滚动功能部件行业研究：高壁垒、高成长，“国产替代”又一蓝海市场

（报告出品方：国金证券）

1.滚动功能部件为核心传动部件，直接影响各类机电一体化装备性能

1.1 丝杠为机械传动机构，由滚珠丝杠副实现丝杠螺母传动应用广泛

机械传动方式通常包括螺旋传动、齿轮传动、同步带传动、高速带传动、各种非线性传动 等，传动系统的性能直接影响设备的精度、稳定性和响应速度。

丝杠螺母传动将旋转运动变换为直线运动（或相反传递），可以用于传递能量（螺旋压力 机、千金顶等）或传递运动（机床进给丝杠），通常包括以下四种基本传动形式。

丝杠螺母机构有滑动丝杠螺母机构和滚珠丝杠螺母机构之分，滚珠丝杠由于使用滚珠传递 运动，相比普通滑动丝杠成本高，但具有明显优势：1）传动效率高。滚珠丝杠副的传动效率高达 92%～96%，是普通梯形丝杠的 3～4 倍，功 率消耗减少 2/3～3/4。2）灵敏度高、传动平稳。由于是滚动摩擦，动、静摩擦因数相差极小，因此低速不易产 生爬行，高速传动平稳。3）定位精度高、传动刚度高。用多种方法可以消除丝杠螺母的轴向间隙，使反向无空行 程，定位精度高，适当预紧后，还可以提高轴向刚度。

滚珠丝杠副是回转运动与直线运动相互切换的传动装置，滚珠丝杠和滚珠螺母上都加工有 弧形螺旋槽，将它们套装在一起时，这两个圆弧形的螺旋槽对合起来就形成了螺旋滚道， 并在滚道内装满滚珠。当丝杠相对于螺母旋转时，滚珠在滚道内自转，同时又在封闭的滚 道内循环，使丝杠和螺母相对产生轴向运动。由丝杠轴和螺母之间装入滚珠进行转动的单元是滚珠丝杠，由于滚珠需要循环，所以由丝 杠轴、螺母、滚珠以及循环部件组成。

滚珠丝杠主要承受轴向载荷，它的径向载荷主要是卧式丝杠的自重。因此，对滚珠丝杠的 轴向精度和刚度要求较高。

1.2 滚珠导轨与滚珠丝杠成套运行，实现支承和机械导向

机械导向机构是导轨副，简称导轨，其作用是支承和导向。一副导轨主要由两部分组成， 在工作时一部分固定不动，称为支承导轨（或导轨），另一部分相对支承导轨作直线或回 转运动，称为动导轨（或滑座）。

常用导轨种类包括滑动导轨、滚动导轨、流体介质摩擦导轨等，按照结构特点分为开式导 轨和闭式导轨。

滚动摩擦导轨是在运动件和承导件之间滚动体（滚珠、滚珠、滚动轴承等），使导轨运动 处于摩擦滑动状态。

滚动直线导轨副按照滚动体的形状，分为滚珠式、滚珠式和滚针式。

2.市场空间广阔，伴随机床、机器人、汽车产业升级发展应用面持续拓宽

2.1 预计在 2030 年全球滚珠丝杠、直线导轨市场分别达到 28.13、47.54 亿美元

根据 verified market research 数据，22 年全球滚珠丝杠市场空间为 17.99 亿美元，预 计到 2030 年达到 28.13 亿美元，期间复合增速 5.93%，市场增长动力主要来自于工业机 械升级与新能源汽车产业快速发展。

根据 verified market research 数据，21 年全球直线导轨市场空间为 25.93 亿美元，预 计 2030 年达到 47.54 亿美元，期间复合增速 7.14%，市场需求主要受半导体、汽车、工 业机械等行业影响。

2.2 机床：滚动功能部件为传动系统核心零部件，直接影响机床性能

随着机床性能、数控化率提高，丝杠导轨在机床行业应用比例快速提升。机床由数控系统 （含伺服电机/传感器）、主轴、滚动功能部件（丝杠/导轨）、转台/摆头（主要用于五轴 机床）、轴承等核心功能部件构成。

丝杠/导轨为机床进给系统核心部件，伴随滚珠丝杠、伺服电机及控制单元性能提高，数 控机床的进给系统中可去掉减速机构，直接用伺服电机与滚珠丝杠连接，一方面使整个系 统结构简单，减少了产生误差的环节；一方面由于转动惯量减小，伺服特性亦有改善。导 轨的运动摩擦力和负载两个系数对机床进给系统性能也会造成较大影响。

目前机床核心功能部件中，主轴、摆头、转台等部件考虑打造定制化/差异化能力，主机 厂倾向于逐步发展为自制，但数控系统、滚动功能部件、轴承等由于制造难度高/规模化 效应明显，即使主机厂已具有较大规模也倾向于继续外采。

科德数控、纽威数控传动系统部件（丝杠/导轨为主）以外采为主，从 18 至 20 年传统系 统部件采购金额占营业收入比例来看，在三轴/五轴机床中，传动系统价值量占比在 14%-18%左右。

假设按照滚动功能部件在机床中价值量占比 10%计算（考虑成形机床传动系统要求低于金 切机床），22 年中国机床消费额 274.1 亿美元，对应滚动功能部件市场空间 27.41 亿美元， 折合 184.36 亿元人民币。

2.3 机器人：传动系统中滚珠丝杠应用广泛，行星丝杠有望在人形机器人加大应用

机器人传动装置包括齿轮传动（圆柱齿轮传动、锥齿轮传动、齿轮链传动、齿轮齿条传动、 蜗轮蜗杆传动等）、丝杠传动、行星齿轮传动和 RV 减速器传动外，还常用柔性元件传动（谐 波齿轮传动、绳传动和同步齿形带传动等）。其中滚珠丝杠在机器人上大量应用（低成本机器人也会采用普通丝杠）。

特斯拉人形机器人或采用行星滚柱丝杠副，或打开远期应用空间。根据特斯拉 AI Day2022 信息，特斯拉人形机器人“Optimus”拥有 28 个身体执行器，其中上肢关节模组以无框力 矩电机和谐波减速器为主，下肢腿部采用了无框电机与行星丝杠的线性执行器。

行星滚柱丝杠副最早在 1942 年发明，但是由于结构复杂、加工难度大和成本高，一直没 有得到广泛应用。行星丝杠与滚珠丝杠主要的区别在于负载的传递单元使用螺纹滚柱而不 是滚柱。

行星滚柱丝杠副相比滚珠丝杠副，在承载能力、传动效率、寿命方面具有显著优势，基于 行星滚柱丝杠开发的电动缸性能更优。

目前行星丝杠副制造企业包括德国舍弗勒集团（Schaeffler）旗下的 INA、瑞典斯凯孚 （SKF）、瑞士力姆泰克（Rollvis）、瑞士 GSA、博世力士乐（Bosch Rexroth AG）、美国 Creative Motion Control（CMC）、美国 Exlar 公司、英国 Power Jack 公司、德国 LTK 公司等。产品类型包括通用型行星滚柱丝杠、螺母型反转行星滚柱丝杠、循环型行星滚柱 丝杠、循环型环齿型行星滚柱丝杠、微导程型小螺母直径行星滚柱丝杠和定轴型行星滚柱 丝杠。

国内南京理工大学、华中科技大学、西北工业大学等高校基于行星滚柱丝杠开展了基础理 论研究，并与汉江机床、南京工艺等企业合作研制了行星滚珠丝杠样件与基于行星滚珠丝 杠的电动缸，整体处于研发或小批量生产阶段。

2.4 汽车：新能源汽车转向机构、助力转向系统、电子驻车系统、刹车系统具应用前景

在汽车电助力转向系统中，滚珠丝杠传动原理与循环球式转向器类似，通过电机旋转经皮 带带动丝杠螺母旋转，实现线性驱动。

滚珠丝杠副也是电子驻车系统 EPB 中的核心传动部件，质量直接影响电子驻车系统的性能。

电子机械制动系统（EMB）取消了复杂的液压执行机构，具有结构简单、体积小、响应速 度快、控制精度高、节能环保等优点，而且更容易和 ABS/ESP 进行集成，以简化结构、节 省空间，符合新能源汽车全电控、智能化发展方向。由于滚珠丝杠具有精度高、寿命长、 工作平稳及可靠性高等特点，EMB 的运动转换装置可采用滚珠丝杠，实现电机+行星齿轮 减速器+滚珠丝杠的方案。

3.技术壁垒极高，海外企业具有先发优势，“04 专项”支持下国内企业加速追赶

3.1 滚动功能部件技术壁垒极高，海外品牌基本占据中高端市场

滚动功能部件技术壁垒极高，一般来说性能指标主要包括精度指标、运动性能指标、传动 特性指标、承载性能指标，以及对应的涉及性能指标衰减情况的寿命及可靠性。滚珠丝杠 副为了减弱疲劳及磨损带来的失效，针对滚道、轴颈必须具有良好的工程力学性能，实现 高精度、高强度、高刚度、高耐磨。

滚珠丝杠加工一般分为磨削加工与冷轧加工，冷轧加工通过冷加工工艺模具制造，批量生 产后成本低，但是通常精度控制有限；磨削加工通过热处理、车削、磨削等几十道工序逐 一完成，可用于给高精度设备作为定位部件。

除加工过程中的工艺优化，想要实现性能的提升，最终面临的是“设计-制造-检测”的闭 环体系，不是单纯通过购买高端制造设备和进口原材料就能解决。由于在精度保持性、功能可靠性、寿命、精度、刚度等关键性能指标上落后于境外产品， 国产品牌市场占有率低。目前全球市场被日本 NSK、日本 THK 等企业垄断，CR5 约 46%， 日本和欧洲企业占据了全球约 70%市场份额。国内市场目前上银、银泰市场占有率接近 50%， NSK、THK 等企业市场占有率约 15%，国内企业占有率约为 25%。

以上银科技为例，其作为全球丝杠导轨龙头，21 年营收可达 63 亿元人民币，净利润 8.13 亿元人民币，产品以各类滚珠丝杠、直线导轨、轴承、单轴机器人等为主。

3.2“04 专项”推动下，国内外差距开始缩小，政策支持下国产替代有望进一步加速

国内滚动功能部件市场包括汉江机床（秦川机床子公司）、南京工艺、凯特精机等企业。

经过“04 专项”多年攻关，目前国内也拥有了一整套科学规范的丝杠副和导轨副测评标 准体系，后续有望加速追赶进口品牌。南京理工大学在江苏省苏州张家港市分别建成省部 级和行业重点试验室，以及行业第三方检测平台“数控机床功能部件共性技术工业和信息 化部重点实验室”、“机械工业数控机床功能部件性能测试与可靠性技术重点实验室”。南京工艺和汉江机床分别建立了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，丽水滚功能部件测试分中心。

根据金属加工杂志社《第三届滚动功能部件用户调查分析报告》数据，将被调查企业中采 用滚动功能部件的比例划分为 5 个区间（0～19%、20%～39%、40%～59%、60%～79%、80%～ 100%），并按经济型、中高档数控机床及其他领域两类，分别对企业采用国产和进口滚动 功能部件的比例进行调查与对比分析，从 2011 年到 2020 年，国产滚动功能部件在中高端 的应用比例可以看到明显提升。

目前除性能、精度、精度保持性等指标相比进口品牌有差距带来的国产品牌应用限制外， 根据《第三届滚动功能部件用户调查分析报告》数据，终端用户指定采用进口滚动功能部 件占比达到 54.1%，终端用户对于滚动功能部件的采购有较大话语权。

在国产替代在中高端领域面临一定阻碍的同时，也有 85.1%的企业表示若有政策鼓励，会 考虑购买或试用国产中高档滚动功能部件，政策引导有望显著加速国产替代节奏。由于滚 动功能部件对于机床性能、精度的重要性，国家从 2006 年先后出台了一系列相关支持政 策与措施，2009 年开始的“高档数控机床与基础制造装备”也把滚动功能部件列为重要 支持目标，考虑当前国产滚动功能部件技术水平虽已经明显改善，但相比进口品牌仍有较 多不足，未来国家政策有望针对技术进步、主机厂应用示范等方面给予进一步支持。

4.重点公司分析

4.1 秦川机床：国内滚动功能部件龙头企业，主机+零部件双轮驱动

秦川机床包含主机业务、高端制造业务、核心零部件业务、智能制造业务四大业务板块， 产品包括高端数控车床、外圆磨床、齿轮加工机床、加工中心、滚动功能部件等，拥有宝 鸡机床、汉江机床、汉江工具、沃克齿轮等子公司。

22 年秦川机床机床、核心零部件产品收入占比分别为 52.8%、31.6%，贡献主要收入。机 床近年毛利率持续提升，22 年毛利率 18.55%，同比提升 1.87pcts。

20 年 4 月秦川机床控股股东陕西国资委将持有的 1.1 亿股股份（占当时公司总股本 15.94%） 无偿划转至陕西法士特汽车传动集团有限公司，第二大股东陕西省产业投资有限公司将持 有的部分股份 0.92 亿股（占当时总股本 13.24%）对应的表决权委托给法士特集团，秦川 机床控股股东变更为法士特集团。

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文琳编辑

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