丝杠导轨是高精密直线传动系统的核心部件，下游应用广泛，国产化率低。本篇报告分析了丝杠导轨行业国产化率低的主要原因；在人形机器人和新能源汽车的产业趋势下，国产丝杠导轨有望进入快速发展阶段；长期来看，在以机床为代表的高端领域，随着整机厂竞争力的提升、政策引导支持力度的加大，丝杠导轨实现自主可控是必然趋势。因此我们认为国产丝杠导轨正迎来产业化的重要机遇，给予行业“推荐”评级。
　　丝杠导轨是高精密直线传动的核心部件。
　　（1）丝杠的主要作用是定位，并将旋转运动转换为直线运动，驱动导轨运动。丝杠按结构可分为梯形丝杠、滚珠丝杠和行星滚柱丝杠，其中滚珠丝杠因传动效率高、寿命长，是目前主流的丝杠产品；行星滚柱丝杠加工难度大，产业化应用较少，主要用于对承载力、体积要求高的场景。
　　（2）导轨的作用是支承运动构件并使其按规定方向运动。导轨按结构可分为滑动导轨、滚动导轨和液体静压导轨，其中滑动导轨适用于低精度重切削，滚动导轨适用于高精度、高速轻加工；液体静压导轨结构复杂，制造成本高，实际应用较少。
　　丝杠导轨全球市场空间达千亿，国内超300亿，机床是最主要的下游。根据Value Market Research数据，2019年全球滚动部件的市场规模为195.48亿美元（折合人民币约1300亿元）。根据金属加工杂志社，2022年我国滚动功能部件市场空间约为330亿元。下游应用包括数控机床、半导体制造装置、医疗器械、工业机器人、自动化设备、3C设备、汽车等，其中机床是最主要的应用领域。
　　丝杠导轨是机床传动系统的重要部件，精度要求高，但占整机的价值量较低（约5%-9%），预计机床丝杠导轨的需求合计约百亿元体量。在机床中，一般是2套直线导轨副及1套滚珠丝杠副组成一个方向的直线运动系统。丝杠导轨直接影响到机床的加工性能，因此精度要求高，丝杠一般在P5级以上，导轨一般在P级以上。丝杠导轨（不包括其他传动零部件）合计占机床整机成本的5%-9%，根据机床市场空间，我们测算得到相关丝杠导轨需求约百亿。
　　外资主导市场，国产化率低，国内无龙头企业。欧美企业具有先发优势，且拥有轴承、液压件、高精密磨床等产业优势，技术领先，属于第一梯队。20纪80年代开始，日本THK、NSK、IKO等公司伴随着日本的机床、半导体、汽车制造业等行业成长起来，成为主要生产厂家，属于第二梯队。20世纪90年代后期，中国台湾的HIWIN、ABBA、PMI公司及韩国的SBC也崭露头角，作为后发者，产品突破后主打性价比，抓住了中国制造的发展机遇，在中国市场享有较高的市场份额，属于第三梯队。大陆的丝杠导轨企业数量较少，以国企为主，积累时间短，单个企业体量较小。
　　我国丝杠导轨与进口产品的差距主要体现在精度保持性、批量生产的稳定性和一致性。精度保持性指维持在初始精度的时间，国产丝杠导轨即使出厂精度能达到P3级以上，后续也很难在机床整个寿命周期中维持在这一高精度。批量生产的一致性和稳定性指生产一批丝杠，能达到标准要求的产品比例，国产虽然能做到P0~P2级的高精度产品，但一致性和稳定性较差，导致无法大规模供应。
　　国产产品落后于进口的背后，是整个产业链各个环节（包括设计、原材料、制造设备、加工工艺、检测方法、质量管控等）都存在差距。我们认为丝杠导轨多年来未实现国产化的原因主要是以下2点：
　　1、高精度产品的工艺壁垒未突破：①国内缺少高质量的原材料；②进口螺纹磨床价格昂贵，交期长达半年以上，投资门槛高；③工艺复杂，工序多，其中涉及多次磨削、热处理、检测环节，国内缺少有经验的、会使用高端磨床的工人。
　　2、产业化缺乏动力：①丝杠导轨过去主要的应用领域在机床，对于机床来讲，丝杠导轨属于重要性极高，但价值量占比较低的产品，因此机床厂商没有动力试用国产；②过去国产机床整机厂的实力不强，进口零部件能够起到保证质量的作用。
　　人形机器人和新能源汽车有望加速丝杠导轨国产化到来。
　　1、需求端：①新产业机遇带来的市场空间广阔，新能源汽车中丝杠的单车价值量较燃油车有3倍的提升，百万台人形机器人带来百亿级丝杠需求；②车用对丝杠的精度要求低，成本要求高，更愿意使用国产以降本；③人形机器人所需的反向式行星滚柱丝杠目前仅欧系企业有量产能力（日系、台系均没有相关产品），欧系企业面对新趋势、新方向时更保守，不会大规模扩产进行降本，国产一旦实现产品突破，更有可能成为主流供应商；④机床整机厂的实力不断增强，国内终端客户对国产机床的认可度明显提升，政策持续推进机床核心零部件国产化。
　　2、供给端：国内涌现出许多企业投入丝杠导轨行业，积极迎接新的产业趋势，其中有定位高端、有资金、有实力的企业，也有定位中低端（车用）、有量产能力的企业，改变了过去国企为主的竞争格局。
　　主要上市公司：①恒立液压，工程机械液压件龙头，定增募投电缸及丝杠业务，投资额15亿元，加大非挖领域布局，打造第三成长曲线。②

研究报告全文：证券研究报告行业深度报告2023年10月09日高精密直线传动部件迎来产业化重要机遇推荐维持机器人系列报告六中游制造机械丝杠导轨是高精密直线传动系统的核心部件下游应用广泛国产化率低本行业规模篇报告分析了丝杠导轨行业国产化率低的主要原因在人形机器人和新能源汽占比车的产业趋势下国产丝杠导轨有望进入快速发展阶段长期来看在以机床股票家数只46489为代表的高端领域随着整机厂竞争力的提升政策引导支持力度的加大丝总市值十亿元3639744杠导轨实现自主可控是必然趋势因此我们认为国产丝杠导轨正迎来产业化的流通市值十亿元2955941重要机遇给予行业推荐评级行业指数1m6m12m丝杠导轨是高精密直线传动的核心部件绝对表现63-31411丝杠的主要作用是定位并将旋转运动转换为直线运动驱动导轨运动相对表现804778丝杠按结构可分为梯形丝杠滚珠丝杠和行星滚柱丝杠其中滚珠丝杠因传机械沪深30030动效率高寿命长是目前主流的丝杠产品行星滚柱丝杠加工难度大产20业化应用较少主要用于对承载力体积要求高的场景102导轨的作用是支承运动构件并使其按规定方向运动导轨按结构可分为滑动导轨滚动导轨和液体静压导轨其中滑动导轨适用于低精度重切削0滚动导轨适用于高精度高速轻加工液体静压导轨结构复杂制造成本高-10Oct22Jan23May23Sep23实际应用较少资料来源公司数据招商证券丝杠导轨全球市场空间达千亿国内超300亿机床是最主要的下游根据相关报告数据年全球滚动部件的市场规模为亿ValueMarketResearch201919548美元折合人民币约1300亿元根据金属加工杂志社2022年我国滚动1机器人行业系列报告五人形机器人的前世今生功能部件市场空间约为亿元下游应用包括数控机床半导体制造装置3302023-07-24医疗器械工业机器人自动化设备3C设备汽车等其中机床是最主要2机器人行业系列报告四的应用领域巨头纷纷布局AI机器人未来可期2023-05-04丝杠导轨是机床传动系统的重要部件精度要求高但占整机的价值量较低3机器人行业系列报告三3约5-9预计机床丝杠导轨的需求合计约百亿元体量在机床中一月制造业PMI为519机器人Q2表现或更佳2023-04-01般是2套直线导轨副及1套滚珠丝杠副组成一个方向的直线运动系统丝杠4机器人行业系列报告二导轨直接影响到机床的加工性能因此精度要求高丝杠一般在P5级以上特斯拉宏图3再提人形机器人初步具备实用化效果2023-03-02导轨一般在P级以上丝杠导轨不包括其他传动零部件合计占机床整机成本的5-9根据机床市场空间我们测算得到相关丝杠导轨需求约百亿胡小禹S1090522050002外资主导市场国产化率低国内无龙头企业欧美企业具有先发优势且huxiaoyu1cmschinacomcn拥有轴承液压件高精密磨床等产业优势技术领先属于第一梯队20杨献宇S1090519030001纪80年代开始日本THKNSKIKO等公司伴随着日本的机床半导体yangxianyucmschinacomcn汽车制造业等行业成长起来成为主要生产厂家属于第二梯队世纪2090吴洋S1090523080001年代后期中国台湾的HIWINABBAPMI公司及韩国的SBC也崭露头角wuyang2cmschinacomcn作为后发者产品突破后主打性价比抓住了中国制造的发展机遇在中国朱艺晴研究助理市场享有较高的市场份额属于第三梯队大陆的丝杠导轨企业数量较少zhuyiqingcmschinacomcn以国企为主积累时间短单个企业体量较小我国丝杠导轨与进口产品的差距主要体现在精度保持性批量生产的稳定性和一致性精度保持性指维持在初始精度的时间国产丝杠导轨即使出厂精度能达到P3级以上后续也很难在机床整个寿命周期中维持在这一高精度批量生产的一致性和稳定性指生产一批丝杠能达到标准要求的产品比例国产虽然能做到P0P2级的高精度产品但一致性和稳定性较差导致无法敬请阅读末页的重要说明行业深度报告大规模供应国产产品落后于进口的背后是整个产业链各个环节包括设计原材料制造设备加工工艺检测方法质量管控等都存在差距我们认为丝杠导轨多年来未实现国产化的原因主要是以下2点1高精度产品的工艺壁垒未突破国内缺少高质量的原材料进口螺纹磨床价格昂贵交期长达半年以上投资门槛高工艺复杂工序多其中涉及多次磨削热处理检测环节国内缺少有经验的会使用高端磨床的工人2产业化缺乏动力丝杠导轨过去主要的应用领域在机床对于机床来讲丝杠导轨属于重要性极高但价值量占比较低的产品因此机床厂商没有动力试用国产过去国产机床整机厂的实力不强进口零部件能够起到保证质量的作用人形机器人和新能源汽车有望加速丝杠导轨国产化到来1需求端新产业机遇带来的市场空间广阔新能源汽车中丝杠的单车价值量较燃油车有3倍的提升百万台人形机器人带来百亿级丝杠需求车用对丝杠的精度要求低成本要求高更愿意使用国产以降本人形机器人所需的反向式行星滚柱丝杠目前仅欧系企业有量产能力日系台系均没有相关产品欧系企业面对新趋势新方向时更保守不会大规模扩产进行降本国产一旦实现产品突破更有可能成为主流供应商机床整机厂的实力不断增强国内终端客户对国产机床的认可度明显提升政策持续推进机床核心零部件国产化2供给端国内涌现出许多企业投入丝杠导轨行业积极迎接新的产业趋势其中有定位高端有资金有实力的企业也有定位中低端车用有量产能力的企业改变了过去国企为主的竞争格局主要上市公司恒立液压工程机械液压件龙头定增募投电缸及丝杠业务投资额15亿元加大非挖领域布局打造第三成长曲线贝斯特汽车覆盖主业汽车零部件和工装夹具自研丝杠导轨已送样至机床行业的战略客户规划510产能布局一期产值5亿元二期产值10亿元秦川机床汉江机床丝杠可稳定达到P2-P3级代表国内的领先水平自制螺纹磨床定增募投新能源汽车用丝杠导轨投资额2亿元达产后年收入增加5亿元鼎智科技汽车覆盖主业线性执行器用于医疗等行业其中梯形丝杠为关键零部件公司实现自制风险提示技术研发不及预期原材料及零部件价格大幅波动下游制造业需求复苏不及预期行业竞争加剧风险敬请阅读末页的重要说明2行业深度报告正文目录一丝杠导轨是什么71丝杠的作用是将旋转运动转化为直线运动72导轨的作用是支承运动构件并使其按规定方向运动103丝杠导轨的精度分类10二行业特点空间大下游多国产化率低121全球滚动部件市场规模约千亿国内超300亿122应用广泛机床是最主要下游且要求高123竞争格局外资主导国产化率低15三丝杠导轨为何难以实现国产化171国产产品的精度保持性生产稳定性弱于进口172造成差距的原因是什么191原材料国产轴承钢整体性能偏低影响丝杠寿命和可靠性192加工工艺高精度丝杠的磨削工艺knowhow多壁垒高213核心设备高端螺纹磨床依赖进口价格昂贵24四人形机器人和新能源汽车产业机遇有望加速丝杠导轨的国产化到来251机器人与自动化人形机器人提出新需求262新能源汽车潜在空间广阔有望率先实现国产化29五主要上市公司361恒立液压362贝斯特汽车覆盖373秦川机床汉江机床384鼎智科技汽车覆盖40六风险提示41图表目录图1丝杠导轨用于数控机床XY轴工作台7图2丝杠导轨用于电路板检查装置7图3滚珠丝杠内部结构8图4滚珠丝杠副零部件构成8敬请阅读末页的重要说明3行业深度报告图5内循环滚珠丝杠副实物图9图6内循环滚珠丝杠结构9图72019-2026E全球滚珠丝杠市场规模及增速12图82021-2025E我国滚动功能部件市场空间12图9预计2025年滚动功能部件各领域市场规模占比13图10丝杠及导轨用于数控数床进给系统13图11大型机床中丝杠导轨约占零部件成本514图12小型机床中丝杠导轨约占零部件成本914图13机床丝杠导轨对应机床市场空间在百亿元上下波动14图14上银丝杠导轨的营收占比为8615图15上银营收与机床行业景气度较为一致15图16全球滚珠丝杠CR5约为4416图17全球线轨CR3约为7616图18日本滚珠丝杠销售均价呈现下降趋势17图19硬铣螺纹技术显著缩短滚珠丝杠加工周期22图20滚珠丝杠螺距误差来源23图21丝杠导轨国产化机遇26图22丝杠导轨线性模组结构图27图23丝杠导轨线性模组结构图27图24全球工业机器人安装量及增速27图252021年中国工业机器人安装量超其他国家总和27图26滚柱丝杠主要应用于机器人Optimus的线性关节28图27特斯拉人形机器人线性执行器采用行星滚柱丝杠28图282022年我国滚柱丝杠市场竞争格局29图29新能源汽车用滚珠丝杠总览29图30汽车转向系统发展过程30图31EPS在中国乘用车转向系统中渗透率逐年提升30图32滚珠丝杠用于R-EPS转向系统31图33R-EPS中皮带及滚柱丝杠传动透视图31图342013-2019年我国电动助力转向细分市场规模32图35汽车制动系统发展33图36传统制动系统结构33敬请阅读末页的重要说明4行业深度报告图37EHB省去真空助力系统33图38日立E-ACT采用滚珠丝杠传动34图39博世第二代iBooster34图40机械式制动结构35图41EPB制动钳总成原理示意图35图42恒立液压2022年营业收入构成36图43恒立液压营业收入与净利润及其同比36图44恒立液压毛利率与净利率36图45电动缸结构图37图46贝斯特2022年营业收入构成37图47贝斯特营业收入和归母净利润及同比37图48贝斯特主要产品毛利率情况38图49宇华精机滚动功能部件核心产品及应用领域38图50公司各类滚珠丝杠副产品实物38图51秦川机床2022年营业收入结构39图52秦川机床营业收入与净利润及其同比39图53秦川机床毛利率与净利率39图54鼎智科技线性执行器营收占比稳定在60以上40图55鼎智科技营业收入与归母净利润及同比40图56鼎智科技毛利率与净利率情况40图57机械行业历史PEBand41图58机械行业历史PBBand41表1滚珠丝杠滑动丝杠及行星滚柱丝杠性能比较8表2不同类型外循环滚珠丝杠9表3滑动导轨滚动导轨和液体静压导轨区别10表4不同类型的数控机床精度等级11表5不同用途的专业装备的精度等级11表6不同应用导轨精度分类11表7国际主要丝杠导轨企业15表8国内主要丝杠导轨企业17表9丝杠常见性能指标18敬请阅读末页的重要说明5行业深度报告表10导轨性能及影响因素18表11中外导轨性能对比19表12滚珠丝杠具备特性及对原材料的要求19表13滚珠丝杠常用原材料对比20表14滚珠丝杠常用材料和热处理工艺20表15国产轴承钢性能相较于国外先进企业偏低21表16磨削滚珠丝杠加工周期长成本高21表17轧制滚珠丝杠加工工艺流程时间短22表18滚珠丝杠粗加工工艺对比22表19海外主要数控磨床生产企业24表20国内外螺纹磨床产品性能对比24表21标准行星滚柱丝杠和倒置行星滚柱丝杠比较28表22四种典型电动助力转向类型对比31表23R-EPS可承担较大力矩和负荷常用于中大型汽车32表24主要汽车制造商的典型EHB结构方案34表25典型EMB结构方案35表26秦川机床新能源汽车领域滚动功能部件研发与产业化建设项目销售收入预测39敬请阅读末页的重要说明6行业深度报告一丝杠导轨是什么丝杠导轨是高精密的直线传动产品丝杠和导轨可配合组成一套直线运动系统其中丝杠负责定位并将旋转运动转换为直线运动驱动导轨运动导轨负责将部件传输至目标位置在机床中一般是2套直线导轨副及1套滚珠丝杠副组成一个方向的直线运动系统以X轴为例工作台丝杠螺母和滑块三者相互连接实现对工作台高频度高精度的定位图1丝杠导轨用于数控机床XY轴工作台图2丝杠导轨用于电路板检查装置资料来源仕瑞达招商证券资料来源仕瑞达招商证券1丝杠的作用是将旋转运动转化为直线运动丝杠将旋转运动转化为直线运动按照丝杠的摩擦特性可分为梯形丝杠滚珠丝杠行星滚柱丝杠1梯形丝杠也称滑动丝杠牙型多为梯形螺母和丝杠轴直接接触运动时产生滑动摩擦力2滚珠丝杠在丝杠与螺母旋之间放置适量滚珠作为中间传动体运动时产生滚动摩擦力3行星滚柱丝杠在主螺纹丝杠的周围按行星式布置6-12个螺纹滚柱基本结构与滚珠丝杠相似区别在于载荷传递元件为螺纹滚柱而非滚珠滚柱和丝杠之间是线接触接触面大大增加因此具有高刚性高承载能力比同规格滚珠丝杠副高出3倍以上最高超过10倍滚珠丝杠因传动效率高寿命长是目前主流的丝杠产品梯形丝杠的摩擦阻力大传动效率一般低于40磨损快使用寿命短不能满足现代机械传动在高速度高效率高精度等方面的要求滚珠丝杠磨损小传动效率能达到90以上使用寿命更长是主流的丝杠产品行星滚柱丝杠虽然性能高但制造难度大成本高目前商业化应用较少主要用于重载和高可靠性要求的场合如航空母舰核潜艇核电站重型军事装备冶金设备及重型数控机床等敬请阅读末页的重要说明7行业深度报告表1滚珠丝杠滑动丝杠及行星滚柱丝杠性能比较性能指标滑动丝杠滚珠丝杠行星滚柱丝杠示意图摩擦性质滑动摩擦滚动摩擦滚动摩擦传动效率40以下90以上8090使用寿命低较长极长传动精度低高高速度较慢快很快承载力-高极高成本较低高很高资料来源行星滚柱丝杠承载与摩擦特性研究AMT论坛招商证券滚珠丝杠副主要由丝杠轴螺母和滚珠组成丝杠轴是有螺纹滚道的圆柱轴螺母由螺母体滚珠循环装置等部件构成其中滚珠循环装置是一条或多条连续的封闭通道作用是实现滚珠的循环滚珠包括承受载荷的负荷滚珠和不承受载荷的间隔滚珠间隔滚珠主要起间隔作用直径比负荷滚珠小图3滚珠丝杠内部结构图4滚珠丝杠副零部件构成资料来源THK官网招商证券资料来源数控机床功能部件优化设计选型应用手册滚珠丝杠副分册招商证券滚珠丝杠按滚珠的循环方式可分为外循环式和内循环式1内循环式滚珠在循环过程中始终不脱离丝杠表面内循环式结构设计简单螺母外径小可进行微型设计其优势在于滚珠运行阻力相对较小灵敏度优异摩擦损失少传动效率较高滚珠回程较短刚度较好运转精度较高因此适用于中小导程中低速度场合如3D打印机中小型医疗扫描仪等但内循环式返向器回珠槽为空间曲面呈S形加工较困难对滚珠丝杠副的公称直径丝杠外径螺纹滚道等加工要求较高敬请阅读末页的重要说明8行业深度报告图5内循环滚珠丝杠副实物图图6内循环滚珠丝杠结构资料来源机工机床世界招商证券资料来源机工机床世界招商证券2外循环式滚珠在循环返回时离开了丝杠螺旋滚道而在螺母体内或体外循环外循环式滚珠丝杠副尺寸较大适用于载荷较大的场合如大型重载机床外循环滚珠副按其在滚珠返回装置构造的不同可分为套筒-螺旋槽式插管式和端面端盖式三种套筒-螺旋槽式结构简单轴向排列紧凑节约空间有效负载滚珠多承载能力较高但径向尺寸较大挡珠器的弧形杆刚度较差特别是舌形部分易于磨损寿命较短插管式结构简单工作可靠工艺性好公称直径与导程组合较多适用性广既可于重载高速的驱动系统也可用于精密定位系统正在取代套筒-螺旋槽式端面端盖式螺母径向轴向尺寸小低噪声具有高承载高可靠性但滚珠循环部分加工复杂端面式结构适用于低承载且速度精度较高的场景或高承载且速度精度较低的场景端盖式结构适用于多线高承载低转速低精度传动的场景表2不同类型外循环滚珠丝杠类端面端盖式套筒-螺旋槽式插管式型端面式端盖式示意图结构简单工作可靠适于低噪声具有高承载高可靠性且加工复杂端结构简单节约空间承载特批量生产适用性极广均面式适用于低承载且速度精度较高的场合或高能力较高挡珠器的弧形杆征可适用于重载高速的驱动系承载且速度精度较低的场合端盖式适用于多线刚度较差寿命较短统精密定位系统高承载低转速低精度传动行业的应用场合资料来源机工机床世界招商证券敬请阅读末页的重要说明9行业深度报告2导轨的作用是支承运动构件并使其按规定方向运动导轨是支撑被加工零件并使其按规定方向运动的部件导轨的导向误差会直接影响运动轨迹最终导致工件产生加工误差导轨的基本结构是静导轨导轨和动导轨滑块导轨起支撑作用滑块连接运动件沿导轨作直线运动根据导轨和滑块的接触结构可分为滑动导轨滚动导轨和液体静压导轨1滑动导轨又称硬轨是指工作面之间通过滑动摩擦运动的导轨具有结构简单刚度好承载能力强抗震性强易维修等优点缺点是摩擦系数较大适用于低精度重切削2滚动导轨又称线轨是指在工作面之间安装滚动体滚珠滚柱和滚针的导轨具有摩擦系数小响应速度快运行速度高等优点缺点是刚度稳定性和抗震性不及滑动导轨承载小维修性差适用于高精度高速轻加工3液体静压导轨是指在工作面之间通入压力油使运动件浮起油压能随着外加负载的变化而自动调节以保证工作面间始终处于纯液体的摩擦状态同时采用直线电机驱动光栅尺为位置反馈系统形成系统的全闭环控制摩擦系数极小但是结构复杂制造成本高实际应用较少表3滑动导轨滚动导轨和液体静压导轨区别滑动导轨滚动导轨液体静压导轨结构图导轨滑块钢球端盖保持器结构导轨滑块导轨滑块光栅尺电机防尘片摩擦性质滑动摩擦滚动摩擦液体摩擦载荷大小大刚度高低低摩擦系数大小小速度慢快快精度低高高适用场景低精度重切削高精度高速轻加工大型重型数控机床资料来源数控机床导轨特点与选择招商证券整理3丝杠导轨的精度分类丝杠国家标准GBT17587-2017将滚珠丝杠副精度分为八个等级即P0P1P2P3P4P5P7P10级其中P0级精度最高往后精度逐级递减日本韩国及中国台湾省采用JIS等级分为C0-C10八个等级相同数字的JIS精度标准略高于国标即C1的要求略高于P1但差距不大一般而言精度高于P5的丝杠有定位传送功能主要用于高精度数控机床半导体设备航空敬请阅读末页的重要说明10行业深度报告航天等领域精度为T7T10的丝杠只有传送功能主要用于普通机械木工机械工业机器人等领域表4不同类型的数控机床精度等级NC机床用途电火花加微光加工木工机车床铣镗床加工中心钻床坐标镗床磨床线切割机冲床工机机械械轴XZXYZXYZXYZXYZXYZXYZXYZXYZXYXYZP1P2精P3度P4等P5级T7T10资料来源各公司官网招商证券表5不同用途的专业装备的精度等级半导体印刷板制造设备工业机器人三通用电子正交坐垂直多关冶金电动维图像机械化学引线印刷圆筒橡胶用途曝光探测零件标型节型设备注塑测处理处理焊接版开坐标机械专用设备器插件组其组其机械机量设备设备机孔机型机械机装他装他仪P1P2精P3度P4等P5级T7T10资料来源各公司官网招商证券导轨精度分为普通级无标记高级H精密级P超精密级SP以及超超精密级UPH级以下的导轨主要用于木工机械成型机床工业机器人搬运系统部分医疗器械等领域P级以上的主要用于高精密数控机床加工中心车床铣床等精密测量仪器半导体设备等领域表6不同应用导轨精度分类精度等级机械类型普通HPSPUP加工中心车床铣床钻探机镗床磨床放电加工机冲切机机床镭射机木工机NC钻床攻牙中心集装箱交换机ATC线切割机械精整加工用机械敬请阅读末页的重要说明11行业深度报告工业用机器直交坐标人柱面坐标引线焊接机半导体制造探测器装置电子元件插入物印刷基板钻孔机射出成型机三次元测量设备办公室装置搬送系统XY工作台其他装置涂装机焊接机医疗机器数位转换器检查装置资料来源THK官网招商证券二行业特点空间大下游多国产化率低1全球滚动部件市场规模约千亿国内超300亿根据ValueMarketResearch数据2019年全球滚动部件的市场规模为19548亿美元折合人民币约1300亿元预计2026年将达到29661亿美元期间年均复合增长率约为614其中亚太地区是主要市场约占44预计2026年占比将增长至47亚太地区市场份额的快速增长主要源于中国等国家发展航空航天机器人自动化等高端制造业根据金属加工杂志社2022年我国滚动功能部件市场空间约为330亿元预计2025年将达到462亿元2021-2025年CAGR达到12图72019-2026E全球滚珠丝杠市场规模及增速图82021-2025E我国滚动功能部件市场空间我国滚动功能部件市场空间亿元增速500161514144001211300101046284202003806330290410020020212022E2023E2024E2025E资料来源ValueMarketResearch招商证券资料来源金属加工招商证券2应用广泛机床是最主要下游且要求高丝杠导轨下游应用广泛机床是最主要的下游丝杠和导轨作为高精度的传动部件大量应用在数控机床半导体制造装置医疗器械工业机器人自动化设备3C设备汽车等领域其中机床是最主要的应用领域根据金属加工杂志社的数据预计2025年机床在滚动功能部件的应用占比为24敬请阅读末页的重要说明12行业深度报告图9预计2025年滚动功能部件各领域市场规模占比资料来源金属加工招商证券丝杠导轨是机床传动系统的重要部件丝杠精度要求一般在P5级以上导轨精度要求一般在P级精密级以上丝杠和导轨的性能指标直接决定机床传动系统的定位精度行走直线度工作台面刚度以及承载能力等性能进而决定机床整机的性能机床是系统性产品单个核心零部件的精度往往大于整机的精度因此机床对丝杠导轨的要求较高其中丝杠精度要求一般在P5级以上导轨精度要求一般在P级精密级以上图10丝杠及导轨用于数控数床进给系统丝杠导轨资料来源机床商务网招商证券机床领域的市场需求量约百亿元根据国盛智科招股说明书问询函回复文件大型机床中丝杠导轨成本占比约为5小型机床则约占总成本的9我们假设整体上丝杠导轨的成本占比为8机床整机毛利率为25则丝杠导轨的市场空间机床整机市场空间1-258由此我们测算出丝杠导轨的年市场空间在100亿元上下波动敬请阅读末页的重要说明13行业深度报告图11大型机床中丝杠导轨约占零部件成本5图12小型机床中丝杠导轨约占零部件成本9资料来源国盛智科IPO问询函招商证券测算资料来源国盛智科IPO问询函招商证券测算图13机床丝杠导轨对应机床市场空间在百亿元上下波动资料来源中国机床工业协会招商证券测算丝杠导轨产生磨损存在一定的更新需求但并非需求的主导因素一般而言为保证机床无故障运行时间达到2000h以上丝杠导轨的寿命要求在20000h以上但在数控机床的使用过程中由于操作不当保养不当及运行磨损丝杠导轨可能会出现加工精度异常需要进行更换因此丝杠导轨的更换频率与工作用量和保养程度相关若保养得好也可能在机床的整个使用寿命中都不需要更换因此更新并非必选项丝杠导轨的需求更多受机床周期影响上银的营收变化趋势也体现了丝杠导轨景气度与机床行业景气度基本一致敬请阅读末页的重要说明14行业深度报告图14上银丝杠导轨的营收占比为86图15上银营收与机床行业景气度较为一致线性滑轨滚珠丝杠工业机器人其他日本出口中国的机床订单额百万日元上银营收亿新台币450304002535087300202501521200641501010055000Jul-16Jul-14Jul-15Jul-17Jul-18Jul-19Jul-20Jul-21Jul-22Jan-23Jan-15Jan-16Jan-17Jan-18Jan-19Jan-20Jan-21Jan-22Jan-14资料来源上银官网招商证券资料来源上银官网JMTBA招商证券3竞争格局外资主导国产化率低海外龙头企业发展历史悠久技术积累深厚滚珠丝杠传动装置诞生于1874年但直到1940年才开始被广泛应用于工业领域欧美企业具有先发优势且拥有轴承液压件高精密磨床等产业优势技术领先属于第一梯队20纪80年代开始日本THKNSKIKO等公司伴随着日本的机床半导体汽车制造业等行业成长起来成为主要生产厂家属于第二梯队20世纪90年代后期中国台湾的HIWINABBAAMTPMI公司及韩国的SBC也崭露头角作为后发者产品突破后主打性价比抓住了中国制造的发展机遇在中国市场享有较高的市场份额属于第三梯队表7国际主要丝杠导轨企业国家成立22年营收企业主要产品业务传动业务发展历程地区时间亿元发动机变速器和底轴承起家旗下拥有INA导轨Rollvis丝杠GSA盘用高精度部件和系舍弗勒德国1883丝杠Ewellix丝杠等品牌具备行星滚柱丝杠的量1169统滚动轴承滑动产能力1995年进入中国市场轴承等滚动轴承滑动轴承1999年与意大利磨削滚珠丝杠制造商Gamfior建立合作伙超精密轴承磁浮轴斯凯孚伴关系2001年收购意大利领先的高精度电主轴和滚珠丝瑞典1907承和系统工业密封65853SKF杠制造商GamfiorSpA2002年收购美国磨削滚珠丝杠制件测试和测量设备造商TheTwentiethCenturyMachineCo动力传动解决方案博世力工业液压电子传动20世纪50年代进入液压市场1965-1995年增加了电气驱与控制齿轮线性士乐动与控制轴向柱塞泵和马达线性传动和装配技术产品Bosch德国1795传动产品模压成型519602001-2016年力士乐与博世自动化技术公司合并成为驱动Rexrot和铸造产品移动机与控制解决方案的全球领导者h器人组件滚珠丝杠电动推杆1936年开发了用于旋转滚珠式转向系统的首款滚珠丝杠直线步进电机滚珠Thom-1945年发明了直线滚珠衬套轴承1955年推出了第一种再美国1936花键直线模组导-son循环滚珠丝杠1982年推出了Electrak系列电动推杆2023轨直线轴承升降年与RegalRexnord合并柱敬请阅读末页的重要说明15行业深度报告1972年成为世界上第一家开发滚动接触直线运动方法的公滚动导轨滚珠丝杠司1977年设立第一家正式的导轨生产工厂1996年开THK日本1971滚珠花键智能组合20613发球笼式LM导轨显著提高性能2003年THK上海单元轴承等有限公司成立工业轴承滚珠丝1958年量产滚珠丝杠及滚珠丝杠式手动转向系统1959年杠精密机械及零部生产机床用精密滚珠丝杠1979年全球首创半导体制造设NSK日本1916件汽车轴承转43487备用高精度XY工作台1987年发展第三代轮毂单元轴承向系统自动变速箱2003年NSK中国投资有限公司成立产品滚珠丝杠滚珠花键1993年并购德国滚珠螺杆厂Holzer公司成立德国子公司直线导轨单轴及多上银中国21世纪初进入中国市场2017年发展抗扭矩具覆盖带线性1989轴机器人轴承末6695Hiwin台湾滑轨CG系列2018年发展微型滚珠螺杆SuperZ系列端效应器谐波减速首创智能型滚珠丝杠i40BS器回转工作台滚珠丝杠精密螺杆1991年第一根滚珠丝杠成品开发完成2003年正式成为国银泰中国1990花键线性滑轨滚际线性传动元件专业制造厂2008年完成主导性新产品计-PMI台湾珠花键及制动器划专案高刚性轴向负载导螺杆并开始量产线性滑轨滚珠丝杠是台湾第一家精密转造级滚珠螺杆厂1988年成立台中丰TBI中国MOTI1986滚珠花键单轴机器原厂专业生产精密研磨级滚珠螺杆2014年旋转式滚珠781台湾ON人配件螺杆花键新产品系列上市资料来源各公司官网招商证券整理全球市场集中度高根据QYR调研数据目前全球滚珠丝杠市场主要生产商有NSKTHKSKFHiwinPMI和TBIMOTION等CR5约44全球线轨的核心厂商包括THKHiwin和NSK等前三大厂商占据了全球约76的份额丝杠导轨行业由于产品制造工艺复杂高端设备投入大相关技术壁垒高等原因进入门槛高且后发者追赶难度大行业集中度高图16全球滚珠丝杠CR5约为44图17全球线轨CR3约为76CR5其他CR3其他24445676资料来源QYR招商证券资料来源QYR招商证券从产品性能来说欧系代表高端一般用于重载的大型的应用场景价格高日系代表中高端具有精度高性能好价格低于欧系产品等特点与欧系产品形成差异化竞争台系代表中低端主打性价比交货周期最短价格低于日系产品主要与日系产品正面竞争根据JMAA2004-2022年日本滚珠丝杠销售单价持续下降体现台系产品凭借性价比迅速抢占日系的市场份额目前国内日系和台系产品占据大部分市场份额敬请阅读末页的重要说明16行业深度报告图18日本滚珠丝杠销售均价呈现下降趋势滚珠丝杠销售单价千日元3533312927252321191715资料来源JMAA招商证券大陆的丝杠导轨企业数量较少积累时间短单个企业体量较小经过几十年的发展目前规模相对大的公司是南京工艺汉江机床博特精工凯特精机等我们预计22年四家公司合计营收约10亿元国产化率低表8国内主要丝杠导轨企业成立企业主要产品业务发展历程时间1977年开始制造S743220丝杠磨床2007年顺利立完成大规数控螺纹磨床系列数控蜗杆格整体磨制滚珠丝杠副的研制生产填补了国内整体磨制长丝杠的汉江机床1969磨床丝杠铣床其他类型磨空白自2009年以来公司承担6项参与19项数控机床与床滚珠丝杠副和直线导轨副基础制造装备国家科技重大专项课题滚动导轨副滚珠丝杠副滚1965年在国内率先研发制造滚珠丝杠副1987年开始研发直线滚南京工艺1952动花键副行星滚珠丝杠副和动导轨副滚动花键副2002年后公司加速工艺革命引进德国数控精密工作台螺纹硬体旋铣技术实现以铣代磨高效加工1995年开发首款LG型类双圆弧滚动直线导轨副20062010年直线模组直线导轨钳制器期间相继完成LGS滚珠直线导轨副LGR滚柱直线导轨副直凯特精机1993滚珠丝杠线模组滚动直线导轨副用钳制器与阻尼器的开发与量产2021年首款滚珠丝杠副完成开发精密滚珠丝杠副精密滚动直1966年前身济宁丝杠厂成立1971年自制旋风铣头铣线导轨副高速精密电主轴博特精工1966削丝杠试验成功1985年成功研制生产出滚珠丝杠副1997年精密机械主轴单元X-Y精密滚动直线导轨产品通过鉴定投入批量生产双坐标工作台精密主轴资料来源各公司官网招商证券整理三丝杠导轨为何难以实现国产化1国产产品的精度保持性生产稳定性弱于进口滚珠丝杠副主要性能指标包括精度寿命额定静载荷额定动载荷预紧力刚度摩擦力矩转速温升振动噪声以及加速度敬请阅读末页的重要说明17行业深度报告表9丝杠常见性能指标指标含义重要性影响该指标的主要因素主要指导程精度评定指标包括有效行程丝杠副自身的制造误差热变内平均行程偏差有效行程内行程变动量直接影响定位精度和重复定位精度形误差受力变形误差安装任意300mm行程内行程变动量2弧度精度误差等内行程变动量丝杠的寿命具有很大的分散性一般使用寿命是滚动功能部件最主要的额定寿命指让一批同样的滚珠丝杠副在材料表面损伤失效变形失寿命指标寿命终止则代表产品完全同一条件下运动其中10发生表面剥落效断裂失效失效时达到的总转数额定静使钢球产生万分之一永久变形量的静态轴材料的强度和硬度安装结构影响丝杠的承载能力大小载荷向力等额定动额定寿命为106转使丝杠副出现疲劳破影响保持承载力时间长短丝杠材料接触表面硬度螺旋升载荷损表面剥落现象的恒定轴向力副的寿命角动态预影响丝杠刚度传动效率精度在无外部载荷作用下不计密封件的摩擦中径误差螺距误差滚道粗紧转矩保持性可靠性等指标并最终力矩使滚珠丝杠与滚珠螺母相对转动所糙度预紧力返向器衔接平预紧影响数控机床的结构刚度和产需的转矩衡量滑度力品加工质量丝杠受到外力作用时的动态变形程度包有效循环圈数预紧方式曲刚度括丝杠变形丝杠与螺母的接触变形螺影响设备的稳定性和运动精度率适应比导程及材料工艺母与螺母座的变形以及轴承的变形等摩擦力影响传动效率高速运动时摩预紧载荷产生的摩擦力矩循反映丝杠的摩擦特性矩擦可能带来温升问题环返向装置的结构转速振动温升温位移噪声加速其他--度等资料来源金属加工滚珠丝杠副综合性能测量方法与技术招商证券整理导轨副的主要性能指标包括精度刚度预紧拖动力温升和动态性能表10导轨性能及影响因素性能含义重要性主要影响因素主要包括滑块顶面相对基准的高度多个滑块的高度变动量滑块运动相对基准的平行度导轨滑块和滚动体等部件的精度对整机的加工精度有直接影响滑块侧面相对基准的宽度多个滑块的宽度变型面动量滚珠数目滚珠直径接触角刚度导轨在受到外力作用时其变形程度的大小影响加工精度和表面粗糙度曲率比材料预紧拖影响响应速度加工精度使过盈量运动速度滚道参数导轨空载下的摩擦力动力用寿命等润滑情况滚动体等与导轨滑块摩擦生热使导轨副温度影响运动精度使用寿命可型号散热条件润滑情况温升值发生的变化靠性等运行条件动态性导轨运动时的性能需要在高速运动和急停运固有频率模态振型接触刚影响加工精度稳定性能动的条件下也能长时间稳定保证导向精度度阻尼特性资料来源滚动直线导轨副性能评价方法研究与试验分析导轨进给系统动态性能分析研究招商证券整理整体而言我国丝杠导轨与进口产品的差距主要体现在精度保持性批量生产的稳定性和一致性精度保持性指维持在初始精度的时间国产丝杠导轨即使出厂精度能达到P3级以上后续也很难在机床整个寿命周期中维持在这一高精度批量生产的一致性和稳定性指生产一批丝杠能达到标准要求的产品比例国产虽然能做到P0P2级的高精度产品但一致性和稳定性较差导致无法大规模供应敬请阅读末页的重要说明18行业深度报告表11中外导轨性能对比行走平行度高度的成组相互宽度的成组相互刚性公司产品系列润滑设计m公差m公差mNmTHKLM系列133自润滑自润滑侧面NSKRA系列233上方注油孔IKO圆柱滚子导轨012667自润滑自润滑滑块前HIWINHG系列2331599端后端或侧面注油孔TBIMOTIONTR系列133自润滑凯特精机LSQ系列35785自润滑资料来源各公司官网招商证券整理2造成差距的原因是什么国产丝杠导轨落后于进口的背后是整个产业链各个环节包括设计原材料制造设备加工工艺检测方法质量管控等都存在差距1原材料国产轴承钢整体性能偏低影响丝杠寿命和可靠性高质量的原材料是提升寿命精度保持性的基础丝杠导轨在使用过程中会磨损受热产生变形要使丝杠导轨达到寿命要求并保持精度不变使用的钢材需要达到高硬度具有较好的冷热加工工艺性和尺寸稳定性具有较低的非金属杂质和碳化物偏析等表12滚珠丝杠具备特性及对原材料的要求丝杠性能要求丝杠应具有的特性对丝杠材料的要求耐高荷重抗形变强度高硬度高可进行高速回转摩擦和磨损小耐磨强度高具有互换性尺寸稳定性好纯净度均匀度好可长期使用具有耐久性疲劳强度高资料来源上海慧腾招商证券丝杠导轨所需的原材料根据应用领域的不同有所变化其中GCr15高碳铬轴承钢以及CrMo优质合金钢最为广泛丝杠导轨常用的材料主要包括高碳铬轴承钢渗碳轴承钢中碳轴承钢低合金结构钢模具钢等以及特殊工况下使用的中温高温以及高温不锈钢高碳铬轴承钢是沿用时间最久使用量最大的全淬火型轴承钢其中GCr15最具代表性也是滚珠丝杠最常见的原材料之一根据中国轴承工业协会GCr15占世界轴承钢生产量80以上在钢中加适量CrMoMn等元素可提高淬透性和回火稳定性通过适当的热处理工艺可使丝杠获得良好的硬度和耐磨性等综合力学性能目前GCr15SiMnCrMo系合金钢也大量应用于滚珠丝杠制造之中敬请阅读末页的重要说明19行业深度报告表13滚珠丝杠常用原材料对比名称代表钢种特性用途综合性能良好生产量最多球经过预处理淬火处理后基本可以满GCr15GCr15SiMn化退火后有良好的切削加工性足工作部位所需的高强度高硬度和耐高碳铬轴承钢GCr4GCr15SiMo能淬火和回火后硬度高耐磨磨性的要求通常用于制作规格较大的GCr18Mo性能和接触疲劳强度高滚珠丝杠G20CrNiMoG20CrMo主要用于需要同时具有表面高接触疲劳属于低碳合金钢表面经渗碳处G20CrNi2Mo强度和心部高韧性的条件有一定的耐理后具有高硬度和高耐磨性而渗碳轴承钢G20Cr2Ni4磨性和强度其使用性能和高碳铬轴承心部保持良好的韧性可承受强G10CrNi3Mo钢相差无几主要用于小直径的滚珠丝烈的冲击载荷G20Cr2Mn2Mo杠生产我国没有专用的中碳轴承钢常借用于中碳轴承的钢通常用于转速不高但承受了较大的轴中碳轴承钢种有37CrA65Mn温加工冷加工性能较好向径向载荷及较大的弯曲力矩的重大50CrVA50CrNi型滚珠丝杠55SiMoVA主要用于制造在腐蚀条件下工作的滚珠不锈轴承钢9Cr189Cr18Mo耐腐蚀高温下抗氧化丝杠如化工机械石油矿井海洋船舶等具有氧化性介质的工况高的高温硬度尺寸稳定性耐8Cr4Mo4V10Cr14Mo4适用于航空航天业燃汽轮机和宇航飞高温不锈钢高温氧化性低的热膨胀性和高Cr4Mo4VW18Cr4V行器等高温特殊工况的抗蠕变强度调质处理后有较高的疲劳极限50CrMo455CrMo4和抗多次冲击能力低温冲击韧CrMo合金钢适宜制造要求一定强度和韧性的丝杠42CrMo性良好高温时有高的蠕变强度和持久强度资料来源滚珠丝杠原材料预先热处理及组织一致化研究招商证券表14滚珠丝杠常用材料和热处理工艺项目材料热处理20CrMoA20CrMnMo渗碳淬火GCr1550CrMnMoH42CrMoAGCr15SiMn55高频中频感应淬火50Mn60Mn丝杠38CrMoAlA氮化CrWMn感应淬火整体淬火9Cr18中频感应淬火GCr15CrWMn9Cr18淬火回火螺母20CrMoA20CrMnMo18CrMnTi12CrNiA渗碳淬火12C2Ni4A0Cr17Ni4Cu417-4PH固溶时效内循环反向器40Cr氮化PA66GF30-外循环导珠管0Cr17Ni4Cu417-4PH固溶时效外循环挡珠器4565Mn淬火回火0Cr17Ni4Cu417-4PH固溶时效端面循环返向器PA66GF30-资料来源数控机床功能部件优化设计选型应用手册滚珠丝杠副分册招商证券整理国产高碳铬轴承钢近年提升显著但性能整体偏低对丝杠寿命和可靠性具有较大影响轴承钢GCr15从材料上是优质合金钢但其纯净度不足如氧含量高对丝杠导轨的疲劳寿命有较大影响国内大多数特钢企业不具备生产高质量轴承敬请阅读末页的重要说明20