人形机器人市场空间广阔，国内外车企陆续加入布局人形机器人工厂应用。人形机器人市场规模2030年有望超150亿美元。
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当下，制造业企业对国产产品替代进口产品的渴望愈发迫切，并且在人形机器人行业迅猛发展的大背景下，鉴于丝杠是构成人形机器人 “肢体” 的核心要素，其需求必然会水涨船高。面对国际竞争压力与市场需求增长的双重考验，中国丝杠产业已然步入转型升级的重要历史节点。
一、丝杠的基本概念与多元分类
丝杠，作为传动系统中极为关键的部件，能够将旋转运动精准转换为直线运动，其具备在高速运转时仍可保障定位精确性且摩擦系数较低的显著优势，例如行星滚柱丝杠的传动效率可高达90%。鉴于丝杠需精确确定工作台位置并有效传导动力，因此在精度与强度方面有着严苛要求，这也使得其加工工艺以及原材料的选用面临着高标准挑战。
常见的丝杠类型主要涵盖梯形丝杠（滑动丝杠）、滚珠丝杠和行星滚柱丝杠。
（一）梯形丝杠（滑动丝杠）
梯形丝杠隶属于滑动丝杠范畴，借助滑动面来承载负载，其螺纹截面呈现等腰梯形的形态。梯形螺纹存在公制与英制两种标准，公制以螺距为衡量单位，单位为毫米；英制则依据每英寸内的螺纹牙数予以表示，单位为英寸。我国采用公制梯形螺纹，牙型角为30°。梯形丝杠因结构简易、控制精度相对不高，故而成本较低，适用于对成本把控较为严格、转动精度要求不高的大规模生产场景，在传统行业中颇为常见，同时也广泛应用于机床、医疗设备、升降机以及工业机器人等机械设备中作为滑动部件。
（二）滚珠丝杠
滚珠丝杠，亦被称为滚珠丝杠副，是工业精密机械领域不可或缺的传动关键元件。其特性表现为高传动效率与卓越的精度，尤其契合对自锁性要求不高但对精度有着极致追求的应用场景。此类应用场景包括但不限于高档数控机床、电子精密机械进给机构、伺服机械手、工业机器人、半导体生产设备、食品加工与包装设备以及医疗设备等。
滚珠丝杠的核心构成部件包含螺杆、螺母和滚珠。螺杆作为滚珠丝杠的主体架构，其上设有螺纹结构，用于与滚珠丝杠轴承内部的滚珠相互接触；螺母内部则具备与螺杆螺纹精准匹配的螺纹结构以及导向槽道，以便安置滚珠；滚珠在整个系统中承担着传递力量与降低摩擦的重要使命，促使丝杠在进行线性运动时能够更为平稳且高效地运行。
滚珠作为维持系统高效运转的关键媒介，其循环模式通常分为内循环与外循环两种。
丝杠的核心参数为精度，不同国家有着各异的标准。
精度：从国内的分类来看，中国大陆的精度等级包括P1、P2、P3、P4、P5、P7、P10；中国台湾省采用JIS等级，精度等级为C0、C1、C2、C3、C5、C7、C10；日本、韩国同样采用JIS等级，即C0、C1、C2、C3、C5、C7、C10；欧洲国家的标准则采用IT0、IT1、IT2、IT3、IT4、IT5、IT7、IT10。
一般而言，普通机械多采用C7、C10级，数控设备通常采用C5、C3级。航空制造设备、精密投影及三坐标测量设备等则多采用C3、C2精度。在制造工艺方面，C7和C10级滚珠丝杠一般运用轧制方法，而C5级及以上则需采用研磨方法，以此确保更高的精度与稳定性。综上所述，对于非标设计、精度要求相对较低的设备，常用的滚珠丝杠精度等级为C7和C10；而在对精度有更高诉求的应用场景中，C5级以上则成为理想之选。
丝杆轴径：丝杠轴径与负载呈正相关关系，而负载相关参数涵盖动额定负荷和静额定负荷。常见的规格（单位：mm）有：8、10、12、14、15、20、25、32。
导程：导程指的是丝杆旋转一周时，螺母直线运动的距离。常见的导程（单位：mm）包括：2、4、5、8、10、20、25、32。
预压等级：预压等级越高，螺母与螺杆的配合越紧密；反之，等级越低则配合越松散。
行星滚柱丝杠属于一种基于螺纹啮合与齿轮啮合复合运动的新型线性传动机构。其基本部件涵盖丝杠、滚柱、螺母和行星支架；行星支架支撑6-12个小滚柱均匀分布于丝杠与螺母之间，在传动进程中滚柱环绕丝杠进行行星式运动。丝杠和螺母表面具备三角形多头螺纹，滚柱中段加工有牙型或圆弧形单头螺纹，两端为小模数花键或齿轮，行星滚柱丝杠正是凭借螺纹牙之间的啮合达成载荷的传递。
二、性能对比：滚柱丝杠优势凸显
滚柱丝杠在负载能力、使用寿命、转速与加速度以及导程设计等方面展现出更为卓越的性能，尤其在人形机器人应用领域更具适配性。行星滚柱丝杠的标准精度等级为G1、G3、G5，因其同样基于滚动摩擦原理，其传动效率与滚珠丝杠相近。
在人形机器人的直线执行模组中，丝杠有着关键应用。以特斯拉机器人Optimus为例，其躯干共有28个关节，其中旋转关节和直线关节各14个。直线执行模组由手臂和腿部构成，覆盖腕、肘、髋、膝、踝等部位。每个直线执行器由无框力矩电机+反向式行星滚柱丝杠+一维力传感器＋编码器组成，共同构建起精密且高效的运动控制系统。目前Optimus依据不同位置的丝杠承载力差异，设有500N、3900N、8000N三种规格。由此可见，人形机器人已成为丝杠需求增长的全新爆发点。
丝杠作为一种对精度、强度、耐磨性以及可靠性等均有着极高要求的关键部件，其制备过程面临着诸多挑战，主要的壁垒集中体现在加工工艺与设备层面。深入探究这些方面，对于全面理解丝杠制造的复杂性和高端性具有极为重要的意义。
一、滚珠/柱丝杠加工：工艺铸就品质，技术构筑壁垒
（一）加工工艺抉择：磨削与冷轧的优劣博弈
在滚珠/柱丝杠的加工方式领域，磨削和冷轧是两种主要的途径，二者在丝杠加工工艺中有着截然不同的特点与应用范畴。
磨削加工，作为一种利用高速旋转的磨具或磨料切除工件表面多余材料的精加工方式，具备精度等级高的显著优势，其精度可达C5级甚至更高层级。
然而，这种高精度的背后是生产效率的相对低下以及高昂的制造成本，其工艺周期往往长达30-50天。
与之相对的冷轧加工，也就是滚压成形工艺，展现出了较高的生产效率，其工艺周期能够大幅缩短至1-3天。但是，冷轧工艺制成的丝杠精度相对有限，一般仅能达到C7或C10级，故而这种工艺更多地适用于对精度要求不那么严苛、但注重生产规模与效率的大批量生产场景。
在实际的精密滚珠/柱丝杠生产过程中，常用的方法是“粗车+精磨”，这一流程涵盖了从毛坯下料直至装配入库的二十多道工序。无论是丝杠还是螺母，都需历经切削加工工序、热处理工序以及辅助工序等多个环节。在切削加工工序的安排上，遵循着“先粗后精”“基面先行”以及“先主后次”的基本原则，以此确保每一道工序都能精准有效地提升丝杠的品质与性能。
（二）螺纹加工：核心工艺的深度探索与挑战
螺纹加工工艺无疑是整个丝杠加工的核心壁垒所在，其常见的加工方法可大致归类为滚压加工和切削加工两大类别。
螺纹滚压加工基于塑性变形原理，借助成形模具对工件进行挤压从而获得螺纹。依据模具的不同，又可细分为搓丝和滚丝两种方式。相较于切削加工，滚压加工具有独特的优势，其能够产生连续的金属纤维，使得加工表面光洁度更佳、硬度和强度更高，并且生产效率能够超出切削加工数倍甚至几十倍。因此，对于对精度要求并非顶级的梯形丝杠而言，滚压加工无疑是一种经济高效的理想选择。然而，滚压成形方法并非万能，它对材料硬度、材料脆性、螺纹孔形状以及外径等方面均有着较高的要求，这在很大程度上限制了其适用范围。
螺纹切削加工则是利用成形刀具或磨具在工件表面加工出螺纹，具体涵盖了车削、磨削、铣削、攻丝以及套丝等多种方式。其中，车削、磨削、铣削隶属于机械加工范畴，这类加工方式的生产自动化程度相对较高，能够有效保障产品的一致性。一般而言，在加工精度方面呈现出磨削>铣削>车削的顺序，而加工效率则恰好相反。攻丝和套丝通常为手工操作，其加工质量不仅取决于丝锥或板牙的精度，更在很大程度上依赖于工人的熟练程度，因此这两种方式一般仅适用于小直径螺纹的加工。
（三）丝杠校直：恢复直线精度的关键工序
校直工序旨在对丝杠的弯曲变形进行校正，使其恢复至理想的直线状态。细长类丝杠零件在制造过程中极易产生变形，这主要源于热处理后热应力和组织应力的复合作用，或者在切削过程中因受力作用而产生的振动。一旦丝杠的形变量超出公差范围，将会对工件质量产生严重影响，甚至可能阻碍后续的热处理、螺纹加工等关键工序的顺利进行。
为了使弯曲的丝杠恢复直线状态，通常采用施加外力的方式，促使零件产生反向弯曲，即所谓的压力校直。具体而言，当残留变形与初始变形相等时，丝杠便可视为完成校直。校直工艺可分为冷态校直和热态校直两种类型，其中热态校直在保持零件精度方面更具优势。
冷态校直是在室温环境下施加外力的校直方法，具体又可细分为冷压校直、冷态正击校直和冷态反击校直。以冷压校直为例，在操作过程中，首先将测量后的零件凸起部位向上水平放置，然后对凸起一面施加压力，使其产生塑性变形。基于“矫枉过正”的原理，一般需要将零件压至低于水平线少许，随后借助零件自身的回弹特性来抵消过量的反向弯曲。
热态校直则是在特定温度条件下进行的校直操作，其既可以通过对变形部位进行局部加热，随后使其骤冷收缩来实现，例如热点校直；也可以在热处理后，待零件冷却至一定程度时迅速进行测量并施加压力，如热压校直。相较于冷态校直，热态校直后的零件能够在较长时间内保持工艺要求以内的尺寸和形状稳定性，而冷态校直由于受外力作用可能会出现反弹现象，从而导致零件精度的降低。
在供应商层面，国外丝杠自动校直机的领先企业包括德国MAE、意大利Galdabini、日本Kokusai和德国KBH等，它们在技术研发与产品质量方面具有显著优势。而国内厂商如中机试验装备、上海北友、长春上科机械等也在近年来取得了长足进步，在自动化设备领域已基本实现了国产替代，能够充分满足下游丝杠加工的多样化需求，为我国丝杠制造业的发展提供了有力的设备支撑。
（四）热处理：赋予丝杠卓越性能的关键工艺
热处理工艺在丝杠制造过程中扮演着极为关键的角色，它是指将工件在固态下进行加热、保温和冷却操作，通过精心调控这一系列过程，使工件内部组织发生预期的转变，进而获得所需的力学性能、物理性能和化学性能。依据加热和冷却方法的不同，热处理工艺可细分为整体热处理、表面热处理和化学热处理三大类别，每一种类别都在丝杠制造的不同环节发挥着独特且不可或缺的作用。
球化退火环节，鉴于丝杠与螺母通常选用GCr15（高碳铬轴承钢）作为材料，其硬度高达60HRC以上，在切削加工前必须对丝杠或螺母进行预备热处理。通过球化退火工艺，能够将GCr15材料中的碳化物进行球化处理，从而得到在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物组织。这一组织形态的转变具有至关重要的意义，它能够有效降低工件的硬度，同时增加其塑性和韧性，为后续的切削加工和热处理工序奠定良好的基础，确保整个制造过程能够顺利推进。
感应淬火环节是丝杠热处理工艺中最为重要且复杂的部分，其对产品质量起着决定性作用。感应淬火的核心原理是基于交流电的集肤效应，当感应线圈通以交流电时，磁场中的工件会产生感应电流，且该电流分布呈现不均匀性，靠近表层的电流密度最大，而中心处几乎为零。利用这一特性，工件表面能够被快速加热至奥氏体状态，随后通过喷水快冷的方式，即可获得马氏体组织，从而完成表面感应淬火。感应淬火具有加热时间极短的显著优势，一般仅需几秒或几十秒即可完成加热过程，淬火后的工件表面硬度大幅提高。同时，由于中心部位未被加热，工件的变形得以有效控制，韧性也能够得到较好的保留。然而，这一工艺也存在一定的挑战，其质量控制难度较大，尤其是在处理形状复杂的工件时，需要更加精准的工艺参数调控和丰富的实践经验。此外，感应淬火后通常还需立即进行回火处理，其目的在于消除残余压应力，降低工件的脆性，进一步提升工件的综合性能。
时效处理环节同样不容忽视，丝杠在淬火或切削加工后，内部会不可避免地产生应力变形。这种应力变形不仅会影响丝杠的尺寸稳定性和精度，还会导致产品在使用过程中易于出现疲劳和磨损现象，严重降低产品的使用寿命和可靠性。时效处理正是针对这一问题而设立的关键工序，它通过将变形工件置于室温（自然时效）或特定温度（人工时效）下一段时间，使工件内部组织逐渐趋于稳定，从而有效消除内应力，确保丝杠在后续的使用过程中能够保持稳定的性能表现。
二、核心设备剖析：高精度与可靠性的双重追求
（一）磨削设备：高精度磨床的核心地位与挑战
磨床作为磨削工艺中所运用的高精度加工机床，在滚珠/柱丝杠生产线中占据着极为关键的最后一道机械加工工序的位置，其对丝杠装配后的精度起着决定性的影响。磨床的基本工作原理是借助磨具磨料去除工件表面的多余层，从而使工件达到预定的加工精度及表面粗糙度等严格要求。
依据加工方式和用途的差异，磨床可划分为外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、无心磨床等通用磨床类型，以及专门针对某类特定零件进行加工的专用磨床。从主轴的放置方式来看，又可分为立式、卧式和龙门式三类；按照控制方式的不同，则可分为数控磨床和非数控磨床。在磨削运动方面，尽管因所用磨具、工艺方法以及工件表面及形状的不同而存在差异，但通常而言，主运动均为磨具的高速旋转，进给运动则是工件和磨具的位移。
从企业类型与竞争力的角度进行划分，我国数控磨床市场的竞争者大致可分为三个层次。第一层次为技术领先的国际知名厂商，如德国埃玛克、美国莱玛特、日本三井精机等，这些企业凭借其在行业内深耕多年所积累的丰富经验以及强大的研发创新能力，在我国高端数控磨床市场占据着主要份额。它们的产品在精度、可靠性、智能化程度以及品牌影响力等方面都具有显著优势，是我国高端制造企业在引进先进磨床设备时的主要选择对象。第二层次为国内具备核心竞争力的中高端企业，例如秦川机床、华辰装备、宇环数控等国家专精特新“小巨人”磨床企业，以及原“十八罗汉”改制而来的无锡机床、上海机床厂等。
在旋风铣工艺中，刀具性能无疑是决定旋铣加工质量的关键要素之一，其中切削耗材的齿形一致性以及材质更是重中之重的关键变量。
铣刀主要由刀柄、刀体和切削耗材三个部分组成。刀柄起着连接机床主轴与刀体或整体式刀具的桥梁作用，其一端与机床主轴直接联接，另一端与刀体或整体式刀具相连接，其核心功能在于精准地将机床主轴的回转精度以及转动扭矩传递给被加工工件，从而确保加工过程的准确性与稳定性。刀体结构的设计则直接关系到铣削工艺的有效实现，其对加工效率和加工精度均有着极为重大的影响。一个精心设计的刀体结构能够优化切削力的分布，减少振动与变形，进而提高加工精度与表面质量，同时还能提升材料去除率，缩短加工时间，提高生产效率。
而切削耗材作为直接与被加工工件发生相互作用的关键部分，其形式可以是刀片或整体式刀具。刀片通常安装于刀体上，而整体式刀具既可以安装于刀体，也能够直接与刀柄联接。在这些组成部分中，切耗材料无疑是铣削加工的核心主体，它直接决定了螺纹加工的质量。以刀片为例，如果旋铣刀盘上的多个刀片存在齿形偏差或倒棱大小差异，那么在加工过程中势必会造成相邻铣削截面的不一致性，这种不一致性将直接导致丝杠滚道出现周期性波动，严重影响丝杠的精度与性能。
从我国刀具市场的整体消费规模来看，近年来呈现出不断扩大的趋势，并且以硬质合金刀具为代表的中高端产品国产化速度正在逐步加快。在2016-2018年以及2019-2021年期间，我国刀具年销售额呈现出快速增长的态势，尽管在2022年由于新签订单不足等因素的影响，销售额同比出现了2.7%的回落，但仍达到了464亿元的规模。其中，国产刀具年销售额约为338亿元，占比73%，相较于2018年提高了8个百分点，这一数据表明国产刀具在国内市场的份额正在稳步提升，国产化进程取得了积极的进展。而进口刀具的销售额为126亿元，占比27%。
（一）热处理：基础工艺的关键影响力
热处理工艺作为装备制造领域的基础工艺之一，贯穿于材料预处理以及后续精加工的多个关键环节，对金属工件产品的最终性能起着决定性的作用，其在硬度、韧性、尺寸稳定性和精度等方面的影响尤为关键。
在球化退火环节，由于丝杠与螺母通常选用GCr15（高碳铬轴承钢）作为原材料，其初始硬度高达60HRC以上，这种高硬度状态不利于后续的切削加工工序。因此，在切削加工前必须对丝杠或螺母进行预备热处理，即球化退火处理。通过这一工艺，能够将GCr15材料中的碳化物进行球化处理，使材料内部组织转变为在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物组织。这种组织形态的转变能够显著降低工件的硬度，同时有效增加其塑性和韧性，从而为后续的切削加工工序提供良好的加工性能，确保切削过程能够顺利进行，并且为后续的热处理工序奠定坚实的组织基础。
感应淬火和回火环节在丝杠热处理工艺中占据着最为核心且复杂的地位，其工艺质量在很大程度上直接决定了产品的最终质量。感应淬火的基本原理是基于交流电的集肤效应，当感应线圈通以交流电时，会在周围空间产生交变磁场，处于该磁场中的工件内部会产生感应电流。
由于集肤效应的存在，这一感应电流在工件内部的分布呈现出明显的不均匀性，靠近工件表层的电流密度最大，而随着深度的增加，电流密度逐渐减小，在中心处几乎为零。利用这一特性，能够使工件表面在极短的时间内被快速加热至奥氏体状态，随后通过喷水快冷的方式，使工件表面迅速冷却，从而获得马氏体组织，完成表面感应淬火。
然而，这一工艺也并非毫无挑战，其质量控制难度较大，尤其是在处理形状复杂的工件时，由于电流分布的不均匀性更加复杂，需要更加精准地调控工艺参数，并且要求操作人员具备丰富的实践经验和专业知识。此外，为了消除淬火过程中产生的残余压应力，降低工件的脆性，在感应淬火后通常需要立即进行回火处理，回火工艺能够使工件内部组织进一步稳定，从而全面提升工件的综合性能。
（二）国产感应淬火设备：现状、挑战与发展前景
在我国感应热处理技术的发展历程中，经历了全面引进、自力更生、快速发展和自主创新四个重要阶段，目前数字化智能化技术正逐渐成为推动这一产业持续发展的重要引擎。
在丝杠热处理工艺中，表面感应淬火作为核心环节，其对应的设备——感应淬火机床具有较高的技术含量。感应淬火机床主要由感应加热电源、数控系统、其他关键功能部件（包括感应器和变压器等）、冷却装置和床身主体五个部分组成。由于其技术复杂性和高精度要求，感应淬火机床价格较为昂贵，尤其是高档数控产品，单机价格通常在100-300万元不等，并且价格会根据机床的尺寸大小等因素产生较大幅度的调整。
除了感应加热电源和数控系统外，感应淬火机床还包含其他种类繁多的关键功能部件，其中主要为感应器和变压器。感应器是利用电磁感应加热原理对工件进行加热的终端部件，其具有高度的定制化特点，需要根据被加热工件的材质、硬化层分布和形状等因素进行特殊设计，以确保能够实现最佳的加热效果和均匀的硬化层分布。变压器则主要用于为加热电源进行降压/升压、隔离及阻抗匹配等操作，在保障电源稳定运行和匹配工件加热需求方面发挥着重要作用。值得欣慰的是，在变压器产品方面，我国已基本实现了进口替代，国内企业能够自主生产满足感应淬火机床需求的变压器产品，在一定程度上降低了对国外产品的依赖。
从生产方式的角度来看，感应淬火机床可分为专用机床和通用机床两种类型。专用机床能够根据不同的应用场景进行细分，形成多种具有针对性的品类，其定制化程度高、成套性强、可达精度高，非常适用于特定工件的大批量生产，能够在保证产品质量一致性的前提下，实现高效的生产加工。通用机床则更侧重于灵活性，适用于需要经常变换工件的单个或小批量生产场景，但其对产品质量的控制相对专用机床而言较为宽松，适用于对精度要求不是特别高的一般性生产任务。
在国内感应淬火机厂商领域，目前厂商数量相对较少。国际上感应淬火机床制造的龙头企业包括挪威易孚迪、德国埃玛克、意大利萨伊感应、日本DHF和Inductotherm等，这些企业凭借其长期的技术积累、大规模的研发投入和全球化的市场布局，业务广泛分布于全球多个地区，在规模及研发上具有显著的先发优势，其产品在国际市场上占据着重要地位，并且在技术创新和产品升级方面持续引领行业发展潮流。
相比之下，我国感应淬火机床制造领域的厂商规模和数量均相对有限，其中规模较大的主要为恒进感应、恒精感应和升华感应三家企业，其设备年收入都在千万元以上。这三家企业在设备加工大型、中型工件的能力方面已具备一定的实力，与国外企业相比并不逊色，并且在感应加热电源的功率方面也能够达到较高水平，能够满足国内部分中高端市场的需求。然而，不可忽视的是，我国企业在整体自动化程度方面仍存在不足，相较于国际先进水平还有一定的差距。
滚珠丝杠的发展历程颇为悠久，自19世纪末诞生后，历经了多个重要阶段。1940年美国率先将其应用于汽车转向装置，实现了商品化；1952年数控机床的问世进一步推动了滚珠丝杠的专业化生产；至1970年，欧美厂商成功推出成熟的行星滚柱丝杠产品，标志着其技术的持续演进。如今，滚珠丝杠正朝着“高速度、高精度、高可靠性”的方向大步迈进，在高端市场领域，日本和欧美品牌凭借深厚的技术底蕴和长期的品牌积累占据着主导地位。
相比之下，我国滚珠丝杠产业起步较晚，直至20世纪50年代才开始投入相关研究工作。不过，在国家政策的大力扶持下，我国滚珠丝杠产业发展迅速。从1964年成功研制出首套产品，到1991年国产标准与国际接轨，彰显了我国在这一领域的不懈努力与显著进步。当前，中国生产的中低档滚珠丝杠产品在品质上已能与国际同类产品一较高下，然而在高端产品层面，与国际领先企业相比仍存在较大差距。例如，海外厂商已具备稳定生产C1级滚珠丝杠的能力，而中国厂商现阶段主要集中在稳定生产C2级产品，且在C1级产品的稳定供应上尚面临诸多挑战。在滚珠丝杠的中低端市场，中国大陆企业已逐步站稳脚跟，占据了一定的市场份额，但在高端市场的份额仍相对较低。
据智研咨询的权威数据表明，在国内中低端滚珠丝杠市场，我国台湾的上银、银泰以及内地的汉江机床、南京工艺等企业凭借本土化优势和产品性价比，占据了主导地位。而在高端市场，力士乐、THK、NSK等日本和德国厂商凭借其卓越的技术工艺和品牌影响力，几乎形成了垄断局面。以汉江机床、南京工艺等为代表的国内企业，虽在中低端市场拥有一席之地，但在高端市场的份额仅约为5%左右。无论是在加工制造的精细化程度、生产效率，还是在生产规模的扩张上，都与国际龙头企业存在着较为明显的差距。不过，国内企业并未因此而气馁，始终在努力缩小差距的道路上奋勇前行，不断加大研发投入，提升技术水平，优化生产工艺，以期在高端市场实现更大的突破。
从市场规模来看，根据禾川科技的公告预测，到2030年全球滚珠丝杠市场规模将有望达到28.13亿美元，2022年至2030年的复合年均增长率为5.93%。近年来，随着国内制造业转型升级的加速推进，企业对高端数控机床和机器人等高端装备的需求呈现持续增长的态势。与此同时，国产高端滚珠丝杠的性能也在不断提升，其替代进口产品的进程正稳步推进。可以预见，随着我国企业技术水平的持续进步以及规模经济效应带来的成本优势逐步显现，与国际先进水平的差距将进一步缩小。我国的滚珠丝杠产业有望在未来实现更为广泛的市场突破，在中高端领域的市场占有率也将持续提升，从而在全球滚珠丝杠市场竞争格局中占据更为重要的地位。
二、行星滚柱丝杠：海外主导，国内梯队追赶
在行星滚柱丝杠领域，同样是海外企业占据主导地位。海外龙头企业凭借其悠久的发展历史、深厚的技术沉淀以及丰富的经营管理经验，在高端行星滚柱丝杠市场中牢牢占据着优势地位。而我国企业由于受到磨削加工技术、加工设备等关键技术条件的限制，在高端市场竞争中面临较大压力。
尽管如此，国内部分企业在行星滚柱丝杠领域也已具备了一定的产业基础。例如南京工艺装备、博特精密机械等企业已能够开展小规模生产，在一定程度上推动了国内行星滚柱丝杠产业的发展。然而，不可忽视的是，与国外产品相比，国产行星滚柱丝杠在效率、承载能力和精度等核心性能方面仍存在一定差距。据统计数据显示，在2023年我国市场中，Rollvis、GSA、Ewellix等国外知名企业的销售额占比分别为29%、27%、15%，而国内企业的市场份额合计仅为16%，这充分反映出国内企业在市场竞争中的劣势地位以及与国外企业的差距所在。
在我国企业的市场竞争格局方面，已逐渐形成了不同的梯队。南京工艺、博特精工、优仕特、上银科技等企业专注于行星滚柱丝杠的生产制造，凭借其在技术研发、产品质量和市场拓展等方面的突出表现，处于行业第一梯队，引领着国内行星滚柱丝杠产业的发展方向。第二梯队包括贝斯特、鼎智科技、五洲新春等企业，它们在技术水平和市场份额上虽略逊于第一梯队，但也具备较强的竞争力，通过不断创新和优化产品，努力提升自身在市场中的地位。第三梯队则有恒立液压、科德数控、长盛轴承等企业，它们在行星滚柱丝杠领域也有着各自的布局和发展潜力，为整个产业的多元化发展贡献力量。
从专利申请情况来看，近10年行星滚柱丝杠技术相关专利申请量呈现大幅增长的趋势，这也反映出行业对技术创新的重视程度不断提高。其专利申请趋势可大致分为萌芽期和成长期两个阶段。
在萌芽期（2009年之前），每年的专利申请数量极为有限，不超过15项，且多数专利来源于日本、德国、法国、美国、瑞士等技术先进国家。这一时期的技术研发主要集中在行星滚柱丝杠总体结构设计技术以及行星滚柱丝杠及螺母螺纹加工制造技术等基础层面，主要的专利申请人有日本丰田、舍弗勒、SKF、NSK等国际知名企业，它们在行星滚柱丝杠技术的早期研发中占据着主导地位。
进入成长期（2010年至今）后，专利数量总体呈现快速增长的态势，又可细分为两个阶段。第一阶段为2015年之前，专利数量增长的主要驱动力仍来自德国、瑞典、法国、日本等国家，技术研发重点依然围绕行星滚柱丝杠总体结构设计方面展开，旨在进一步优化产品结构，提升性能。第二阶段从2016年起，中国专利数量在总申请量中的比重逐年扩大，这一时期的技术研发涵盖了行星滚柱丝杠总体结构设计、行星滚柱丝杠及螺母螺纹加工制造、行星滚柱丝杠副传动精度及效率测量、刚度特性试验等多个重要方面。这表明中国企业在行星滚柱丝杠技术研发方面的投入不断加大，创新能力逐渐提升，正逐步缩小与国际先进水平的差距，在全球行星滚柱丝杠技术竞争格局中逐渐崭露头角，有望在未来实现更大的技术突破并带动产业升级。
人形机器人作为机器人领域的新兴力量，正展现出极为广阔的市场前景。与现有的工业机器人、服务机器人等传统机器人相比，人形机器人在人类工作和生活环境中的通用性与适应性显著更强。其能够灵活应对复杂多变的环境，熟练地像人类一样操作工具，实现与人类的高效协作甚至在某些场景下替代人类作业。而且，人形机器人近似人类的外形设计极大地提升了其在人机交互方面的亲和力与接受度，这一特性在众多应用场景中都发挥着极为关键的作用。
据GGII预测，2024年全球人形机器人市场规模将达10.17亿美元，而到2030年，这一规模有望飙升至150亿美元，2024-2030年期间的复合年均增长率（CAGR）将超过56%，全球人形机器人销量也将从1.19万台迅猛增长至60.57万台。如此迅猛的发展态势，无疑为人形机器人相关产业带来了前所未有的发展机遇。
随着人形机器人行业在近两年的快速崛起，国内外众多车企纷纷将目光投向这一领域，计划在其工厂中引入人形机器人应用，并积极与人形机器人企业展开深度合作。例如，特斯拉率先宣布在其制造工厂中率先部署Optimus；宝马与Figure签署合作协议，意图在美国工厂大规模应用人形机器人；优必选旗下的WalkerS成功进入蔚来汽车工厂开展“实训”；奔驰与Apptronik达成合作意向，将把Apptronik旗下的人形机器人Apollo引入汽车生产线等。这些车企的积极布局，不仅为人形机器人的应用场景拓展提供了有力支撑，也进一步推动了人形机器人行业与汽车制造等传统行业的深度融合与创新发展。
二、滚柱丝杠：人形机器人的核心传动之选
在人形机器人的众多零部件中，滚柱丝杠尤其是行星滚柱丝杠，凭借其卓越的性能优势，成为了人形机器人传动系统的核心部件。相较于传统的滚珠丝杠，行星滚柱丝杠在承载能力、抗冲击能力、运动速度以及使用寿命等关键性能指标上表现更为突出，能够在确保高精度传动的同时，更好地满足人形机器人复杂多变的运动需求。
然而，由于当前人形机器人仍处于产业化初期阶段，技术尚未完全成熟，且行星滚柱丝杠的制造成本相对较高，这使得不同的人形机器人制造商在现阶段会根据自身的产品定位、技术研发能力以及成本控制要求等因素，灵活选择滚珠丝杠或行星滚柱丝杠作为其精密传动解决方案。但从长远来看，随着人形机器人产业化进程的加速推进，规模效应将逐渐显现，生产成本将逐步降低。与此同时，国内行星滚柱丝杠制造商也在持续加大技术研发投入，不断推进产品迭代升级，其应用成本有望持续下降。可以预见，在不久的将来，滚柱丝杠将逐步取代滚珠丝杠，成为人形机器人精密传动领域的主流解决方案。
以特斯拉机器人Optimus为例，其躯干部分共配备28个关节，其中旋转关节和直线关节各14个，而直线关节采用了大、中、小三种共计14个反向式行星滚柱丝杠，这充分凸显了行星滚柱丝杠在人形机器人“肢体”传动系统中的核心地位与关键作用。
根据智研咨询的数据预测，以特斯拉Optimus为参考蓝本，在2023年人形机器人核心零部件价值量占比中，丝杠占比为14%；而到2030年，这一占比将提升2个百分点至16%，丝杠在人形机器人整体价值构成中的比重将显著提升。同时，结合对全球及中国市场人形机器人市场规模的预测以及2030年全球人形机器人销售单价（预计为2.5万美元/台）的预估，到2030年，丝杠在一台人形机器人中的价值量将约为0.4万美元。由此推算，到2030年人形机器人所需的滚柱丝杠市场空间将有望达到24.23亿美元，这无疑为滚柱丝杠产业带来了巨大的市场增量空间与发展潜力。
三、AI赋能：形机器人商业化加速推进
近年来，人工智能（AI）技术的飞速发展为机器人产业注入了强大的创新动力，推动机器人从传统的自动化作业模式向智能化、网络化、交互性更强的新阶段迈进。在AI技术的有力加持下，机器人的作业能力与效率得到了质的飞跃，不仅能够更加精准、高效地完成各种复杂任务，还能够实现与人类的自然交互，显著提升人机协作的效率与安全性。
在人形机器人领域，AI技术的赋能效果尤为显著。以宇树近期发布的G1EDU为例，在AI技术的驱动下，该机器人能够精准地抓取各类物品，并流畅地完成一系列指定工作任务，尽管在某些动作细节上仍存在一定的提升空间，但已经初步具备了自主完成复杂工作的能力。同样，特斯拉发布的Optimus在工厂实训的最新视频也展示了其令人瞩目的进步。相较于以往版本，Optimus不仅能够熟练地完成电池分装等精细工作，还具备了从故障状态中自主恢复的能力，其行走稳定性与续航能力也有了显著提升。这些实例充分表明，在AI技术不断更新迭代以及对机器人本体持续进行训练优化的大背景下，人形机器人的进化速度正不断加快，其综合性能也在持续提升，逐渐向能够真正胜任各种复杂工作任务的目标迈进。
随着技术的不断进步与应用场景的逐步拓展，国内外人形机器人厂商纷纷加快了商业化布局的步伐，积极与下游应用企业展开合作，签订商业协议。自今年以来，人形机器人行业喜讯连连，众多厂商或成功与下游企业达成合作意向并签订商业协议，或已将人形机器人产品顺利送入工厂进行实训测试，或推出了具有创新性的新型人形机器人产品，或与其他企业联合建立研发项目以共同攻克技术难题等。从当前行业的整体发展态势来看，在人形机器人制造企业持续致力于降低生产成本、提高产品性价比的大趋势下，未来人形机器人的商业化落地进程将进一步提速，其在各个应用领域的市场渗透速度有望大幅提升，甚至可能超出市场预期，从而带动与之紧密相关的丝杠等零部件产业的需求持续扩大，为整个产业链的协同发展注入强劲动力。
四、国产替代：人形机器人浪潮中的机遇与挑战
人形机器人的大规模量产必然伴随着对成本控制的严格要求，尤其是在丝杠这一关键零部件领域。目前，人形机器人丝杠的核心技术壁垒主要集中在螺纹精加工环节，若国内企业能够成功突破这一工艺瓶颈并实现规模化量产，机器人生产商将很可能将战略重点转向供应链的成本控制与生产效率提升，对供应链的成本控制能力与产品良品率提出更高的要求。
与外资厂商相比，国内丝杠制造企业具备诸多独特的优势。首先，在人力成本方面，国内相对较低的劳动力成本能够有效降低产品的制造成本，在大规模生产过程中这一成本优势将更加明显。其次，在设备采购方面，国产设备的采购价格相对较低，能够帮助企业在设备投资环节节省大量资金，提高资金使用效率。此外，国内企业在工艺迭代速度上往往更为迅速，能够更快地响应市场需求变化与技术创新要求，及时对生产工艺进行优化升级，推出更符合市场需求的产品。
