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1、 敬请阅读末页的重要说明 证券研究报告|行业深度报告 2023 年 10 月 09 日 推荐推荐(维持)(维持)机器人机器人系列系列报告报告(六六)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。本篇报告篇报告分析了分析了丝杠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
2、竞争力的提升、政策引导支持力度的加大,丝为代表的高端领域,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,重要机遇,给予给予行业“推荐”行业“推荐”评级评级。丝杠导轨丝杠导轨是是高精密直线传动的高精密直线传动的核心部件核心部件。(1)丝杠丝杠的主要作用是的主要作用是定位,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
3、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)导轨导轨的作用是支承运动构件并使其按规定方向运动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,国内超丝杠导轨全球市场空间达千亿,国内超 300 亿,机床是亿,机床是最主要的下游最主要的下游。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
4、 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,丝杠导轨是机床传动系统的重要部件,精度要求高,但精度要求高,但占整机的价值量占整机的价值量较低较低(约约 5%-9%),预计机床丝杠导轨的需求合计约百亿元体量。,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
5、 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。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
6、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。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 行业规模行业规模 占比%股票家数(
7、只)464 8.9 总市值(十亿元)3639.7 4.4 流通市值(十亿元)2955.9 4.1 行业指数行业指数%1m 6m 12m 绝对表现 6.3-3.1 4.1 相对表现 8.0 4.7 7.8 资料来源:公司数据、招商证券 相关相关报告报告 1、机器人行业系列报告(五)人形机器人的“前世今生”2023-07-24 2、机器人行业系列报告(四)巨头纷纷布局,AI+机器人未来可期 2023-05-04 3、机器人行业系列报告(三)3 月制造业 PMI 为 51.9%,机器人 Q2 表现或更佳2023-04-01 4、机器人行业系列报告(二)特斯拉宏图 3 再提人形机器人,初步 具备实用化
8、效果2023-03-02 胡小禹胡小禹 S02 杨献宇杨献宇 S01 吴洋吴洋 S01 朱艺晴朱艺晴 研究助理 -100102030Oct/22Jan/23May/23Sep/23(%)机械沪深300高精密直线传动部件,迎来产业化重要机遇高精密直线传动部件,迎来产业化重要机遇 敬请阅读末页的重要说明 2 行业深度报告 大规模供应。国产国产产品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、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。制造设备、加工工
9、艺、检测方法、质量管控等)都存在差距。我们我们认为丝杠认为丝杠导轨导轨多年来未实现国产化的原因多年来未实现国产化的原因主要是以下主要是以下 2 点:点:1、高精度产品的工艺壁垒未突破:、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:、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
10、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。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、
11、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(汽贝斯特(汽车覆盖)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“5+10”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),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
12、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。鼎智科技鼎智科技(汽车覆盖)(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:风险提示:技术技术研发不及预期、研发不及预期、原材料及零部件价格大幅波动原材料及零部件价格大幅波动、下游制造业下游制造业需求复苏不及预期需求复苏不及预期、行业竞争加剧风险、行业竞争加剧风险 2WiXkUjW9UiYtPqMtO7N8Q7NnPqQoMmPeRnMqQkPqRpO9PmNrRxNpMxPNZpOpP 敬请阅读末页的重要说明 3 行业深度报告 正文正文目录目录 一、丝杠导轨是什么
13、?.7 1、丝杠的作用是将旋转运动转化为直线运动.7 2、导轨的作用是支承运动构件并使其按规定方向运动.10 3、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.12 1、全球滚动部件市场规模约千亿,国内超 300 亿.12 2、应用广泛,机床是最主要下游且要求高.12 3、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?.17 1、国产产品的精度保持性、生产稳定性弱于进口.17 2、造成差距的原因是什么?.19(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.19(2)加工工艺:高精度丝杠的磨削工艺 knowhow 多,壁垒高.21(3)核
14、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.25 1、机器人与自动化:人形机器人提出新需求.26 2、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.36 1、恒立液压.36 2、贝斯特(汽车覆盖).37 3、秦川机床(汉江机床).38 4、鼎智科技(汽车覆盖).40 六、风险提示.41 图表图表目录目录 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 4 行业深度报告 图 5:
15、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 7:2019-2026E 全球滚珠丝杠市场规模及增速.12 图 8:2021-2025E 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 5%.14 图 12:小型机床中丝杠导轨约占零部件成本 9%.14 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 86%.15 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 CR
16、5 约为 44%.16 图 17:全球线轨 CR3 约为 76%.16 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 25:2021 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 28:2022 年我国滚柱丝
17、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 31:EPS 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 33:R-EPS 中皮带及滚柱丝杠传动透视图.31 图 34:2013-2019 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 5 行业深度报告 图 37:EHB 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 iBooster.34 图 40:
18、机械式制动结构.35 图 41:EPB 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
19、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 PEBand.41 图 58:机械行业历史 PBBand.41 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.
20、17 表 9:丝杠常见性能指标.18 敬请阅读末页的重要说明 6 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
21、柱丝杠比较.28 表 22:四种典型电动助力转向类型对比.31 表 23:R-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 7 行业深度报告 一、一、丝杠导轨是什么?丝杠导轨是什么?丝杠导轨丝杠导轨是高精密的直线传动产品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
22、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。图图 1:丝杠导轨用于数控机床丝杠导轨用于数控机床 XY 轴工作台轴工作台 图图 2:丝杠导轨用于电路板检查装置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、丝杠丝杠的作用的作用是将旋转运动转化为直线运动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。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:梯形丝杠:也称滑动丝杠,牙型多为梯形,螺
23、母和丝杠轴直接接触,运动时产生滑动摩擦力。(2)滚珠丝杠: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: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。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
24、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 8 行业深度报告 表表 1:滚珠丝杠、滑动丝杠及行星滚柱丝杠性能比较:滚珠丝杠、滑动丝杠及行星滚柱丝杠性能比较 性能指标性能指标 滑动丝杠滑动丝杠 滚珠丝杠滚珠丝杠 行星滚柱丝杠行星滚柱丝杠 示意图示意图 摩擦性质摩擦性质 滑动摩擦 滚动摩擦 滚动摩擦 传动效率传动效率 40%以下
25、90%以上 80%90%使用寿命使用寿命 低 较长 极长 传动精度传动精度 低 高 高 速度速度 较慢 快 很快 承载力承载力-高 极高 成本成本 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。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。图图 3:滚珠丝杠内部结构:滚珠丝杠内部结构 图图 4:滚:滚珠丝
26、杠副零部件构成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。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: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
27、扫描仪等。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 9 行业深度报告 图图5:内循环滚珠丝杠副实物图:内循环滚珠丝杠副实物图 图图6:内循环滚珠丝杠结构: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)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。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。适用于载荷较大的场合,如
28、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:套筒套筒-螺旋槽式: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: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。端面端面/端盖式: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
29、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。表表 2:不同类型外循环滚珠丝杠:不同类型外循环滚珠丝杠 类类型型 套筒套筒-螺旋槽式螺旋槽式 插管式插管式 端面端面/端盖式端盖式 端面式 端盖式 示示意意图图 特特征征 结构简单,节约空间;承载能力较高;挡珠器的弧形杆刚度较差,寿命较短刚度较差,寿命较短。结构简单,工作可靠、适于批量生产;适用性极广适用性极广。均可适用于重载高速重载高速的驱动系统、精密定位系统精密定位系统。低噪声;具有高承载、高可靠性高承载、高可靠性,且加工复杂。端端面式面式适用于低承载且速度、精度较高低承载且速度、精度较高的场合,或高高承载且速度、精度较低承载且
30、速度、精度较低的场合;端盖式端盖式适用于多线、多线、高承载、低转速、低精度传动行高承载、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 10 行业深度报告 2、导轨导轨的作用是的作用是支承运动构件并使其按规定方向运动支承运动构件并使其按规定方向运动 导轨是导轨是支撑被加工零件,支撑被加工零件,并使其按规定方向运动的并使其按规定方向运动的部件部件。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
31、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,
32、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、滚动导轨和液体静压导轨区别 滑动导轨滑动导轨 滚动导轨滚动导轨 液体静压导轨液体静压导轨 结构图 结构 导轨、滑块 导轨、滑块、钢球、端盖、保持器、防尘片 导轨、滑块、光栅尺、电机 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
33、理 3、丝杠导轨的丝杠导轨的精度分类精度分类 丝杠:国家标准丝杠:国家标准(GB/T 17587-2017)将滚珠丝杠副精度分为八个等级,即将滚珠丝杠副精度分为八个等级,即 P0、P1、P2、P3、P4、P5、P7、P10 级。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 11 行业深度报告 航天等领域;精度为 T7、T10 的丝
34、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。表表 4:不同类型的数控机床精度等级不同类型的数控机床精度等级 用途 NC 机床 车床 铣镗床 加工中心 钻床 坐标镗床 磨床 电火花加工机 线切割机 冲床 微光加工机械 木工机械 轴 X Z XY Z XY Z XY Z XY Z XY Z XY Z XY Z XY Z XY XY Z 精度等级 P1 P2 P3 P4 P5 T7 T10 资料来源:各公司官网、招商证券 表表 5:不同用途的专业装备的精度等级不同用途的专业装备的精度等级 用途 通用机械 半导体/印刷板制造设备 工业机器人 冶金设备机械 电动注塑机 三维测量仪 橡胶
35、机械 图像处理设备 曝光设备 化学处理设备 引线焊接机 探测器 电子零件插件机 印刷版开孔机 正交坐标型 垂直多关节型 圆筒坐标型 专用机械 组装 其他 组装 其他 精度等级 P1 P2 P3 P4 P5 T7 T10 资料来源:各公司官网、招商证券 导轨:导轨:精度分为普通级精度分为普通级(无标记无标记)、高级、高级(H)、精密级、精密级(P)、超精密级、超精密级(SP)以及超超以及超超精密级精密级(UP)。H 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。表表
36、6:不同应用导轨精度分类不同应用导轨精度分类 机械类型 精度等级 普通 H P SP UP 机床 加工中心 车床 铣床 钻探机 镗床 磨床 放电加工机 冲切机 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 12 行业深度报告 工业用机器人 直交坐标 柱面坐标 半导体制造装置 引线焊接机 探测器 电子元件插入物 印刷基板钻孔机 其他装置 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 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、二、行业特点:行业特点:空间空间大大、下游多、
37、国产化率低、下游多、国产化率低 1、全球滚动部件市场规模约千亿,国内全球滚动部件市场规模约千亿,国内超超 300 亿亿 根据根据 Value Market Research 数据,数据,2019 年全球滚动部件的市场规模为年全球滚动部件的市场规模为 195.48亿美元(折合人民币约亿美元(折合人民币约 1300 亿元)亿元),预计 2026 年将达到 296.61 亿美元,期间年均复合增长率约为 6.14%。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,根据
38、金属加工杂志社,2022 年我国滚年我国滚动功能部件市场空间约为动功能部件市场空间约为 330 亿元亿元,预计 2025 年将达到 462 亿元,2021-2025年 CAGR 达到 12%。图图 7:2019-2026E 全球滚珠丝杠市场规模及增速全球滚珠丝杠市场规模及增速 图图 8:2021-2025E 我国滚动功能部件市场空间我国滚动功能部件市场空间 资料来源:Value Market Research、招商证券 资料来源:金属加工、招商证券 2、应用广泛,应用广泛,机床机床是最主要下游且是最主要下游且要求要求高高 丝杠导轨下游应用广泛,丝杠导轨下游应用广泛,机床是最主要的下游。机床是最
39、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%。29033038042046214%15%11%10%0%2%4%6%8%10%12%14%16%0050020212022E2023E2024E2025E我国滚动功能部件市场空间(亿元)增速(%)敬请阅读末页的重要说明 13 行业深度报告 图图 9:预计预计 2025 年滚动功能部件各领域市场规模占比年滚动功能部件各领域市场
40、规模占比 资料来源:金属加工、招商证券 丝杠导轨是机床丝杠导轨是机床传动传动系统系统的的重要部件重要部件,丝杠丝杠精度要求精度要求一般一般在在 P5 级以上级以上,导轨精,导轨精度要求一般在度要求一般在 P 级级(精密级)(精密级)以上以上。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。图图 10:丝杠及导轨用于数控数床进给系统丝杠及导轨用于数控数床进给系
41、统 资料来源:机床商务网、招商证券 机床机床领域的领域的市场市场需求量需求量约百亿元。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*(1-25%)*8%。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。导轨 丝杠 敬请阅读末页的重要说明 14 行业深度报告 图图 11:大型机床中丝杠导轨约占零部件成本:大型机床中丝杠导轨约占零部件成本 5%图图 12:小型机床中丝杠导轨约占零部件成本:小型机床中丝杠导轨约
42、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 图图 13:机床丝杠导轨对应机床市场空间在百亿元上下波动: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 丝杠导轨丝杠导轨产生产生磨损,存在一定的更新需求磨损,存在一定的更新需求,但并非需求的主导因素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
43、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 15 行业深度报告 图图 14:上银丝杠导轨的营收占比为上银丝杠导轨的营收占比为 86%图图 15:上银营收与机床行业景气度较为一致上银营收与机床行业景气度较为一致 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。海外龙头企业发展历史悠久
44、,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 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、AMT、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。表表 7:国际主要丝杠导轨企业国际主要丝杠导轨企
45、业 企业企业 国家国家/地区地区 成立成立时间时间 主要产品主要产品/业务业务 传动业务发展历程传动业务发展历程 22 年营收年营收(亿元)(亿元)舍弗勒 德国 1883 发动机、变速器和底盘用高精度部件和系统;滚动轴承、滑动轴承等 轴承起家,旗下拥有 INA(导轨)、Rollvis(丝杠)、GSA(丝杠)、Ewellix(丝杠)等品牌,具备行星滚柱丝杠的量产能力。1995 年进入中国市场。1169 斯凯孚SKF 瑞典 1907 滚动轴承、滑动轴承、超精密轴承、磁浮轴承和系统、工业密封件、测试和测量设备、动力传动解决方案 1999 年与意大利磨削滚珠丝杠制造商 Gamfior 建立合作伙伴关系
46、。2001 年收购意大利领先的高精度电主轴和滚珠丝杠制造商 Gamfior SpA。2002 年收购美国磨削滚珠丝杠制造商 The Twentieth Century Machine Co.658.53 博世力士乐Bosch Rexroth 德国 1795 工业液压、电子传动与控制、齿轮、线性传动产品、模压成型和铸造产品、移动机器人组件 20 世纪 50 年代进入液压市场。1965-1995 年增加了电气驱动与控制、轴向柱塞泵和马达、线性传动和装配技术产品。2001-2016 年力士乐与博世自动化技术公司合并,成为驱动与控制解决方案的全球领导者。519.60 Thom-son 美国 1936
47、滚珠丝杠、电动推杆、直线步进电机、滚珠花键、直线模组、导轨、直线轴承、升降柱 1936 年开发了用于旋转滚珠式转向系统的首款滚珠丝杠,1945 年发明了直线滚珠衬套轴承。1955 年推出了第一种再循环滚珠丝杠。1982 年推出了 Electrak 系列电动推杆。2023年与 Regal Rexnord 合并。-64%21%7%8%线性滑轨滚珠丝杠工业机器人其他05500300350400450Jan-14Jul-14Jan-15Jul-15Jan-16Jul-16Jan-17Jul-17Jan-18Jul-18Jan-19Jul-19Jan-20Ju
48、l-20Jan-21Jul-21Jan-22Jul-22Jan-23日本出口中国的机床订单额(百万日元)上银营收(亿新台币)敬请阅读末页的重要说明 16 行业深度报告 THK 日本 1971 滚动导轨、滚珠丝杠、滚珠花键、智能组合单元、轴承等 1972 年成为世界上第一家开发滚动接触直线运动方法的公司;1977 年设立第一家正式的导轨生产工厂;1996 年开发“球笼式 LM 导轨”,显著提高性能。2003 年 THK 上海有限公司成立。206.13 NSK 日本 1916 工业:轴承、滚珠丝杠、精密机械及零部件;汽车:轴承、转向系统、自动变速箱产品 1958 年量产滚珠丝杠及滚珠丝杠式手动转向
49、系统;1959 年生产机床用精密滚珠丝杠;1979 年全球首创半导体制造设备用高精度 XY 工作台;1987 年发展第三代轮毂单元轴承;2003 年 NSK(中国)投资有限公司成立。434.87 上银Hiwin 中国台湾 1989 滚珠丝杠、滚珠花键、直线导轨、单轴及多轴机器人、轴承、末端效应器、谐波减速器、回转工作台 1993年并购德国滚珠螺杆厂Holzer公司,成立德国子公司。21 世纪初进入中国市场。2017 年发展抗扭矩具覆盖带线性滑轨 CG 系列。2018 年发展微型滚珠螺杆 Super Z 系列,首创智能型滚珠丝杠 i4.0BS。66.95 银泰PMI 中国台湾 1990 滚珠丝杠
50、、精密螺杆花键、线性滑轨、滚珠花键及制动器 1991 年第一根滚珠丝杠成品开发完成。2003 年正式成为国际线性传动元件专业制造厂。2008 年完成主导性新产品计划专案“高刚性轴向负载导螺杆”,并开始量产。-TBI MOTION 中国台湾 1986 线性滑轨、滚珠丝杠、滚珠花键、单轴机器人、配件 是台湾第一家精密转造级滚珠螺杆厂,1988 年成立台中丰原厂,专业生产精密研磨级滚珠螺杆。2014 年旋转式滚珠螺杆花键新产品系列上市。7.81 资料来源:各公司官网、招商证券整理 全球市场集中度高。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NSK、THK、SKF、Hi
51、win、PMI 和 TBI MOTION 等,CR5 约 44%。全球线轨的核心厂商包括 THK、Hiwin 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。图图 16:全球滚珠丝杠:全球滚珠丝杠 CR5 约为约为 44%图图 17:全球线轨:全球线轨 CR3 约为约为 76%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,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
52、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 JMAA,2004-2022 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。44%56%CR5其他76%24%CR3其他 敬请阅读末页的重要说明 17 行业深度报告 图图 18:日本滚珠丝杠销售均价呈现下降趋势日本滚珠丝杠销售均价呈现下降趋势 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。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
53、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。表表 8:国内主要丝杠导轨企业国内主要丝杠导轨企业 企业企业 成立成立时间时间 主要产品主要产品/业务业务 发展历程发展历程 汉江机床 1969 数控螺纹磨床系列、数控蜗杆磨床、丝杠铣床、其他类型磨床、滚珠丝杠副和直线导轨副 1977 年开始制造 S743220 丝杠磨床。2007 年顺利立完成大规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空白。自 2009 年以来,公司承担 6 项、参与 19 项“数控机床与基础制造装备”国家科技重大专项课题。南
54、京工艺 1952 滚动导轨副、滚珠丝杠副、滚动花键副、行星滚珠丝杠副和数控精密工作台 1965 年在国内率先研发制造滚珠丝杠副,1987 年开始研发直线滚动导轨副、滚动花键副。2002 年后公司加速工艺革命,引进德国螺纹硬体旋铣技术,实现以铣代磨高效加工。凯特精机 1993 直线模组、直线导轨、钳制器、滚珠丝杠 1995 年开发首款 LG 型类双圆弧滚动直线导轨副。20062010 年期间,相继完成 LGS 滚珠直线导轨副、LGR 滚柱直线导轨副、直线模组、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。博特精工 1966 精密滚珠丝杠副、精密滚动直线导轨副、高
55、速精密电主轴、精密机械主轴单元、X-Y 精密双坐标工作台、精密主轴 1966 年,前身“济宁丝杠厂”成立。1971 年,自制旋风铣头,铣削丝杠试验成功。1985 年,成功研制生产出滚珠丝杠副。1997 年,滚动直线导轨产品通过鉴定,投入批量生产。资料来源:各公司官网、招商证券整理 三、三、丝杠导轨丝杠导轨为何为何难以难以实现国产化实现国产化?1、国产国产产品的产品的精度保持性、生产精度保持性、生产稳定性稳定性弱于进口弱于进口 滚珠丝杠副主要性能指标包括滚珠丝杠副主要性能指标包括精度、寿命、精度、寿命、额定静载荷、额定动载荷、预紧力、额定静载荷、额定动载荷、预紧力、刚度、刚度、摩擦力矩、摩擦力矩
56、、转速、温升、振动、噪声以及加速度。转速、温升、振动、噪声以及加速度。52729313335滚珠丝杠销售单价(千日元)敬请阅读末页的重要说明 18 行业深度报告 表表 9:丝杠常见性能指标丝杠常见性能指标 指标指标 含义含义 重要性重要性 影响该指标的影响该指标的主要主要因素因素 精度精度 主要指导程精度,评定指标包括有效行程内平均行程偏差、有效行程内行程变动量、任意 300mm 行程内行程变动量、2弧度内行程变动量 直接影响定位精度和重复定位精度 丝杠副自身的制造误差、热变形误差、受力变形误差、安装误差等 寿命寿命 丝杠的寿命具有很大的分散性,一般使用额定寿命,指让一批
57、同样的滚珠丝杠副在同一条件下运动,其中 10%发生表面剥落时达到的总转数 寿命是滚动功能部件最主要的指标,寿命终止则代表产品完全失效 材料、表面损伤失效、变形失效、断裂失效 额定静额定静载荷载荷 使钢球产生万分之一永久变形量的静态轴向力 影响丝杠的承载能力大小 材料的强度和硬度、安装结构等 额定动额定动载荷载荷 额定寿命为106转,使丝杠副出现疲劳破损、表面剥落现象的恒定轴向力 影响保持承载力时间长短、丝杠副的寿命 材料、接触表面硬度、螺旋升角 动态预动态预紧转矩紧转矩(预紧(预紧力)力)在无外部载荷作用下,不计密封件的摩擦力矩,使滚珠丝杠与滚珠螺母相对转动所需的转矩衡量 影响丝杠刚度、传动效
58、率、精度保持性、可靠性等指标,并最终影响数控机床的结构刚度和产品加工质量 中径误差、螺距误差、滚道粗糙度、预紧力、返向器衔接平滑度 刚度刚度 丝杠受到外力作用时的动态变形程度,包括丝杠变形、丝杠与螺母的接触变形、螺母与螺母座的变形以及轴承的变形等 影响设备的稳定性和运动精度 有效循环圈数、预紧方式、曲率适应比、导程及材料工艺 摩擦力摩擦力矩矩 反映丝杠的摩擦特性 影响传动效率,高速运动时,摩擦可能带来温升问题 预紧载荷产生的摩擦力矩、循环返向装置的结构 其他其他 转速、振动、温升、温位移、噪声、加速度等-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
59、括精度、刚度、预紧拖动力、温升和动态性能。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。表表 10:导轨性能及影响因素导轨性能及影响因素 性能性能 含义含义 重要性重要性 主要影响因素主要影响因素 精度精度 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、滑块侧面相对基准的宽度、多个滑块的宽度变动量 对整机的加工精度有直接影响 导轨、滑块和滚动体等部件的型面 刚度刚度 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 滚珠数目、滚珠直径、接触角、曲率比、材料 预紧拖预紧拖动力动力 导轨空载下的摩擦力 影响响应速度、加工精度、使用
60、寿命等 过盈量、运动速度、滚道参数、润滑情况 温升温升 滚动体等与导轨、滑块摩擦生热使导轨副温度值发生的变化 影响运动精度、使用寿命、可靠性等 型号、散热条件、润滑情况、运行条件 动态性动态性能能 导轨运动时的性能,需要在高速运动和急停运动的条件下,也能长时间稳定保证导向精度 影响加工精度稳定性 固有频率、模态振型、接触刚度、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,我国整体而言,我国丝杠导轨丝杠导轨与与进口产品的进口产品的差距主要体现在差距主要体现在精度保持性、批量生产的精度保持性、批量生产的稳定性和一致性稳定性和一致
61、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 19 行业深度报告 表表 11:中外导轨性能对比中外导轨性能对比 公司公司 产品系列产品系列 行走平行度行走平行度(m)高度的成组相互高度的成组相互公差(公差(m)宽度的成组相互宽度的成组相互公差(公差(m)刚性刚性(N/m)润滑设计润滑设计 THK LM 系列 1 3 3/自润滑 NSK R
62、A 系列 2 3 3/自润滑:侧面、上方注油孔 IKO 圆柱滚子导轨 0.12/667 自润滑 HIWIN HG 系列 2 3 3 1599 自润滑:滑块前端、后端或侧面注油孔 TBI MOTION TR 系列 1 3 3/自润滑 凯特精机凯特精机 LSQ 系列系列/3 5 785 自润滑自润滑 资料来源:各公司官网、招商证券整理 2、造成差距的原因造成差距的原因是什么是什么?国产丝杠导轨落后于进口的背后,国产丝杠导轨落后于进口的背后,是整个产业链是整个产业链各个环节(包括各个环节(包括设计、设计、原材料、原材料、制造设备、加工工艺、检测方法制造设备、加工工艺、检测方法、质量管控、质量管控等等
63、)都存在)都存在差距差距。(1)原材料:原材料:国产轴承钢整体性能偏低,影响丝杠寿命和可靠性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。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。表表 12:滚珠丝杠具备特性及对原材料的要求:滚珠丝杠具备特性及对原材料的要求 丝杠性能要求丝杠性能要求 丝杠应具有的特性丝杠应具有的特性 对丝杠材料的要求对丝杠材料的要求 耐高荷重 抗形变
64、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 丝杠丝杠导轨导轨所需的原材料根据应用领域的不同有所变化,其中所需的原材料根据应用领域的不同有所变化,其中 GCr15 高碳铬轴承高碳铬轴承钢以及钢以及 Cr/Mo 优质合金钢最为广泛。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
65、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 Cr、Mo、Mn 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 GCr15SiMn、Cr/Mo 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 20 行业深度报告 表表 13:滚珠丝杠常用原材料对比:滚珠丝杠常用原材料对比 名称名称 代表钢种代表钢种 特性特性 用途用途 高碳铬轴承钢 GCr15、GCr15SiMn、GCr4、GCr15SiMo、GCr18Mo 综合性能良好,生产量最多。球化退火后有良好的切削加工性能。淬火和
66、回火后硬度高,耐磨性能和接触疲劳强度高。经过预处理、淬火处理后,基本可以满足工作部位所需的高强度、高硬度和耐磨性的要求,通常用于制作规格较大的通常用于制作规格较大的滚珠丝杠。滚珠丝杠。渗碳轴承钢 G20CrNiMo、G20CrMo、G20CrNi2Mo、G20Cr2Ni4、G10CrNi3Mo、G20Cr2Mn2Mo 属于低碳合金钢,表面经渗碳处理后具有高硬度和高耐磨性,而心部保持良好的韧性,可承受强烈的冲击载荷。主要用于需要同时具有表面高接触疲劳强度和心部高韧性的条件,有一定的耐磨性和强度,其使用性能和高碳铬轴承钢相差无几,主要用于小直径的滚珠丝主要用于小直径的滚珠丝杠生产。杠生产。中碳轴承
67、钢 我国没有专用的中碳轴承钢.常借用于中碳轴承的钢种有 37CrA、65Mn、50CrVA、50CrNi、55SiMoVA 温加工、冷加工性能较好。通常用于转速不高,但承受了较大的轴转速不高,但承受了较大的轴向、径向载荷及较大的弯曲力矩的重大向、径向载荷及较大的弯曲力矩的重大型滚珠丝杠。型滚珠丝杠。不锈轴承钢 9Cr18、9Cr18Mo 耐腐蚀、高温下抗氧化。主要用于制造在腐蚀条件下工作的滚珠制造在腐蚀条件下工作的滚珠丝杠丝杠,如化工机械、石油矿井海洋船舶等具有氧化性介质的工况。高温不锈钢 8Cr4Mo4V、10Cr14Mo4、Cr4Mo4V、W18Cr4V 高的高温硬度、尺寸稳定性、耐高温氧
68、化性、低的热膨胀性和高的抗蠕变强度。适用于航空航天业、燃汽轮机和宇航飞航空航天业、燃汽轮机和宇航飞行器等高温特殊工况行器等高温特殊工况。CrMo 合金钢 50CrMo4、55CrMo4、42CrMo 调质处理后有较高的疲劳极限和抗多次冲击能力,低温冲击韧性良好,高温时有高的蠕变强度和持久强度。适宜制造要求一定强度和韧性的丝杠制造要求一定强度和韧性的丝杠。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 表表 14:滚珠丝杠常用材料和热处理工艺滚珠丝杠常用材料和热处理工艺 项目项目 材料材料 热处理热处理 丝杠 20CrMoA、20CrMnMo 渗碳、淬火 GCr15、50CrMnM
69、oH、42CrMoA、GCr15SiMn、55、50Mn、60Mn 高频、中频感应淬火 38CrMoAlA 氮化 CrWMn 感应淬火、整体淬火 9Cr18 中频感应淬火 螺母 GCr15、CrWMn、9Cr18 淬火回火 20CrMoA、20CrMnMo、18CrMnTi12CrNiA、12C2Ni4A 渗碳、淬火 内循环反向器 0Cr17Ni4Cu4(17-4PH)固溶、时效 40Cr 氮化 PA66GF30-外循环导珠管 0Cr17Ni4Cu4(17-4PH)固溶、时效 外循环挡珠器 45、65Mn 淬火回火 端面循环返向器 0Cr17Ni4Cu4(17-4PH)固溶、时效 PA66GF
70、30-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。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 21 行业深度报告 钢的水平和能力,目前国内生产的轴承钢主要集中于中低端产品。轴承钢洁净度低,氧化物夹杂、碳化物不稳定且分布不均匀等因素大幅降低了国产丝杠导轨的寿命和可靠性。表表 15:国产轴承钢性能
71、相较于国外先进企业偏低:国产轴承钢性能相较于国外先进企业偏低 对比项目对比项目 意义意义 国内水平国内水平 国外水平国外水平 氧含量氧含量 随着氧含量增加,氧化物夹杂的含量增多、尺寸增大,对疲劳寿命恶化程度加剧。平均 9ppm 普遍控制在 38ppm 成分波动成分波动 成分波动小,轴承钢质量稳定、均匀。波动大。氧含量的波动偏差多在 2ppm 以上。成分波动很小。SKF 轴承钢的氧含量波动偏差为 0.6ppm。夹杂物尺夹杂物尺寸寸 钢中夹杂物尺寸细小、弥散、均匀分布,轴承钢疲劳寿命高。存在氧化物夹杂尺寸较大、分布不均等问题。10m 碳化物碳化物 轴承钢中的碳化物应颗粒细小、形状规则且均匀分布。存
72、在碳化物不均匀,带状碳化物、液析严重等问题。碳化物分布更加细小均匀。资料来源:我国轴承钢生产现状及发展展望、招商证券(2)加工工艺:加工工艺:高精度丝杠的磨削工艺高精度丝杠的磨削工艺 knowhow 多,壁垒高多,壁垒高 滚珠丝杠的加工方法分为磨制和轧制两大类:滚珠丝杠的加工方法分为磨制和轧制两大类:磨制:磨制:大致需要经历粗车-半精车-铣-粗磨-半精磨-精磨步骤,工序合计多达20 多道,复杂程度高,完整的加工工艺周期一般为 30-45 天,效率低,批量小,成本高,但精度高,能够达到 P0 级加工精度。轧制:轧制:采用挤压一步成型,可分为冷轧和热轧,具有尺寸固定、生产效率高、节约金属、价格低廉
73、等优点。轧制后的滚道表面质量优良,抗疲劳强度和机械强度高,但精度较低,一般为 P7 及以下。轧制丝杠的生产工序简单,加工工艺周期一般为 1-3 天。但轧制丝杠的设备投入大大高于磨制丝杠,资本开支大,且我国轧制工艺起步较晚,发展不成熟,因此国内丝杠以磨制为主。表表 16:磨削滚珠丝杠加工周期长、成本高磨削滚珠丝杠加工周期长、成本高 序号序号 工艺内容工艺内容 备注备注 序号序号 工艺内容工艺内容 备注备注 1 下料 GCr15 12 粗磨 90V 形槽 两顶尖 2 球化退火热处理并检验校直 降低硬度 13 磁力探伤 3 加工端面,钻中心孔 14 时效处理并检验 4 粗车 15 研磨中心孔 5 高
74、温时效并检验 去应力 16 半精磨滚道 去应力 6 加工端面,修研中心孔 17 低温时效处理并检验 7 半精车 18 铣键槽 8 铣 19 磨端部螺纹 9 粗磨 两顶尖 20 研磨中心孔 10 工作表面(滚道)与加工基准(中心孔)淬、回火-检验 21 精磨滚道,全检 两顶尖 11 研磨中心孔 22 装配-跑合-检验-防锈包装-检验-入库 备注 磨制滚珠丝杠的加工工艺周期约为 30-45 天,周期长,效率低,成本高。资料来源:精密滚珠丝杠机械加工工艺规程研究、招商证券 敬请阅读末页的重要说明 22 行业深度报告 表表 17:轧制滚珠丝杠加工工艺流程时间短轧制滚珠丝杠加工工艺流程时间短 序号序号
75、工艺内容工艺内容 备注备注 序号序号 工艺内容工艺内容 备注备注 1 轧制滚珠丝杠 GCr15 4 滚道抛光 2 检验校直 5 加工轴端 3 端部退火 降低硬度 6 装配-跑合-检验-防锈包装-检验-入库 备注 轧制滚珠丝杠的加工工艺周期约为 1-3 天,周期短,效率高,成本低。资料来源:精密滚珠丝杠机械加工工艺规程研究、招商证券 高精度的磨制丝杠一般要经过车削、铣削、磨削,若精度要求不高,车削或铣削高精度的磨制丝杠一般要经过车削、铣削、磨削,若精度要求不高,车削或铣削也能达到要求,不需要进一步磨削,因此目前磨制丝杠有三种加工方法:硬车削、也能达到要求,不需要进一步磨削,因此目前磨制丝杠有三种
76、加工方法:硬车削、硬旋铣、研磨。硬旋铣、研磨。硬车削:硬车削:随着 CBN 刀具的发展,硬车削工艺广泛地应用于滚珠丝杠的加工,可作为高精密丝杠的粗加工或低精密丝杠的终加工。车削方法适合加工螺距 6mm以下、长度 1m 以下的长径比不大的工件。硬旋铣:硬旋铣:将螺纹滚道一次铣削成形,减少了工序,不需要反复修整刀具和校直,可预先加工标准丝杠,大大缩短了滚珠丝杠加工周期,生产效率高,是一种高效、快速、绿色的干式硬态螺纹加工方法,在国外研究应用已经比较成熟。适用于加工较长的丝杠以及长径比大的丝杠,能够达到 P3 级精度,国内部分公司从国外引进旋风铣设备进行加工。磨削:磨削:指在粗加工(如硬车削、旋风铣
77、削)的基础上,用专用螺纹磨床对圆弧槽进行精密加工。螺纹单次磨削量有限制,因此在磨削过程中要不断地修整砂轮和校直丝杠,工时较长。适用于对精度、寿命、效率等要求较高的行业,但是加工成本也较高,是国内主流的丝杠加工方式。表表 18:滚珠丝杠粗加工工艺对比:滚珠丝杠粗加工工艺对比 粗加工粗加工 设备与刀具设备与刀具 加工加工方式方式 生产效率生产效率 备注备注 砂轮磨削 丝杠磨床或开槽磨床 磨制 90V 型槽 低 适用于精度要求高的丝杠 硬车削 CBN 刀具及数控车床 车制 90V 型槽 中 适于长度 1m、螺距 6mm 以下长径比小的丝杠 旋风铣削 CBN 刀具及数控车床 工作滚道一次铣削成型,加工
78、达到半精磨精度 高 适于较长以及长径比大的丝杠 资料来源:精密滚珠丝杠机械加工工艺规程研究、招商证券 图图 19:硬铣螺纹技术显著缩短滚珠丝杠加工周期硬铣螺纹技术显著缩短滚珠丝杠加工周期 资料来源:金属加工、招商证券 敬请阅读末页的重要说明 23 行业深度报告 磨制丝杠的生产过程中涉及大量磨制丝杠的生产过程中涉及大量 know-how。设计设计:是决定丝杠性能的首要因素,适当的设计可以解决部分因加工误差和滚道磨损等因素导致的预紧力丧失、刚性耐受强度不足、技术精确度不佳等问题。我国滚珠丝杠起步较晚,我国滚珠丝杠起步较晚,对基础原理的掌握不足对基础原理的掌握不足,大多数从设计上只能做到形似,大多数
79、从设计上只能做到形似,无法达到性能要求无法达到性能要求,且出问题后不知道如何改进,且出问题后不知道如何改进。磨削磨削:磨削过程中的误差来源有很多,如砂轮磨损、弹性变形、热变形等,其中热变形是影响丝杠加工精度的主要误差。目前对于误差的补偿主要依靠提高磨床数控化率、工人在加工过程的操作规范和工作经验,国产磨床落后于进口,国内对于制造过程中的质量控制要求不严,经验丰富的工人数量少,因此内对于制造过程中的质量控制要求不严,经验丰富的工人数量少,因此磨削水平磨削水平较低较低。此外,大多数磨床都需要人工对刀和判断磨削量,国内专业人才此外,大多数磨床都需要人工对刀和判断磨削量,国内专业人才较少,导较少,导致
80、产业成熟度低。致产业成熟度低。热处理热处理:主要步骤是将丝杠表面快速加热至淬火温度,然后迅速冷却,从而在螺纹表面形成一定深度的淬硬层,且芯部有一定的韧性,使滚珠丝杠同时满足表面高硬度、耐磨性和芯部高强度、高韧性的综合力学性能要求。热处理工艺的各热处理工艺的各项参数往往是丝杠制造企业在多年生产中积累下来的,项参数往往是丝杠制造企业在多年生产中积累下来的,后发者后发者逆向研发难度高逆向研发难度高。我国企业目前的热处理水平不高,主要体现在对淬硬层硬度、深度,硬度梯度分布等方面做不到精确控制,常出现淬硬层浅、淬硬层梯度不均匀等问题,会导致各种问题(比如进行螺纹磨削时,会在滚道上出现轴向的或网状的裂纹)
81、。检测检测:滚珠丝杠精度的检测指标主要有齿形精度、螺距精度、中径锥度、弯曲变形等,其中最重要的是滚珠丝杠螺距精度。一方面,一方面,我国我国检测检测设备发展起步较设备发展起步较晚,传统检测设备能达到的检测精度无法满足对于高精度丝杠的检测要求晚,传统检测设备能达到的检测精度无法满足对于高精度丝杠的检测要求,需要使用光学扫描原理的检测设备,如激光动态行程测量仪以及螺纹综合测量机等,这类设备测量精度高、检测速度快且测量原理复杂,造价昂贵。另一方面另一方面,国产国产丝杠缺乏应用机会丝杠缺乏应用机会,没有下游反馈,一些需要改进的细节没有下游反馈,一些需要改进的细节没有被没有被提出提出,导致导致检测检测体系
82、构建体系构建不完善不完善。图图 20:滚珠丝杠螺距误差来源滚珠丝杠螺距误差来源 资料来源:精密滚珠丝杠磨削加工精度及其测试方法研究、招商证券 敬请阅读末页的重要说明 24 行业深度报告 (3)核心核心设备:设备:高端高端螺纹磨床螺纹磨床依赖进口依赖进口,价格昂贵价格昂贵 螺纹磨床是影响滚珠丝杠质量的重要因素,海外数控产品十分成熟。螺纹磨床是影响滚珠丝杠质量的重要因素,海外数控产品十分成熟。在日本、美国、德国、瑞士等国家,数控螺纹磨床已经非常普及,并开始朝复合加工功能的方向发展,为批量稳定生产高端滚珠丝杠副产品提供了设备基础。代表性产品有德国克林贝格 HNC35K、瑞士莱斯豪尔 RG2000、英
83、国 MATRIX7000、日本三井 GSE-A/GSN、德国 SMC 公司 US500-CNC 系列磨床等。这些产品多数都采用全数控一体化控制技术,并配备螺纹在线检测控制系统、全数控砂轮自动修整器以及先进控制软件,将一些最新研究成果应用到磨削工艺以及床身材料选用上,具有操作方便、工作性能稳定等优点,其磨削精度一般达到 P1 级或更高。表表 19:海外主要数控磨床生产企业海外主要数控磨床生产企业 公司公司 成立成立时间时间 公司介绍公司介绍 日本三井精机 1928 公司产品可以对三角螺纹、梯形螺纹、滚珠丝杠、螺纹量规、蜗杆等所有螺纹进行高精度、高效率研磨加工,在日本精密滚珠丝杠磨削领域的份额接近
84、 100%。主要客户包括日野汽车、山前、发那科、捷太格特、THK、汤浅商事、丰通机械等。英国 MATRIX 1913 1934 年开始从事螺纹磨床的制造,产品适用于多个工业领域,如汽车、测量仪表、机床和仪器仪表等,2010 年被上银收购。近年来 MATRIX 的内外螺纹磨床实现了高度的数控化,如 6950 高螺旋螺纹磨床,是第一台通过电脑控制磨削高螺旋的机床。德国MIKROMAT 1863 公司产品可用于各种各样的具有不同几何形状工件的深度磨削和高精度精细磨削,其中螺纹及回转型面磨床为 6 轴数控,能满足更复杂的需求。瑞士施力博格 1923 公司是五轴数控工具磨床企业,产品包括 NORMA、G
85、EMINI、CORVUS 和 SIRIUS 等系列的五轴及六轴数控磨床,主轴功率最高可达 26KW,充分体现了双磨削主轴以及主轴可以自由旋转 370 度等开发理念。德国 SMS 1995 成立初期通过引进当时的螺纹和齿轮磨削制造企业 Reishauer 和 Klingelnberg 的机床,对其加工改造、加入最先进的 CNC 系统再进行出售。2017 年开发 SH Heligrind 系列通用型材和螺纹磨床,该系列刚性强、精度高、适用性广。资料来源:公司官网、招商证券 我国高端数控螺纹磨床仍依赖进口,同类产品差距较大。我国高端数控螺纹磨床仍依赖进口,同类产品差距较大。国产的高端数控螺纹磨床与进
86、口设备对比还有明显差距。主要体现在数控砂轮修整器装置自动化水平低、控制精度有待提高;控制系统软件的开发尚未成熟;砂轮的线速度偏低及螺旋升角偏小;磨削加工过程中工件在线检测系统开发还不完备;对磨削过程和磨削工艺的基础研究不足等方面。国内的主要数控螺纹磨床生产企业有上海机床厂、汉江机床厂、北平机床厂、安阳机床厂等企业。表表 20:国内外螺纹磨床产品性能对比:国内外螺纹磨床产品性能对比 公司公司 型号型号 工件直工件直径径 mm 工件工件 长度长度mm 最大承最大承重重 kg 螺距范螺距范围围 mm 最大最大工件工件转速转速rpm 最大最大砂轮砂轮转速转速rpm 螺纹角度螺纹角度 数控系统数控系统
87、最少进给最少进给 精度精度 汉江机床 SK7450X100 50-250 10300 1000 1.5-48 27 1670+/-25 西门子828D 0.001mm,0.001 Ra 0.32m,全长误差 0.090mm 内 SK7432X20GX 20-250 2000 100 1.5-48 100 2150+/-25 西门子828D 0.001mm P1 SK7120 2-200 350 25 0.25-6 60-+/-30 西门子828D Ra 0.32m,50mm 误差 0.005mm内 北平机床 LWX5 0.8-20 150-0.5-2.5 70 20 SYNTEC/FAGOR/
88、SIEMENS 0.001mm,0.001 敬请阅读末页的重要说明 25 行业深度报告 安阳机床 SK7450 0-250 12000-200 4000+/-30 Fanuc/Simens P3 SMS SH300-BS 0-400 3000 1600 200/1000 +/-125 西门子840D sl P1,P0 SH100-U 0-400 1000 400 0.5-14 200/1000 +/-125 西门子840D sl P1,P0 Holroyd TG 系列 0-420 2200 150-700 100 7000+/-90 Holroyd 仿形管理统(HPMS)0.002mm 300
89、mm 误差0.007mm 内 ZENITH 0-400 270 700 100 6500+/-90 HPMS 0.002mm 300mm 误差0.003mm 内 三井精机 GSE-A系列、GSE-B系列 0-480 300-5000 200 4800+/-45 Fanuc 31i-B5 MONNIER M663 3-70 8-400 100 +/-5 Fanuc 310i-A 资料来源:公司官网、招商证券 CNC 螺纹旋风铣机床技术被国外少数公司垄断。螺纹旋风铣机床技术被国外少数公司垄断。德国的旋风铣设备居于世界领先水平,具有代表性的企业主要有德国 Leistritz、Burgsmuller、
90、GWT,奥地利的 Weingartner、Linsinger 等。我国的旋风铣削工艺多数停留在中低精度水平,国内的旋风铣削机床大多从国外引进。2004 年,南京工艺(国内首家)进口了德国 Leistritz 公司的 PW160 型 CNC 旋风硬铣机床。但 CNC 旋风硬铣机床价格非常昂贵,8m 的旋风硬铣机床售价折合约 1200 万人民币,且国内硬旋铣加工工艺和技术并不成熟,因此数控旋风铣床未能在国内快速推广应用。综上所述,综上所述,我国我国丝杠导轨专用丝杠导轨专用磨床的磨床的现状主要有:高端设备依赖进口,进口设现状主要有:高端设备依赖进口,进口设备价格高,交期长;精密设备需要结合熟练工人、
91、参数实验、检测设备等多方备价格高,交期长;精密设备需要结合熟练工人、参数实验、检测设备等多方因素才能充分发挥其因素才能充分发挥其用途用途,我国在以上几个方面均不足,我国在以上几个方面均不足。设备的耗材(如刀具、。设备的耗材(如刀具、砂轮等)影响设备的使用砂轮等)影响设备的使用,国产耗材加工效率较低,国产耗材加工效率较低。四、四、人形机器人人形机器人和新能源汽车和新能源汽车产业产业机遇机遇有望加速有望加速丝丝杠导轨的杠导轨的国产国产化化到来到来 基于第二部分和第三部分,我们将国产丝杠导轨过去难以国产化的原因总结如下基于第二部分和第三部分,我们将国产丝杠导轨过去难以国产化的原因总结如下。1、高精度
92、产品的、高精度产品的工艺壁垒未突破:工艺壁垒未突破:国内缺少高质量的国内缺少高质量的原材料原材料;进口螺纹磨床价格昂贵,交期长达半年以上,投资门槛高;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,国内缺少有经验的、工艺复杂,工序多,其中涉及多次磨削、热处理、检测,国内缺少有经验的、会使用高端磨床的工人。会使用高端磨床的工人。2、产业化产业化缺乏缺乏动力动力:丝杠导轨过去主要的应用领域在机床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,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,高,但价值量占比较低
93、的产品,因此机床厂商没有动力试用国产因此机床厂商没有动力试用国产;过去国产机床整机厂的过去国产机床整机厂的实力实力不强不强,进口零部件能够起到,进口零部件能够起到保证保证质量的作用。质量的作用。但站在当前时间但站在当前时间节点节点,我们认为国产丝杠导轨,我们认为国产丝杠导轨的上述问题都有了解决方向,的上述问题都有了解决方向,需求需求和供给端都出现了积极变化,行业正和供给端都出现了积极变化,行业正迎来迎来重大重大机遇机遇。1、需求端:、需求端:敬请阅读末页的重要说明 26 行业深度报告 出现了新能源汽车、人形机器人两个新的下游,对丝杠导轨的需求量不少于机出现了新能源汽车、人形机器人两个新的下游,
94、对丝杠导轨的需求量不少于机床床;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;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、新方向时系均没有相关产品),欧系企业面对新趋势、新方向时更保守,更保守,不会大规模扩产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,
95、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,政政策持续推进策持续推进机床核心零部件国产化。机床核心零部件国产化。2、供给端:、供给端:面对需求端的变化,国内涌现出许多企业投入丝杠导轨行业,其中有面对需求端的变化,国内涌现出许多企业投入丝杠导轨行业,其中有定位高端、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,改变了过去国企为主的竞争格局过去国企为主的竞争格局。图图 21:丝杠导轨国产化机遇丝杠导轨国产化机遇 资料来源:招商证券整理 1、机器人与自动化:人形机器人机器人与自动化
96、:人形机器人提出新提出新需求需求 丝杠导轨在自动化设备中,常以线性模组形式应用。丝杠导轨在自动化设备中,常以线性模组形式应用。线性模组是由铝型材、联轴器、丝杠、直线导轨等主要部件组成的通用传动元件,其主要作用是通过固定程序来进行抓取、搬运、操作工具,实现自动变速。线性模组具有结构紧凑、重量轻、体积小、运动灵活等优势,被广泛应用于自动化机械设备上,如 3C 电子设备、锂电池制造设备、焊接设备等,代替了人工的重复性、危险性工作。不同的场景精度要求不一样,起传动作用的机械手精度要求较低,需要精准定位的贴装设备、高精度的螺丝机、点胶机等要求较高,但整体的难度低于高精密机床。但整体的难度低于高精密机床。
97、敬请阅读末页的重要说明 27 行业深度报告 图图 22:丝杠导轨线性模组结构图丝杠导轨线性模组结构图 图图 23:丝杠导轨线性模组结构图丝杠导轨线性模组结构图 资料来源:银鑫吉华、招商证券 资料来源:山东华准、招商证券 在工业自动化、智能化趋势下,我国以工业机器人为代表的自动化行业快速发展,在工业自动化、智能化趋势下,我国以工业机器人为代表的自动化行业快速发展,带动相关丝杠导轨需求。带动相关丝杠导轨需求。根据国际机器人联合会(IFR)发布的2022 年全球机器人产业报告 显示,2021 年全球工业机器人安装量创历史新高,达 51.7 万台,同比增长 31%,创历史新高。我国 2021 年工业机
98、器人安装量增加了 51%,高达26.8 万台,超越了全球其他地区机器人安装量的总和。预测至 2025 年年底,全球工业机器人的年安装量将达到 69 万台。未来,自动化及工业机器人的快速发展仍是丝杠导轨需求进一步增长的重要推动力。图图 24:全球工业机器人安装量及增速全球工业机器人安装量及增速 图图 25:2021 年中国工业机器人安装量超其他国家总和年中国工业机器人安装量超其他国家总和 资料来源:国际机器人联合会、招商证券 资料来源:国际机器人联合会、招商证券 人形机器人有望带来更广阔的增量市场。人形机器人有望带来更广阔的增量市场。特斯拉 AI Day 2022 发布的 Optimus人形机器
99、人躯干共有 28 个关节,其中旋转和线性关节各 14 个,线性执行器将采用无框电机+行星滚柱丝杠的方案。灵巧手采用滚珠丝杠方案,共需 12 个滚珠丝杠。远期来看,随着机器人智能化发展以及与人工智能技术的深度结合,人形机器人批量生产及广泛应用或成为可能,有望带动丝杠放量。-4%12%24%15%20%32%6%-8%1%31%10%8%6%6%-10%0%10%20%30%40%00500600700800全球工业机器人安装量(千台)增速978268207 243 268 243 216 249 51%-20%0%20%40%60%80%0501001
100、502002503002001920202021中国工业机器人安装量(千台)全球其他国家工业机器人安装量(千台)中国工业机器人安装量增速 敬请阅读末页的重要说明 28 行业深度报告 图图 26:滚柱丝杠主要应用于机器人滚柱丝杠主要应用于机器人 Optimus 的线性关节的线性关节 图图 27:特斯拉人形机器人线性执行器采用行星滚柱丝杠特斯拉人形机器人线性执行器采用行星滚柱丝杠 资料来源:特斯拉 AI Day2022、招商证券 资料来源:特斯拉 AI Day2022、招商证券 特斯拉人形机器人采用倒置行星滚柱丝杠,倒置式具备结构紧凑、高负载特性。特斯拉人形机器人采用倒置行星
101、滚柱丝杠,倒置式具备结构紧凑、高负载特性。标准式滚柱丝杠是丝杠旋转带动螺母做轴向运动,一般是短螺母、长丝杠的结构;倒置滚柱丝杠中,螺母是主动件,一般是长螺母、短丝杠的结构。倒置式结构更加紧凑,适用于对安装空间和质量有严格要求、需要进行一体化设计的场景。此外,倒置滚柱丝杠的启动次数更少,可以使用更大的螺纹,进而提供比普通滚柱丝杠更高的负载能力,但是加工难度也大大增加。表表 21:标准行星滚柱丝杠和倒置行星滚柱丝杠比较:标准行星滚柱丝杠和倒置行星滚柱丝杠比较 性能指标性能指标 标准行星滚柱丝杠标准行星滚柱丝杠 倒置行星滚柱丝杠倒置行星滚柱丝杠 示意图示意图 运动原理运动原理 丝杠为主动件,伺服电机
102、驱动丝杠旋转,滚柱分别绕丝杠中心轴线转动和绕自身中心轴线转动,带动螺母做轴向运动 螺母为主动件,将旋转运动通过与滚柱螺纹啮合转换为滚柱的行星运动,再通过滚柱与丝杠的螺纹啮合,带动丝杠做轴向运动 特点特点 承载能力大,在位移、转速和负载等方面表现十分优秀 可将螺母作为电机的转子实现与电机的融合设计,结构紧凑、质量小和频响快 应用场景应用场景 环境恶劣、高负载、高速等场合,如重型机械、电动缸、石油化工、光学精密仪器、军工装备等 中小负载、小行程、需要一体化设计和高速的应用场景,如汽车产线焊接机器人、人形机器人 资料来源:反向式行星滚柱丝杠承载分布及寿命分析、招商证券 百万台人形机器人预计带来百亿级
103、别的丝杠需求。百万台人形机器人预计带来百亿级别的丝杠需求。反向式行星滚柱丝杠由于其复杂性,产量偏低,价格高昂,目前进口单价约 2 万元。假设远期量产及国产化替代后,反向式行星滚柱丝杠单价降至千元级别,则单台人形机器人丝杠的价值量约为 14*1000+12*400=18.8 万元。100 万台人形机器人将带来 180 亿元的丝杠需求,若最终达到汽车的销售体量,丝杠的市场空间有望达到千亿级别。欧美企业是行星滚柱丝杠行业的主导者。欧美企业是行星滚柱丝杠行业的主导者。目前行星滚柱丝杠的主要制造企业包括 敬请阅读末页的重要说明 29 行业深度报告 Rollvis(瑞士)、GSA(瑞士)、Ewellix(
104、瑞典)、博世力士乐、CMC(美国)、LSI(美国)等,其中 Rollvis、GSA、Ewellix 都是舍弗勒旗下。根据E 公司滚柱丝杠产品营销策略研究一文,Rollvis+GSA+Ewellix 在我国滚柱丝杠市场份额合计为 66%,国产企业以研制和单件生产为主。图图 28:2022 年我国滚柱丝杠市场竞争格局年我国滚柱丝杠市场竞争格局 资料来源:E 公司滚柱丝杠产品营销策略研究、招商证券 2、新能源汽车:潜在空间广阔,有望率先实现国产化新能源汽车:潜在空间广阔,有望率先实现国产化 滚珠丝杠在电动、油电混合等车辆中主要应用于转向器、离合器和制动系统执行滚珠丝杠在电动、油电混合等车辆中主要应用
105、于转向器、离合器和制动系统执行器、座椅调节、玻璃升降系统等部件。器、座椅调节、玻璃升降系统等部件。车用丝杠通常精度要求不高,P7 即可满足要求,主要起到传送动力的作用,需具备高可靠性、高寿命、传动流畅度高、耐高温、低噪音等特性,不需要搭配导轨使用。燃油车中,丝杠是可选项,一般高端的欧系汽车会使用,但在新能源汽车中,由于内部结构、整车特性都发生了变化,丝杠的应用逐渐增加,未来若向智能化、L4 级别以上的自动驾驶发展,丝杠有可能成为必选项。图图 29:新能源汽车用滚珠丝杠总览新能源汽车用滚珠丝杠总览 资料来源:舍弗勒官网、招商证券 Rollvis26%GSA26%Ewellix14%Rexroth
106、12%CMC3%南京工艺8%济宁博特8%优仕特3%RollvisGSAEwellixRexrothCMC南京工艺济宁博特优仕特 敬请阅读末页的重要说明 30 行业深度报告 1.转向系统转向系统 EPS 是目前主流的汽车转向系统。是目前主流的汽车转向系统。汽车转向系统经历了传统的机械转向(MS)、助力转向、线控转向(SBW)三个发展阶段,助力转向根据助力来源又可分为机械液压助力转向(HPS),电控液压助力转向(HPS)和电动助力转向(EPS),其中,机械转向系统(MS):结构简单但转向的精确性和安全性不足,已不适应现代驾驶需求。机械及电控液压助力系统(HPS、EHPS):采用液压助力系统,过去主
107、要应用于商用车尤其是重型车辆,由于功耗大、液压油泄露等问题,已被 EPS取代。电动助力转向系统(EPS):用电机取代液压装置,具有结构简单、能耗更低、节约空间并且可精确调节助力大小等优点,细分产品细分产品 R-EPS 使用滚珠使用滚珠丝杠传动丝杠传动。EPS 广泛应用于乘用车,根据佐思汽研,2020 年中国乘用车 EPS渗透率达 96.4%。线控转向(SBW):是未来汽车智能化下转向系统的发展趋势,目前仍处于研发和小规模量产的早期发展阶段,采用滚珠丝杠方案采用滚珠丝杠方案。图图 30:汽车转向系统发展过程汽车转向系统发展过程 图图 31:EPS 在中国乘用车转向系统中渗透率逐年提升在中国乘用车
108、转向系统中渗透率逐年提升 资料来源:ATC 汽车底盘、招商证券 资料来源:佐思汽车研究、招商证券 EPS根据电机驱动部位和结构的不同,根据电机驱动部位和结构的不同,可细分为管柱式电动助力转向(C-EPS)、小齿轮式电动助力转向(P-EPS)、双小齿轮式电动助力转向(DP-EPS)和齿条式电动助力转向(R-EPS)。C-EPS、P-EPS、DP-EPS、R-EPS 的传动效率、操纵路感、前轴负荷依次提高,其单价也依次提升。前三者采用蜗轮蜗杆的传动方式,R-EPS 采用通过皮带传动与滚珠丝杠传动将转矩传递至转向器齿条,传动效率更高,可提供更大助力,常用于中大型 SUV、商务车和豪华车型。80%85
109、%91%95%96%0%20%40%60%80%100%200192020EPS其他转向系统 敬请阅读末页的重要说明 31 行业深度报告 图图 32:滚珠丝杠用于滚珠丝杠用于 R-EPS 转向系统转向系统 图图 33:R-EPS 中皮带及滚柱丝杠传动透视图中皮带及滚柱丝杠传动透视图 资料来源:德科智控、招商证券 资料来源:汽车先进技术、招商证券 表表 22:四种典型电动助力转向类型对比:四种典型电动助力转向类型对比 类类型型 C-EPS 管柱式电动助力转向管柱式电动助力转向 P-EPS 小齿轮式电动助力转向小齿轮式电动助力转向 DP-EPS 双小齿轮式电动助力转向双小齿轮
110、式电动助力转向 R-EPS 齿条式电动助力转向齿条式电动助力转向 示示意意图图 结结构构 扭矩传感器和助力机构装在转向管柱芯轴上,下面连接机械转向机 扭矩传感器和助力机构装在转向器的小齿轮轴上 转向系统具有两个转向小齿轮,助力机构安装在辅助小齿轮轴上,扭矩传感器装在另一个驱动小齿轮上 不再采用蜗轮蜗杆及辅助小齿轮来传递助力,而是采用更加精密的循环球(滚珠丝杠滚珠丝杠)式助力 动动力力传传递递 电机蜗杆蜗轮转向管柱芯轴转向器小齿轮转向器齿条 电机蜗杆蜗轮转向器小齿轮转向器齿条 电机蜗杆蜗轮辅助小齿轮转向器齿条 RP-EPS:电机皮带滚珠丝杠转向器齿条 RD-EPS:电机滚柱丝杠转向器齿条 特特点
111、点 占用空间小,成本较低,助力响应性能较好;缺点是电机波动会对手感产生直接影响,电机噪音的干扰更大 与 C-EPS 相比电机距离转向机构更近,传动效率更高,助力更大,具有更高的安全性和操控路感;缺点是电机波动也会对手感产生影响 与 P-EPS 相比可以提供更大的助力,静谧性更好;电机作用于齿条上,对于电机扭矩波动、手感受到的影响更小 传动效率更高,能提供更大的助力,操纵路感好;缺点是成本较高,制造难度大 适适用用车车型型 助力需求小的紧凑车型;小排量的中小型轿车 助力需求不大的小型车;紧凑型 SUV 中大型汽车;中高端车型 中、大型轿车、SUV、皮卡;商务车及豪华车型 资料来源:捷太格特官网、
112、博世汽车售后、盖世汽车、汽车先进技术、招商证券 新能源汽车轻量化及智能化催生更多新能源汽车轻量化及智能化催生更多 R-EPS 的需求。的需求。由于滚珠丝杠传动效率和精度高、噪音低、可以承担较大的力矩和负载,R-EPS 的最大推力显著大于其 敬请阅读末页的重要说明 32 行业深度报告 他产品,可达 16000N 以上。新能源汽车由于装配动力电池,相较于燃油车的整车重量大幅提升,需要更大的前轴载荷能力。随着新能源汽车向智能化、高端化发展,对转向系统的综合性能要求越来越高,R-EPS 在乘用车的应用有望增加。根据智研咨询,2019 年我国 R-EPS 渗透率约 7%,提升空间巨大。表表 23:R-E
113、PS 可承担较大力矩和负荷,常用于中大型汽车可承担较大力矩和负荷,常用于中大型汽车 类型类型 C-EPS P-EPS DP-EPS R-EPS 前轴负荷前轴负荷 1200kg 最大推力最大推力 10000N 10000N 12000N 16000N 搭载车型搭载车型 五菱宏光 mini、哈弗 H6 本田雅阁、本田 CR-V 比亚迪海豹、吉利星越、哈弗 H9、奥迪 Q3 蔚来 ES8、凯迪拉克 XT5、宝马 3 系/5 系、雷克萨斯 ES 资料来源:marklines、德科智控、浙江世宝、招商证券 图图 34:2013-2019 年我国电动助力转向细分市场规模年我国电动助力转向细分市场规模 资料
114、来源:智研咨询、招商证券 2.制动系统制动系统 线控制动的发展带动对滚珠丝杠的需求。线控制动的发展带动对滚珠丝杠的需求。线控制动将传统的液压或机械控制部件改由电子控制取代,是新能源汽车以及自动驾驶领域常采用的技术。滚珠/滚柱丝杠具备高承载、高精度、高传动效率等优势,在线控制动系统中的应用比在传统制动系统中更多,受益于新能源汽车、智能汽车的发展。0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%200019C-EPSP-EPSD-EPSR-EPS 敬请阅读末页的重要说明 33 行业深度报告 图图 35:汽车制动系统发展汽车制动系统发展
115、资料来源:焉知汽车、智能底盘之家、招商证券整理(1)行车制动)行车制动 EHB 省去传统真空助力系统,集成度高,成为新能源汽车主流方案。省去传统真空助力系统,集成度高,成为新能源汽车主流方案。在新能源车中,纯电型电动车没有发动机,混动型发动机不持续工作,因此传统的真空助力系统不再适用。目前主流的新能源车的制动助力解决方案主要有两种:一是采用电动真空泵(EVP)取代传统的机械真空泵,其他部分与传统的真空助力器原理相同。二是采用电子液压制动(EHB),线控制动用电子助力替代真空助力,不再依赖真空源。EHB 由于其兼容性好、能量回收较高、响应速度快等优点已经成为当前市场的主流方案。EHB 中真空助力
116、器及相关组件被取代,一般采用滚珠丝杠传动。图图 36:传统制动系统结构传统制动系统结构 图图 37:EHB 省去真空助力系统省去真空助力系统 资料来源:云飨汽车、招商证券 资料来源:云飨汽车、招商证券 直接型直接型EHB性能更优。性能更优。EHB分为直接型和间接型两种,间接型采用高压蓄能器,利用电机建立油压,将高压刹车油储存在蓄能器中,在需要时进行释放,混动车一般采用这一类型;但它也存在系统过于复杂、可靠性不高、体积大、成本高等 敬请阅读末页的重要说明 34 行业深度报告 问题。直接型 EHB 直接以电机推动主缸活塞,更具性能优势,一般为纯电动汽车采用。但直接型 EHB 制造难度较大,难点在于
117、电机体积小、转速高(每分钟超过 1 万转),扭矩大等,对传动部件也提出了更高的要求。直接型直接型 EHB 的代表产品日立的代表产品日立 E-ACT 和博世的和博世的 iBooster 均采用滚珠丝杠传动。均采用滚珠丝杠传动。日立 E-ACT 的原理是用电机驱动推杆再推动主缸活塞,电机的旋转力通过滚珠丝杠转化为直线运动力,同时滚珠丝杠也是一个减速器,将电机的转速降低来增大扭矩,推动主缸活塞。博世第一代 iBooster 采用二级蜗轮蜗杆传动,第二代iBooster 改成一级滚珠丝杠传动,体积大幅度缩小,控制精度有所提高。博世是目前我国线控制动主要品牌,根据佐思汽研,2021 年博世在中国乘用车线
118、控制动市场份额占比达 91.5%,用于特斯拉、大众新能源、蔚来等车型上。图图 38:日立日立 E-ACT 采用滚珠丝杠传动采用滚珠丝杠传动 图图 39:博世博世第二代第二代 iBooster 资料来源:佐思汽研、招商证券 资料来源:电车资源网、招商证券 表表 24:主要汽车制造商的典型:主要汽车制造商的典型 EHB 结构方案结构方案 制造商制造商 产品产品 量产时间量产时间 主要客户主要客户 博世博世 ibooster1.0 2013 特斯拉、大众新能源、本田 CR-V、保时捷 918 ibooster1.0 2017 比亚迪 E6、蔚来 ES6、ES8、理想 ONE、小鹏 P7、G3、MAR
119、VEL X IPB 2019 比亚迪汉、凯迪拉克 XT4、CT6 大陆大陆 MKC1 2016 宝马 X5、X7、阿尔法罗密欧、奥迪 e-tron 日立日立 E-ACT 2019 日立 Leaf 采埃孚天合采埃孚天合 IBC 2018 凯迪拉克 XT4、CT6、别克 舍弗勒舍弗勒 Space Drive 2019 大众、保时捷、奔驰 资料来源:盖世汽车、招商证券 电子机械制动电子机械制动 EMB 是更为先进的制动系统。是更为先进的制动系统。EMB 结构紧凑,完全放弃了液压回路。执行机构由电机直接驱动产生锁模力,具有体积小、重量轻、无制动液泄漏、功耗低、制动器使用寿命更长、制动响应更快,控制精度
120、更高等诸多优势。EMB作为线控制动系统的完整形式,预计未来将逐步取代 EHB,但现在仍处于发展早期。滚珠滚珠/滚柱丝杠常用于滚柱丝杠常用于 EMB 制动方案。制动方案。EMB 运动转换机构主要包括螺纹螺杆、齿轮齿条、滑动丝杠、滚珠/滚柱丝杠、凸轮传动、滚珠斜道传动机构等。EMB行车制动方案一般包括“运动转换机构+减速机构”,目前典型方案的运动转换多采用滚珠丝杠传动。敬请阅读末页的重要说明 35 行业深度报告 表表 25:典型:典型 EMB 结构方案结构方案 制造商制造商 结构方案结构方案 运动转换机构运动转换机构 减速增力装置减速增力装置 博世博世 滚珠丝杠 行星齿轮 齿条齿轮 双楔面自增力机
121、构 西门子西门子 螺杆 多楔面自增力机构 大陆大陆 滚珠丝杠 正齿轮/行星齿轮 德尔福德尔福 滚珠丝杠 行星齿轮 现代现代 滑动丝杠 正齿轮/行星齿轮/蜗轮传动 螺杆 多楔面自增力机构 万都万都 滚珠丝杠 斜齿轮/行星齿轮/复合齿轮 资料来源:电子机械制动(EMB)系统综述:结构、控制与应用、招商证券(2)驻车制动)驻车制动 驻车制动从形式上分为机械式和电子式,即机械手刹和电子手刹。机械式制动系统存在制动力不足、占用空间大、操作难度大等问题,电子手刹(EPB)逐渐取代传统机械手刹。EPB 常采用螺纹传动或滚珠丝杠传动,其中螺纹传动成本低、常采用螺纹传动或滚珠丝杠传动,其中螺纹传动成本低、结构简
122、单并且可自锁。考虑到成本和自锁,大多制动器厂均采用螺纹传动,滚珠结构简单并且可自锁。考虑到成本和自锁,大多制动器厂均采用螺纹传动,滚珠丝杠传动多用于重型车及中高档汽车。丝杠传动多用于重型车及中高档汽车。图图 40:机械式制动结构机械式制动结构 图图 41:EPB 制动钳总成原理示意图制动钳总成原理示意图 资料来源:汽车维修网、招商证券 资料来源:汽车电子驻车制动系统(EPB)驻车力研究、招商证券 总结以上内容,相较于燃油车,新能源汽车中丝杠的应用大幅增加,远期来看,总结以上内容,相较于燃油车,新能源汽车中丝杠的应用大幅增加,远期来看,汽车智能化、无人驾驶等趋势将进一步提升丝杠在汽车中的渗透率。
123、车用丝杠要汽车智能化、无人驾驶等趋势将进一步提升丝杠在汽车中的渗透率。车用丝杠要求低于机床丝杠,我国有望依托新能源汽车产业链,实现车用丝杠的国产化。求低于机床丝杠,我国有望依托新能源汽车产业链,实现车用丝杠的国产化。2022 年线控转向技术路线图征求意见稿之减速机构关键零部件目标中明确提出重点突破滚珠丝杠技术。随着我国滚珠丝杠制造能力提升,部分厂家已具备提供车用滚珠丝杠的能力,如秦川机床已实现新能源汽车领域用滚珠丝杠副和智能转向系统、汽车电子刹车系统精密螺杆副的国产化推广,车用丝杠有望成为丝杠行业国产替代的首要突破点。敬请阅读末页的重要说明 36 行业深度报告 五、五、主要上市公司主要上市公司
124、 1、恒立液压恒立液压 恒立液压恒立液压是国产液压件龙头是国产液压件龙头。公司主要产品包括高压油缸、高压柱塞泵、液压多路阀、工业阀、液压系统、液压测试台及高精密液压铸件等,可用于工程机械、海洋工程、能源开采、隧道机械、工业制造等领域,其中工程机械是最主要的下游。公司凭借快速响应市场、持续提升技术,抓住了 2006-2011 年、2016-2021年两轮工程机械行业快速发展的红利,形成油缸+泵阀双主业,成为具有技术、产能、客户等综合优势的国内液压件龙头,同时开启海外布局,2021 年建设墨西哥工厂,未来海外有望贡献更多营收。图图 42:恒立液压恒立液压 2022 年营业收入构成年营业收入构成 图
125、图 43:恒立液压恒立液压营业收入与净利润及其同比营业收入与净利润及其同比 资料来源:公司资料、招商证券 资料来源:公司资料、招商证券 主业主业毛利率毛利率、净利率跟随、净利率跟随行业行业周期周期波动,波动,近几年稳定在较高水平近几年稳定在较高水平。受下游景气度影响,2011-2015 年毛利率及净利率持续下滑,2016 开始,公司盈利能力跟随下游周期同步回升,2020-2022 年公司毛利率保持在 40%以上,净利率维持在28%。图图 44:恒立液压恒立液压毛利率与净利率毛利率与净利率 资料来源:公司资料、招商证券 定增募投电缸及丝杠业务,定增募投电缸及丝杠业务,加大非挖领域加大非挖领域布局
126、布局,打造第三成长曲线,打造第三成长曲线。恒立液压于2023 年 1 月完成定增,其中线性驱动器项目计划投入约 15 亿元,预计于 2024年一季度投产,达产后形成年产 10.4 万根标准滚珠丝杠电动缸、4500 根重载滚珠丝杠电动缸、750 根行星滚珠丝杠电动缸、10 万米重载滚珠丝杠。随着工程机械产品电动化趋势,电缸将在一定程度上替代传统的液压缸和气动缸;丝杠是电缸的核心部件之一,自制丝杠有利于公司降低成本,同时切入机床、机器人等自动化赛道,打造继油缸、泵阀之后的第三成长曲线。55.9%33.6%7.0%3.1%0.4%液压油缸液压泵阀油缸配件液压系统其他业务-100%0%100%200%
127、300%400%500%020406080200202022营业收入(亿元)归母净利润(亿元)营业收入同比(%)归母净利润同比(%)0%10%20%30%40%50%200022销售毛利率(%)销售净利率(%)敬请阅读末页的重要说明 37 行业深度报告 图图 45:电动缸结构图电动缸结构图 资料来源:厦门长控自动化设备公司官网、招商证券 2、贝斯特贝斯特(汽车覆盖)(汽车覆盖)贝斯特主业为贝斯特主业为汽车汽车零部件零部件、工装工装夹具夹具。公司起家于工装夹具,后发展为涡轮增压器零部件龙头,2019 年收购苏
128、州赫贝斯,2020 年收购易通轻量化,进入新能源汽车领域。目前公司主要产品包括涡轮增压器精密轴承件、涡轮增压器叶轮、涡轮增压器中间壳、发动机缸体等关键汽车零部件,座椅构件等飞机机舱零部件。从营业收入结构来看,汽车零部件产品是公司创收的主要产品,2022 年占比为91.7%,同比+13.5%。历年业绩稳健,历年业绩稳健,2023 上半年业绩实现同比高增。上半年业绩实现同比高增。公司历年业绩保持相对稳健增长,2016-2022 年收入及归母净利润复合增速均为 12.3%。公司 2022 年实现营业收入 10.97 亿元,同比增长 3.8%,归母净利润 2.29 亿元,同比增长 16.4%。2023
129、 上半年新能源汽车业务放量,叠加原材料成本下降、降本增效等,公司收入同比增长 29.1%,归母净利润同比增长 62.2%。图图 46:贝斯特贝斯特 2022 年年营业收入营业收入构成构成 图图 47:贝斯特贝斯特营业收入和归母净利润及同比营业收入和归母净利润及同比 资料来源:公司资料、招商证券 资料来源:公司资料、招商证券 公司公司主业主业毛利率、净利率毛利率、净利率分别维持在分别维持在 30%、20%以上以上。2017 年以来公司毛利率和净利率先上升后下降,2022 年毛利率、净利率分别为 34.3%和 21.1%,2023年影响公司盈利能力的原材料价格、疫情等外部不利因素逐渐消退,盈利能力
130、有望改善。91.7%4.8%汽车零部件工装夹具其他零部件其他收入飞机机舱零部件0%5%10%15%20%024689202020212022营业收入(亿元)归母净利润(亿元)营业收入同比(%)归母净利润同比(%)敬请阅读末页的重要说明 38 行业深度报告 图图 48:贝斯特贝斯特主要产品毛利率情况主要产品毛利率情况 资料来源:公司资料、招商证券 布局布局丝杠导轨丝杠导轨业务业务,部分产品已成功下线并送样。部分产品已成功下线并送样。2022 年 1 月,公司设立全资子公司“无锡宇华精机有限公司”,正式进军丝杠导轨行业,瞄准高端机床、半导体装备、自动化、机器人等中高端下游。2
131、023 年上半年,宇华精机成功完成高精度滚珠丝杠副、直线导轨副的首台套下线,并将部分产品送样至机床行业的战略客户处进行验证。公司规划“5+10”产能布局,计划一期的丝杠导轨产值为 5 亿元,二期产值为 10 亿元,目前一期设备已到位。图图 49:宇华精机滚动功能部件核心产品及应用领域宇华精机滚动功能部件核心产品及应用领域 图图 50:公司各类滚珠丝杠副产品实物公司各类滚珠丝杠副产品实物 资料来源:公司官网、招商证券 资料来源:无锡滨湖微信公众号、招商证券 3、秦川机床(汉江机床)秦川机床(汉江机床)秦川机床主业分四大板块,分别为主机业务、高端制造业务、核心零部件业务和秦川机床主业分四大板块,分
132、别为主机业务、高端制造业务、核心零部件业务和智能制造业务。智能制造业务。其中主机和核心零部件是主要创收产品,2022 年营收占比分别为 52.8%、31.6%。集团包括了秦川机床本部、宝鸡机床、汉江机床、汉江工具、沃克齿轮、秦川格兰德、秦川宝仪等多家企业,其中汉江机床生产螺纹磨床及丝杠导轨产品。机床主机:机床主机:包括齿轮机床、精密磨床、加工中心、数控车铣类机床等。高端制造业务:高端制造业务:包括机器人关节减速器、精密(特种)齿轮箱等。核心零部件业务:核心零部件业务:包括刀具、汽车零部件、丝杠导轨、高速主轴、精密数控转台、高精度摆角头、精密工装夹具、精密铸件等。智能制造业务:智能制造业务:包括
133、智能机床、高档数控系统、自动化生产线、数字化车间、秦川云等智能制造及核心数控技术和服务业务。0000212022毛利率(%)净利率(%)敬请阅读末页的重要说明 39 行业深度报告 图图 51:秦川机秦川机床床 2022 年营业收入结构年营业收入结构 图图 52:秦川机床秦川机床营业收入与净利润及其同比营业收入与净利润及其同比 资料来源:公司资料、招商证券 资料来源:公司资料、招商证券 改革效果明显,业绩大幅改善。改革效果明显,业绩大幅改善。通过内部管理改革、大股东资金支持以及注入优质资产,公司 2020 年扭亏为盈,实现归母净利
134、润 1.53 亿元,同比增长 151%,2021 年实现归母净利润 2.81 亿元,同比增长 84.2%。2022 年制造业景气度下滑,机床行业需求减少,公司全年实现营业收入 41.01 亿元,同比下降 18.8%,归母净利润 2.75 亿元,同比下滑 2%。图图 53:秦川机床秦川机床毛利率与净利率毛利率与净利率 资料来源:公司资料、招商证券 子公司子公司汉江机床丝杠导轨的技术沉淀深厚。汉江机床丝杠导轨的技术沉淀深厚。汉江从事滚动功能部件业务 50 余年,产品以滚珠丝杠副、滚动直线导轨副、滚动导轨块、滚动花键副、螺杆转子副、齿轮齿条副、精密工作台和精密零部件为主,多年来在加工工艺、计量检测等
135、方面积累形成核心竞争优势。丝杠产品精度可稳定达到 P2-P3 级,代表了国内的领先水平,一部分用于秦川机床的产品,另一部分外销至机床、自动化及新能源汽车等领域。此外,汉江是螺纹磨床制造商,从设备层面对丝杠加工过程有更深刻的理解;应用方面,汉江背靠秦川机床,丝杠导轨直接供给秦川的部分机床主机,能够在主机厂的应用中不断改进和升级产品。汉江机床扩汉江机床扩产滚珠丝杠副和滚动直线导轨副,预计新增产滚珠丝杠副和滚动直线导轨副,预计新增年年销售收入销售收入 5 亿元。亿元。2022年,公司定增募投新能源汽车领域滚动功能部件研发与产业化项目,项目实施主体为汉江机床,总投资额为 2 亿元,预计达产后新增滚珠丝
136、杠/精密螺杆副产能28 万件/年、滑动直线导轨产能 13 万米/年,每年可增加销售收入 5 亿元。项目建设期共 3 年,第 4 年开始投产,预计当年达产 70%,第五年全部达产。表表 26:秦川机床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 产品产品 测算单价(元)测算单价(元)达产销量达产销量 达产销售收入(达产销售收入(亿亿元)元)滚珠丝杠/精密螺杆副 980 28 万件 2.74 螺母 102 30 万件 0.31 52.8%31.6%8.8%机床类零部件类工具类仪器仪表类贸易类其他业务其他-40%-20%
137、0%20%40%60%80%100%-5060200212022营业收入(亿元)归母净利润(亿元)营业收入同比(%)归母净利润同比(%)(15)(10)(5)055200022毛利率(%)净利率(%)敬请阅读末页的重要说明 40 行业深度报告 产品产品 测算单价(元)测算单价(元)达产销量达产销量 达产销售收入(达产销售收入(亿亿元)元)滚动直线导轨 1050 13 万米 1.37 滑块 225 26 万件 0.59 合计-5.00 资料来源:2022 年度向特定对象发行 A 股股票募
138、集说明书、招商证券 4、鼎智科技鼎智科技(汽车覆盖)(汽车覆盖)鼎智科技主营业务是鼎智科技主营业务是线性执行器线性执行器,营收占比超过六成。,营收占比超过六成。公司主要产品包括线性执行器、混合式步进电机、直流电机、音圈电机。广泛应用于医疗诊断设备、生命科学仪器等医疗器械领域,以及机器人、流体控制、精密电子设备等工业自动化领域。营收规模高速扩张,归母净利润持续增长。营收规模高速扩张,归母净利润持续增长。近年来,由于人口老龄化、新冠疫情等因素的影响,体外医疗诊断设备的需求大幅增长,带动公司营收从 2019 年的0.8 亿元上涨至 2022 年的 3.2 亿元,CAGR 为 58.7%;归母净利润从
139、 2019 年的216.5 万元扩张至 2022 年的 1.0 亿元,CAGR 为 259.9%,2019 年公司归母净利润较低,主要受大额股份支付费用拖累。未来下游医疗器械领域和工业自动化领域持续扩张有望带动公司经营业绩进一步提升。图图 54:鼎智科技鼎智科技线性执行器营收占比稳定在线性执行器营收占比稳定在 60%以上以上 图图 55:鼎智科技鼎智科技营业收入与归母净利润及同比营业收入与归母净利润及同比 资料来源:公司资料、招商证券 资料来源:公司资料、招商证券 毛利率稳步攀升毛利率稳步攀升,拥有拥有自制自制梯形丝杠技术梯形丝杠技术。公司的线性执行器定位高端市场,竞争企业较少,具有较高的产品
140、议价权,因而毛利率较高,同时公司通过逐步使用自制丝杠取代外购丝杠降低成本,使得线性执行器的毛利率稳步增长,2022 年达到 64.9%。公司自制的丝杠主要是梯形丝杠,采用滚压技术,自主研发了丝杠矫直工艺,能够实现梯形丝杠的自动校直。2023 年 6 月,鼎智成立子公司一和起(常州)智能科技并控股 70%,布局精密微型丝杠。图图 56:鼎智科技鼎智科技毛利率与净利率情况毛利率与净利率情况 0%20%40%60%80%100%200212022线性执行器音圈电机混合式步进电机其他直流电机其他业务收入-5%0%5%10%15%20%0.00.51.01.52.02.53.03.
141、5200212022营业收入(亿元)归母净利润(亿元)营业收入同比(%)归母净利润同比(%)0%10%20%30%40%50%60%200212022毛利率(%)净利率(%)敬请阅读末页的重要说明 41 行业深度报告 资料来源:公司资料、招商证券 六、六、风险提示风险提示 1)技术)技术研发不及预期研发不及预期:精密丝杠和导轨对加工工艺要求较高,目前国内丝杠导轨制造厂商技术水平与国外先进厂商仍有距离,行业具有技术壁垒高、研发周期长、设备投资高等特点,因此国内厂商在技术迭代升级上存在慢于预期的可能性,或将导致产业崛起进度和相关制造企业成长速度不及预期。
142、2)原材料及零部件价格大幅波动:)原材料及零部件价格大幅波动:原材料及零部件成本受多种因素影响,如市场供求、供应商变动、供应商生产状况的变动及自然灾害等。如果出现钢材等原材料价格的大幅波动或关键零部件短缺现象,将对丝杠导轨厂商的生产经营造成压力。3)下游制造业需求复苏不及预期:)下游制造业需求复苏不及预期:丝杠导轨行业和下游制造业息息相关,若未来经济增速及制造业需求恢复不及预期,下游资本开支减少将挤压行业的盈利空间。4)行业竞争加剧风险:)行业竞争加剧风险:丝杠导轨行业竞争较激烈,可能发生部分细分领域的价格战,或将导致企业盈利水平降低,非理性竞争也会加大企业经营风险,将影响国内丝杠导轨企业业绩
143、表现。图图 57:机械机械行业历史行业历史 PEBand 图图 58:机械机械行业历史行业历史 PBBand 资料来源:公司数据、招商证券 资料来源:公司数据、招商证券 15x25x30 x40 x55x0500025003000Sep/21Mar/22Sep/22Mar/231.5x2.3x3.0 x3.8x4.5x020040060080000Sep/21Mar/22Sep/22Mar/23 敬请阅读末页的重要说明 42 行业深度报告 分析师分析师承诺承诺 负责本研究报告的每一位证券分析师,在此申明,本报告清晰、准确地反映了
144、分析师本人的研究观点。本人薪酬的任何部分过去不曾与、现在不与,未来也将不会与本报告中的具体推荐或观点直接或间接相关。评级评级说明说明 报告中所涉及的投资评级采用相对评级体系,基于报告发布日后 6-12 个月内公司股价(或行业指数)相对同期当地市场基准指数的市场表现预期。其中,A 股市场以沪深 300 指数为基准;香港市场以恒生指数为基准;美国市场以标普 500 指数为基准。具体标准如下:股票评级股票评级 强烈推荐:预期公司股价涨幅超越基准指数 20%以上 增持:预期公司股价涨幅超越基准指数 5-20%之间 中性:预期公司股价变动幅度相对基准指数介于 5%之间 减持:预期公司股价表现弱于基准指数
145、 5%以上 行业评级行业评级 推荐:行业基本面向好,预期行业指数超越基准指数 中性:行业基本面稳定,预期行业指数跟随基准指数 回避:行业基本面转弱,预期行业指数弱于基准指数 重要重要声明声明 本报告由招商证券股份有限公司(以下简称“本公司”)编制。本公司具有中国证监会许可的证券投资咨询业务资格。本报告基于合法取得的信息,但本公司对这些信息的准确性和完整性不作任何保证。本报告所包含的分析基于各种假设,不同假设可能导致分析结果出现重大不同。报告中的内容和意见仅供参考,并不构成对所述证券买卖的出价,在任何情况下,本报告中的信息或所表述的意见并不构成对任何人的投资建议。除法律或规则规定必须承担的责任外,本公司及其雇员不对使用本报告及其内容所引发的任何直接或间接损失负任何责任。本公司或关联机构可能会持有报告中所提到的公司所发行的证券头寸并进行交易,还可能为这些公司提供或争取提供投资银行业务服务。客户应当考虑到本公司可能存在可能影响本报告客观性的利益冲突。本报告版权归本公司所有。本公司保留所有权利。未经本公司事先书面许可,任何机构和个人均不得以任何形式翻版、复制、引用或转载,否则,本公司将保留随时追究其法律责任的权利。