報告出品方：國海證券
以下為報告原文節(jié)選
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01 核心壁壘在于精加工&設備，未來硬車應用有望擴大
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個旋轉執(zhí)行器），旋轉執(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14個行星滾柱絲杠。
1 .2、絲杠是將旋轉運動轉換為直線運動的機構
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運動轉換為直線運動的機構。
組成結構：標準滾柱絲杠（PRS）主要由幾個關鍵組件構成：絲桿、滾柱、螺母三個主要部件以及直齒、內齒圈、滾柱保持架和彈簧擋圈等輔助部件。其中，絲桿設計為牙型角90°的多頭螺紋；滾柱則是具有相同牙型角的單頭螺紋設計；螺母內部具備與絲杠頭數和牙型相匹配的內螺紋。
工作原理：由電機帶動旋轉的絲杠利用摩擦轉矩驅動滾柱轉動，繼而將絲杠的回轉運動轉換為螺母的直線往復運動。
1 .2、絲杠具備傳動效率高、精度高、傳動可逆性等特點
絲杠作為負責將電機旋轉運動轉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動力矩達到1/3以下，即達到同樣運動結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備連貫生產出來的，特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面，對溫度、濕度進行了嚴格的控制。完善的品質管理體制使精度得以充分保證。
精確微進給。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)精確的微進給。
軸向剛度高。滾珠絲杠副可以加與預壓，由于預壓力可使軸向間隙達到負值，進而得到較高的剛性（滾珠絲杠內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、絲杠核心參數是精度，各國標準不同
精度。按國內分類，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；歐洲國家的標準采用的是IT0、IT1、IT2、IT3、IT4、IT5、IT7、IT10。一般來說，普通機械采用C7、C10級，數控設備一般采用C5、C3級。航空制造設備，精密投影及三坐標測量設備等一般采用C3、C2精度。
絲桿軸徑。絲杠軸徑和負載呈正比 ，而負載相關參數是動額定負荷和靜額定負荷。常見的規(guī)格有（單位：mm）：8、10、12、14、15、20、25、32。
導程。導程指的是絲桿旋轉一周，螺母直線運動的距離。常見的導程有（單位：mm）：2、4、5、8、10、20、25、32。
預壓等級。預壓等級越高，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
絲杠按結構和工作原理可以分為滑動絲杠、滾珠絲杠、滾柱絲杠三大類。滑動絲杠的摩擦阻力較大，傳動效率較低；滾珠絲杠通過滾珠進行傳動，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構緊湊，未來有望應用于人形機器人
根據滾柱絲杠結構組成及運動關系的不同，可以分為標準式、反向式、循環(huán)式、差動式、軸承環(huán)式5種類型，其中標準式行星滾柱絲杠是目前應用廣泛的類型，其他的4種類型均是為了適應于不同的應用環(huán)境而在其基礎上演變而來，其中反向行星滾柱絲杠由于可將螺母作為電子轉子實現(xiàn)電機絲杠一體化，具備重量輕結構緊湊等優(yōu)點，未來有望應用于人形機器人領域。
1 .4、核心壁壘在于螺母內螺紋精磨加工，磨床是絲杠制造的核心設備
行星滾柱絲杠制造核心壁壘在于螺母內螺紋的精磨加工。目前大部分絲杠廠商采取先車后磨的方式進行加工制造生產，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、螺母及內齒圈等，其中螺母壁薄容易損壞，再加上螺紋位于內部導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，分別對應設備為車床、銑床、磨床，由于磨削直接影響到產品的加工精度、表面質量及生產效率，因此磨床是絲杠制造過程中的核心設備。
1 .4、不同加工工藝對比：旋風銑v s磨削v s硬車v s冷軋
旋風銑：旋風銑削是通過工件與刀具的旋轉組合來執(zhí)行加工，優(yōu)點是將螺紋滾道一次成形銑削，減少了工序，而且不必反復修整刀具和校直，加工效率大幅提升，加工精度等級可以達到P3級。對應的設備為旋風銑床。
砂輪磨削：是按照基準統(tǒng)一原則，以兩端中心孔為加工工藝工序基準，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，優(yōu)勢是避免在磨削粗加工螺紋滾道過程中，因切削熱導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。對應的設備為車床。
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、滾壓進行精加工，開模工藝自動化程度高，批量生產后成本低，效率高，但制造精度低（停留在P7級左右），只能在設備中做傳動部件。
1 .4、磨削是主流方案，未來硬車或將逐步擴大應用范圍
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、旋風銑削和磨削，其中磨削加工精度最高，而冷軋、硬車削和旋風銑削多用于粗加工，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的成型砂輪對加工工件表面進行高速切削，使用磨削加工的滾珠絲杠最高可達到P1級。
未來硬車或將逐步擴大應用范圍。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，廣泛的應用到高硬材料加工制造的各個領域，未來硬車加工工藝的應用范圍或將擴大。
02 人形機器人絲杠市場快速擴容，國產替代未來可期
2. 1、人形機器人絲杠市場空間預測
2025-2030年全球人形機器人絲杠市場規(guī)模CAGR有望達到182%。根據特斯拉公開披露，2025年特斯拉人形機器人將實現(xiàn)量產，我們認為未來在特斯拉optimus下，其他企業(yè)逐步布局人形機器人領域，全球人形機器人產業(yè)化步伐有望加速。根據我們測算，2025年和2030年全球人形機器人絲杠市場規(guī)模分別有望達到1.4億元和249.5億元，5年復合增速高達182%。
假設1：2025年特斯拉人形機器人有望量產，假設初期銷量增速較快，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2：根據特斯拉2022AI DAY公開披露數據，假設單臺人形機器人配套14個直線關節(jié)，每個直線關節(jié)對應一個絲杠。
假設3：參考愛采購目前滾珠絲杠銷售價格，假設2025年人形機器人單個絲杠價格為2000元，后續(xù)隨著規(guī)模化量產成本持續(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：外資位于主導地位，內資奮起直追
國外主要“玩家"：絲杠供應商主要為日資、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，加工技術布局深，技術成熟，產品類型豐富。
國內主要“玩家"：外資廠商占據市場，內資廠商奮起直追。我國在50年代末期開始研究用于程控機床、數控機床的滾珠絲杠副，發(fā)展數十載，國內南京工藝、山東博特等多家企業(yè)已擁有高精密絲杠的研發(fā)及生產能力，但由于國內布局高精密絲杠領域相較國外較晚，廠商數量、產品類型和工藝水平和外資廠商仍有較大差距，國內市場仍是外資供應商占據主要份額。近年來，在線控制動、人形機器人等新技術革命浪潮的下，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，國產替代或將加速。
2.3、人形機器人潮起，國產替代加速
人形機器人浪潮帶來絲杠國產替代機遇。目前絲杠應用終端主要集中在汽車線控制動、工業(yè)母機等領域，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軌副，而人形機器人絲杠預計不同于兩者，預計以小型號反向式行星滾柱絲杠為主，我們認為未來人形機器人的量產是一場對絲杠技術的全新革命，有望間接縮短外資廠商和內資廠商之間的技術差距。
人形機器人量產后對降本要求提高，國內“玩家"有望憑借低成本、技術迭代快等優(yōu)勢實現(xiàn)國產替代。我們認為目前人形機器人絲杠的壁壘主要在于內螺紋精加工，若成功實現(xiàn)工藝突破和量產后，機器人生產商或將把重心轉向規(guī)?；当荆虼藢湹某杀究刂颇芰土计仿蕦⑻岢鲚^高要求。與外資廠商相比，內資廠商具備人力成本低、國產設備采購價格低、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業(yè)化機遇，快速實現(xiàn)國產替代。
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