2024年滚柱丝杠行业专题报告：让运动更丝滑，国产替代蓄势待发

丝杠让运动更丝滑，滚柱综合性能最优

人形机器人将成丝杠新增放量市场

丝杠是一种常见的机械传动运动，用于将旋转运动转为直线运动。可以分为滑动丝杠（多为梯形丝杠）、滚珠丝 杠、行星滚柱丝杠、静压丝杠。

人形机器人为丝杠新增放量点。梯形丝杠和滚珠丝杠在机械机床领域已成熟应用，行星滚柱丝杠目前仅在航空等 高端领域应用。特斯拉人形机器14个线性关键将使用8-10个滚柱丝杠和4-6个梯形丝杠，而国内大部分人形机器 人采用电流环方案，无需使用丝杠。

梯形丝杠：技术成熟工艺简单，但精度与效率低

梯形丝杠是一种滑动运动，适用于慢速、精度要求不高等领域。梯形丝杠由螺杆和螺母组成，螺杆上布有梯形螺 纹，依靠螺母与螺杆的旋合传递运动和动力，是完全依靠机械接触产生滑动，是一种滑动运动，其传动效率30- 70%（低于滚珠90%+），且其高速发热明显，更适用于低速运动，同时精度较低为C10以上（滚珠最高可到C0 级），但其有自锁功能（滚珠无，需外加零件）。梯形丝杠多应用于数控机床、自动输送系统、测量设备等。

梯形丝杠加工工艺简单，主要为切销工艺，已经成熟广泛推广。梯形丝杠加工方式有滚压、切削和研磨三种制造 方式，从精度看研磨（15um/300mm）>切削（50um/300mm） >滚压（90um/300mm） ，但由于研磨成本 高10倍以上，目前多采用切削方式，技术简单，工艺成熟。切削工艺中，目前多用旋风铣销丝杠设备，可替代此 前的车削工艺，可将铣丝、滚花一次完成，减少表面粗糙度。

滚珠丝杠：精度高应用广，但国产技术仍待提升

滚珠丝杠是滚动运动，传动效率高、精度高。滚珠丝杠由丝杆、螺母、滚珠、回珠器主要部件构成，核心部分是 滚珠，滚珠位于丝杆的螺纹槽内，同时与螺母的螺纹槽接触。当丝杠旋转时，滚珠在丝杆和螺母之间滚动，实现 力的传递和直线运动。回珠器一般分为内循环式和外循环，在轻载和小型丝杠情况下用内循环，反之使用外循环。

滚珠丝杠工艺分为研磨与轧制，已国产化，但高精度产品技术仍待提升。滚珠丝杠加工核心在于滚道制作，螺母 的螺纹采用研磨技术，而丝杆可采用研磨和轧制两种工艺。轧制是采用冷加工工艺模具制造，自动化程度高，适 合大批量生产，成本低，但精度偏低一般为C7级以上；而研磨工序长，从热处理、粗加工（车削）、到精磨（磨 削），效率低，但精度高，一般为C7级以下，可达到C0级。国产技术已突破，但高精度产品技术仍需提升，全球 滚柱丝杠市场空间超120亿。

设备与工艺为核心壁垒，良率和效率是关键

滚柱丝杠性能要求：高精度、结构紧凑、负载大

滚柱丝杠评估指标众多，人形机器人中看中高精度、负载大、结构紧凑等性能。在滚柱丝杠选型时，重点关注几 个指标精度等级（丝杠旋转一周后，定位精度误差的最大值，一般选300mm螺纹长度测量导程误差）、效率（各 种接触界面处耗散的热功率，影响电机扭矩计算）、速度（转速）、负载、额定寿命、刚度等。这与丝杠的直径、 导程、螺母设计（单螺母看轴向间隙、预紧螺母看预紧力）、工艺等有关。

精度是滚柱丝杠重要指标，在人形机器人应用时同时追求运动丝滑性。按照中国台湾的JIS等级，精度可分为C0、 C1、C2、C3、C5、C7、C10（若任300mm丝杠长度误差为3.5um以内，则为C0级），普通机械采用C7/C10 级，数控设备一般采用C5/C3级，航空等领域采用C3/C2。而在人形机器人应用中，滚柱的精度与滚珠不同， 滚珠是追求导轨精度，而滚柱同时追求运动的流畅性。目前滚柱丝杠精度可达C1级别（±5um/300mm），由于 结构设计，实际精度表现优于滚珠同等级标定。

滚柱丝杠原材料：不是瓶颈，但国产材料仍有差距

材料性能要求高，多采用合金调质钢。滚柱丝杠原材料对耐疲劳性、强度刚度、耐腐蚀耐磨性、机械加工性能等 要求较高，因此原材料多采用不锈钢、合金调质钢、高碳铬轴承钢等。常见原材料为Cr（铬）/Mo（钼）合金结 构钢、马氏体/渗碳不锈钢等，微量元素的应用有效增强合金钢的加工性能、强度刚度等。

Cr/Mo合金钢国产品质仍有差距，且高端产能有限。国产Cr/Mo合金钢性能较海外仍有差异，体现在国产Cr/Mo 钢存在明显的带状偏析组织，表面硬化层、过渡层到心部的金相组织分布不合理，各部位元素分布不均，在实际 使用中易断裂。国产高端合金钢产能有限，设备需用电炉（精确把控温度、添加多种合金元素）、单吨成本较转 炉高500-800元，此外由于合金钢配方不同，需长期调试试验，目前钛钢集团有所出货（一年出货量2万吨供日本 THK ）。根据爱采购网，合金结构钢42CrMo售价3-10万/吨，按照高端10万/吨、收得率50%、良率50%、丝杠 重量2kg测算，原材料成本800元/个，远期完全成熟后原材料成本将降低至200元以内。

滚柱丝杠生产流程：工序多，研磨耗时长

研磨加工工艺工序长，耗时久，热处理与精磨是核心环节。滚柱丝杠的研磨加工工艺与滚珠丝杠类似，需经过预 热处理、粗加工（车、铣、粗磨）、半精加工（半精磨）、精（研磨）加工和终加工阶段，前后工序共10-20道。 为增加精度，可分多次对螺纹加工，同时每次粗加工后都需进行时效处理，消除内应力；后都需重新打（磨）中 心孔，修正时效处理时的变形，因此加工流程长，前后需要10h以上。其中热处理和精磨是核心环节，精磨螺纹 和螺母影响精度，热处理影响寿命，装配影响一致性。

滚柱丝杠生产流程：精磨决定精度，设备与工艺存瓶颈

精磨对滚珠丝杠的精度起到绝对性影响，包括螺纹的螺距误差、螺纹的牙形误差等，是丝杠生产的最核心环节， 对设备依赖度高，且对工艺要求高，需要knowhow积累： 螺母内螺纹：反式行星滚柱丝杠螺母长度长，其内滚道的内螺纹加工难度极大，需使用高精度的内螺纹磨床。其难点 有：1）倾斜角：为了磨削出具有精密牙型的螺纹，机床的磨轮安装位置必须按螺纹的螺旋角倾斜变化，这就需要有 一个旋转轴，保证加工螺纹的进给与主轴旋转同步，而绝大多数通用磨床并不具备这一条件。2）长度与孔径：磨削 深孔内螺纹的主要挑战是螺旋角与孔径相互制约，随着螺纹长度的增加和孔径的减小，由于磨削轴比较容易与工件发 生碰撞，同时冷却液难以进入。 丝杆和滚柱：为了提高精度，丝杆与滚柱通常也使用精磨方式加工螺纹，除了控制螺纹精度，对滚柱的一致性的控制 同样影响最终产品的精度。

设备：海外厂商技术领先，订货周期长

高精度磨床设备对控制系统等要求严格、追求自动化、标准化。数控机床加工螺纹的过程中需要保证加工螺纹的 进给与主轴旋转同步，其控制主要依靠数控机床的主轴编码器、运算器、伺服电机、滚珠丝杠四个部件来实现。

海外老牌磨床历史久、产品性能领先、但订货周期长。滚柱丝杠与滚柱丝杠高精度磨床技术同源，欧洲厂商多使 用德国SMS磨床、日韩多用日本三井、美国厂商多用美国Drake公司产品，订货周期长达1-2年左右，目前国内新 进入滚柱丝杠环节厂商，多为进口设备。而国内高精度磨床技术还需提升。

千亿市场空间，国产化蓄势待发

格局：舍弗勒集团几乎垄断滚柱丝杠市场

滚柱丝杠壁垒高。目前市场需求量小：与滚珠丝杠这类型成熟产品不同，滚柱丝杠目前应用领域小，23年全年市 场空间预计不足10亿元，按照单价2万，年需求仅5万套。

德国Schaeffler集团多次收购竞争对手、几乎垄断滚柱丝杠市场：舍弗勒控股的瑞士GSA在欧洲市场滚柱丝杠份额 第一，且聚焦高端市场；GSA于2016年收购欧洲滚柱丝杠规模第三的瑞士ROLLVIS公司，22年舍弗勒再收购滚柱丝 杠规模第二的Ewellix公司，Ewellix前生为SKF行星滚柱丝杠部门（1968年SKF集团收购法国Transrol进入行星滚柱丝 杠领域，2018年被欧洲Triton集团收购，2019年更名Ewellix），收购ewellix主要是要布局低端领域，如汽车制造， 钢铁，化工等领域。至此，舍弗勒基本垄断中低端滚珠丝杠市场。规模第四的厂商为意大利VCS（2007年被美国 MOOG集团收购）。其余厂商如美国CMC、Exlar，日本的THK、NSK等均未形成大规模。

格局：国内厂商开始布局滚柱丝杠，国产化蓄势待发

国内厂商加大滚柱丝杠研发与布局，看好拥有精磨设备的厂商。滚柱丝杠作为线性执行器最重要的零部件，壁垒 高、价值量大，随着人形机器人产业兴起，国内厂商加速布局。主要有三类厂商，一是滚珠丝杠厂商延伸，二是 购买精磨设备的新厂商，三是代工组装方式。滚珠丝杠厂商如秦川机床、鼎智科技、新剑传动，有一定的技术同 源性，但技术待提升空间也较大；已购精磨设备新厂商，如贝斯特、恒立液压，其优势在于拥有进口的高精度精 磨设备，但由于新进入，经验积累有限，因此进度相对较慢；第三，代加工方式，执行器厂商如三花，通过培养 多个厂商，每个厂商分别生产两个零部件，由三花进行组装，同时其也购买精磨设备，同步开发，并且滚柱零部 件商如北特等，也将精磨环节代工。我们更看好拥有精磨设备的厂商，未来突破可期。

成本：效率提升后，成本大幅下降可期

生产效率和良率，是滚柱丝杠未来降本的关键所在。如前文所述，滚柱丝杠对精度和一致性要求极高，因此产品 良率低，需高精度设备与工艺积累。其次，高精度设备依赖进口，特别是高精度螺纹磨床，一台价格超1000万， 叠加其他设备，整体设备投资1800万。目前生产效率低，平均一天1.5套，按照50%良率，生产成本高于1万/套； 而远期技术成熟后，滚柱丝杠设备生产效率有望提升至8套/天，且整体设备投资降低至1000万以内，则成本将下 降至800元以内，助力人形机器人降本。

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编辑：火腿肠