国金证券研究所报告指出,人形机器人硬件方案趋于收敛,丝杠制造难度最高、产能最为紧缺,属于重资产、劳动密集型环节。特斯拉Optimus单台使用10支以上行星滚柱丝杠,目前已建成产能远不能满足量产需求,丝杠及设备国产化迎来战略窗口期。
丝杠:人形机器人量产的核心瓶颈环节
丝杠螺母传动将旋转运动变换为直线运动,主要分为滑动丝杠、滚珠丝杠、行星滚柱丝杠。行星滚柱丝杠承载力强、耐冲击、体积小,但结构复杂、加工难度大、成本高。特斯拉Optimus髋部、大腿、小腿采用行星滚柱丝杠(8kN、4kN、500N三种规格),肘部采用滑动丝杠。人形机器人不需要机床级重复定位精度,G5精度或能满足需求,这为国产丝杠提供了替代窗口。
制造壁垒:材料、工艺、设备三重门槛
高精度行星滚柱丝杠制造有三大壁垒:原材料、工艺流程、生产设备。普通金属材料无法满足需求,需特种合金结构钢,国产与进口仍有差距。丝杠加工流程从材料、热处理、设计、粗精加工到检测环环相扣,涉及大量“KnowHow”。磨床是丝杠加工核心技术壁垒,精度直接决定丝杠精度。螺纹磨床原本是较小市场,海外企业体量不大,国产厂商未来有较大成长空间。
产能缺口:人形机器人百万台出货拉动磨床需求超40亿元
假设人形机器人出货量达100万台,平均每台使用10支行星滚柱丝杠,每支丝杠精磨环节平均加工60分钟,每日有效加工时间20小时,每套设备(内螺纹磨+外螺纹磨)单价400万元,对应磨床市场需求约67亿元。秦川机床滚动功能部件扩产项目中,5亿丝杠产值对应设备投资额1.56亿元,磨床价值量占比约48%。丝杠扩产将带动热处理、校直、车床、磨床、检测设备等多类需求。
国产替代进程:设备降本新路线涌现
目前秦川机床、华辰装备、日发精机积极加码螺纹磨床布局。以铣代磨通过硬铣螺纹一次成形,减少工序和刀具修整,加工效率比传统方式提高30%。秦川机床子公司汉江机床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。以车代磨通过数控车床缩短磨削加工工时,浙海德曼高精度电主轴可实现重切削及以车代磨,已与下游多家企业进行应用技术对接。
丝杠及设备核心厂商布局对比
| 公司 | 丝杠/设备进展 |
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| 恒立液压 | 线性驱动器项目已投产,设计产能20亿元,滚珠丝杠已送样和小批量供货 |
| 贝斯特 | 设备已到位,在研滚柱丝杠 |
| 北特科技 | 上海嘉定小批量产线,拟投资18.5亿昆山扩产 |
| 新剑传动 | 已实现滚柱丝杠生产销售,拟建设年产100万台人形机器人行星滚柱丝杠 |
| 双林股份 | 已研发出样品,试制产线建设中 |
| 秦川机床 | 螺纹磨床、数控丝杠铣床布局 |
| 华辰装备 | 螺纹磨床积极布局 |
| 浙海德曼 | 以车代磨高精度车床,已对接下游企业 |
来源:国金证券研究所整理