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1. 絲杠導(dǎo)軌：精密機(jī)械中最常用傳動(dòng)部件

1.1. 絲杠導(dǎo)軌為核心傳動(dòng)部件，直接影響設(shè)備精度和穩(wěn)定性

滾珠絲杠是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)的理想傳動(dòng)裝置，主要由絲杠軸、螺母、滾珠以及循環(huán)部件組成。絲杠軸、螺母和端蓋 (一類(lèi)滾珠循環(huán)部件，此處以“端蓋式循環(huán)”為例解釋滾珠絲杠傳動(dòng)原理) 上都制有圓弧形螺旋槽，將它們套裝在一起時(shí)，這些槽對(duì)合起來(lái)就形成了螺旋通道，滾珠能夠在通道內(nèi)循環(huán)滾動(dòng)。當(dāng)絲杠相對(duì)于螺母旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠在滾道內(nèi)自轉(zhuǎn)，同時(shí)又在封閉的滾道內(nèi)循環(huán)運(yùn)動(dòng)，使絲杠和螺母相對(duì)產(chǎn)生軸向運(yùn)動(dòng)。

滾珠絲杠主要可分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩大類(lèi)，外循環(huán)中又可再分為端部導(dǎo)流、管循環(huán)和端蓋式。外循環(huán)式滾珠絲杠運(yùn)動(dòng)時(shí)，部分滾珠與絲杠不接觸，其優(yōu)點(diǎn)為工藝簡(jiǎn)單且易于制造，而缺點(diǎn)為效率較低；內(nèi)循環(huán)式滾珠絲杠運(yùn)動(dòng)時(shí)，滾珠始終與絲杠接觸，適用于高速高敏高剛度場(chǎng)景，但缺點(diǎn)為加工困難。

相較普通滑動(dòng)絲杠，滾珠絲杠使用滾珠傳遞運(yùn)動(dòng)，具有傳動(dòng)效率高、定位精度高和傳動(dòng)剛度大等明顯優(yōu)勢(shì)?；瑒?dòng)絲杠的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便、成本低和能自鎖，缺點(diǎn)是摩擦阻力大，易磨損，傳動(dòng)效率低。目前已逐步被滾珠絲杠所替代，但在部分需要自鎖功能和對(duì)精度傳動(dòng)效率要求不高的場(chǎng)景仍有應(yīng)用。

導(dǎo)軌副實(shí)現(xiàn)支撐和機(jī)械導(dǎo)向作用，主要由導(dǎo)軌和滑座組成。導(dǎo)軌副，簡(jiǎn)稱(chēng)導(dǎo)軌。一副導(dǎo)軌主要由兩部分組成：在工作時(shí)固定不動(dòng)，起到支撐作用的部分稱(chēng)為支承導(dǎo)軌 (或?qū)к?；另一個(gè)相對(duì)支承導(dǎo)軌作直線(xiàn)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，起到機(jī)械導(dǎo)向作用的部分稱(chēng)為滑座。常用導(dǎo)軌種類(lèi)包括一般滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌、流體介質(zhì)摩擦導(dǎo)軌等，其中滾動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)小，故運(yùn)動(dòng)靈敏且定位精度高。

滾珠絲杠精度等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)是任取長(zhǎng)度為 300MM 的一段絲杠，測(cè)量實(shí)際移動(dòng)距離和理想移動(dòng)距離的偏差，偏差越小，精度越高。按國(guó)內(nèi)分類(lèi)，精度等級(jí)有 P1、P2、P3、P4、P5、P7、P10；日本、韓國(guó)和中國(guó)臺(tái)灣省采用 JS 等級(jí)即 CO、C1、C2、C3、C5、C7、C10；歐洲國(guó)家采用的標(biāo)準(zhǔn)是 ITO、IT1、 IT2、 IT3、IT4、IT5、IT7、IT10。通常情況下，普通機(jī)械采用 C7、C10 級(jí)別絲杠即可滿(mǎn)足加工要求；數(shù)控設(shè)備一般需要 C3、C5 級(jí)別絲杠，其中國(guó)內(nèi)大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床配套 C5 級(jí)絲杠。航空制造設(shè)備、精密投影及三坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備等一般采用 C3、C2 級(jí)別絲杠。
直線(xiàn)導(dǎo)軌精度按行走 100mm 的平行度劃分，可分為普通級(jí)（C）、高級(jí)（H）、精密級(jí)（P）、超精密級(jí)（SP）與超高精密級(jí)（UP）五個(gè)等級(jí)，其中平行度是指將導(dǎo)軌以螺栓固定在基準(zhǔn)面上，使滑塊在導(dǎo)軌全長(zhǎng)上運(yùn)行時(shí)，滑塊與導(dǎo)軌基準(zhǔn)面之間的平行度誤差。

從市場(chǎng)空間來(lái)看，全球滾珠絲杠市場(chǎng)規(guī)模穩(wěn)健增長(zhǎng)，中國(guó)已成為最重要的消費(fèi)市場(chǎng)之一，長(zhǎng)期成長(zhǎng)空間可觀(guān)。根據(jù)公司招股書(shū)，2016 -2021 年全球滾珠絲杠市場(chǎng)規(guī)模從 13.1億美元增長(zhǎng)至 17.5 億美元；同期我國(guó)滾珠絲杠市場(chǎng)規(guī)模從 16.8 億元增長(zhǎng)至 25.6 億元，CAGR 為 8.8%。中國(guó)已成為滾珠絲杠產(chǎn)品重要的消費(fèi)市場(chǎng)之一，約占全球規(guī)?？偭康?0%左右。
目前沒(méi)有權(quán)威機(jī)構(gòu)對(duì)導(dǎo)軌銷(xiāo)售規(guī)模情況進(jìn)行追蹤統(tǒng)計(jì)，但導(dǎo)軌與滾珠絲杠常常配套使用和采購(gòu)，生產(chǎn)端（主流廠(chǎng)商同時(shí)生產(chǎn)絲杠和導(dǎo)軌）便可基于過(guò)去生產(chǎn)實(shí)踐，對(duì)兩者的市場(chǎng)規(guī)模之比做出合理估計(jì)。根據(jù)我們的草根調(diào)研，滾珠絲杠和導(dǎo)軌的市場(chǎng)規(guī)模之比約為 1：4，即滾珠絲杠&導(dǎo)軌的整體市場(chǎng)空間可基于滾珠絲杠市場(chǎng)規(guī)模值的五倍進(jìn)行推算。根據(jù)我們測(cè)算，2021 年全球滾珠絲杠&導(dǎo)軌市場(chǎng)空間約為 87.5 億美元，國(guó)內(nèi)滾珠絲杠&導(dǎo)軌市場(chǎng)空間約為 127.8 億元。

1.2. 機(jī)床、自動(dòng)化&汽車(chē)為絲杠導(dǎo)軌主要下游應(yīng)用領(lǐng)域

機(jī)床系絲杠導(dǎo)軌最主要下游應(yīng)用：

1）從使用量來(lái)看，一臺(tái)機(jī)床通常搭配三套絲杠導(dǎo)軌：普通三軸機(jī)床在其 XYZ 三個(gè)線(xiàn)性軸基本采用絲杠導(dǎo)軌傳動(dòng)，1 根絲杠搭配 2 根導(dǎo)軌進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。而四五軸旋轉(zhuǎn)軸一般不采用絲杠導(dǎo)軌傳動(dòng)（因此通常來(lái)說(shuō)一臺(tái)機(jī)床搭配三根絲杠+6 根導(dǎo)軌）。但對(duì)于部分精度要求較低的中低端機(jī)床，會(huì)使用皮帶或同步輪搭配導(dǎo)軌傳動(dòng)，而替換掉價(jià)值量更高的絲杠。
2）從精度水平來(lái)看，機(jī)床對(duì)于絲杠導(dǎo)軌精度要求更高：相較于自動(dòng)化&汽車(chē)等下游，機(jī)床對(duì)絲杠導(dǎo)軌精度要求更高，基本上使用的是精度 C5 以上的研磨級(jí)絲杠。
3）從市場(chǎng)空間來(lái)看，機(jī)床是絲杠導(dǎo)軌市場(chǎng)最大下游：根據(jù)科德數(shù)控和紐威數(shù)控招股書(shū)披露的機(jī)床原材料采購(gòu)情況，傳動(dòng)系統(tǒng)部件占機(jī)床成本的平均比例約 15%。根據(jù)MIR 睿工業(yè)數(shù)據(jù)，2021 年國(guó)內(nèi)數(shù)控金屬加工機(jī)床消費(fèi)額約為 500-600 億元，可以測(cè)算出對(duì)應(yīng)傳動(dòng)系統(tǒng)（以滾珠絲杠&導(dǎo)軌為主）的消費(fèi)額約為 75-90 億元。

自動(dòng)化下游中絲杠導(dǎo)軌應(yīng)用廣泛，人形機(jī)器人打開(kāi)長(zhǎng)期空間：

直線(xiàn)導(dǎo)軌通常被應(yīng)用在機(jī)器人&自動(dòng)化領(lǐng)域：一方面直線(xiàn)導(dǎo)軌精度較高，能夠保障機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)的準(zhǔn)確度；另一方面直線(xiàn)導(dǎo)軌穩(wěn)定性好，能夠保證機(jī)器人在高速運(yùn)動(dòng)中不會(huì)出現(xiàn)晃動(dòng)和失控的現(xiàn)象。而在自動(dòng)化系統(tǒng)中，絲杠通常被用于控制工作臺(tái)、傳送帶、夾具等部件的運(yùn)動(dòng)。
人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，帶來(lái)絲杠導(dǎo)軌應(yīng)用新舞臺(tái)。隨著特斯拉人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)，人工交互及人工智能成為一大趨勢(shì)，人形機(jī)器人作為“具身智能”最理想載體，站在多重產(chǎn)業(yè)共振的交匯點(diǎn)，有望引領(lǐng)未來(lái)產(chǎn)業(yè)變革。人形機(jī)器人全身使用 12 個(gè)線(xiàn)性驅(qū)動(dòng)器，采用力矩電機(jī)+行星滾柱絲杠的方案，實(shí)現(xiàn)高傳動(dòng)精度的同時(shí)也可以保持高精度的控制速度。

新能源汽車(chē)也是絲杠導(dǎo)軌的重要下游應(yīng)用，未來(lái)潛在市場(chǎng)空間有望達(dá) 250 億元：絲杠導(dǎo)軌可用于新能源汽車(chē)的車(chē)輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、剎車(chē)系統(tǒng)、加速踏板、座椅調(diào)節(jié)和玻璃升降等領(lǐng)域，以轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為例，滾珠絲杠用于轉(zhuǎn)換駕駛員的轉(zhuǎn)向輸入為前輪的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)靈活、精確的轉(zhuǎn)向操控，提供駕駛的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。
新能源車(chē)用絲杠導(dǎo)軌對(duì)精度要求略低，但勝在汽車(chē)市場(chǎng)銷(xiāo)量基數(shù)大。我們預(yù)計(jì)一輛新能源車(chē)在完美狀態(tài)下會(huì)使用 4 套左右的絲杠導(dǎo)軌，假設(shè) 1 套價(jià)格約 500 元，則單車(chē)價(jià)值量可達(dá) 2000 元左右。假設(shè)未來(lái)新能源車(chē)滲透率提升至 50%，國(guó)內(nèi)汽車(chē)銷(xiāo)量穩(wěn)定在 2500萬(wàn)輛，則新能源汽車(chē)用絲杠導(dǎo)軌市場(chǎng)空間有望達(dá) 250 億元。

2. 競(jìng)爭(zhēng)格局：高端領(lǐng)域被外資壟斷，國(guó)產(chǎn)廠(chǎng)商逐步向上滲透

從主流廠(chǎng)商來(lái)看，絲杠導(dǎo)軌市場(chǎng)分為兩大陣營(yíng)：1）非中國(guó)大陸廠(chǎng)商包括上銀、銀泰、日本 THK 和 TSK：特點(diǎn)是成立時(shí)間早、經(jīng)驗(yàn)積累豐富，產(chǎn)品定位高端精密絲杠市場(chǎng)，并配合先進(jìn)機(jī)械的前沿需求不斷創(chuàng)新升級(jí)。平均營(yíng)收體量破百億，完全主導(dǎo)中高端絲杠導(dǎo)軌市場(chǎng)；2）中國(guó)大陸廠(chǎng)商包括南京工藝、漢江機(jī)床（秦川子公司）、博特精工和華特機(jī)械等：特點(diǎn)是起步時(shí)間晚，公司規(guī)模小，產(chǎn)品主要為精度較低的絲杠導(dǎo)軌。

從競(jìng)爭(zhēng)格局來(lái)看，國(guó)內(nèi)絲杠導(dǎo)軌市場(chǎng)基本被以日資、臺(tái)資為代表的外企壟斷，兩者市占率合計(jì)達(dá)到 65%。滾動(dòng)功能部件加工技術(shù)壁壘極高、工序流程復(fù)雜，特別是對(duì)滾道和軸頸螺紋的精磨工藝將極大地影響后續(xù)使用時(shí)的定位精度。海外企業(yè)具有先發(fā)優(yōu)勢(shì)，在產(chǎn)品迭代和可靠性測(cè)試方面積累大量數(shù)據(jù)，因此產(chǎn)品具有較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力。根據(jù)秦川機(jī)床公告，目前上銀、銀泰國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率接近 50%，日本 NSK、THK 等日企市場(chǎng)占有率約 15%；外資合計(jì)占比達(dá) 65%, 基本壟斷國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。
除了市占率存在較大差距，外資廠(chǎng)商的優(yōu)秀市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力還體現(xiàn)在收入體量和產(chǎn)品均價(jià)上。1）從收入體量角度看：2021 年全球絲杠導(dǎo)軌龍頭上銀科技總營(yíng)收達(dá) 61 億元，凈利潤(rùn)達(dá) 8 億元。秦川機(jī)床下設(shè)子公司漢江機(jī)床主要負(fù)責(zé)絲杠導(dǎo)軌、螺紋磨床等業(yè)務(wù)。根據(jù)公司 2022 年報(bào)披露，漢江機(jī)床總營(yíng)收僅為 4 億元，若扣除螺紋磨床收入，秦川機(jī)床絲杠導(dǎo)軌業(yè)務(wù)收入不足 4 億元，同外資收入體量相比差距明顯。2）從產(chǎn)品均價(jià)看：根據(jù)草跟調(diào)研反饋，國(guó)產(chǎn)頭部企業(yè)的產(chǎn)品均價(jià)尚未達(dá)到外資龍頭產(chǎn)品均價(jià)的 50%，說(shuō)明外資廠(chǎng)商具有較強(qiáng)的議價(jià)能力。

深究造成巨大差距的原因，主要在于產(chǎn)品的綜合競(jìng)爭(zhēng)力，而國(guó)產(chǎn)廠(chǎng)商的短板在于：

1）產(chǎn)品初始性能差距：國(guó)產(chǎn)滾珠絲杠出廠(chǎng)時(shí)和外資相比就有性能差距。根據(jù)《滾珠絲杠副可靠性增長(zhǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究》實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明（見(jiàn)下圖），針對(duì)同一批次的絲杠，大陸樣件的摩擦力矩的均值變化量在 20%以上，而中國(guó)臺(tái)灣產(chǎn)品的不到 10%。而從行程誤差的分析來(lái)看，單個(gè)滾道中國(guó)臺(tái)灣的絲杠性能也更加優(yōu)異。究其原因，主要系大陸廠(chǎng)商的預(yù)緊的操作不夠規(guī)范，同時(shí)在施加完預(yù)緊力后，缺乏成熟的摩擦力矩快速檢測(cè)方法，來(lái)驗(yàn)證預(yù)緊力的施加是否合適，導(dǎo)致滾珠絲杠的綜合性能產(chǎn)生差距。

2）精度保持性差距：在使用初期，國(guó)產(chǎn)滾珠絲杠能夠達(dá)到設(shè)計(jì)時(shí)要求的重復(fù)定位精度，但經(jīng)過(guò)使用磨耗后滾珠絲杠組件中的背隙會(huì)逐漸變大，導(dǎo)致重復(fù)定位精度下降，造成設(shè)備定位不準(zhǔn)的問(wèn)題。在上文同一試驗(yàn)中，大陸絲杠和中國(guó)臺(tái)灣絲杠在試驗(yàn)過(guò)程中均出現(xiàn)不同程度的性能退化，但相較之下大陸絲杠的精度保持性低于中國(guó)臺(tái)灣絲杠。
3）批量生產(chǎn)穩(wěn)定性：國(guó)內(nèi)企業(yè)實(shí)際上充分具備做出高精度絲杠的能力，但在大批量加工時(shí)無(wú)法保證良品合格率。

具體分析國(guó)產(chǎn)廠(chǎng)商短板成因，主要是國(guó)內(nèi)磨床水平較低和淬火等工藝經(jīng)驗(yàn)積累不足。
在絲杠導(dǎo)軌的加工過(guò)程中，對(duì)螺紋滾道和軸頸的精細(xì)磨削是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，需要使用高精度磨床配合加工。而國(guó)內(nèi)外磨床水平差距過(guò)大，進(jìn)口磨床不僅精度高，同時(shí)能夠做到可靠性好，保障批量加工的穩(wěn)定性。此外工藝決定生產(chǎn)效率，從鋼材的選用、前端熱處理，到粗磨、精磨、后段檢測(cè)等環(huán)節(jié)都需要一些通過(guò)實(shí)踐總結(jié)的參數(shù)經(jīng)驗(yàn)，而不是僅依靠理論設(shè)計(jì)。國(guó)內(nèi)企業(yè)起步晚，仍需時(shí)間和機(jī)會(huì)去不斷試錯(cuò)，積累經(jīng)驗(yàn)。

專(zhuān)項(xiàng)政策扶持下，國(guó)產(chǎn)頭部廠(chǎng)商加速產(chǎn)品迭代。南京工藝、漢江機(jī)床等國(guó)產(chǎn)頭部廠(chǎng)商，在國(guó)家政策和 04 專(zhuān)項(xiàng)的支持下，迅速進(jìn)行技術(shù)迭代。2020 年由南理工、南京工藝、漢江機(jī)床、博特精工等國(guó)產(chǎn)頭部企業(yè)共同完成的「滾動(dòng)功能部件服役性能成套測(cè)評(píng)方法與裝備及性能提升關(guān)鍵技術(shù)」榮獲技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)。該項(xiàng)目聚焦于滾動(dòng)功能部件的 4 項(xiàng)核心指標(biāo)：可靠性、精度、剛性和預(yù)緊力，攻克了絲杠高精研磨改性和高效旋銑等性能提升關(guān)鍵技術(shù)，并成功研制出雙螺母預(yù)緊高速精密滾珠絲杠副 DKFZD5020，首次為高檔數(shù)控機(jī)床配套。

3. 行星滾柱絲杠：人形機(jī)器人打開(kāi)長(zhǎng)期成長(zhǎng)空間

3.1. 行星滾柱絲杠在承載力、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性等多方面優(yōu)于滾珠絲杠

行星滾柱絲杠主要是由滾柱絲杠、滾柱螺母、滾柱、內(nèi)齒圈、壓蓋及擋圈組成。滾柱絲杠與滾柱螺母為齒形角 90°的多頭螺紋，滾柱為齒形雙凸圓弧的單頭螺紋，若干滾柱圍繞絲杠均勻分布。當(dāng)滾柱絲杠旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾柱既圍繞絲杠軸作公轉(zhuǎn)，又圍繞自身軸線(xiàn)作自傳，帶動(dòng)滾柱螺母作軸向移動(dòng)。行星滾柱絲杠結(jié)構(gòu)與滾珠絲杠類(lèi)似，只是傳力元件為螺旋滾柱，屬于典型的線(xiàn)接觸；而滾珠絲杠的傳力元件為滾珠，屬于點(diǎn)接觸。

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