机器人丝杠:关注产品迭代和国产化 加工设备和刀具同步受益

类别:行业 机构:上海申银万国证券研究所有限公司 研究员:王珂/李蕾/刘建伟/胡书捷/苏萌 日期:2023-12-01

  本期投资提示:

      丝杠是一种直线滚动机械部件,同时是一项高价值量、高壁垒、国产化率低的卡脖子技术。

      根据传动原理的不同,丝杠可分为滑动丝杠(三角、梯形等)、滚动丝杠(滚珠丝杠、行星滚柱丝杠)等类型。根据精度性能要求,丝杠可分为低端、中端和高端,对应不同的精度等级,适用于不同的下游场景,广泛应用于具有直线运动功能的机器设备中,如压力机械、注塑机、医疗设备、钢铁冶金、机床、机器人等。

      丝杠作为装备基础部件,对设备性能起到至关重要的作用,经过数十年的发展和迭代,已构筑起很高的进入壁垒,可总结为材料、设备、工艺经验等方面。1)材料是机械部件的制备基础,通常需要特种钢或其他金属材料进行制备;2)设备决定了机械部件的加工精度和效率,设备和零部件之间往往形成反哺关系,专业化设备进行零部件的专业化加工;3)工艺经验依靠时间与经验积累,长时间形成应用-迭代的闭环。

      滚珠丝杠:核心精密传动部件,下游应用广泛。滚珠丝杠由丝杠轴、螺母、滚珠等组成,主要作用是将旋转运动转换成线性运动,或将扭矩转换成轴向反复作用力,具备高精度、可逆性好、摩擦阻力小和高效率的特点。主要影响丝杠性能的参数包括公称直径、导程、长度、螺母形式、丝杠精度等,丝杠精度以任意300mm 轴向行程内定位误差来区分。根据不同设备对精度的不同要求,滚珠丝杠广泛应用于机床、机器人、自动化生产线、航空航天、汽车等领域。

      行星滚柱丝杠:重型丝杠,多下游领域逐步渗透,人形机器人打开未来想象空间。行星滚柱丝杠是一种重负载、重型、高速的丝杠。相比滚珠丝杠而言性能大幅提升:行星滚柱丝杠载荷传递元件为螺纹滚柱,是线接触,因此具有高负载、耐冲击、体积小、高速等优点,同时劣势在于结构复杂和成本高,因此市场规模较小。中期来看,行星滚柱丝杠在精密数控机床、重型机械、医疗器械、武器装备、航空航天等领域的渗透率逐步提升;远期来看,特斯拉人形机器人Optimus 采用行星滚柱丝杠作为执行器传动部件,随着产业化落地趋势加速,未来想象空间极大。

      磨削&冷轧两大类加工工艺,旋风铣有望成新趋势。精密滚珠丝杠从加工工艺角度可分为磨削和冷轧滚珠丝杠两大类,磨制丝杠经过热处理、车削、磨削等几十道工序,精度可以达到P1 级;冷轧丝杠采用冷加工工艺,批量化成本低,效率高,但制造精度总停留在P7级左右。磨制丝杠粗加工工艺包括砂轮磨削、硬车削、旋风铣削,其中,旋风铣具备工序简单、一刀成型、金属切除效率高、散热好等优势,未来有望成为滚珠丝杠加工的新趋势。

      建议关注丝杠、设备和刀具环节的优质企业。1)丝杠环节,随着新能源车+机床+机器人多领域逐步渗透,国产替代趋势下,有人才&设备&成熟产品的公司具备先发优势,关注:

      贝斯特、恒立液压、鼎智科技、秦川机床、五洲新春、恒而达、长盛轴承、杭州新剑(未上市);2)设备环节,新行业兴起资本开支先行,关注:浙海德曼、华辰装备、日发精机;3)刀具环节作为加工耗材,同步受益于丝杠需求的增长,关注:沃尔德、国机精工。

      风险提示:技术进展及国产替代不及预期;人形机器人商业化进程不及预期;市场竞争加剧风险;宏观经济波动风险。