、德国AEG数控中频淬火机床等世界一流的冷热加工设备；1998年，行业内制定了相应的滚珠丝杠副国家标准GB/T17587-1998《滚珠丝杠副》。 中国大力扶持螺纹磨床制造业的发展，不断完善检测设备，鼓励行业内部分企业积极与部分发达国家进行技术合作。中国滚珠丝杠副的制造工艺水平迅速提升到国际一流的制造水平。 平台期1998~ 20世纪90年代，中国数控机床系统的发展对丝杠的制造提出了更高的要求，性能更强的丝杠被引入中国；1998年之后，中国进入WTO，国际先进厂商纷纷涌入中国；2004年，国务院领导主要批复了有关加速发展趋势国内数控车床发展趋势的规定，滚珠丝杠副作为主要关键传动系统构件也相对应提上关键日程；2020年，中国运载火箭技术研究院提出的一种行星滚柱丝杠及其载荷均布方法获国家发明专利。 中国滚珠丝杠副行业遇到了空前的发展机遇与挑战。面对不断国际化的产品竞争、不断扩大的市场需求，中国滚动功能部件行业逐步改进生产不集中、产品品种单一和含金量偏低等问题，力求追赶国际产品，实现中国国产替代。 产业链分析 丝杠行业产业链上游为原材料环节，主要是钢铁供应商；产业链中游为丝杠的生产和制造环节，目前中国丝杠企业生产工艺仍需改进；产业链下游为丝杠应用环节，主要包括机器人制造商、新能源汽车、机床制造商等。[6] 丝杠行业产业链主要有以下核心研究观点：[6] 丝杠行业上游以钢铁供应商为主。近些年钢铁行业全面进入下行周期，供过于求，平均价格下降。但逐步构建的新格局和深入的产业结构调整将拉动中国需求，高端制造业对钢铁的需求仍有较大的增长空间。2023年，钢铁行业呈现“需求减弱、价格下降、成本高企、利润下滑”的走势。全年粗钢产量与上年持平；生铁、钢材产量增长；折合粗钢表观消费量、钢材价格下降。2023年中国钢材价格指数（CSPI）平均值同比下降11.07点。2023年钢材八大品种平均价格均低于2022年。 丝杠行业下游领域众多，主要包括人形机器人、新能源汽车、机床等。目前，中国机器人产业已形成以长三角、珠三角、京津冀为主的智能机器人发展产业集群；电动化成为汽车发展新方向，未来的新能源汽车市场需求强劲，将带动丝杠等零部件中国产品替代的新机会。 2022年上半年底，京津冀地区机器人产业链上相关企业数量约1,000家；长三角地区已集聚机器人产业链相关企业超4,500家；珠三角地区已集聚机器人产业链相关企业超2,600家。新能源汽车行业的蓬勃发展已经形成了全球性的新趋势，电动化已经成为全球环保压力和能源危机背景下汽车行业重要的发展方向。在此趋势下，中国的新能源汽车发展迅速，2021年新能源汽车销量已达到333.41万辆，渗透率也快速增长达15.5%;到2022年，中国销量已达473.19万辆，渗透率达27.6%；2023年新能源汽车产销量分别完成958.7万辆和949.5万辆，市场占有率达31.6%。作为全球最大的新能源汽车市场，中国政策环境和市场动态深刻影响着全球汽车厂商。[6] 产业链上游 生产制造端 原材料（钢铁） 上游厂商 产业链上游说明 钢铁行业全面进入下行周期，供过于求，平均价格下降。 2023年，由于需求减弱，供过于求，成本实际下移幅度小于钢价降幅，钢铁行业呈现出价格下降、利润下滑的趋势，提质增效难度加大的特点。根据八一钢铁年报数据统计，在供给侧：中国全年粗钢产量为10.19亿吨，与上年持平；生铁、钢材产量增长，分别为8.71亿吨和13.63亿吨；在需求侧：折合粗钢表观消费量下降至9.33亿吨。2023年中国钢材价格指数（CSPI）平均值为111.60点，同比下降11.07点，降幅为9.02%。同时，2023年钢材八大品种高线、螺纹钢、角钢、中厚板、热轧卷板、冷轧薄板、镀锌板和热轧无缝管的平均价格均低于2022年。然而，面对严峻的市场形势，中国钢铁行业积极适应市场，主动对接需求、调整品种结构，加强对标挖潜，因此，生产经营整体得以保持平稳态势。 逐步构建的新格局和深入的产业结构调整将拉动中国需求，高端制造业对钢铁的需求仍有较大的增长空间。 中国“双循环”新发展格局逐步构建致力于加快推动新基建、新型城镇化、清洁能源、新能源汽车、高端装备制造等领域的发展，进而推动中国装备制造业在国际分工中扮演的角色转换，加快迈入全球供应链、产业链、价值链的中高端；同时，中国坚定不移推动建设制造强国和产业转型升级，中国产业结构调整在供给侧结构性改革、建设制造强国等国家战略以及相关政策带动下将进一步深入。预计高端装备制造、船舶海工、汽车、能源、国防航空航天等行业仍将保持增长态势，因此，对特殊钢、高端特钢的需求将被持续拉动。据Wind数据统计，2023年中国特钢进口量298.89万吨，进口金额62.67亿美元，主要集中在航空航天、先进轨道交通、海洋工程及高技术船舶、电力装备、汽车、能源石化、高档机床、信息技术等领域，由此可见，应用于上述领域的钢铁细分种类，尤其是以高端齿轮钢、轴承钢、工模具钢、弹簧钢和高温合金、新能源用钢为例的重点品种需求，在未来仍有较大增长空间。 产业链中游 品牌端 丝杠制造商 中游厂商 产业链中游说明 螺纹磨削工艺基础研究薄弱，导致中国丝杠性能和精度不足。 中国滚珠丝杠的加工方法仍以车削加磨削为主，首先车削出螺纹，再通过盘型刀具以成形磨削的方式加工螺旋面。螺纹主要包括外螺纹、内螺纹，英制螺纹和公制螺纹等。公制螺纹标准径从0.7至43.0不等，英制螺纹钻孔径从2.6至28.3不等。同时，螺纹磨削工作面为阿基米德螺旋面，其磨削加工不同于其他外圆磨削和平面磨削的加工，工艺相比之下更加复杂。因此，在螺纹加工过程中，牙形半角误差和螺距误差过大、环规外径的干涉、T环规内径的干涉等影响因素都有可能导致螺纹不准和废品的出现。而中国目前对于螺纹磨削工艺和螺纹磨削机理的基础研究方面较为薄弱，型面误差的来源与作用模型还比较少，对众多误差的作用方式认识不足，导致了中国丝杠与螺母产品性能与精度的落后。 CNC控制与旋风铣削的结合使得生产率大幅度提高，有助于提升中国功能部件企业的生产水平，对中国机床工具行业发展起到关键的作用。 相比起通常要经过2-4次机械加工才能达到质量要求、生产效率较低的传统的螺纹加工方法，采用旋风硬铣削加工滚珠丝杠螺纹能够大大缩短了产品制造周期，而CNC控制与旋风铣削的结合使得生产率以更大幅度提高。因为CNC控制与旋风铣削的结合大大降低了刀具转换和参数设置时间,使其与传统螺纹铣削相比,效率提高四倍以上。此外，CNC控制与旋风铣削的结合还具备强化机床-工件-刀具系统的动刚度、更长的刀具使用寿命,更快的进给速度,更低的表面粗糙度值等优势。因此，把CNC控制和旋风铣削有效的结合能有助于旋风铣削技术的进步