報告出品方：國海證券
以下為報告原文節(jié)選
------
01 核心壁壘在于精加工&設(shè)備，未來硬車應(yīng)用有望擴(kuò)大
1 . 1、特斯拉人形機器人執(zhí)行器與絲杠分布
特斯拉人形機器人有28個執(zhí)行器，其中線性執(zhí)行器搭載行星滾柱絲杠。根據(jù)特斯拉2022AIDAY，特斯拉人形機器人全身28個執(zhí)行器（14個線性執(zhí)行器+14個旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器），旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器=無框力矩電機+諧波減速器+扭矩傳感器+編碼器，直線執(zhí)行器=無邊框力矩電機+行星滾柱絲杠+力傳感器+編碼器，其中14個線性執(zhí)行器分布在大臂（2）、小臂（4）、大腿（4）、小腿（4），對應(yīng)14個行星滾柱絲杠。
1 .2、絲杠是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動的機構(gòu)
定義：行星滾柱絲杠是一種通過螺母、滾柱、絲桿等零部件將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動的機構(gòu)。
組成結(jié)構(gòu)：標(biāo)準(zhǔn)滾柱絲杠（PRS）主要由幾個關(guān)鍵組件構(gòu)成：絲桿、滾柱、螺母三個主要部件以及直齒、內(nèi)齒圈、滾柱保持架和彈簧擋圈等輔助部件。其中，絲桿設(shè)計為牙型角90°的多頭螺紋；滾柱則是具有相同牙型角的單頭螺紋設(shè)計；螺母內(nèi)部具備與絲杠頭數(shù)和牙型相匹配的內(nèi)螺紋。
工作原理：由電機帶動旋轉(zhuǎn)的絲杠利用摩擦轉(zhuǎn)矩驅(qū)動滾柱轉(zhuǎn)動，繼而將絲杠的回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為螺母的直線往復(fù)運動。
1 .2、絲杠具備傳動效率高、精度高、傳動可逆性等特點
絲杠作為負(fù)責(zé)將電機旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線傳動的傳動精密件，具備摩擦小、精度高、剛度高、傳動可逆性等特點：ü 摩擦損失小、傳動效率高。由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲杠螺母之間有很多滾珠在做滾動運動，所以能得到較高的運動效率。與過去的滑動絲杠副相比驅(qū)動力矩達(dá)到1/3以下，即達(dá)到同樣運動結(jié)果所需的動力為使用滑動絲杠副的1/3，在省電方面很有幫助。
精度高。滾珠絲杠副一般是用高水平的機械設(shè)備連貫生產(chǎn)出來的，特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面，對溫度、濕度進(jìn)行了嚴(yán)格的控制。完善的品質(zhì)管理體制使精度得以充分保證。
精確微進(jìn)給。滾珠絲杠副由于是利用滾珠運動，所以啟動力矩極小，不會出現(xiàn)滑動運動那樣的爬行現(xiàn)象，能保證實現(xiàn)精確的微進(jìn)給。
軸向剛度高。滾珠絲杠副可以加與預(yù)壓，由于預(yù)壓力可使軸向間隙達(dá)到負(fù)值，進(jìn)而得到較高的剛性（滾珠絲杠內(nèi)通過給滾珠加予壓力，在實際用于機械裝置等時，由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強）。
不能自鎖、具有傳動的可逆性。由于滾珠絲杠軸沒有自鎖能力，所以具有傳動的可逆性。在垂直升降傳動系統(tǒng)中使用時，必須增加自鎖裝置或制動裝置，以防止反向傳動。
1 .2、絲杠核心參數(shù)是精度，各國標(biāo)準(zhǔn)不同
精度。按國內(nèi)分類，中國大陸精度等級為P1、P2、P3、P4、P5、P7、P10，中國臺灣省采用JIS等級，精度等級為C0、C1、C2、C3、C5、C7、C10；日本、韓國采用JIS等級，即C0、C1、C2、C3、C5、C7、C10；歐洲國家的標(biāo)準(zhǔn)采用的是IT0、IT1、IT2、IT3、IT4、IT5、IT7、IT10。一般來說，普通機械采用C7、C10級，數(shù)控設(shè)備一般采用C5、C3級。航空制造設(shè)備，精密投影及三坐標(biāo)測量設(shè)備等一般采用C3、C2精度。
絲桿軸徑。絲杠軸徑和負(fù)載呈正比 ，而負(fù)載相關(guān)參數(shù)是動額定負(fù)荷和靜額定負(fù)荷。常見的規(guī)格有（單位：mm）：8、10、12、14、15、20、25、32。
導(dǎo)程。導(dǎo)程指的是絲桿旋轉(zhuǎn)一周，螺母直線運動的距離。常見的導(dǎo)程有（單位：mm）：2、4、5、8、10、20、25、32。
預(yù)壓等級。預(yù)壓等級越高，螺母與螺桿配合越緊；反之，等級越低越松。
1 .3、絲杠分為滑動、滾珠、滾柱三大類
絲杠按結(jié)構(gòu)和工作原理可以分為滑動絲杠、滾珠絲杠、滾柱絲杠三大類?；瑒咏z杠的摩擦阻力較大，傳動效率較低；滾珠絲杠通過滾珠進(jìn)行傳動，承載能力、傳動效率和精度高于滑動絲杠，使用壽命長；滾柱絲杠相較于滑動絲杠與滾珠絲杠，具備高承載能力、小體積、高精度等優(yōu)勢，是綜合性能最為優(yōu)異的絲杠品種。
1 .3、反向滾柱絲杠重量輕結(jié)構(gòu)緊湊，未來有望應(yīng)用于人形機器人
根據(jù)滾柱絲杠結(jié)構(gòu)組成及運動關(guān)系的不同，可以分為標(biāo)準(zhǔn)式、反向式、循環(huán)式、差動式、軸承環(huán)式5種類型，其中標(biāo)準(zhǔn)式行星滾柱絲杠是目前應(yīng)用廣泛的類型，其他的4種類型均是為了適應(yīng)于不同的應(yīng)用環(huán)境而在其基礎(chǔ)上演變而來，其中反向行星滾柱絲杠由于可將螺母作為電子轉(zhuǎn)子實現(xiàn)電機絲杠一體化，具備重量輕結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點，未來有望應(yīng)用于人形機器人領(lǐng)域。
1 .4、核心壁壘在于螺母內(nèi)螺紋精磨加工，磨床是絲杠制造的核心設(shè)備
行星滾柱絲杠制造核心壁壘在于螺母內(nèi)螺紋的精磨加工。目前大部分絲杠廠商采取先車后磨的方式進(jìn)行加工制造生產(chǎn)，先把原材料車削到一定精度，再用專用絲桿磨床先粗磨再精磨到所需要的尺寸。其中粗車、銑等環(huán)節(jié)對精度要求低，相對簡單，難度較高的環(huán)節(jié)是后端的精磨加工部分。需要精磨加工的零部件包括絲杠、滾柱、螺母及內(nèi)齒圈等，其中螺母壁薄容易損壞，再加上螺紋位于內(nèi)部導(dǎo)致砂輪磨削時需要保持一定傾角，對穩(wěn)定性要求較高，因此內(nèi)螺紋精磨加工是整個工藝流程中壁壘最高的環(huán)節(jié)。
磨床是絲杠制造的核心設(shè)備。絲杠制造過程中的工藝流程主要分為車、銑、磨三種加工工序，分別對應(yīng)設(shè)備為車床、銑床、磨床，由于磨削直接影響到產(chǎn)品的加工精度、表面質(zhì)量及生產(chǎn)效率，因此磨床是絲杠制造過程中的核心設(shè)備。
1 .4、不同加工工藝對比：旋風(fēng)銑v s磨削v s硬車v s冷軋
旋風(fēng)銑：旋風(fēng)銑削是通過工件與刀具的旋轉(zhuǎn)組合來執(zhí)行加工，優(yōu)點是將螺紋滾道一次成形銑削，減少了工序，而且不必反復(fù)修整刀具和校直，加工效率大幅提升，加工精度等級可以達(dá)到P3級。對應(yīng)的設(shè)備為旋風(fēng)銑床。
砂輪磨削：是按照基準(zhǔn)統(tǒng)一原則，以兩端中心孔為加工工藝工序基準(zhǔn)，通過熱處理、車削、磨削等幾十道工序逐一完成。
優(yōu)點是加工精度高（可以達(dá)到P1級別）。
硬車：又稱之為以車代磨，其采用螺紋滾道硬車削技術(shù)，優(yōu)勢是避免在磨削粗加工螺紋滾道過程中，因切削熱導(dǎo)致絲杠硬度降低而引起可靠性差問題的發(fā)生，并且加工效率高，無油煙粉塵污染、綠色環(huán)保。對應(yīng)的設(shè)備為車床。
冷軋/滾壓：冷軋滾珠絲杠是采用冷加工工藝模具制造，通過軋制、滾壓進(jìn)行精加工，開模工藝自動化程度高，批量生產(chǎn)后成本低，效率高，但制造精度低（停留在P7級左右），只能在設(shè)備中做傳動部件。
1 .4、磨削是主流方案，未來硬車或?qū)⒅鸩綌U(kuò)大應(yīng)用范圍
磨削是主流方案，目前加工精度最高。目前，常用的絲杠螺紋加工方法有：滾壓、硬車削、旋風(fēng)銑削和磨削，其中磨削加工精度最高，而冷軋、硬車削和旋風(fēng)銑削多用于粗加工，因此，磨削是高精度絲杠螺紋的主要加工方法。磨削是使用螺紋磨床高速旋轉(zhuǎn)的成型砂輪對加工工件表面進(jìn)行高速切削，使用磨削加工的滾珠絲杠最高可達(dá)到P1級。
未來硬車或?qū)⒅鸩綌U(kuò)大應(yīng)用范圍。為了提升行星滾柱絲杠的承載能力與可靠性，零件通常采用硬度在50HRC左右的高硬材料，但是淬硬鋼等高硬材料具有高耐磨性與難加工性，磨削加工耗時長、污染高、成本高，并不是最佳的加工方式。
利用PCBN等超硬材料作為刀片進(jìn)行以車代磨，可以保證加工精度與表面粗糙度的同時，提升加工效率、降低制造成本、減小環(huán)境污染，廣泛的應(yīng)用到高硬材料加工制造的各個領(lǐng)域，未來硬車加工工藝的應(yīng)用范圍或?qū)U(kuò)大。
02 人形機器人絲杠市場快速擴(kuò)容，國產(chǎn)替代未來可期
2. 1、人形機器人絲杠市場空間預(yù)測
2025-2030年全球人形機器人絲杠市場規(guī)模CAGR有望達(dá)到182%。根據(jù)特斯拉公開披露，2025年特斯拉人形機器人將實現(xiàn)量產(chǎn)，我們認(rèn)為未來在特斯拉optimus下，其他企業(yè)逐步布局人形機器人領(lǐng)域，全球人形機器人產(chǎn)業(yè)化步伐有望加速。根據(jù)我們測算，2025年和2030年全球人形機器人絲杠市場規(guī)模分別有望達(dá)到1.4億元和249.5億元，5年復(fù)合增速高達(dá)182%。
假設(shè)1：2025年特斯拉人形機器人有望量產(chǎn)，假設(shè)初期銷量增速較快，后續(xù)年增速逐步下降，2030年全球人形機器人銷量增長至130萬臺。
假設(shè)2：根據(jù)特斯拉2022AI DAY公開披露數(shù)據(jù)，假設(shè)單臺人形機器人配套14個直線關(guān)節(jié)，每個直線關(guān)節(jié)對應(yīng)一個絲杠。
假設(shè)3：參考愛采購目前滾珠絲杠銷售價格，假設(shè)2025年人形機器人單個絲杠價格為2000元，后續(xù)隨著規(guī)?；慨a(chǎn)成本持續(xù)下降，2026E-2030E單個絲杠價格同比分別-10%/-8%/-7%/-6%/-5%。
2.2、絲杠市場競爭格局：外資位于主導(dǎo)地位，內(nèi)資奮起直追
國外主要“玩家"：絲杠供應(yīng)商主要為日資、德資公司。從國外滾珠/滾柱絲杠競爭格局來看，液壓龍頭博世力士樂、THK、NSK是海外絲杠產(chǎn)品的重要廠商，日本、歐洲作為精密制造優(yōu)勢地區(qū)，其開展精密加工技術(shù)研發(fā)的時期相對較早，上述企業(yè)成立時間較早，加工技術(shù)布局深，技術(shù)成熟，產(chǎn)品類型豐富。
國內(nèi)主要“玩家"：外資廠商占據(jù)市場，內(nèi)資廠商奮起直追。我國在50年代末期開始研究用于程控機床、數(shù)控機床的滾珠絲杠副，發(fā)展數(shù)十載，國內(nèi)南京工藝、山東博特等多家企業(yè)已擁有高精密絲杠的研發(fā)及生產(chǎn)能力，但由于國內(nèi)布局高精密絲杠領(lǐng)域相較國外較晚，廠商數(shù)量、產(chǎn)品類型和工藝水平和外資廠商仍有較大差距，國內(nèi)市場仍是外資供應(yīng)商占據(jù)主要份額。近年來，在線控制動、人形機器人等新技術(shù)革命浪潮的下，五洲新春、貝斯特、北特科技、恒力液壓、新劍傳動等多家企業(yè)也陸續(xù)布局高精密滾珠/滾柱絲杠市場，國產(chǎn)替代或?qū)⒓铀佟?br/>
2.3、人形機器人潮起，國產(chǎn)替代加速
人形機器人浪潮帶來絲杠國產(chǎn)替代機遇。目前絲杠應(yīng)用終端主要集中在汽車線控制動、工業(yè)母機等領(lǐng)域，其中線控制動主要使用梯型絲杠、滾珠絲杠，工業(yè)母機主要使用滾柱絲杠副及直線導(dǎo)軌副，而人形機器人絲杠預(yù)計不同于兩者，預(yù)計以小型號反向式行星滾柱絲杠為主，我們認(rèn)為未來人形機器人的量產(chǎn)是一場對絲杠技術(shù)的全新革命，有望間接縮短外資廠商和內(nèi)資廠商之間的技術(shù)差距。
人形機器人量產(chǎn)后對降本要求提高，國內(nèi)“玩家"有望憑借低成本、技術(shù)迭代快等優(yōu)勢實現(xiàn)國產(chǎn)替代。我們認(rèn)為目前人形機器人絲杠的壁壘主要在于內(nèi)螺紋精加工，若成功實現(xiàn)工藝突破和量產(chǎn)后，機器人生產(chǎn)商或?qū)阎匦霓D(zhuǎn)向規(guī)模化降本，因此對供應(yīng)鏈的成本控制能力和良品率將提出較高要求。與外資廠商相比，內(nèi)資廠商具備人力成本低、國產(chǎn)設(shè)備采購價格低、工藝迭代速度快等多種優(yōu)勢，未來有望緊抓人形機器人產(chǎn)業(yè)化機遇，快速實現(xiàn)國產(chǎn)替代。
|
|||
|
|||
 |
