摘要：人形机器人产业化进程加速，丝杠是核心部件。丝杠一般由螺杆、螺母和反 向装置组成，其工作原理是通过螺杆的旋转运动转化为螺母的直线运动，进 而带动整体精确的位移运动，反向装置在整个运动过程中主要起到改变方 向的作用。在人形机器人中，通常是电机驱动螺杆旋转，螺母则与

（报告出品方/作者：国泰君安证券，肖群稀、欧阳蕤、刘麒硕）

1. 丝杠应用广泛，人形机器人领域进展显著，看好行业 需求爆发

1.1. 人形机器人核心部件，丝杠市场迎百亿增量机遇

人形机器人产业化进程加速，丝杠是核心部件。丝杠一般由螺杆、螺母和反 向装置组成，其工作原理是通过螺杆的旋转运动转化为螺母的直线运动，进 而带动整体精确的位移运动，反向装置在整个运动过程中主要起到改变方 向的作用。在人形机器人中，通常是电机驱动螺杆旋转，螺母则与需要进行 直线运动的部件相连，进而带动这些部件按照精确的轨迹和距离进行移动。

关节处的行星滚柱丝杠丝杠与灵巧收中的微型丝杠是人形机器人中的两类 重要丝杠部件。在人形机器人中具有精确传动、传递并放大力以及反馈并控 制位置的作用。1）人形机器人的很多动作都需要极高的精度，例如手臂的 伸展、手指的抓握等。在一些较大力量的动作中，行星滚柱丝杠能够通过合 理的设计，将电机输出的力放大，以满足人形机器人关节处对力量的需求； 2）微型丝杠能够精确控制手指的开合度，实现对不同形状和尺寸的物体的 抓取。与传感器配合时，丝杠能够为人形机器人的控制系统提供精确的位置 反馈信息，实现精确的调整，提高运动的稳定性和可靠性。

1）关节处的行星滚柱丝杠

随着人形机器人不断推广，行星滚柱应用更加广泛。自特斯拉发布人形机 器人 Optimus 以来，国内外产业资本加速拓展人形机器人领域布局。例如国 外三星向本土机器人厂商投资 590 亿韩元、谷歌推出了具备自我改进与提 升功能的机器人 RoboCat；国内小米、傅里叶、宇树、智元、开普勒等厂商 相继推出其人形机器人产品。作为人形机器人的核心零部件之一，丝杠主要用于直线关节部位，将电机的旋转运动转换为直线运动，特别是行星滚柱丝 杠具有高承载、小体积、快响应、低噪音、高精度等优点，与人形机器人运 动高度适配。

人形机器人放量有望为丝杠市场带来百亿增量空间。根据特斯拉 Optimus 的参数，1 台人形机器人拥有 14 个线性执行器，我们做出如下假设：1）预 计一台人形机器人关节部位全部需要使用行星滚柱丝杠，共 14 个，后期有 望增加到 16 个；2）预计人形机器人远期销量能达到 100 万台；3）假设行 星滚珠丝杠单价远期随着国产化进程提速，价格降至 1000 元。整体看，人 形机器人放量将为丝杠市场带来百亿增量。

2）灵巧手所用微型丝杠或将进一步打开丝杠需求

特斯拉第三代灵巧手将蜗轮蜗杆方案替换为行星滚珠丝杠。 灵巧手的传动装置一般可以分为三级：（1）第一级：位于电机侧，主要 为谐波/行星减速器及皮带，起到控制精度与增强扭矩的作用；（2）第 二级：主要采用丝杠或锥齿轮，负责动作执行；（3）第三级：连接驱动 器和关节末端，主要采用腱绳或连杆。 丝杠能提供精准的线性驱动，具备最高的承载力，适用于工厂等场景。 减速器方面，Optimus Gen3 采取行星减速器（齿轮箱）提高传动精度、 增强扭矩输出能力。未来，随着集成度需求提升，微型丝杠与微型减速 器的用量将大幅增加。

1.2. 丝杠赋能人形机器人发展，国内外企业丝杠项目稳步推进

精密传动技术核心演进，人形机器人领域丝杠应用显著增强。在人形机器 人技术问世之前，丝杠装置主要担当机械臂系统中的线性驱动元件，负责执 行分拣作业、物料搬运、精密组装以及电子元器件的贴片操作，其应用范围 广泛覆盖 3C 产业、仓储物流管理系统以及医疗设备等多个关键领域。随着 人形机器人的发展，丝杠凭借其卓越的性能，已成为构建精密机械传动体系 不可或缺的核心组件，特别是在人形机器人的关节构造与驱动系统中，丝杠 被大量应用于要求极高精度与重载能力的场景，引起行业内广泛而高度的 重视。

国内丝杠企业加速技术升级与产能扩展，领跑高端制造与机器人领域新赛 道。近年来，国内丝杠企业积极布局滚珠/滚柱丝杠产业，逐步推动技术升 级与产能扩展，进军高端制造、机器人及新能源汽车领域。其中，1）五洲 新春的滚珠丝杠产品已实现部分量产，有望将成为新的利润增长点；2）贝 斯特的高精度滚珠/滚柱丝杠副首台套成功下线，部分产品正处于验证环节； 3）双林股份在车用滚珠丝杠和人形机器人用行星滚柱丝杠项目上稳步推进， 试制产线已建设落成；4）长盛轴承于 2022 年发布定增计划，拟投 2.65 亿 元扩张自润滑轴承和滚珠丝杠产能，其中包括布局丝杠新赛道的 3 万套滚 珠丝杠；5）恒立液压于 2021 年投资 15 亿元布局线性驱动器项目，规划达 成年产 10.4 万根行星滚柱丝杠电动缸和 10 万米滚珠丝杠的目标，现已迈入送样及小批量供货阶段。随着行业整体技术水平的提升，国内企业在国际市 场中的竞争力将进一步增强。

舍弗勒助力特斯拉 Optimus，丝杠技术创新引领智能制造新篇章。舍弗勒 作为特斯拉信赖的丝杠供应商，在 Optimus 的成功制造中发挥重要作用。舍 弗勒在新能源汽车、机器人技术和高端制造业持续深化技术创新与产业布 局，深度聚焦于滚珠丝杠、滚柱丝杠以及行星滚柱丝杠的研发，其战略布局 旨在满足市场对高精度、高承载能力和紧凑设计的迫切需求。目前，此类高 性能传动元件已被广泛应用于新能源汽车的转向助力系统、制动系统，以及 工业机器人和高端机床等多个关键领域之中。舍弗勒已顺利完成部分滚珠 丝杠产品的试制与性能测试，试制生产线全面建成。同时，行星滚柱丝杠产 品的样品亦已进入严格的验证阶段，为未来大规模量产奠定基础。此外，舍 弗勒依托提供先进的在线计算工具和全面的数字化解决方案，进一步提升 丝杠产品的研发效率与应用效能。上述战略举措充分彰显舍弗勒在全球丝 杠市场中的技术优势与系统化能力，为智能制造和新能源领域的快速发展 提供强劲动力。

1.3. 丝杠在工业母机与汽车行业扮演重要角色

1）工业母机

高端机床发展加速，导轨与丝杠在工业自动化设备中扮演重要角色。随着 工业自动化的不断推进，机床行业已经上升到国家发展战略核心的高度。近 年来，我国相继出台多项相关政策，加快高端数控机床的发展，高端机床国 产化进程有望提速。导轨和丝杠广泛用于数控机床、铣床、车床等工业自动 化设备中。通过导轨和丝杠的精确定位和稳定性，可以实现对工件的高精度 加工和定位。导轨和丝杠的应用不仅可以调节工件的高度、位置和角度，还 能大大提高工作效率和生产质量。

丝杠与导轨配套使用，是数控机床传动和定位的关键零部件。伴随滚珠丝 杠、伺服电机及控制单元性能的提高，数控机床的进给系统中可以去掉减速 机构，直接用伺服电机与滚珠丝杠连接。这种改进带来多方面的优势：一方 面使整个系统结构更加简单，减少产生误差的环节，提高可靠性；另一方面 由于转动惯量减小，伺服特性亦有改善，从而使得机床的响应速度更快，定 位精度更高。

丝杠和导轨在机床行业中有着较大价值，并有着巨大的市场潜力。以常见 的三轴数控机床为例，其配置包括 X、Y、Z 三个线性轴。每个线性轴通常 需要配备一根滚珠丝杠。考虑到高精度的国产滚珠丝杠单价约为 1000 元/ 根，因此在一台高精度三轴数控机床中，滚珠丝杠的总价值约为 3000 元。 考虑到三轴数控机床的整体价格通常在几十万元范围内，丝杠的成本在机 床总成本中占据一定的比例。参考科德数控和纽威数控的原材料采购占比 数据，传动类材料占比基本在 20%左右。根据 MIR DATABANK 的数据， 2023 年中国金切机床市场规模约为 1135 亿元人民币，2024 年前三季度受 行业周期影响，国内市场规模同比下滑约 6%，预计 2024 年全年下滑约 6.1%， 预计 2024 年中国金切机床市场规模约 1000 亿元，因此预计我国机床领域 的丝杠导轨市场规模约两百亿元。

2）汽车

智能驾驶技术驱动下，线性执行器中的滚珠丝杠在底盘系统中的应用与需 求增长。当前智能驾驶技术的不断进步对车辆底盘系统提出更为严苛的要 求，特别是在线控转向、线控制动以及主动悬架等关键应用场景中，由电机、 丝杠及传感器组合而成的线性执行器，其市场需求预期将显著增长，具体体 现在以下几个方面：1）线控转向：当前主流技术为 EPS，其中 R-EPS 可采 用滚珠丝杠。当电机位置更贴近转向器时，助力传动的效率得以显著提升。 R-EPS 以其低噪音、快速助力响应及大助力输出的特性而著称，尽管成本相 对较高，但非常适合应用于中大型及大型车辆。2）线控制动：滚珠丝杠被应用于 EMB 中。EMB 与传统制动系统的核心差异在于，它需要将电机的 旋转运动转化为摩擦片的直线运动，这通常可通过丝杠、连杆、电液复合等 多种传动方式实现。丝杠，尤其是行星滚柱丝杠，凭借其卓越的承载能力、 等效减速比大、传动效率高、传动精度高、同步性能优异以及传动可逆等多 重优势，有望在 EMB 中获得广泛应用。3）主动悬架：滚珠丝杠被用作主 动悬架系统的作动器组件。在这一应用中，滚珠丝杠能够将双向旋转转换为 电机轴的单向旋转，并有效增大电机转速，从而避免馈能电机的高频正反转 问题，进而提升能量回收效率。此外，该机制还具有阻尼力调节范围宽、结 构可靠性高、传动效率高以及成本低廉等诸多优点。

车用丝杠市场前景广阔，预计 2025 年市场规模超 70 亿元。基于新能源汽 车对丝杠的强劲需求，我们对车用丝杠市场进行测算，并设定以下假设条件： 1）根据乘联会发布的 2023 年数据，乘用车全年销量达到 2170 万台，其中 新能源车销量为 774 万台。乘用车市场将保持每年 1%的稳定增长。2）仅 考虑新能源汽车对丝杠的应用，主要采用滚珠丝杠和行星滚柱丝杠两种类 型。3）关于价格方面，我们假设行星滚柱丝杠的单价为 1500 元，滚珠丝杠 的单价为 400 元，并预期这些价格将逐年有所下降。整体来看，车用丝杠市 场展现出强劲的增长潜力，预计到 2025 年，其合计市场规模有望超过 70 亿 元。

2. 技术壁垒显著，精度是丝杠产品核心竞争力

2.1. 高精度丝杠产品价格昂贵，产品附加值高

产品价格差异明显，更高精度带来更高的利润空间。丝杠产品的市场价格 受多种因素影响，包括但不限于其加工精度、制造商品牌、物理规格以及选 用材质等，这些因素共同作用下导致价格上的显著差异。然而，与丝杠的生 产成本相比较，其市场定价策略中通常蕴含着较为宽裕的利润幅度。进一步 来看，丝杠的价格依据其精度等级的不同而呈现分级趋势，即精度要求越高 的丝杠，其市场价格往往也更为昂贵。在价格分布上，C10 级别的丝杠，作 为精度较低的产品，其市场平均售价大致位于 100 元至 500 元的区间内； C7 级别的丝杠的平均价格则大约为 800 元至 1600 元人民币的范围内；C5 级别的高精度丝杠，其市场价格大约在 1200 元至 3000 元的水平；C3 级及 更高精度的丝杠类别，其市场价格则更高，目前国外高精度丝杠价格普遍在 万元以上，更高精度所带来的是成本增加与价值提升。

丝杠产品的毛利率普遍维持在较高水平。以行业内的龙头企业 THK、NSK、 舍弗勒以及上银科技为研究对象，通过对这些企业在 2023 年度的平均毛利 率进行计算，发现其值高达 24.5%，这一数据充分表明丝杠产品的盈利能力 较强。并且该毛利率还涵盖如轴承等其他相关产品的业务范畴，若仅针对丝 杠产品本身进行考量，其毛利率水平或将更为可观。相比之下，国内滚珠丝 杠行业的龙头企业南京工艺，自 2020 年以来，虽然毛利率呈现出逐年增长 的趋势，但截至目前，其毛利率水平均未突破 20%的关卡，可见国产丝杠厂 商在毛利率方面尚存在一定的提升空间，同时也预示着随着技术水平的不 断进步与市场占有率的扩大，国产丝杠产品有望在未来实现更高的溢价收 益。

2.2. 精度是丝杠的核心竞争力，关注螺距与运行精度

丝杠的精度是衡量其性能的关键参数，直接关联到工作精度及效率。在丝 杠产品的选型与应用过程中，鉴于市场上丝杠种类繁多，精准把握丝杠的精 度等级对于满足特定生产需求至关重要。换言之，丝杠精度体现在实际移动 距离与理论移动距离之间的偏差程度，该偏差越小，则丝杠的精度越高。在 传动系统中，丝杠的精度评估涵盖一转运行精度、全长运行精度以及任意 300 毫米行程段内的运行精度。通常情况下，所提及的精度特指 300 毫米行 程内的精度表现。

丝杠精度核心在于螺距精度把控，机床渐进线误差是主要影响因素。丝杠 的精度主要依赖于螺距的精确性，其中机床加工过程中产生的渐进线误差 是影响其精度的关键因素。在评估丝杠零件的精度时，关键指标包括螺距、 中径、牙形角及表面粗糙度，而螺距精度无疑是这些指标中最为重要的一项。 丝杠的加工精度主要以螺距误差为衡量标准，该误差可细分为渐进性误差 （又称累积误差）、周期性误差和偶然误差。其中，渐进性误差对丝杠的定 位精度具有决定性影响；周期性误差则是多项谐波误差的合成，会显著影响 传动精度；偶然误差则源于加工过程中的某些随机因素。根据误差源的变化 规律，丝杠螺距误差可分为静态误差、动态误差和随机误差。静态误差主要 由机床本身的几何误差和传动误差导致；动态误差则随机床运转及加工工 艺系统和条件的变化而变化；随机误差则涵盖室温及油温波动、外界振动等 干扰因素引起的误差。

丝杠精度衡量标准众多，国内常用 JIS 和 GB 标准。丝杠产品的精度评估 体系涵盖多种专用衡量准则（亦称等级指标），这些准则源自不同的标准化 机构，诸如 ISO 标准（由国际标准化组织颁布）、DIN 标准（依据德国工业 标准化委员会的规定）、JIS 标准（日本工业标准化委员会制定，细分为 C0 至 C10 等级）以及 GB 标准（遵循中国国家标准化管理委员会的规范，划 分为 P1 至 P10 等级）。特别地，JIS 标准在日韩地区及中国台湾等地被广泛 应用，其等级细分为 C0、C1、C2、C3、C5、C7、C10 共七级，其中数字越 小代表精度越高。通常，普通机械设备倾向于采用 C7 或 C10 等级，而数控 精密设备则要求 C5、C3 等级乃至更高精度。另一方面，欧洲国家的精度标 准则依据 IT 公差等级体系进行划分，具体涵盖 IT01、IT0 以及 IT1 至 IT18 等多个等级。在中国，标准的精度等级则依据 GB 标准分为 P1、P2、P3、 P4、P5、P7、P10 等级。

不同用途丝杠精度标准及制造工艺要求不同。在传动机制中，实际移动距 离与理想移动距离之间的偏差被细致划分为以下三种情形：1）单次旋转周 期内的运行精度；2）整根丝杠全长范围内的运行精度；3）任意 300 毫米区 段内的运行精度。通常，导程精度特指在 300 毫米运行距离上的精度表现。 就一般应用而言，普通机械设备倾向于采用 C10 至 C7 级别的精度标准，而 数控设备则普遍采用 C5 至 C3 级别的高精度标准。对于航空制造设备、精 密投影设备以及三坐标测量设备等高精度需求领域，则通常要求达到 C3 或 C2 级别的极高精度。此外，C10 至 C7 级别的丝杠通常通过轧制工艺制造， 而 C5 级别及以上则采用更为精密的磨削工艺进行制造。

2.3. 丝杠生产流程复杂，热处理、设计与加工环节均是痛点

丝杠制造工艺较为复杂，生产流程对技术要求相对更高。丝杠作为一类典 型的轴类组件，在医疗设备、机床工具、航空航天以及船舶制造等多个高精 尖领域扮演着至关重要的定位和传动角色。其独特的结构特征和制造工艺 相较于其他轴类零件而言更为繁复，所承载的信息量亦相当庞大。此外，滚 珠丝杠的加工流程冗长且包含多个工序，从原材料选择、热处理工艺、结构 设计、粗加工到精加工，再到质量检测，各个环节紧密相连，形成一个复杂 且精细的生产链条。在这个过程中，夹具与定位基准需频繁更换，工序尺寸 链的计算亦相当复杂，这无疑增加工艺人员在加工过程中的出错风险。

2.3.1. 热处理：材料是关节

要实现丝杠制造的高精度、高刚性和长期耐用性目标，材料的选择及其相 应的热处理工艺扮演重要角色。轴承钢依据其应用温度的逐步提升和技术发展历程，可被科学地划分为四个世代。第一代轴承钢适用于常温环境，主 要包括高碳铬轴承钢、渗碳型轴承钢、高碳铬不锈钢轴承材料以及中碳轴承 钢，这些材料构成该世代的核心。第二代轴承钢则适用于中高温条件，其代 表性钢种有高温轴承钢及高温渗碳轴承钢，它们在更高温度范围内表现出 色。第三代轴承钢不仅耐高温，还具备高耐腐蚀性，尽管已在特定领域得到 应用，但尚未被纳入国家标准体系。至于第四代轴承钢，它们以耐极端高温 和轻量化为显著特点，目前正处于科研与开发阶段，预示着未来轴承材料技 术的重大进步。

热处理决定轴承钢最终的组织状态和性能。为获得高硬度、高耐磨、高接触 疲劳等性能，热处理的目的是获得细小均匀的基体组织和析出相。根据热处 理特点，轴承钢可以分为 2 大类，即全淬透性轴承钢和表面硬化轴承钢。全 淬透性轴承钢通过淬火、深冷、回火等热处理工艺，获得内外均匀一致的马 氏体、残留碳化物等第二相和少量残余奥氏体等的组织状态。为减少脱碳和 变形等影响，真空(低压)热处理技术得到广泛应用。表面硬化热处理，是通 过调制等热处理工艺先获得强韧性良好的基体组织，后采用渗碳、渗氮、碳 氮共渗、表面感应、离子注入、激光加热和喷丸处理等工艺手段获得高硬度 表面，实现心部强韧、表面高硬的性能梯度控制，用于耐冲击等轴承的要求。

国产丝杠性能相较于国外存在不足，其关键原因之一是热处理技术工艺的 差距。在对比分析国产 Cr/Mo 钢滚珠丝杠与国外同类产品的显微组织结构 时，可发现国产滚珠丝杠中存在的显著带状偏析组织是其性能不佳的关键 因素。带状组织呈现出强烈的方向性特征，易在形变过程中引发应力集中， 甚至诱发裂纹的产生。这类组织通常伴随着晶粒尺寸的显著不均，导致材料各部位力学性能的差异，使得在承受形变时，粗大且脆弱的晶粒区域会首先 萌生微裂纹，进而加速断裂过程。因此，带状组织作为材料中的薄弱环节， 是裂纹形成的敏感区域，其严重程度与材料的塑性和韧性损害程度呈正相 关。探究国产滚珠丝杠中带状组织形成的原因，主要可归结为两方面：一是 Cr/Mo 钢原材料在冶炼及轧制过程中，因成分分布不均导致的枝晶偏析，加 之后续控轧控冷工艺操作不当，促进带状组织的形成；二是在钢材高温奥氏 体化后的冷却阶段，由于冷却速度控制不当，导致先共析铁素体的不均匀析 出，进而形成带状组织。

2.3.2. 设计：产品种类繁多，考验企业技术和创新能力

丝杠设计理论与结构创新的双重驱动。鉴于丝杠其产品系列的广泛性和功 能需求的多样性，导致各组件的具体研发路径呈现出显著的差异性。然而， 从广义角度来看，这些研发与创新活动都存在对于两大核心领域的聚焦：设 计理论革新与结构设计创新。设计理论革新旨在探索并提出新颖的设计原 理与方法，以期提升产品的综合性能或专门满足用户的特定需求；而结构设 计创新则致力于开发全新的结构配置与形态，以实现产品性能的优化或特 定功能的实现。这两大领域共同构成丝杠研发与创新的主要范畴，推动着该 领域技术的不断进步与发展。

在设计理论革新方面，以 NSK 于 2021 年推出的抑制插补象限突起的滚珠 丝杠技术为例：该技术针对高精度模具加工需求，特别是五轴加工机等高 端机床领域，对于进给性能的极致追求而研发。传统上，滚珠丝杠在反向运 转时产生的摩擦波动会诱发“象限突起”现象，进而引发运行误差，这种误 差在加工表面上体现为条状痕迹，严重制约加工品质的提升。尽管业界已通 过多种数控技术（NC）进行补偿尝试，但由于摩擦波动的不可预测性，运 行误差难以根本消除，亟需创新性解决方案。NSK 凭借其独有的摩擦控制 技术和高精度评价技术，成功大幅降低滚珠丝杠在反向运转时的摩擦波动， 从而有效抑制机床圆弧插补加工中的象限突起现象，显著提升加工面的品 质。这一技术突破不仅缩短精加工工序，还为机床的能效提升及生产效率的 增强做出重要贡献。

在结构设计创新方面，以滚珠丝杠为研究对象：在其运行机制的探讨中，变 形机制与受力状态的分析呈现出高度的复杂性，这要求在设计过程中必须 综合考量众多设计参数。具体而言，滚珠丝杠的设计变量涵盖公称直径、滚 珠直径、螺旋升角、导程、工作滚珠的数量、工作滚珠的圈数与列数配置、 滚珠螺母的外径尺寸、螺纹底径、丝杠螺纹的外径、螺母长度以及丝杠的整 体长度等一系列精细的结构尺寸参数。这些参数共同构成滚珠丝杠设计的 多维度变量空间，对精确设计与性能优化提出严格要求。

2.3.3. 加工方式：工艺路线决定精度和效率

丝杠的加工方式具体包括螺纹磨削、高速硬车、旋风铣和滚轧成形。

1）螺纹磨削：通过采用旋转砂轮对丝杠表面进行精密研磨，形成微细凸台 结构，以实现超高精度的运动性能。这一工艺包含粗磨螺纹、螺纹底沟磨削 以及精磨螺纹等多个螺纹磨削工序，均在丝杠经过淬火处理，硬度达到 58～ 62HRC 的条件下，利用螺纹磨床进行精细磨削。该工艺以其卓越的高精度 和高性能而著称，然而，受螺纹磨削切削量的制约，加之磨削过程中需频繁 进行砂轮修整与丝杠校直作业，导致整体加工周期较长，效率低下。此外， 该工艺对操作人员的技能水平要求较高。一般而言，在传统丝杠加工流程中， 螺纹磨削工序耗时通常占据整个工艺流程的 2/3 以上，共计包含二十余项工 序。

2）高速硬车：即以车床替代磨床，通过旋转工件并利用刀具对工件表面实 施切削作业，以塑造所需的几何形状，此过程所用设备为专用车床。鉴于传 统磨削工艺会释放大量切削热，易导致滚珠丝杠螺纹滚道区域发生退火现 象，进而引起硬度退化，并且伴随大量切削热的释放，切削油在冷却润滑过 程中的挥发会对环境构成污染。因此螺纹滚道硬车削作为一种创新的螺纹 滚道加工技术应运而生。该技术的核心优势在于显著提升加工效率，同时兼 具绿色环保特性，能够有效规避因切削热导致的丝杠硬度下降及随之产生 的可靠性问题。丝杠螺纹滚道的车削过程属于连续成型切削，其轴向进给量 依据螺距的不同而有所调整，这一过程将产生巨大的切削力，因而要求所用 刀具不仅需具备优异的强度、硬度和耐磨性，还需拥有良好的韧性。

3）旋风铣削：在旋风铣削过程中，刀盘驱动刀具进行高速旋转运动，而工 件则以缓慢的速度沿轴向推进，同时刀具在径向方向上深入工件进行切削， 此过程所使用的设备为专业的旋风铣床。从原理上分析，工件借助刀盘上均 匀且对称分布的多把高强度成型铣刀进行切削，这些铣刀因刀盘旋转轴线 与工件轴线之间存在的偏心距而依次参与切削作业，且两轴线的夹角恰好 等于螺纹的螺旋角。在旋风铣削的加工过程中，刀盘与工件保持同向旋转以 实现顺铣，每当工件旋转一周，刀盘便沿着工件轴线移动一个螺纹导程的距 离，从而完成整个螺纹滚道的加工。相较于传统的切削方式，旋风硬铣削能 够显著降低切削过程中产生的热量，提升切削速度，进而提高生产率和降低 加工成本。与磨削工艺相比，旋风硬铣削的加工效率提升 3 至 5 倍；而与 传统的切削方式相比，刀具的使用寿命则延长 70%。

3）滚轧（冷轧）成形：基于金属塑性变形理论的丝杠滚轧成形技术，是高 效、节能且环境友好的清洁生产方式的杰出代表。该技术的显著特点包括： 材料利用率显著提升，所生产的产品展现出卓越的机械性能，具体表现为抗 拉强度提升20%至30%，疲劳强度增强20%至40%，以及抗剪强度提高5%； 产品的使用寿命显著延长；丝杠螺纹的尺寸精度与导程精度具备高度的统 一性和互换性；生产周期大幅缩短，制造成本有效降低。然而，尽管该技术 具有诸多优势，但在精度控制方面仍存在一定的局限性，即其加工精度尚未 达到最优水平。

行星滚柱丝杠相较于滚珠丝杠需要更高的加工精度要求。对于滚珠丝杆而 言，按 JIS 标准，轧制加工方式下，滚珠丝杠能实现的普遍精度是 C7（± 50um/300mm）以上，而磨削加工下的滚珠丝杠的最高精度可以达到 C0 级。 而对于行星滚柱丝杠而言，其所要求的螺距误差更小，根据《行星滚柱丝杠 传动精度分析与设计》中所设计的螺纹副误差公差标准看，C3 级别下的误 差为 5μm（300mm 螺纹长度内），对比于 THK 的产品，其冷轧制滚珠丝杠 精度在 C7 级别，C3 级别下的误差也较行星滚柱丝杠略高。对于梯形丝杠 而言，THK 滚轧梯形丝杠精度为±0.15mm/300mm，切削轴梯形丝杠精度为 ±0.05mm/300mm，较滚珠丝杠和行星滚柱丝杠精度更低。

3. 设备是丝杠生产的核心制约因素，国产替代空间广阔

丝杠制造工序较长，流程复杂，其中行星滚柱丝杠内螺纹加工环节难度最 高。国内设备生产企业在丝杠制造设备领域潜力巨大，具备超预期成长空 间，有望实现跨越式发展。 根据工艺流程，丝杠制造具有热处理、校直、磨床、车床和检测设备需 要，结合当前丝杠产品广阔的应用前景，设备企业的市场需求具有稳 定性和确定性；出于成本控制考量，下游人形机器人、汽车等企业迫切 需求设备技术的更新升级，为设备制造领域带来新的发展机遇。 在加工环节中，行星滚柱丝杠中丝杠、螺母、滚柱等不同部位的磨削工 艺存在差异，其中螺母内螺纹加工难度最高。受国内切削技术瓶颈限 制，螺纹磨床作为丝杠制造关键设备，展现出良好的市场发展弹性。

海外丝杠加工设备高价 “卡脖子”，国产替代刻不容缓。设备作为丝杠加工 制造的核心技术壁垒，决定丝杠产品的精度，各类加工工艺的主流高精度设 备厂商基本来自国外，海外设备进口存在“卡脖子”难题，且价格昂贵，国 产替代刻不容缓。

目前国内主要丝杠设备企业较多，众多企业崭露头角。主要代表企业有秦 川机床、浙海德曼、恒进感应、汉江机床、华菱超硬、华辰设备以及日发精 机等。其中，秦川机床在车床方面较为先进；汉江机床主要生产精密螺纹磨 床、精密测量设备等系列部件；浙海德曼、华菱超硬、华辰装备主要生产用 于金属切削的车床；恒进感应生产热处理设备。

3.1. 热处理：热处理炉、感应淬火设备需求提升

丝杠热处理涵盖等多道工序，而正火与退火扮演重要角色。正火和退火作 为丝杠热处理的前置工序，能够优化材料内部组织，改善切削性能，为后续 加工筑牢坚实基础。丝杠的丝杠的热处理工艺需要经过正火、退火、淬火及 回火等多道工序处理。正火和退火两道工序主要为使丝杠材料内部的组织 更加均匀、改善材料切削性能，有助于提高丝杠在后续加工的尺寸稳定性。 这两道程序可以通过台车式电阻炉完成，能够便捷地控制系统调节温度，避 免人工搬运对丝杠材料造成损坏。

丝杠通过淬火和回火处理提升表面硬度与耐磨性，借助热处理设备高效作 业。丝杠表面需要进行淬火和回火处理，完成表面材料的硬度、耐磨性加工， 进一步提升丝杠材料性能。常用设备为感应淬火热处理设备，以卡盘全自动 淬火设备为例，它具有上料位、淬火位和下料位三个工位，每个工位之间的 运料由自动移料机构完成，无需人工操作，能够实现工作状态及加工参数实 时建控与记录。

海外热处理设备生产企业普遍规模较大，而国内企业总体处于技术追赶期。 国际著名热处理企业有鲍迪克、易普森、爱协林、易孚迪和萨伊集团等。其 中，前三家企业主要生产可控气氛炉等工业炉热处理设备，后两家主要生产 感应热处理设备。国内热处理设备制造与服务企业主要有金财互联、世创科 技、恒进感应、恒精感应和升华感应，均为上市公司或挂牌企业，拥有较强 的技术实力。其中，前两家主要生产可控气氛炉等工业炉热处理设备，后三 家为生产感应处理设备的企业。相较于国际著名热处理企业，国内热处理设 备制造企业在工艺稳定性、自动化水平以及温度控制精度都较为逊色，仍有 很大发展空间。

3.2. 校直：丝杠自动校直机具有良好发展前景

在丝杠生产制造流程中，校直环节至关重要。校直作为保证丝杠精度的关 键步骤，直接决定着丝杠产品的质量与性能。在机械传动系统中，丝杠起着 关键的作用。如果丝杠存在弯曲，当它旋转时，会导致螺母在丝杠上的运动 轨迹出现偏差。通过校直，可以使丝杠的直线度达到规定的精度标准，确保 螺母与丝杠之间的相对运动精度，从而提高整个机械传动系统的精度。丝杠 校直常用设备为自动校直机，以高精度滚珠丝杠自动校直机为例，该设备采 用双支撑双压头在 C 型架上一起移动的方式，可以精确行走到工件实际弯 曲所在的位置，并灵活调整支撑与间距，完成高效率、高精度校直。

国际校直设备生产企业领域领先，国内企业仍需创新升级。国际上著名校 直设备生产技术的企业有日本 THK、德国力士乐等；国内校直生产技术较 先进的企业有集智股份、汉江机床、昆山旭日滚动部件有限公司、吉林瑞铭 机电设备有限公司等。相较于国际著名校直设备生产企业，国内企业在校直 方面仍然存在着校直精度不够、自动化水平较低以及校直技术落后的问题， 仍然需要进一步创新发展。

3.3. 磨床：国产化率较高，关注技术升级新机会

磨床是丝杠加工磨削加工的核心技术，其精度直接决定丝杠精度。磨床通 过其高度精密的磨削技术，能够确保丝杠具有一致的螺纹形状和尺寸，从而 提供可靠的性能和稳定的运动控制。磨床的精度直接影响着丝杠的轴向精 度、径向精度以及整体的运动平稳性。精准的磨床工艺能够确保丝杠的每个 螺纹都具有高度一致的规格，防止误差和振动，从而提高系统的可靠性和工 作精度，因而磨床其高精度的加工能力直接决定丝杠最终的性能和质量。

丝杠不同部件需要的加工存在差异，涉及磨床设备类型较多。主要设备有 内螺纹磨床、外螺纹磨床、外圆磨床（进行丝杠轴外圆表面加工）、中心磨 床（丝杠轴中心孔加工）、平面磨床（螺杆端面加工）等。其中，螺纹磨床 由于在精度、效率方面较为先进，在未来丝杠加工应用领域具有较大弹性。

数控系统直接影响磨床效率与精度，是磨床最核心的零部件。数控性能优 劣直接影响机床稳定性和精度水平，从而影响加工材料的精度与性质。数控 磨床也称为计算机数字控制磨床，是指能够接收、处理并转换数字指令来控 制机械设备动作的一类自动化机床。数控系统是数控机床的“大脑”，包括 控制系统、伺服系统和检测系统三大部分。数控系统通过计算机编程和自动 化控制，使得磨床能够实现更为精确和高效的加工过程。通过精确的数值控 制，磨床能够在复杂的几何形状和细微尺寸要求下进行加工，实现更精细的 表面质量和更准确的尺寸控制。

近年来下游企业对降低成本的需求增强，以车代磨、以铣代磨技术运用更 加广泛。车削加工主要是在工件高速旋转的情况下，利用刀具的直线运动或 曲线运动来改变毛胚的形状和尺寸，将其加工成符合图纸要求的零件的一 种加工方法。车床是国内金属切削机床领域成熟度较高的设备，目前国内部 分企业具备与国外同行竞争的能力。未来数控车床能够通过缩短加工工时、 提升加工效率实现以车代磨，成为降低加工成本的核心方向。

以铣代磨也是降低成本、提高工作效率一种方式。旋风铣削技术突破并推 广于 20 世纪 60-70 年代，后续逐步应用在大连机床厂、北京机床研究所、 山东博特和南京工艺等。南京工艺在 2004 年首次引进德国莱斯特瑞兹 PW160 型和 PW300HP 型 CNC 旋风硬铣床，可以精铣出 800mm 以上的大 型滚珠丝杠副。目前国内积极布局旋风铣床开发，汉江机床目前开发的数控 丝杠铣床可用于滚珠丝杠滚道硬旋铣成型加工，加工效率比传统方式提高 30%。

以车代磨、以铣代磨同时有望带动一部分硬刀具设备需求。在丝杠的螺纹 加工中，硬质合金螺纹车刀或螺纹铣刀是常用的工具，它们能够精确地加工 出各种螺距和牙型的螺纹。与传统高速钢螺纹刀具相比，硬质刀具的耐磨性 更好，在加工过程中能够保持螺纹的尺寸精度和形状精度。例如，在加工高 精度滚珠丝杠的螺纹时，硬质合金螺纹铣刀可以通过数控编程实现复杂的 螺旋运动，加工出精度高、表面质量好的螺纹，并且加工效率比传统车削螺 纹方法更高。目前，国内多家企业都相继推出针对丝杠的高效加工刀具，满 足下游企业需求。

磨床是丝杠机床加工程序中精密度最高的一类，技术难度也较大。以高精 密磨床为例，该设备主要应用于丝杠导轨、机床主轴等部件加工，能够实现 部件表面粗糙度 Ra 不大于 0.01-0.14μm，精度达到 0.1-0.5μm。

整体看来，海外企业在磨床上技术更加领先。瑞士的 Tornos、Studer，德国 的 Schütte、Kapp Niles，日本的三菱重工等厂商在外螺纹磨床领域都拥有 显著的技术实力和市场份额；瑞士 Reishauer 公司、英国公司 HOLROYD、 美国公司 DRAKE 等是世界著名的数控螺纹磨床生产和研发厂商；德国的 西门子、日本的发那科等占据数控系统前沿，在全球市场份额领先。这些公 司的产品代表着行业最高水平和发展方向，它们还通过不断创新，提升磨床 产品的精度、效率和可靠性，以满足制造行业对高精密螺纹加工的不断提升 的需求。

国内磨床企业奋起直追，国产替代进程有望提速。丝杠受益于人形机器人 行业蓬勃发展，也带动国内磨床行业的发展。虽然在内螺纹磨床结构、返向 装置在螺母内的对中安装精度、大螺旋升角的干涉、多头内螺纹的分度精度 等方面国内磨床与国际先进产品尚存在不小差距，但磨床在运作效率、精度 等方面也均已取得一定突破，存在一定国产替代的基础。国内数控螺纹磨床 的骨干企业汉江机床、广州敏嘉、上海机床等自主设计和研发具有世界先进 水平的内螺纹磨削加工中心，此外日发精机、华辰装备、浙海德曼等机床公 司也开始切入丝杠磨床赛道。

3.4. 检测设备：形成高精度检测完整体系

丝杠的尺寸精度直接影响与其他部件的配合精度，丝杠加工制造完成需细 致检测。检测工作能够保证丝杠的精度达到精密仪器制造行业的高标准，使 仪器能够实现高精度的测量、定位等功能。常用检测设备有导程精度测量仪、 触针式轮廓测量仪、动态预紧力矩仪、摩擦力矩测量仪、寿命试验机和接触 刚度测量机等。

丝杠检测设备海外供应商众多，产品丰富多样。目前丝杠检测设备的海外 供应商包括瑞士 KUNZ Presicion、德国 Kordt、日本三丰精密、东京精密等， 产品包括激光干涉仪测量设备、丝杠螺纹主轴间距测量装置、表面形状测量 仪等。

国内企业经过多年技术攻关也拥有科学规范的一整套丝杠副和导轨副测评 标准体系，后续有希望继续追赶国际先进企业。国内检测技术经历较长的 发展历程，1990 年开始，在标准化技术委员会的领导下，企业积极采用 ISO 标准，在行程精度、安装精度和性能指标等方面均达到国际先进水平，为我 国滚珠丝杠副产品进入国际市场奠定基础。企业当中，南京工艺和汉江机床 分别建立南京工艺装备制造有限公司滚动功能部件综合性能实验室、汉江 机床滚动功能部件性能实验室；山东博特精机股份有限公司拥有国内一流 检测装备产品。整体看来，国内产品在检测精度、检测设备自动化方面与国 外企业相比略有逊色，国内企业目前还在不断创新、学习先进技术，力求进 一步在丝杠检测设备与评价体系中获得发展与突破。

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来源：新浪财经