国信证券经济研究所报告深入拆解了行星滚柱丝杠的加工工艺与核心壁垒。行星滚柱丝杠是人形机器人线性关节的核心零部件，单台特斯拉Optimus需14根，价值量约14000元/台。相比滚珠丝杠，行星滚柱丝杠具备高承载（静态载荷约3倍）、长寿命（可达15倍）、体积小（节省1/3空间）等优势。核心壁垒在于内螺纹磨削工艺、热处理技术及高端磨床设备依赖进口。北特科技、贝斯特、双林股份等国产企业正加速布局，替代空间广阔。
行星滚柱丝杠为线性关节核心方案，单台需14根
行星滚柱丝杠由丝杠、滚柱、内齿圈、保持架和螺母组成，将旋转运动转化为直线运动。相比滚珠丝杠，行星滚柱丝杠以螺纹滚柱替代滚珠作为负载传递单元，接触形式由点接触变为线接触，大幅增加接触面和受力面。在相同载荷下，行星滚柱丝杠体积比滚珠丝杠小约1/3，寿命可达滚珠丝杠的15倍，静态载荷约滚珠丝杠的3倍。
特斯拉Optimus人形机器人14个线性执行器均采用行星滚柱丝杠，分别位于肘部2个、腕部4个、大腿前后4个和小腿4个，部分采用反向式行星滚柱丝杠（螺母为输入端、丝杠为直线输出端，便于机电一体化集成）。单台机器人丝杠价值量约14000元（100万台量产后），百万台产量对应约140亿元丝杠市场。
内螺纹磨削为核心壁垒，高端磨床依赖进口
行星滚柱丝杠加工流程包括下料→预备热处理→车削→淬火→粗磨→时效→精磨等十余道工序。螺纹加工方式包括轧制、车削、磨削、旋风铣，其中磨削是目前高精度丝杠的主流精加工工艺（精度可达P0级）。核心难点在于内螺纹磨削：砂轮外径受螺母内孔限制，磨杆呈细长悬臂状态易产生颤振；大螺旋角磨削时磨杆易与螺母内孔碰撞产生干涉；螺母内部空间有限，自动对刀难度大；砂轮易磨损需反复修整。
设备方面，精密磨床（尤其是内螺纹磨床）仍依赖进口。欧洲磨床单价七八百万元乃至超千万元，到货周期至少一年起步，国产磨床价格约两三百万元但在精度保持性和出品一致性上仍有差距。秦川机床募投项目中高精度床身导轨磨床单价2800万元、高精度数控直线导轨磨床1800万元。热处理设备方面，国内设备性能接近国际水平但可靠性和稳定性仍存不足。
丝杠加工工艺对比与趋势演进
外螺纹加工工艺主要包括轧制、车削、磨削、旋风铣。轧制效率最高但精度有限（约P5-P10级）；磨削精度最高（P0级）但工序多、周期长；旋风铣兼顾精度与效率（介于磨制和轧制之间），但铣刀存在损耗问题。目前高精度丝杠主流采用磨削工艺，但磨削效率低导致成本高。
螺母内螺纹加工难度远大于外螺纹，目前以磨削为主。反向式行星滚柱丝杠螺母内螺纹更长、加工难度更高。旋风铣虽可加工内外螺纹、效率较高，但高精度方面与磨削仍有差距。行业正探索“以车代磨”等新工艺路径，但精度仍不及磨削。丝杠加工技术路径尚未收敛，不同厂商基于精度、效率、成本考量选择不同工艺组合。
国产丝杠企业加速布局，替代空间巨大
2022年国内行星滚柱丝杠市场外资品牌Rollvis（26%）、GSA（26%）、Ewellix（14%）、Rexroth（12%）合计占约80%，国产合计约20%。北特科技2024年10月与昆山签订投资协议，总投资18.5亿元建设行星滚柱丝杠研发生产基地，2024年12月以1792万元竞得约80亩工业用地。贝斯特自主研发标准式、反转式行星滚柱丝杠，C0级丝杠副突破获客户首批订单。双林股份滚柱丝杠样品已研发完成，试制产线已建设。震裕科技已建成行星滚柱丝杠半自动产线，日产能50套。新剑传动年产100万台人形机器人行星滚柱丝杠产业化项目奠基，总投入26亿元。
国产丝杠企业正从样品开发向批量生产加速过渡，虽在精度保持性、一致性等方面与外资仍有差距，但迭代速度更快、客户响应能力更强、量产降本空间更充足，国产替代进程有望在2026-2027年加速。
| 工艺 | 精度等级 | 效率 | 适用场景 | 核心难点 |
|---|
| 轧制 | P5-P10 | 极高 | 超细长、大导程丝杠 | 精度有限，应力集中 |
| 车削 | P3左右 | 较高 | 长径比小的小丝杠 | 精度不及磨削，刀具易损 |
| 磨削 | P0-P3 | 低 | 高精度丝杠精加工 | 内螺纹磨削干涉、振颤、对刀难 |
| 旋风铣 | P3左右 | 较高 | 较长及长径比大丝杠 | 铣刀损耗，工艺经验要求高 |
