丝杠行业深度解析,聚焦利润率攀升、市场空间拓展及设备革新潜在“超预期”机遇

标题：丝杠行业专题报告：聚焦利润率提升、市场空间拓展及设备潜在“超预期”机会
一、行业背景
丝杠作为机械设备中重要的传动元件，广泛应用于数控机床、汽车、航空航天、冶金、建筑等行业。随着我国制造业的快速发展，丝杠行业也迎来了快速增长的机遇。本报告将从利润率、市场空间和设备潜在机会三个方面对丝杠行业进行分析。
二、利润率分析
1. 丝杠原材料价格波动：近年来，钢材、铜、铝等原材料价格波动较大，对丝杠企业成本造成一定压力。然而，随着我国制造业的转型升级，高端丝杠需求增加，部分企业通过技术创新、产品升级等方式提高产品附加值，实现利润率提升。
2. 产业集中度提高：随着市场竞争加剧，产业集中度逐渐提高，优质企业通过规模效应降低成本，提高利润率。
3. 政策支持：国家加大对高端装备制造业的支持力度，有利于提高丝杠企业的盈利能力。
三、市场空间分析
1. 国内市场：随着我国制造业的快速发展，数控机床、汽车、航空航天等下游行业对高端丝杠的需求持续增长，市场空间广阔。
2. 国际市场：我国丝杠企业逐渐走向国际市场，凭借产品质量和价格优势，在国际市场上占据一定份额。
3. 新兴市场：随着“一带一路”等国家战略的推进，我国丝杠企业有望在新兴市场拓展业务，进一步

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（报告出品方：国金证券）

1.丝杠为线性驱动核心部件

1.1 丝杠为机械传动核心部件，通过滚珠丝杠副实现线性驱动应用广泛

机械传动方式通常包括螺旋传动、齿轮传动、同步带传动、高速带传动、各种非线性传动 等，传动系统的性能直接影响设备的精度、稳定性和响应速度。

丝杠螺母传动将旋转运动变换为直线运动（或相反传递），可以用于传递能量（螺旋压力 机、千斤顶等）或传递运动（机床进给丝杠），通常包括以下四种基本传动形式。

丝杠螺母机构有滑动丝杠螺母机构和滚珠丝杠螺母机构之分，滚珠丝杠由于使用滚珠传递 运动，相比普通滑动丝杠成本高，但具有明显优势： 1）传动效率高。滚珠丝杠副的传动效率高达 92%～96%，是普通梯形丝杠的 3～4 倍，功 率消耗减少 2/3～3/4。 2）灵敏度高、传动平稳。由于是滚动摩擦，动、静摩擦因数相差极小，因此低速不易产 生爬行，高速传动平稳。 3）定位精度高、传动刚度高。用多种方法可以消除丝杠螺母的轴向间隙，使反向无空行 程，定位精度高，适当预紧后，还可以提高轴向刚度。

滚珠丝杠副是回转运动与直线运动相互切换的传动装置，滚珠丝杠和滚珠螺母上都加工有 弧形螺旋槽，将它们套装在一起时，这两个圆弧形的螺旋槽对合起来就形成了螺旋滚道， 并在滚道内装满滚珠。当丝杠相对于螺母旋转时，滚珠在滚道内自转，同时又在封闭的滚 道内循环，使丝杠和螺母相对产生轴向运动。 由丝杠轴和螺母之间装入滚珠进行转动的单元是滚珠丝杠，由于滚珠需要循环，所以由丝 杠轴、螺母、滚珠以及循环部件组成。

滚珠丝杠主要承受轴向载荷，它的径向载荷主要是卧式丝杠的自重。因此，对滚珠丝杠的 轴向精度和刚度要求较高。

1.2 行星滚柱丝杠在承载能力、传动效率、寿命等方面更具优势

行星滚柱丝杠最早在 1942 年发明，但是由于结构复杂、加工难度大和成本高，一直没有 得到广泛应用。行星丝杠与滚珠丝杠主要的区别在于负载的传递单元使用螺纹滚柱而不是 滚柱。

行星滚柱丝杠相比滚珠丝杠，在承载能力、传动效率方面具有显著优势。

1.3 精度是区分丝杠等级的一个核心指标

国内的滚珠丝杠按照 GB/T 1800.1-2009 标准分为 8 个标准公差等级，根据丝杠的用途分 为定位（P 型）和传动（T 型），P0 级精度为最高的精度等级。

丝杠的精度指标包括导程精度、轴向间隙、安装部精度等，其中导程精度是衡量丝杠精度关键指标，导程是指丝杠旋转一周螺母所移动的距离，导程精度反应了丝杠实际导程和理 论导程之间的偏差程度。

以 JIS B 1192（ISO 3408）精度标准为例，同样精度等级的丝杠在螺纹部有效长度不同 的情况下导程精度的容许值也不同。

2.丝杠利润率可能“超预期”：丝杠制造困难重重，预计高壁垒带来较高利润 率

丝杠加工流程长工艺复杂，材料、热处理、设计、粗精加工、检测环环相扣涉及大量“Know How”，以丝杠龙头中国台湾上银科技作为参考，上银科技 21 至 23 年综合毛利率分别为 36%/36.55%/31.07%（同时包含了直线导轨、工业机器人等产品，单看滚珠丝杠毛利率或更高），我们认为能够实现突破的中国大陆丝杠头部企业后续也有望实现较高利润率。

2.1 第一难：材料/热处理工艺

要实现高精度、高刚度、长寿命丝杠的制造，材料的选用以及配套的热处理工艺至关重要。 最基础的丝杠制造材料为 GCr15 高碳铬轴承钢，其典型化学成分为 1%C、1.5%Cr，采用高 碳铬合金体系，约 0.5%的 C 固溶基体产生固溶强化，以获得 58HRC 以上的高硬度，满足 轴承高承载和高接触疲劳性能要求，剩余的 C 与 Fe 和部分 Cr 结合生成(Fe,Cr)3C 碳化物 弥散分布于基体上满足轴承耐磨性的需求。Cr 部分形成碳化物以外，其余固溶于基体当 中，提高轴承钢的淬透性和耐蚀性能。

除了材料化学成分的区别外，热处理工艺也会对丝杠的最终性能产生较大影响，热处理的 目的是获得细小均匀的集体组织和析出相，经过正火、深冷、回火、淬火等热处理工艺获 得内外均匀一致的马氏体、残留碳化物等第二相和少量残余奥氏体等的组织状态。

在丝杠的加工过程中通常会经过多次热处理，涉及了冷热工序与加工的配合、淬火加热温 度、设备选择等大量“know how”。

从《国产 Cr／Mo 钢滚珠丝杠与国外同类产品的质量分析》中的案例看，其选取的国外丝 杠和国产丝杠在化学成分基本类似的情况下，国外丝杠由于硬度梯度分布更合理、金相组 织更均匀，整体性能优于国产丝杠。材料升级和热处理工艺优化是实现国产替代必不可少 的一环。

感应淬火是改善丝杠机械性能最有效的途径之一，可以控制加热深度还具有加热速度快、 节能、环保及成本低等优点。

2.2 第二难：设计

丝杠是一个多 SKU 的产品，其不同型号的区别一方面来自于具体应用设备的负载、精度、 速度、行程等要求，一方面也来自于丝杠的类型、型面设计等。

以滚珠丝杠为例，滚珠丝杠的公称直径、滚珠体的直径、螺旋升角、滚珠丝杠导程、工作 滚珠数、工作滚珠圈数与列数、滚珠螺母外径、滚珠螺母螺纹底径、滚珠丝杠螺纹外径、 滚珠螺母长度、滚珠丝杠长度等结构尺寸都可作为设计变量。

行星滚柱丝杠主要通过螺纹牙啮合来进行传动，其螺纹牙的设计对丝杠的性能也会造成较 大影响。

在设计上的小修改就会导致丝杆的性能出现较大变化。

根据《行星滚珠丝杠副滚柱的设计方法与虚拟装配》信息，行星滚柱丝杠的设计流程较为 复杂。

相比出厂精度等指标，丝杠使用时的动态特性、精度保持性等指标更加重要，我们认为如 何构筑一套“设计-制造-检测”的闭环正向研发的体系来实现丝杠性能优化更加困难，主 要由于试验时间往往需要长达数年时间。

例如机床行业在丝杠使用时会出现的象限突起问题，当圆周运动的象限切换时（即两个滚珠丝杠的驱动方向切换），滚珠丝杠的摩擦特性会发生变化，由于这种象限突起，在加工 表面上会出现类似条纹的图案，导致加工表面质量恶化。

NSK 在 2021 年推出了抑制插补象限突起的滚珠丝杠技术，依靠 NSK 独有的摩擦控制技术 与高精度评价技术，大幅降低了滚珠丝杠反向运转时的摩擦波动。

2.3 第三难：粗精加工

滚珠丝杠加工一般分为磨削加工与冷轧加工，冷轧加工通过冷加工工艺模具制造，批量生 产后成本低，但是通常精度控制有限；磨削加工通过热处理、车削、磨削等几十道工序逐 一完成，可用于给高精度设备作为定位部件。 根据 KSS 信息，C5 以上精度等级的滚珠丝杠一般采用研磨加工(精密滚珠丝杠),C7、C10 级的滚珠丝杠则采用冷轧加工。对于无滚丝模(冷轧加工模具)的型号，也可采用研磨加工 生产 C7、C10 级产品。

磨削滚珠丝杠是按照基准统一原则，以两端中心孔为加工工艺工序基准，通过热处理、车 削、磨削等几十道工序逐一完成，工艺较为复杂。

面向不同的下游行业丝杠会有不同的精度等级，例如在对精度要求高的工业母机行业丝杠 最高可达到 C0 级。

粗加工环节难度相对较低，但也有较大优化空间。以常见的粗车加工为例，优化空间主要 在改进装夹方式、优化切削方式、车刀几何形状选择等。

精加工环节则有较多加工难点：

1）热形变误差

丝杠加工误差的主要影响因素为热变形和残余应力，在磨制丝杠加工中产生的磨削热有 60%-95%被传入被磨丝杠中，需要针对实际加工数据进行热形变计算，需要考虑热源特征、 热源移动性、热量传导特征等多种因素，优化难度较高。

2）滚道加工

不管是螺母还是丝杠轴，除使用内圆磨床、外圆磨床进行加工外，难点都在滚道的加工， 其中丝杠轴的滚道加工主要使用外螺纹磨床进行外圆磨削加工。

相比普通轴类零件的外圆磨削，丝杠滚道表面的几何复杂性增加了高精度磨削难度，同时 即使能够满足精度指标，砂轮粒度、砂轮速度、丝杠速度等工艺参数的选择也会对丝杠的 最终性能产生较大影响。

螺母的内滚道加工难度更高，主要通过磨杆带动砂轮旋转，由砂轮轴线相对螺母中心线成 螺旋升角进行安装，对工件进行磨削。在内滚道加工中由于受到螺母直径限制（如果是更 小的丝杠难度更高），砂轮的尺寸受限，砂轮需沿滚道进行曲面加工，加工难度提升且效 率降低，尤其和外圆磨中通过采用大砂轮进行成形磨削相比。

如果是反式行星滚柱丝杠，由于丝杠螺母较长，在加工的过程中会发生加工干涉问题，预 计在设备上需要进行一定调整，需要通过调整砂轮直径、调整磨杆直径（需要综合考虑磨 杆刚度变化）避免加工干涉问题。

2.4 第四难：检测、试验平台

要实现丝杠的高精度加工，配套的检测能力必不可少。根据 GB/T 17587.1-2017《滚珠丝 杠副 第三部分：验收条件和验收检验》信息，丝杠的精度等级确定方法主要包括行程补 偿值、目标行程公差、有效行程内允许的行程变动量等，有一套基本测量原理。

1）行程公差和变动量

在滚珠丝杠的有效行程内，允许存在一定量的目标行程公差，有效行程越大，丝杠的行程 公差范围越大。

2）圆跳动测量

跳动和位置公差主要检验丝杠在给定长度下的径向跳动，用于确定相比基准水平面的直线 度，包含外径径向圆跳动测量、支撑轴肩端面圆跳动测量、螺母外径径向圆跳动测量、螺 母安装端面圆跳动测量。

除了完成出厂静态精度指标检测外，通过构筑成套检测评价装备体系来实现前文提到的正 向研发循环也是核心壁垒之一：

1）可靠性评测技术

丝杠在满足出厂精度指标的情况下，在用户端更多体现的是精度保持性、功能可靠性，而 这方面的数据测试通常需要数年时间，如何通过开发成套测试装备来实现加速试验以评估 丝杠实际性能是一个难点。

2）内/外滚道型面精度与动态行程误差测量技术

内/外滚道型面精度与动态行程误差是影响滚动功能部件传动精度最核心的性能指标。只 有深入开展滚道型面质量控制技术研究与能力提升，从设计、制造、测量等多方面控制， 才能有针对性地提升丝杠的性能，提高产品的市场竞争力。

3）综合刚度高精高效测量方法和装备及高刚性设计技术

综合刚度是反映丝杠多维方向上承载能力的关键性能指标，通过有效检测手段实现高刚性 产品设计优化能大幅改善产品的刚度值。

4）预紧力精确计算方法与高精装配技术

通过使用丝杠摩擦力矩和预紧力同步测量装置，可实现以预紧力精确调控为目标的丝杠高 精装配。

2.5 第五难：降本

丝杠粗加工环节我们认为未来比拼的主要是成本控制，若能将以车代磨、旋风铣等工艺打 磨成熟以提升粗加工效率和减少精加工工时，将带来显著的成本优势。

1）以车代磨

以车代磨主要是通过采用高强度、高硬度、高耐磨性的刀具材料（金刚石、立方氮化硼等） 在数控车床上进行高速切削加工，实现高加工效率和低表面粗糙度，以缩短磨削加工工时， 显著降低丝杠加工成本。

2）旋风铣

旋风硬铣加工主要通过刀盘上的多把铣刀完成切削加工，刀盘与工件同向旋转但刀盘转速 更高，让工件每旋转一周刀盘沿着工作轴线切削一个螺纹导程的距离，与一般的铣削相比 单位时间金属切削率大幅提高，并且大部分热量被切屑带走，可以得到与磨削相当甚至超 过磨削的表面加工质量。

2.6 对标中国台湾上银科技，中国大陆头部企业有望实现高毛利率

以丝杠龙头企业上银科技作为参考，23 年上银科技实现营业收入新台币 246.33 亿元，同 比下降 16%，折合人民币约 55.98 亿元；实现归母净利润新台币 20.35 亿元，同比下降 54.57%，折合人民币约 4.63 亿元。23 年利润出现较大下降主要由于全球经济衰退制造业 景气度较低影响，在 22 年的高点上银科技利润规模超过了 10 亿元人民币。

近年伴随制造业景气度变化上银科技净利率也出现较大波动，但毛利率始终保持了较高水 平。

考虑上银科技滚珠丝杠 23 年收入占比为 19%，其余线性导轨、工业机器人毛利率预计低 于滚珠丝杠，滚珠丝杠的单产品毛利率预计比综合毛利率更高。

3.丝杠空间可能“超预期”：工业母机+人形机器人+汽车三大下游齐发力

根据 IMARC 信息，全球精密滚珠丝杠 2024 年市场空间为 16 亿美元，预计到 2033 年市场 空间达到 24 亿美元，期间复合增速 4.3%，主要看好医疗、航空航天、半导体等领域市场 增长前景。我们认为除这些方向外，根据我们测算 23 年中国工业母机丝杠+导轨市场空间 为 181.6 亿元人民币，国内企业占有率仅约 25%，有较大进口替代成长空间；人形机器人 行业假设平均一台人形机器人采用 10 支行星滚柱丝杠，平均价格 800 元/支，在人形机器 人达到百万台出货量时对应 80 亿元人民币潜在市场空间，具有爆发式成长潜力；汽车行 业丝杠在线控转向、线控制动（刹车+驻车）、主动悬架等场景均有较好应用潜力，国内部 分丝杠公司开发的汽车丝杠产品也已经完成了交样，25 年有望看到汽车丝杠进一步放量， 未来也有较大成长空间。

3.1 工业母机：国产化率低，自主可控成长空间较大

丝杠与导轨配套使用，是数控机床传动和定位的关键零部件。伴随滚珠丝杠、伺服电机及 控制单元性能提高，数控机床的进给系统中可去掉减速机构，直接用伺服电机与滚珠丝杠 连接，一方面使整个系统结构简单，减少了产生误差的环节；一方面由于转动惯量减小， 伺服特性亦有改善。

数控机床的半闭环/闭环进给伺服系统主要通过检测关键捕捉工作台位移量，然后在数控 系统进行计算后生成新的运控指令以消除整个驱动和传动环节的误差、间隙和失动量。故 丝杠的精度、稳定性会对机床的整体性能造成较大影响。

数控机床由于工作时间较长，丝杠传动系统中的各个零件接触面之间的频繁摩擦会导致升 温，引起机床的热变形，导致机床的定位精度下降，需要通过数控系统热误差补偿功能消 除误差。丝杠的热稳定性越强数控机床就更容易消除热形变影响。

目前机床核心功能部件中，主轴、摆头、转台等部件考虑打造定制化/差异化能力，主机 厂倾向于逐步发展为自制，但数控系统、滚动功能部件、轴承等由于制造难度高/规模化 效应明显，即使主机厂已具有较大规模也倾向于继续外采。

科德数控、纽威数控传动系统部件（丝杠/导轨为主）以外采为主，从 18 至 20 年传统系 统部件采购金额占营业收入比例来看，在三轴/五轴机床中，传动系统价值量占比在 15% 左右。

假设按照滚动功能部件（丝杠+导轨）在机床中价值量占比 10%计算（考虑金属成形机床 传动系统要求低于金属切削机床），23 年中国机床消费额 1816 亿元人民币，测算对应滚 动功能部件市场空间 181.6 亿元人民币。

由于在精度保持性、功能可靠性、寿命、精度、刚度等关键性能指标上落后于境外产品， 国产品牌市场占有率低。根据秦川机床公告信息，目前全球市场被日本 NSK、日本 THK 等 企业垄断，CR5 约 46%，日本和欧洲企业占据了全球约 70%市场份额。国内市场目前中国 台湾上银、银泰市场占有率接近 50%，NSK、THK 等企业市场占有率约 15%，中国大陆企业 占有率约为 25%。

目前国内涌现了南京工艺、秦川机床、贝斯特、恒立液压等积极布局工业母机丝杠领域的 企业。

根据金属加工杂志社《第三届滚动功能部件用户调查分析报告》数据，将被调查企业中采 用滚动功能部件的比例划分为 5 个区间（0～19%、20%～39%、40%～59%、60%～79%、80%～ 100%），并按经济型、中高档数控机床及其他领域两类，分别对企业采用国产和进口滚动 功能部件的比例进行调查与对比分析，从 2011 年到 2020 年，国产滚动功能部件在中高端 的应用比例可以看到明显提升。

目前除性能、精度、精度保持性等指标相比进口品牌有差距带来的国产品牌应用限制外， 根据《第三届滚动功能部件用户调查分析报告》数据，终端用户指定采用进口滚动功能部 件占比达到 54.1%，终端用户对于滚动功能部件的采购有较大话语权。

在国产替代在中高端领域面临一定阻碍的同时，也有 85.1%的企业表示若有政策鼓励，会 考虑购买或试用国产中高档滚动功能部件，政策引导有望显著加速国产替代节奏。由于滚 动功能部件对于机床性能、精度的重要性，国家从 2006 年先后出台了一系列相关支持政 策与措施，2009 年开始的“高档数控机床与基础制造装备”也把滚动功能部件列为重要 支持目标，考虑当前国产滚动功能部件技术水平虽已经明显改善，但相比进口品牌仍有较 多不足，未来国家政策有望针对技术进步、主机厂应用示范等方面给予进一步支持。

3.2 人形机器人：多种类丝杠需求齐增，有望迎爆发式增长

在人形机器人出现前，丝杠主要作为机械臂的线性执行器，完成分拣、搬运、组装、贴片 等工作，应用于 3C、仓储物流、医疗等领域。

在人形机器人中，丝杠同样用作线性执行器以完成双足、手臂的驱动。根据特斯拉 AI Day2022 信息，特斯拉人形机器人“Optimus”拥有 28 个身体执行器，其中上肢关节模组 以无框力矩电机和谐波减速器为主，下肢腿部采用了无框电机与行星丝杠的线性执行器。

根据九光智能技术有限公司《一种人形机器人的肘部系统》信息，手臂的驱动方式主要通 过行星滚柱丝杠作为主动力单元，丝杠伸出时带动输出端关节球头轴承向外移动，输出端 关节球头轴承带动小臂主套筒做弯曲运动。

根据小鹏汽车科技有限公司《腿部结构及人形机器人》信息，在人形机器人的腿部也会用 到大量线性执行器。

目前出现了使用电机+微型丝杠的主动关节方案，后续有望进一步增加丝杠在人形机器人 行业的应用空间。

通过将微型滚珠丝杠、微型滚柱花键、中空电机集成的方式可以制作出非常紧凑的灵巧手 线性驱动器，HIPP 提供的最小的微型丝杠公称直径仅有 3mm。

整体来看，丝杠尤其是行星滚柱丝杠在人形机器人手臂、腿部、灵巧手均有应用前景。

假设平均一台人形机器人采用 10 支行星滚柱丝杠（大臂、小臂、大腿、小腿、灵巧手等） 作为线性执行器，参考上银科技 22、23 年滚珠丝杠均价分别为 645、557 元人民币/支， 考虑行星滚柱丝杠成本会高于滚珠丝杠，假设在人形机器人出货量达到 100 万台时行星滚 柱丝杠的售价为 800 元，折合 80 亿潜在增量市场空间。

3.3 汽车：伴随智驾升级线控化大势所趋，在转向、制动、悬架等均有应用前景

目前智能驾驶进一步强化了对底盘的要求，线控转向、线控制动、主动悬架等场景需要更 智能、响应速度更快的线性执行器，以电机+丝杠+传感器构成的线性执行器需求有望大幅 提升：

1）线控转向

传统的汽车转向系统包括转向盘、转向管柱、中间轴、转向器，驾驶员通过转动转向盘将 力矩通过转向管柱和中间轴传递至转向器，转向盘的旋转运动转变为转向器齿条的直线运 动，转向器推动车轮转动实现汽车的转向。

目前汽车转向结构逐步从机械转向、液压助力转向过渡至电动助力转向，并应用于高级驾 驶辅助系统。电助力转向系统可采用滚珠丝杠作为传动机构。

线控转向系统在驾驶员模式下具有改善转向操作性、提高驾乘舒适性、强化主动安全系统 等优势，在 L3 级及以上级别自动驾驶领域更是必不可少。

根据舍弗勒信息，其创新后轮转向系统实现量产，采用行星滚柱丝杠。整个系统结构紧凑， 重量轻，运行安静，且易于整车集成。

2）线控制动

线控制动的初级阶段为电液制动（EHB），最早量产的 EHB 系统为博世公司的 SBC 系统和爱 克斯公司的 ECB 系统。

目前博世的主要的电液系统产品为第二代 iBooster，由永磁同步电动机、蜗轮蜗杆、齿 轮齿条、踏板行程传感器等组成，工作原理与传统真空助力器的工作原理基本一致，通过 踏板推杆与助力阀体在反应盘处耦合原理来控制助力大小。

NSK 推出了用于电液制动系统的滚珠丝杠，通过集成轴承实现更紧凑的设计并减少间隙， 并使用塑料内部偏转器用于滚珠循环简化装备降低生产成本，目前主要用于轻型卡车的电 液制动助力器。

为了适应电动化与智能化发展趋势，采用全电驱的电机械制动（EMB）具有更好发展前景。

电机械制动系统与常规制动系统的核心区别是要将电机的转动转化为摩擦片的平动，通常 可使用丝杠、连杆、电液复合等多种模式，丝杠尤其是行星滚柱丝杠能够实现较大承载能 力和等效减速比，同时具有传动效率高、传动精度高、同步性能好、传动可逆等多种优点， 有望在电机械制动系统中得到大量应用。

EMB 技术在汽车上的另外一个应用就是电机械驻车制动系统（EPB)。传统的机械式驻车制 动系统是通过驾驶者操纵驻车手柄，带动制动蹄片张开或制动卡钳活塞移动完成驻车，其 制动力完全来自驾驶者。而 EPB 系统则是通过电机施加制动力，驻车时驾驶者只需操作按 钮（EPB 开关），由电子驻车制动系统的 ECU 控制电动机工作完成驻车制动。

3）主动悬架

主动悬架系统一般由测量单元、控制单元、作动器及动力源四个部分组成，作动器可是液 压缸、气缸、电缸等线性执行器。

滚珠丝杠可作为作动器用于主动悬架系统，可以将丝杠的双向转动转换为电机轴的单向转 动并增大电机转速,避免了馈能电机高频正反转,提高了能量回收效率，具有阻尼力范围广、 结构可靠性高、传动效率高、造价低廉等优点。

新剑传动目前已经推出了针对汽车行业的各类丝杠产品。

4.丝杠设备重要性可能“超预期”：关注“卖铲人”机会

丝杠制造流程较长，会带来热处理、校直、车床、磨床、检测设备等多类设备需求，在丝 杠有较大潜在成长空间背景下，设备企业作为“卖铲人”有较强需求确定性，同时考虑到 人形机器人、汽车等下游领域会有较强降本诉求，设备端也存在技术升级迭代的新机会。 建议关注一部分新技术带来的机会，例如通过以车代磨、以铣代磨实现降本，这会带来硬 车床、旋风铣床、超硬刀具的需求；同时建议关注部分弹性大的环节例如螺纹磨床，根据 我们测算百万台人形机器人出货量对应 44 至 89 亿元人民币螺纹磨床市场空间，而原先的 市场规模较小，若国内企业能实现国产替代突破会有较大成长弹性。

4.1 热处理：热处理炉、感应淬火设备需求提升

丝杠的热处理需要经过正火、退火、淬火、回火等多次处理。

当丝杠材料中网状碳化物或带状碳化物不合格时，需要进行正火和球化退火处理，可以使 用井式炉进行处理，在常温下批量进行吊挂装炉，之后进行加热、等温球化退火等操作。

丝杠的工作表面（滚道）和加工表面（中心孔）需要进行淬火和回火处理，以在表面形成 高硬度、高耐磨性的淬硬层，进一步提升丝杠性能。常用的设备为感应淬火设备，以恒进 感应的卧式轴类淬火生产线为例，机床由上料料仓、进料输送链、工件抓取及翻转机构、 送料机构、淬火工位、变压器移动机构、变压器两维滑台、下料输送链、控制系统等组成， 可实现轴类零件的连续扫描淬火、回火。

国际著名热处理企业有鲍迪克、易普森、爱协林、易孚迪、萨伊集团等；其中，鲍迪克等 前三家主要做可控气氛炉等工业炉热处理设备，易孚迪和萨伊集团主要生产感应热处理设 备。国内少数技术实力较强的热处理设备制造及服务企业主要有金财互联、世创科技、恒 进感应、恒精感应和升华感应，均为上市或挂牌企业；其中，前两家主要生产可控气氛炉 等工业炉热处理设备，恒进感应、恒精感应和升华感应为生产感应热处理设备的企业。

海外热处理企业普遍规模较大，例如鲍迪克 2023 年收入规模为 8.03 亿英镑，国内企业总 体技术处于追赶期，产品进口替代有较大成长空间。

4.2 校直：丝杠自动校直机具有较好前景

丝杠属于细长轴件，丝杠轴加工过程中易出现变形，螺母出现变形的概率较小，丝杠轴通 常需要进行校直处理。根据上海奥林汽车安全系统有限公司《一种丝杠自动校直装置》信 息，丝杠自动校直设备主要包括上料机构、转送机构、校直机和收料机构。

根据集智股份信息，其开发的丝杠自动校直机可实现蜗杆轴、空心轴、实心轴、花键轴等 产品的跳动测量与校直，整体全自动上下料且可实现多产品一键换型，工装换型只需要 10 分钟。

4.3 粗精加工：螺纹磨床具有较大弹性，同时关注以车代磨、以铣代磨新机会

4.3.1 车床：国产化率较高，关注以车代磨新机会

金属切削机床按照国家标准的《金属切削机床型号编制方法》，分为车床、铣床、钻床、 镗床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、磨床、刨插床、拉床、锯床和其他机床 11 类。

车削加工主要是在工件高速旋转的情况下通过刀具平动进行进给实现材料去除，通常会经 过粗车、精车等工序完成车削加工。

车床属于金属切削机床中国产成熟度较高的设备，目前国内以浙海德曼为代表的企业具备 了与国外同行竞争的实力，实现了主轴、刀塔、尾座等核心部件突破，依托本土化、性价 比的优势持续扩大国产份额。

后续通过数控车床实现以车代磨，以缩短磨削加工工时、提升加工效率是丝杠降本核心方 向之一。目前浙海德曼开发的高精度高刚性主轴结构电主轴，可以承受较大的轴向负荷， 可实现重切削及以车代磨，根据浙海德曼公告信息，公司已积极与下游多家企业进行了应用技术交流对接，已向有关企业供应过相关设备。现有产品高端机（车床及车铣复合加工 中心）系列精度指标已达到了行业领先水平，未来将往更高精度突破，实现部分工艺以车 代磨技术。

4.3.2 旋风铣设备：以铣代磨也是实现降本核心方向

根据《旋风硬铣削加工技术及其在精密滚珠丝杠加工中的应用》信息，旋风铣削技术突破 推广于 20 世纪 60-70 年代，后续逐步应用在大连机床厂、北京机床研究所、山东博特和 南京工艺等，通过旋风铣床完成滚珠丝杠的粗加工。南京工艺在 2004 年首次引进了德国 莱斯特瑞兹 PW160 型和 PW300HP 型 CNC 旋风硬铣机床，可以精铣出 800mm 以上的大型滚珠 丝杠副。

目前国内企业正积极布局旋风铣床开发，秦川机床子公司汉江机床目前开发的数控丝杠铣 床可用于滚珠丝杠滚道硬旋铣成型加工，加工效率比传统方式提高 30%。

晨光数控也开发了高精度丝杠旋风铣床，主要用于于旋铣小型的滚珠丝杠的滚道、T 型丝 杠及蜗杆的牙型加工。机床采用内旋方式，通过工件旋转及 Z 方向进给的两轴联动完成螺 旋线加工。旋铣刀盘平面与工件轴相交，其相交角度等于工件螺纹升角。通过旋铣刀盘的 高速旋转及 X 方向进给运动完成旋铣加工的主切削运动及切深的进给运动。

4.3.3 以车代磨、以铣代磨同时有望带动一部分超硬刀具需求

硬车削、硬铣削加工工艺加工效率高，但需要对淬火钢进行加工，通常需要在韧性较好的 硬质合金刀具上涂一层或多层的 TiN、Al₂O₃或多晶立方氮化硼（PCBN）。

目前有多家企业推出了针对丝杠的高效加工刀具： 华菱超硬推出了针对滚珠丝杠硬车加工的 CBN（立方氮化硼）刀片，加工材质为 GCr15 的 丝杠端头与螺纹，可实现高切削速度与较低表面粗糙度。

郑钻推出了针对丝杠螺母加工的硬车削刀具方案和丝杠轴加工的硬铣削刀具方案。

根据沃尔德公告信息，公司针对人形机器人领域的减速器、行星滚柱丝杠加工提供超硬切 削刀具，针对行星滚柱丝杠铣削加工刀具，公司与生产设备厂家、客户进行合作，从生产 设备制造、产品工艺开发及配套刀具进行深度研发合作，公司 PCBN 旋铣刀具现场测试效 果较好；梯形丝杠加工用刀具也正在研发中。

4.3.4 螺纹磨床：精加工核心设备，未来具有较大弹性

磨床类机床是以磨料、磨具（砂轮、砂带、油石、研磨料）为工具进行磨削加工的机床， 它们是由精加工和硬表面加工的需要而发展起来的。

磨削加工根据被加工工件形状不同有较多分类，其中外圆磨、内圆磨、平面磨为最常见的 三种磨削加工方式。

磨床在高精度、高速追求下具有较高技术壁垒：

1）高精度：磨床属于机床精度最高一档，超精密磨床要求尤其高

整体来看，磨床精度等级属于机床里最高一档，技术难度最高。

精密磨床技术难度较高，以高精密磨床为例，主要可用于丝杠导轨、机床主轴等部件加工， 要求表面粗糙度 Ra 不大于 0.01-0.14μm，精度达到 0.1-0.5μm。

2）高速度：实现高速、超高速磨削对磨床性能要求较高

磨床根据砂轮线速度分为普通磨床、高速磨床和超高速磨床。

要实现磨床的超高速磨削，对床身、主轴、冷却系统等需要进行进一步优化，以实现较好 的动态特性。

欧、美、日等国家与地区由于高端制造业、半导体产业起步较早，在磨床技术研发水平处 于全球领先地位，相关企业资历老产品成熟。

整体来看，海外市场参与者可以分为“大而全”、“小而美”两类：

1） “大而全”：打造多品牌产品矩阵，为多个精密加工下游提供整体解决方案

美国 PSS（Precision Surfacing Solutions）集团，前身莱玛特•沃尔特斯（Lapmaster Wolters），作为全球最大的超精密机床生产制造商之一，旗下拥有来自于德国、瑞士、美 国、英国及荷兰的多个百年品牌。集团产品涵盖了半导体晶圆设备、多线切割设备、研磨、 抛光、双端面磨床、强力成形磨、平面成形磨、去毛刺机、立式磨削中心、叶尖磨、内外 圆磨及耗材。为全球超过 9000 个客户提供精密加工解决方案。

法孚集团超精密设备事业部提供金属切削、复合材料自动化解决方案、磨削/超精密加工、 切削工具/磨具磨料等产品与服务。其磨床板块下属多个品牌，在汽车行业以其先进的凸 轮轴磨削系统和曲轴磨削系统闻名，同时也在无心磨削、圆盘磨削和数控磨削工艺方面处 于领先地位，其磨削的轴类零件广泛应用于各个行业。

法孚集团 21 年实现营业收入 17.24 亿欧元，新签订单 18.89 亿欧元，其中超精密设备事 业部（含金属切削、复合材料自动化解决方案、磨削/超精密加工、切削工具/磨具磨料等 多个子版块）订单占比约为 16%，对应约 3.02 亿欧元。

2）“小而美”：深耕细分领域打造拳头产品

以三井精机为例，其 23 年营业收入为 212 亿日元，企业规模小于德玛吉森精机等龙头机 床厂，但高精度机床具有较高知名度，尤其是螺纹磨床市场份额较高，在日本份额几乎为 100%。

为了实现高精度机床制造并保持较高产品一致性，三井精机在工厂建设、制造/装配工艺 等领域不断精进： 1）实现彻底的温度控制与振动控制。根据三井精机官网信息，其工厂建设为了确保地基 水平与降低外部振动影响，地基由 1700 根桩打入地下基岩组成，同时建筑物的地基与设 备安装的地基进行了隔离，确保其他振动不会对设备造成影响。同时工厂采用了特殊设计 的空调系统成为天花板层流系统，将空调空气泵入天花板，然后从众多穿孔板中吹出小孔， 朝向地板进行收集并通过回风管循环，以实现工厂在垂直/水平方向均几乎没有温差，同 时地面几乎没有风速。

2）采用“Kisage”特殊工艺追求更高精度。工业母机的加工精度无法超过母机本身的精 度，为了解决这个问题三井精机提出了“Kisage”工艺，使用类似凿子的工具刮掉铸件表 面的过程。在高低不平的金属切削表面上涂上朱红色，再用夹具进行擦拭，凸出部的朱红 色会被剥离，再次切割朱红色剥离的部分，重复进行这个过程以确保形成平坦的表面。

在一个滑动表面的加工中，需要进行多次的重复加工与测量以实现高精度。对于加工工人 的要求较高，最好的工人能用身体记住要调整多少到 1μm 去除量。

根据《国产与进口五轴工具磨床加工能力的对比测试》中的株洲钻石刀具加工案例信息， 使用国产磨床和进口磨床各加工 5 支 D10 抗振铣刀，结果显示，国产磨床和进口磨床加工 所有参数均合格，一致性均较好，仅从检测样品 A 齿和 B 齿的刃径、芯厚、前后角及跳动 的一致性来看，国产磨床加工的产品质量比进口磨床略好。两种机床加工的产品参数无明 显差异，因此国产磨床加工抗振铣刀的调整控制能力能满足加工要求，与进口磨床的加工 能力处于同一水准，但产磨床的装夹跳动精度和加工产品的外径跳动精度与进口磨床相比 存在一定差距。 我们认为目前国产磨床已具备一定技术积累能够与进口品牌进行竞争，在有足够需求催化 的背景下能够实现国产替代。

在丝杠加工中磨床的需求主要为外螺纹磨床和内螺纹磨床，分别完成丝杠轴的外螺纹加工 和螺母的内螺纹加工。

根据秦川机床公告信息，从再融资项目中关于滚动功能部件扩产的项目规划看，5 亿丝杠 产值（公司公告披露的测算结果）对应设备投资额 1.56 亿元，共采购设备 46 台，其中磨 床价值量占比约为 48%，价值量占比高主要由于高端磨床采用了进口机床，单价较高，高 精度床身导轨磨单价可达 2800 万元。

我们认为丝杠通过国产设备进行降本势在必行： 1）在国家重大科技专项的支持下，国产高端螺纹磨床已具备一定技术基础:根据 2014 年 发布的《高精度滚珠丝杠磨床的设计与开发》信息，上海机床厂开发的 SK7420 数控丝杠 磨床可实现 P1 级别滚珠丝杠副加工，属于国家高档数控机床与基础制造装备科技重大专 项资助课题(2011ZX04003—022)，填补了国内缺少高精度数控螺纹磨床的技术空白。我们 认为在国家的政策支持下，国内企业在技术层面已经取得了突破，在市场需求快速增长的 背景下具备设备国产化放量的基础。

2）定制化开发&自动化升级需求较强：如前文所述，丝杠在磨削加工过程中根据结构不同 面临如何避免加工干涉、提升加工效率等问题，需要针对具体需求进行定制化开发。同时 考虑人形机器人用丝杠体积较小，在加工上或需要更多的考虑自动化升级所带来的降本空 间，国产设备厂商相比进口品牌更贴近终端客户，我们认为在设备定制化开发&自动化升 级上国内企业有望抢占先机。

假设人形机器人出货量达到 100 万台，平均每台机器人使用 10 支行星滚柱丝杠，使用两 台磨床（内螺纹和外螺纹加工）进行制造，假设设备单价为 200 万元（内螺纹磨加外螺纹 磨对应 400 万元/套），每支丝杠平均制造时间分别为 40/60/80 分钟（按照精磨环节时间 计算），对应磨床市场需求分别为 44/67/89 亿元。

螺纹磨床原本是较小的市场，海外企业单一体量不会太大，国内磨床企业普遍体量也还较 小，在丝杠扩产有较大潜在市场需求的情况下，我们认为国内有能力实现螺纹磨床突破的 企业将有较大弹性。

目前秦川机床、华辰装备、日发精机均积极加码螺纹磨床布局： 1）秦川机床：秦川机床子公司汉江机床为国内螺纹磨床主导企业，能够提供滚珠丝杠副 成套设备。子公司格兰德在磨床领域也开发了外圆磨床、万能外圆磨床、端面外圆磨床、 轴承磨床、球面磨床、外圆系列数控磨床、汽车及工具行业专用磨床等 11 大类、110 多 个品种、150 多个规格。

2）华辰装备：华辰装备开发了精密螺纹磨床，标准丝杠试件加工精度等级最高可达 P0 级，公司与丽水职业技术学院签订设备销售合同，为其提供数控丝杠超精密磨床（数控高 精密螺纹磨床）、亚μ中心孔磨床等设备。并成功中标南京理工大学“江苏省高端制造装 备工程技术联合实验室高精度外螺纹磨床项目”，该项目采购需求为用于工业母机用 P0 级滚珠丝杠副加工工艺，主要针对小螺距、小钢球、多头螺纹的磨削加工、用于新型人形 机器人直线运动关键一体化传动组件磨削加工工序，用于高精高效螺纹磨削工艺研究等。

3）日发精机：日发精机多年深耕轴承装备领域，在高端轴承加工装备技术沉淀基础上开 发了数控螺纹磨床及自动生产线等产品。

日发精机通过螺纹磨床搭配一体式上下料机、桁架机械手，完成自动上下料、运输等程序， 具有高精度、高效率、高可靠性等优点，实现自动化生产线的高效运行。

4.4 检测设备：打造“设计—制造—检测”的闭环正向研发体系核心

丝杠在设计、生产时需要针对行程误差、摩擦力矩、滚道型面误差等进行高精度测试，需 要对定位精度、加速度、温度、噪声、湿度、热位移等指标进行动态测量，对应的设备包 括导程精度测量仪、触针式轮廓测量仪、动态预紧力矩仪、摩擦力矩测量仪、寿命试验机 和接触刚度测量机等。 海外的丝杠龙头企业都把检测手段的更新换代放在重要的地位，经过多年的开发和试验形 成了一套较为完整的体系。

目前丝杠检测设备的海外供应商包括瑞士 KUNZ Precision、德国 Kordt、日本三丰精密、 日本东京精密等，产品包括激光干涉仪测量设备、丝杠螺纹主轴间距测量装置、表面形状 测量仪等。

经过“04 专项”多年攻关，目前国内也拥有了一整套科学规范的丝杠副和导轨副测评标 准体系，后续有望加速追赶进口品牌。南京理工大学在江苏省苏州张家港市分别建成省部 级和行业重点试验室，以及行业第三方检测平台“数控机床功能部件共性技术工业和信息 化部重点实验室”、“机械工业数控机床功能部件性能测试与可靠性技术重点实验室”。 南京工艺和汉江机床分别建立了南京工艺装备制造有限公司滚动功能部件综合性能实验 室、汉江机床滚动功能部件性能实验室。

后续布局丝杠领域的企业一方面在生产过程中需要丝杠检测设备进行配套，一方面也需要 建立自己的成套试验能力，以实现“设计—制造—检测”的闭环正向研发体系，检测设备 的重要性较强。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）

精选报告来源：【未来智库】。未来智库 - 官方网站