直線傳動是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動、或?qū)⒅本€運(yùn)動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的一種機(jī)械傳動方式。直線傳動有多種方式，如皮帶傳動、鏈傳動、液壓傳動、絲杠傳動、氣動傳動、電磁傳動等，其中絲杠傳動因其獨(dú)特的優(yōu)勢，幾乎涉及到所有需要精確直線運(yùn)動控制的場合，典型應(yīng)用場景包括汽車、機(jī)床、半導(dǎo)體設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、機(jī)器人和航空航天等。

　　什么是絲杠

　　絲杠是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動、或?qū)⒅本€運(yùn)動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的理想的產(chǎn)品，是工具機(jī)械和精密機(jī)械上最常用的傳動元件，其優(yōu)勢在于高速運(yùn)動下保證定位精準(zhǔn)，由于摩擦力較低，其傳動效率可達(dá) 90%。

　　絲杠由螺母和螺桿/絲杠組成，螺桿是絲杠機(jī)構(gòu)中的旋轉(zhuǎn)部件，通常為圓柱形，外表面有螺旋狀的螺紋;螺母是絲杠機(jī)構(gòu)中的直線運(yùn)動部件，其內(nèi)表面與螺桿的螺紋相匹配。

　　工作原理：當(dāng)螺桿作為主動旋轉(zhuǎn)體時(shí)，螺母就會隨螺桿的轉(zhuǎn)動角度按照對應(yīng)規(guī)格的導(dǎo)程將螺桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動，參與做功的工件可以通過與螺母連接，從而實(shí)現(xiàn)對應(yīng)的直運(yùn)動。螺桿的旋轉(zhuǎn)角度與螺母的直線移動量成正比，比例關(guān)系由螺桿的導(dǎo)程(螺紋的螺距)決定。反之，如果螺母作為主動件移動，也可以使螺桿旋轉(zhuǎn)，這樣直線運(yùn)動就被轉(zhuǎn)換成了旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。

　　絲杠分類

　　按其摩擦特性，絲杠可分為三類：滑動絲杠、滾動絲杠及靜壓絲杠。

　　來源：萬捷傳動，柯浩《行星滾柱絲杠傳動精度分析與設(shè)計(jì)》

　　1)滑動絲杠是最普通的絲杠機(jī)械，牙型多為梯形，又稱梯形螺紋絲杠。它沒有滾動體，靠滑動摩擦傳遞推力，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，具有自鎖性，在機(jī)床上應(yīng)用廣泛。它連續(xù)工作發(fā)熱嚴(yán)重，傳動效率較低(30-50%)。

　　2)按照滾動體的不同，滾動絲杠可進(jìn)一步劃分為滾珠絲杠和行星滾柱絲杠兩類，下文將重點(diǎn)講述這兩類絲杠。

　　3)靜壓絲杠需要增加一套供油/氣系統(tǒng)，通過在螺母和螺桿之間形成一層流體膜來實(shí)現(xiàn)無接觸或近乎無接觸的運(yùn)動，大幅減少了摩擦和磨損，可以達(dá)到極高的定位精度，但其工藝復(fù)雜，加工非常困難，成本較高，應(yīng)用較少。

　　來源：南京工藝

　　精度是衡量滾珠絲杠性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一，高精度的滾珠絲杠可以提供更精確的定位和重復(fù)定位能力。根據(jù) ISO(International Organization for Standardization 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織)、DIN(Deutsche Industrie Norm 德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))以及 JIS(Japanese Industrial Standards 日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))規(guī)定，行星滾柱絲杠和滾珠絲杠的精度等級劃分大致相同，主要都是通過絲杠任意 300mm 長度的導(dǎo)程誤差(V_300)分類。其中，ISO 將精度等級劃分為 C0、C1、C3、C5、C7、C10，DIN 將精度等級劃分為 C1、C3、C5、C7、C10，除 C0 外，ISO 與 DIN 等級劃分基本相同。部分歐美企業(yè)采用字母 G 區(qū)分精度等級，但含義與 ISO 的等級一一對應(yīng)。國內(nèi)滾珠絲杠的精度等級分為 7 類(P1、P2、P3、P4、P5、T7、T10)，1-10 精度依次遞減，即數(shù)字越小代表精度越高。

　　普通機(jī)械大多采用軋制的制作方式，對應(yīng) C7 和 C10 精度等級;在對精度要求較高的應(yīng)用場景中，常采用磨制的方式，對應(yīng)精度區(qū)間為 C0-C5。

　　精度要求低：智能家居、電動工具、汽車等消費(fèi)類工具對絲杠的精度要求較低，目前主要使用梯形絲杠和中低端滾珠絲杠。其中，汽車動力轉(zhuǎn)向器、線性制動器精度要求 C6-C8、C5-C8。

　　精度要求高：工業(yè)機(jī)械設(shè)備對精度有一定要求，不同類型設(shè)備對精度的要求不同。一般來說，通用機(jī)械或普通數(shù)控機(jī)械選 C7(任意 300 行程內(nèi)定位誤差±0.05)或以下，高精度數(shù)控機(jī)械選 C5(±0.018)以上 C3(±0.008)以下，光學(xué)或檢測機(jī)械選 C3 以上。機(jī)器人機(jī)械手臂(精密級)精度要求在 C1-C4 級，機(jī)床高精度磨床要求在C0-C2 級。

　　絲杠技術(shù)壁壘

　　生產(chǎn)高精度絲杠主要有三大壁壘：原材料、工藝流程、生產(chǎn)設(shè)備。

　　1、原材料

　　材料是絲杠的制備基礎(chǔ)，絲杠對原材料要求嚴(yán)苛。絲杠在反復(fù)運(yùn)動過程中會受到連續(xù)振動、沖擊和摩擦，因此對于材料的強(qiáng)度、剛性、耐磨性、耐腐蝕性、抗疲勞性、承載力等一定要求，普通的金屬材料無法滿足需求，通常需要特種金屬材料來進(jìn)行制備。根據(jù)博特精工官網(wǎng)，絲杠材料根據(jù)不同工作環(huán)境、精度、負(fù)載等要求，所采用的材料也存在區(qū)別，常見材料包括滲碳鋼、硬化不銹鋼、非合金(碳素)結(jié)構(gòu)鋼(如 45、50 鋼)、低合金工具鋼、軸承鋼等，稀有元素 Cr/Mo 的元素配比及加工工藝等因素影響材料的穩(wěn)定性、熔點(diǎn)和剛度等性能。

　　原材料質(zhì)量欠佳和后續(xù)熱加工工藝不當(dāng)為國內(nèi)絲杠較進(jìn)口絲杠性能存在差距的原因之一。國外絲杠與國產(chǎn)絲杠均采用加入了 Mo 元素的優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼，但是國產(chǎn) Cr/Mo 鋼滾珠絲杠的性能與國外進(jìn)口絲杠仍存在一定的差距。根據(jù)《國產(chǎn) Cr/Mo 鋼滾珠絲杠與國外同類產(chǎn)品的質(zhì)量分析》，國產(chǎn)絲杠存在的帶狀偏析組織是造成其使用性能不佳的重要原因。帶狀組織具有顯著的方向性是脆弱的部位，容易造成在變形過程中的應(yīng)力集中，甚至出現(xiàn)裂紋;帶狀組織還會降低鋼的力學(xué)性能、切削性能和淬透性，使零件淬火變形傾向增大，強(qiáng)韌性降低。

　　2、工藝流程

　　工藝經(jīng)驗(yàn)是機(jī)械部件中無形但十分重要的部分，由于絲杠的加工流程冗長而復(fù)雜，原材料的配方、熱處理的溫濕度、機(jī)床的參數(shù)調(diào)整等諸多因素均會對最終絲杠的性能造成影響，絲杠制造廠商需要較長時(shí)間的積累才能掌握全部工藝，并且應(yīng)用和反饋中不斷迭代和優(yōu)化。從全球來看，目前海外高端絲杠的領(lǐng)先企業(yè)均有悠久的歷史和長期的積累。

　　絲杠軸的加工技術(shù)分為冷軋和研磨兩種，冷軋法的退火工藝和研磨法的螺紋切割為加工難點(diǎn)。冷軋效率高、精度低，螺紋一次成型，無需后續(xù)的切削加工，可以批量制造，成本較低，通常精度等級在C9至C5。研磨效率低、精度高，首先通過切削加工形成粗螺紋，然后通過精密研磨工藝提高螺紋的精度，工藝復(fù)雜，交貨期較長，成本較高，市面上可實(shí)現(xiàn) C9至C0的精度跨度。

　　此外，在工藝流程中，熱處理也同樣是核心要素，熱處理可以改善絲杠的材料性能、切割性能等。技術(shù)設(shè)備的落后、熱處理工藝參數(shù)不到位會導(dǎo)致熱處理結(jié)果變差，熱處理后變形較大，進(jìn)而影響行星滾柱絲杠的壽命。

　　3、生產(chǎn)設(shè)備

　　設(shè)備決定絲杠的加工精度和效率，磨床是絲杠加工的核心技術(shù)壁壘，其精度直接決定絲杠精度。磨床通過其高度精密的磨削技術(shù)，能夠確保絲杠具有一致的螺紋形狀和尺寸，從而提供可靠的性能和穩(wěn)定的運(yùn)動控制。磨床的精度直接影響著絲杠的軸向精度、徑向精度以及整體的運(yùn)動平穩(wěn)性。精準(zhǔn)的磨床工藝能夠確保絲杠的每個(gè)螺紋都具有高度一致的規(guī)格，防止誤差和振動，從而提高了系統(tǒng)的可靠性和工作精度，因而磨床其高精度的加工能力直接決定了絲杠最終的性能和質(zhì)量。

　　國內(nèi)制造高精度磨床的廠家較少，且在精度、穩(wěn)定性等方面和世界頂尖設(shè)備有差距，根據(jù) GGII，目前國產(chǎn)磨床可以滿足 C3-C4 精度的中端絲杠加工，但批量加工高端絲杠(C0-C2)時(shí)，存在出品不穩(wěn)定現(xiàn)象。而進(jìn)口設(shè)備非常昂貴且交期較長，日本三井的高精度螺紋磨床價(jià)格超過 1000 萬元。除了磨床，國內(nèi)旋風(fēng)銑設(shè)備基本依賴進(jìn)口，熱處理設(shè)備、校直設(shè)備與進(jìn)口相比仍有較大差距，基本依賴進(jìn)口。

　　滾珠絲杠

　　滾珠絲杠，又名滾珠絲杠副，適用于精密傳動，產(chǎn)生點(diǎn)接觸滾動摩擦，與滑動絲杠相比摩擦力小、傳動效率高、精度高。

　　滾珠絲杠主要結(jié)構(gòu)包括滾珠絲杠、滾珠螺母、滾珠三部分。滾珠絲杠軸為螺母運(yùn)動的導(dǎo)向軸，其表面具有螺紋，滾珠在螺紋內(nèi)運(yùn)動;螺母由預(yù)壓片、反向器、防塵器等組成，是直線運(yùn)動的移動體，帶動滾珠循環(huán)機(jī)制，此外其端部密封件用于封裝潤滑零件、防止異物進(jìn)入;滾珠是利用低摩擦系數(shù)維持整個(gè)零部件運(yùn)轉(zhuǎn)的媒介，根據(jù)關(guān)注循環(huán)方式又分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)。

滾珠絲杠三部分結(jié)構(gòu)，來源：華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院

　　滾珠的內(nèi)循環(huán)、外循環(huán)分別適配不同的場景。從結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來看，外循環(huán)形式的滾珠在循環(huán)過程結(jié)束后，將通過螺母外表面的螺旋槽或插管返回螺母并重新進(jìn)入循環(huán)，工藝相對簡單，易于制造和維護(hù)，徑向尺寸較大，負(fù)載大，適用于高承載傳動系統(tǒng)，如重型機(jī)械、某些工業(yè)自動化設(shè)備等。內(nèi)循環(huán)形式的滾珠始終在螺母內(nèi)部，其通過反向器實(shí)現(xiàn)滾珠的單一封閉式循環(huán)，工藝復(fù)雜，徑向結(jié)構(gòu)緊湊，具有更高的運(yùn)動效率和定位精度，適用于高精度、高效率、高可靠性、中低速場景，如機(jī)床、汽車飛機(jī)部件運(yùn)動控制等。

左圖：外循環(huán)示意圖;右圖：內(nèi)循環(huán)示意圖。來源：諾和精工

　　行星滾柱絲杠

　　行星滾柱絲杠依托絲桿和滾柱的旋轉(zhuǎn)帶動螺母做直線運(yùn)動。行星滾柱絲杠的結(jié)構(gòu)與滾珠絲杠較為類似，包括絲杠、行星滾柱、保持架、內(nèi)齒輪和螺母等，其中滾動元件為行星滾柱而非滾珠絲杠中的滾珠。

　　行星滾柱絲杠的工作原理與太陽系中行星圍繞太陽旋轉(zhuǎn)的模式相似，其中絲桿相當(dāng)于太陽，行星滾柱相當(dāng)于行星，而螺母則相當(dāng)于太陽系中的軌道。絲桿主動旋轉(zhuǎn)帶動滾柱繞絲桿軸向公轉(zhuǎn)同時(shí)繞自身軸線自轉(zhuǎn)，從而帶動螺母做軸向直線運(yùn)動。行星滾柱絲杠通過嚙合滾柱產(chǎn)生線接觸滾動摩擦，大幅增加絲杠傳動過程的接觸面和受力面，與以往用于精密傳動的滾珠絲杠相比，在傳動效率損失不大的前提下，又同時(shí)具備了高轉(zhuǎn)速、高載荷、高剛度、高范圍導(dǎo)程以及更小體積、更低噪音、更方便維護(hù)拆卸等特點(diǎn)。

行星滾柱絲杠結(jié)構(gòu)圖，來源：鄧琦《行星滾柱絲杠電動缸應(yīng)用現(xiàn)狀》

　　行星滾柱絲杠相比滾珠絲杠的性能更優(yōu)。滾珠絲杠載荷傳遞元件為滾珠，是點(diǎn)接觸;而行星滾柱絲杠載荷傳遞元件為螺紋滾柱，是線接觸。因此，行星滾柱絲杠具有高負(fù)載、耐沖擊、體積小、高速等優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)在航空航天、武器裝備、核動力等全球高精尖領(lǐng)域運(yùn)用，同時(shí)在機(jī)床、精密機(jī)器人、汽車 ABS 系統(tǒng)、石油化工等民用場景下也存在廣泛的應(yīng)用需求。

　　優(yōu)勢一：承載能力及壽命更強(qiáng)

　　高承載能力：由于行星滾柱絲杠采用線接觸，與滾珠絲杠的點(diǎn)接觸相比，能夠在相同條件下提供更高的承載能力。

　　高剛度與抗沖擊能力：行星滾柱絲杠的設(shè)計(jì)提供了更高的剛度，同時(shí)保持了良好的抗沖擊性能。

　　長壽命：根據(jù)赫茲壓力定律，行星滾柱絲杠的壽命可達(dá)到滾珠絲杠的15倍，這意味著在相同工況下，行星滾柱絲杠的維護(hù)周期更長，可靠性更高。

　　優(yōu)勢二：導(dǎo)程和節(jié)距靈活，體積小，節(jié)省空間

　　靈活的導(dǎo)程和節(jié)距：行星滾柱絲杠可以設(shè)計(jì)出更小的導(dǎo)程，且導(dǎo)程可以是整數(shù)或小數(shù)，提供更精細(xì)的控制。

　　節(jié)省空間：在提供相同負(fù)載的情況下，行星滾柱絲杠的體積更小，有助于減少機(jī)械設(shè)備的總體尺寸，使得設(shè)計(jì)更為緊湊。

　　優(yōu)勢三：速度和加速度更高

　　高旋轉(zhuǎn)速度和加速度：由于滾柱的非循環(huán)式設(shè)計(jì)，行星滾柱絲杠可以實(shí)現(xiàn)更高的旋轉(zhuǎn)速度和加速度，這對于需要快速響應(yīng)的系統(tǒng)非常重要。

　　高線速度和高輸入轉(zhuǎn)速：行星滾柱絲杠可以達(dá)到更高的線速度(最高2000mm/s)和輸入旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速(可達(dá)5000rpm或更高)，滿足高速運(yùn)行的需求。

　　盡管行星滾柱絲杠具有上述優(yōu)勢，它們的制造成本通常也更高，并且技術(shù)壁壘較滾珠絲杠更大。因此，在選擇使用行星滾柱絲杠還是滾珠絲杠時(shí)，需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求、成本預(yù)算和維護(hù)能力進(jìn)行綜合考量。

　　滾珠絲杠分類：根據(jù)行星滾柱絲杠的結(jié)構(gòu)組成以及運(yùn)動關(guān)系的不同，行星滾柱絲杠可分為標(biāo)準(zhǔn)式、反向式、循環(huán)式、差動式和軸承式五種。

　　1)標(biāo)準(zhǔn)式：也稱為非循環(huán)滾柱絲杠，絲杠通常作為動力輸入端，只繞自身軸線轉(zhuǎn)動;螺母通常與負(fù)載連接，只沿自身軸線移動;滾柱在絲杠的作用下在螺母和絲杠之間做行星運(yùn)動和軸向移動;內(nèi)齒圈固連在螺母上，滾柱端齒與內(nèi)齒圈嚙合保證滾柱在螺母上為滾動，滾柱與螺母相對軸向位移為零，與螺母一起沿軸向移動。

　　2)反向式：螺母和螺釘?shù)墓δ芊崔D(zhuǎn)，結(jié)構(gòu)更緊湊，適用于小行程、需要一體化設(shè)計(jì)工作場景。工作原理與標(biāo)準(zhǔn)滾柱絲杠相同，螺母和螺釘?shù)墓δ芟鄬L柱相反。滾子在螺母內(nèi)軸向移動，螺母被拉長以允許傳動軸的全行程，以較小的導(dǎo)程實(shí)現(xiàn)更高的額定負(fù)載，空間利用率高，但行程受螺母螺紋長度限制。目前特斯拉 Optimus 采取的正是反向式行星滾柱絲杠。

　　3)循環(huán)式：循環(huán)滾柱設(shè)計(jì)，適用于高精度，中低速運(yùn)行工作場景。循環(huán)式滾柱絲杠的滾柱在螺母內(nèi)軸向移動，直到繞杠絲旋轉(zhuǎn)一圈后返回原來的位置。由于最小螺距與循環(huán)滾柱設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)非常高的定位精度、分辨率與極高的負(fù)載力。

　　4)差動式：具備差動運(yùn)動特點(diǎn)，導(dǎo)程更小，適用于傳動較大、負(fù)載較高的工作場景。差動式行星滾柱絲杠采用分段環(huán)槽結(jié)構(gòu)，具備差動運(yùn)動，可以獲得比一般行星滾柱絲杠更小的導(dǎo)程與更大的減速比，且因其緊湊的結(jié)構(gòu)可以使機(jī)電作動器具有更高的功率體積比和功率質(zhì)量比。

　　5)軸承環(huán)式：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本較高，適用于承載能力要求極高的工作場景。增加滾子軸承、端蓋、殼體等部件，承載能力大，在高負(fù)載的情況下，大大減少磨損率，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高。

　　反向式行星滾柱絲杠與標(biāo)準(zhǔn)式行星滾柱絲杠的差別在于螺母作為動力輸入構(gòu)件，繞自身軸線旋轉(zhuǎn)，絲杠作為執(zhí)行部件，沿軸向移動;絲杠兩端增加齒輪替代內(nèi)齒圈與滾柱端齒嚙合，保證滾柱在絲杠上為滾動，滾柱與絲杠沒有相對軸向位移，一起沿軸向移動。反向式行星滾柱絲杠的螺母為主動件，絲杠為輸出構(gòu)件，滾柱、絲杠之間無相對軸向位移，其主要用于中小負(fù)載、小行程和高速的應(yīng)用場景，其最大的優(yōu)勢在于可將其螺母作為電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)電機(jī)和絲杠一體化設(shè)計(jì)，形成結(jié)構(gòu)緊湊的一體式機(jī)電作動器。這種設(shè)計(jì)確實(shí)帶來了額外的工程挑戰(zhàn)，最大難點(diǎn)在于螺母內(nèi)螺紋加工。普通式是螺桿固定，螺母運(yùn)動;反轉(zhuǎn)式是固定螺母，螺桿運(yùn)動。由于反轉(zhuǎn)式的螺母長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通式，如何在如此高長度的螺母內(nèi)加工螺紋是難點(diǎn)，需要精密的機(jī)械加工技術(shù)和高質(zhì)量的控制。

左圖：標(biāo)準(zhǔn)式行星滾柱絲杠結(jié)構(gòu);右圖：反向式行星滾柱絲杠結(jié)構(gòu)來源：《行星滾柱絲杠傳動精度分析與設(shè)計(jì)》柯浩、《行星滾柱絲杠設(shè)計(jì)》王家健

　　行星滾柱絲杠是人形機(jī)器人“肢體”的核心組成部分，可以廣泛應(yīng)用于機(jī)器人的手臂、腿部以及靈巧手等多個(gè)方面，為機(jī)器人提供精確的線性運(yùn)動控制。特斯拉人形機(jī)器人 Optimus 軀干共使用 14 個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、14 個(gè)直線關(guān)節(jié)、以及手部的 12 個(gè)空心杯關(guān)節(jié)，其中直線關(guān)節(jié)部分采用了14個(gè)反向式行星滾柱絲杠(肘部 2 個(gè)，腕部 4 個(gè)，腿部 8 個(gè))，這些絲杠分為500N、3900N、8000N三種規(guī)格，以適應(yīng)不同關(guān)節(jié)的承載需求。

Optimus直線關(guān)節(jié)絲杠,來源:特斯拉機(jī)器人2022AI Day

　　特斯拉在其人形機(jī)器人Optimus中使用反向/反轉(zhuǎn)式行星滾柱絲杠，可能是基于其在性能上的優(yōu)勢，尤其是在承載能力和剛度方面。但不排除對承載力要求更低的人形機(jī)器人采用成本更低的滾珠絲杠。

　　絲杠典型應(yīng)用場景及市場分布

　　絲杠在不同行業(yè)中的廣泛應(yīng)用和市場需求，以下是對新能源汽車、機(jī)床、人形機(jī)器人應(yīng)用場景的進(jìn)一步闡述：

　　1、新能源汽車中的應(yīng)用：隨著汽車電動化和智能化發(fā)展，絲杠在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用不斷加深，如汽車輪邊線控剎車系統(tǒng)(EMB)、后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(iRWS)、線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(SBW)、懸掛系統(tǒng)等，以及對汽車部件的調(diào)節(jié)控制裝置。

　　2、機(jī)床行業(yè)中的應(yīng)用：絲杠是機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)核心零部件之一，機(jī)床包含旋轉(zhuǎn)軸和直線軸，直線軸由絲杠和導(dǎo)軌組成，實(shí)現(xiàn)工件的精確定位和移動。傳統(tǒng)機(jī)床主要采用梯形絲杠/滑動絲杠，數(shù)控機(jī)床是在傳統(tǒng)機(jī)床的基礎(chǔ)上，加入數(shù)字化控制系統(tǒng)，對傳動工件的精度要求更高，目前多采用滾珠絲杠。全球機(jī)床廠供應(yīng)鏈中主軸、擺頭、轉(zhuǎn)臺等功能部件多數(shù)機(jī)床廠出于定制化或差異化考慮傾向于自產(chǎn)自制，但滾動功能部件基本全部外采，伴隨機(jī)床產(chǎn)業(yè)升級滾動功能部件需求持續(xù)增長的確定性較強(qiáng)。

　　3、人形機(jī)器人中的應(yīng)用：人形機(jī)器人的執(zhí)行器分為液壓機(jī)構(gòu)和電機(jī)機(jī)構(gòu)兩種方案。液壓機(jī)構(gòu)雖然性能較好，但成本和維護(hù)成本較高，目前使用較少。電機(jī)方案是當(dāng)前的主流選擇，行星滾柱絲杠承載力強(qiáng)，是人形機(jī)器人線性執(zhí)行器的核心部件，用于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人關(guān)節(jié)的精確控制。海外的特斯拉、德國慕尼黑大學(xué)的 LOLA 機(jī)器人，國內(nèi)理工華匯、開普勒采用了這一技術(shù)路線。

　　對滾珠絲杠而言，從全球市場看，日本和歐洲滾珠絲桿企業(yè)占約70% 的市場份額，CR5 約占市場份額46%，亞太是主要應(yīng)用區(qū)域，市場份額為 49.46%(智研咨詢數(shù)據(jù))，主要滾珠絲杠廠商有日本企業(yè) NSK、THK，德國博世力士樂、舍弗勒，瑞典 Ewellix等。國內(nèi)滾動部件制造廠商眾多，但產(chǎn)品集中于中低端市場，工藝水平較國外存在差距，國內(nèi)廠商包括中國臺灣的 HIWIN、銀泰等，以及中國大陸的南京工藝、秦川機(jī)床等。單看中國市場，根據(jù)金屬加工公眾號信息，國內(nèi)滾動功能部件的高端市場，日本、歐洲企業(yè)合計(jì)市場份額高達(dá) 90%，中國大陸、中國臺灣企業(yè)市場份額各約5%，高端市場格局相對集中;在國內(nèi)滾動功能部件的中低端市場，中國大陸廠商的市場份額約 30%。

　　對行星滾柱絲杠而言，目前國內(nèi)行星滾柱絲杠市場主要被國外廠商占據(jù)，國外龍頭制造商瑞士Rollvis、瑞士GSA和瑞典Ewellix的市場份額占比分別為26%、26%、14%。國內(nèi)企業(yè)在行星滾柱絲杠的核心技術(shù)方面與國外企業(yè)存在一定差距，但在導(dǎo)程精度、最大動載荷、最大靜載荷等性能方面正在逐步追趕，國內(nèi)行星滾柱絲杠廠商合計(jì)市場份額占比為19%。

　　國外絲杠典型企業(yè)

　　1、舍弗勒

舍弗勒的滾珠絲杠和行星滾柱絲杠產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于汽車、半導(dǎo)體、工業(yè)機(jī)器人及自動化、石化等多個(gè)領(lǐng)域。

　　舍弗勒集團(tuán)利用其模具制造部門的精密機(jī)械加工能力，于2009年開始批量生產(chǎn)滾柱絲杠驅(qū)動產(chǎn)品，這標(biāo)志著公司在底盤領(lǐng)域發(fā)展新方向的開始。滾柱絲杠已成為許多底盤應(yīng)用的重要組成部分。

　　2022年，舍弗勒集團(tuán)收購了Ewellix公司，這是一家全球領(lǐng)先的驅(qū)動和線性運(yùn)動解決方案制造商和供應(yīng)商。Ewellix的加入為舍弗勒行星滾柱絲杠部門增添了重要動力，使其擁有了兼顧各種性能和規(guī)格的較完備滾柱絲杠產(chǎn)品矩陣。

　　2、SKF(斯凱孚)

于1907 年在瑞典哥德堡創(chuàng)立，當(dāng)前在全球軸承制造與創(chuàng)新領(lǐng)域居全球領(lǐng)先地位，在致力于軸承、密封件和潤滑系統(tǒng)的開發(fā)、設(shè)計(jì)和制造的同時(shí)，提供機(jī)器狀態(tài)評估、可靠性工程設(shè)計(jì)和再制造服務(wù)，為客戶提供全生態(tài)一站式服務(wù)。

　　目前 SKF 絲杠系列產(chǎn)品主要包括精密軋制滾珠絲杠、研磨滾珠絲杠和滾柱絲杠。

　　3、NSK

成立于 1916 年，是日本首家也是日本最大的軸承制造商，NSK 利用生產(chǎn)軸承錘煉出的精密加工技術(shù)，開展工業(yè)機(jī)械軸承、精密機(jī)械及零部件以及汽車軸承和組件業(yè)務(wù)。

　　在滾珠絲杠生產(chǎn)中，NSK 目前在全球市場占有率第二，研發(fā)水平與產(chǎn)品先進(jìn)性居世界前沿。主要應(yīng)用場景為機(jī)床、注塑機(jī)、普通機(jī)械，也有半導(dǎo)體及液晶的制造裝置等特殊工況。在研發(fā)與產(chǎn)品更新上，NSK 全球首創(chuàng)開發(fā)出用于 EV?混合動力汽車的能量回生協(xié)同制動系統(tǒng)用低摩擦力矩滾珠絲杠，研發(fā)出世界最大的高負(fù)載能力的超大型滾珠絲杠。

　　4、THK

   成立于1971 年，2010 年開設(shè)中國研發(fā)中心。為世界首家通過滾動接觸開發(fā)直線運(yùn)動方法的公司，也是成為世界上第一家開發(fā)了直線運(yùn)動(LM)導(dǎo)軌并使之商業(yè)化的公司。目前是全球最大滾珠絲杠廠商。

　　5、HIWIN

  創(chuàng)立于 1989 年，2009 年在中國臺灣證券交易所掛牌上市，目前已經(jīng)成為全球范圍內(nèi)傳動控制產(chǎn)品與系統(tǒng)科技產(chǎn)品的專業(yè)制造者。HIWIN絲杠提供多種精度等級，滿足不同應(yīng)用需求，精密等級以JIS C0-C7為主。

　　6、Rexroth

   隸屬于博世力士樂集團(tuán)，是一家主要生產(chǎn)液壓系統(tǒng)、減速機(jī)、電控技術(shù)以及機(jī)電一體化產(chǎn)品的大型工業(yè)品公司。在線性傳動技術(shù)領(lǐng)域，Rexroth 提供直線導(dǎo)軌、滾珠和滾柱絲杠、絲杠傳動裝置、電動缸和直線運(yùn)動模組等產(chǎn)品，其滾柱絲杠產(chǎn)品是在近 10 年內(nèi)推出的新產(chǎn)品，采用軋制成型技術(shù)以滿足追求更高經(jīng)濟(jì)性的客戶需求，但在有高精度和高壽命要求的場景下無法使用。 主要產(chǎn)品是 PLSA 行星滾柱絲杠傳動系統(tǒng)，也用于其生產(chǎn)的機(jī)電作動器，但產(chǎn)品可供選擇的直徑范圍較小，產(chǎn)品系列全面性相較于舍弗勒和 SKF 有一定差距。

　　7、Moog

   成立于美國的慕格是全球精密運(yùn)動控制系統(tǒng)的領(lǐng)先集成商，主要服務(wù)于航空航天、國防、工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。在工業(yè)機(jī)械方面，慕格可提供電機(jī)、伺服閥、電動靜壓泵裝置、絲杠等系列產(chǎn)品。其中，絲杠相關(guān)產(chǎn)品有滾珠絲杠、行星滾柱絲杠以及倒置滾柱絲杠，在生產(chǎn)和設(shè)計(jì)定制化高精度行星滾柱絲杠領(lǐng)域有超過三十年的經(jīng)驗(yàn)。其提供多種直徑、多種截距、多種長度選擇，同時(shí)具有高負(fù)載、高啟動速度的行星滾柱絲杠。其生產(chǎn)的絲杠主要用于金屬成形與沖壓機(jī)械，尚未針對人形機(jī)器人等生產(chǎn)專用滾柱絲杠。

　　國內(nèi)絲杠典型企業(yè)

　　國內(nèi)目前的絲杠制造商體量偏小，產(chǎn)品主要以中低端為主。新競爭者紛紛入圍，行業(yè)有望進(jìn)入高質(zhì)量發(fā)展階段。

　　1、漢江機(jī)床

漢江機(jī)床是國家第三個(gè)五年計(jì)劃時(shí)期興建的三線建設(shè)重點(diǎn)工程之一，機(jī)械工業(yè)大型骨干企業(yè)，國內(nèi)螺紋磨床主導(dǎo)企業(yè)。公司主營產(chǎn)品包括機(jī)床與滾動功能部件，滾動功能部件滾珠絲杠副、滾動直線導(dǎo)軌副、滾動導(dǎo)軌塊、滾珠花鍵、滾珠導(dǎo)套、精密十字工作臺、自鎖器、線性模組、精密滾柱交叉導(dǎo)軌副、精密滾針交叉導(dǎo)軌副等，具有 50 年的設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)，擁有規(guī)格、數(shù)量、精度齊全的滾動功能部件加工設(shè)備 和行業(yè)先進(jìn)的螺紋檢測儀器、滾動直線導(dǎo)軌綜合精度檢測儀，具備年產(chǎn)各類滾珠絲杠 20 萬副、滾珠直線導(dǎo)軌10 萬米的生產(chǎn)能力。

　　2、南京工藝

南京工藝在滾動功能部件領(lǐng)域具有 70 年的研究制造歷史，產(chǎn)品為高速、高精中高檔數(shù)控機(jī)床大批量配套，推進(jìn)了國產(chǎn)滾動功能部件的提檔升級和替代進(jìn)口。

　　南京工藝目前產(chǎn)品包括滾動導(dǎo)軌、滾珠絲杠、滾動花鍵、行星滾柱絲杠、數(shù)控精密工作臺等。

　　3、鼎智科技(江蘇雷利)

成立于 2008 年，是以微特電機(jī)為主要構(gòu)成的定制化精密運(yùn)動控制解決方案提供商。目前，公司主要產(chǎn)品包括線性執(zhí)行器、混合式步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)等，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療器械領(lǐng)域，以及機(jī)器人、精密電子設(shè)備等工業(yè)自動化領(lǐng)域。

　　公司線性執(zhí)行器包括滑動絲杠線性執(zhí)行器、滾珠絲杠線性執(zhí)行器和永磁電機(jī)線性執(zhí)行器。公司的絲桿螺母目前完全自主生產(chǎn)，包括設(shè)計(jì)、工藝、模具、注塑等，在效率、噪音等方面國內(nèi)領(lǐng)先。公司的微型行星滾柱絲桿的研發(fā)與生產(chǎn)上已有里程碑式達(dá)成。

　　4、廣東凱特精密機(jī)械

成立于 1993 年，公司產(chǎn)品包括直線模組、直線導(dǎo)軌、鉗制器、滾珠絲杠等，具有二十多年的行業(yè)制造經(jīng)驗(yàn)。

　　5、山東博特精工

前身是山東濟(jì)寧絲杠廠，始建于一九六六年，國家高新技術(shù)企業(yè)，國內(nèi)滾動功能部件骨干專業(yè)化生產(chǎn)廠。公司具有 50 多年的制造經(jīng)驗(yàn)，一直致力于滾動功能部件的研究與生產(chǎn)，是我國滾動功能部件標(biāo)準(zhǔn)(滾珠絲杠副、直線導(dǎo)軌副)主要起草單位，國家高速主軸標(biāo)準(zhǔn)主要起草單位，國家滾珠絲杠副標(biāo)準(zhǔn)工作組組長單位，中國機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會副理事長單位。

　　公司主要產(chǎn)品包括滾珠絲杠、直線導(dǎo)軌、CNC 工作臺、電主軸、機(jī)械主軸、動靜壓主軸、梯形絲杠等。公司精密主軸、主軸單元市場占有率全國第一位，滾珠絲杠副市場占有率居全國前三位，梯形絲杠為全國唯一部優(yōu)產(chǎn)品?！案咚倬茈娭鬏S”、“高速精密滾珠絲杠副”被科技部認(rèn)定為“國家級火炬計(jì)劃重點(diǎn)新產(chǎn)品”。

　　6、秦川機(jī)床

機(jī)床工具行業(yè)的龍頭骨干企業(yè)，具備高精度螺紋磨床生產(chǎn)能力;依托先進(jìn)機(jī)床，先發(fā)布局高精度滾動絲杠及導(dǎo)軌生產(chǎn)，競爭優(yōu)勢顯著。

　　7、恒立液壓

成立于 2005 年，液壓行業(yè)龍頭企業(yè)，液壓油缸起家，多維布局油缸、鑄件、液壓產(chǎn)業(yè)。公司從液壓油缸制造發(fā)展成為涵蓋高壓油缸、高壓柱塞泵、液壓多路閥、工業(yè)閥、液壓系統(tǒng)、液壓測試臺及高精密液壓鑄件等產(chǎn)品研發(fā)和制造的大型綜合性企業(yè)。

　　2021 年，公司定增募資不超過 50 億元，其中 14 億元投向線性驅(qū)動器項(xiàng)目。該項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)后將形成年產(chǎn) 10.4 萬根標(biāo)準(zhǔn)滾珠絲桿電動缸、4500 根重載滾珠絲桿電動缸、750 根行星滾柱絲桿電動缸、10 萬米標(biāo)準(zhǔn)滾珠絲桿和 10 萬米重載滾珠絲桿的生產(chǎn)能力。

　　8、貝斯特

成立于 1997 年,主營業(yè)務(wù)為研發(fā)、生產(chǎn)及銷售各類精密零部件及工裝夾具產(chǎn)品。2022 年設(shè)立全資子公司“無錫宇華精機(jī)有限公司”，全面布局直線滾動功能部件，主營產(chǎn)品包括高精度滾珠絲杠副、高精度滾動導(dǎo)軌副等，瞄準(zhǔn)高端機(jī)床領(lǐng)域、半導(dǎo)體裝備產(chǎn)業(yè)、自動化產(chǎn)業(yè)三大市場進(jìn)行大力開拓。

　　9、長盛軸承

成立于 1995 年，公司是專門從事自潤滑軸承的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的高新技術(shù)企業(yè)。近年來，長盛軸承在滾珠絲杠領(lǐng)域也取得了顯著的進(jìn)展，滾珠絲杠業(yè)務(wù)成為公司新的亮點(diǎn)。長盛軸承的滾珠絲杠產(chǎn)品主要應(yīng)用于商用車變速箱、乘用車制動、轉(zhuǎn)向及駐車系統(tǒng)。

　　10、恒而達(dá)

成立于 1995 年，是切削工具領(lǐng)域頭部公司，主要從事金屬切削工具及配套智能數(shù)控設(shè)備、高精度滾動部件的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。公司的重型模切工具產(chǎn)品在國際及國內(nèi)市場占有率第一;鋸切工具產(chǎn)品性能優(yōu)異，達(dá)到或高于國際、國家標(biāo)準(zhǔn)，是雙金屬帶鋸條領(lǐng)域的主要生產(chǎn)企業(yè)。

　　由于金屬熱處理和加工工藝存在同源性，公司依托多年制造經(jīng)驗(yàn)切入高精度滾動功能部件生產(chǎn)，高精度直線導(dǎo)軌已邁入產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，并持續(xù)開拓滾珠絲杠等工件生產(chǎn)線。

　　11、南方精工

南方精工是一家專業(yè)從事傳動領(lǐng)域軸承及其相關(guān)零部件的制造和研發(fā)的公司。公司主要生產(chǎn)滾針軸承、單向離合器和單向滑輪總成，其系列產(chǎn)品已為多家世界500 強(qiáng)企業(yè)以及全球諸多著名公司配套。公司滾珠絲杠產(chǎn)品目前主要用于汽車行業(yè)。

　　12、匯川技術(shù)

創(chuàng)立于 2003 年，專注于工業(yè)自動化控制產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，定 位服務(wù)于高端設(shè)備制造商。2023 年 5 月，匯川技術(shù)正式完成對韓國 SBC Linear Co., Ltd.的收購，該公司產(chǎn)品主要包括：滾珠直線導(dǎo)軌(Ball Guide)、滾柱直線導(dǎo)軌(Roller Guide)、軋制絲杠和搬運(yùn)用滑軌，產(chǎn)品在精度保持性、噪聲、剛性等指標(biāo)居于行業(yè)前列。

　　13、五洲新春

   主要生產(chǎn)軸承及汽車配件等高端精密零部件。公司主要產(chǎn)品包括軸承、軸承套圈、風(fēng)電滾子、汽車配件等產(chǎn)品，公司也具備絲杠螺母制造能力。已成功研發(fā) RV 減速器軸承及諧波減速器柔性軸承，并送樣知名機(jī)器人減速器企業(yè)。已成功研發(fā)絲桿螺母轉(zhuǎn)向系統(tǒng)軸承組件，具備生產(chǎn)滾珠絲桿系統(tǒng)配件的能力。產(chǎn)品主要應(yīng)用于新能源汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電子剎車和駐車系統(tǒng)、變速箱和主動懸架系統(tǒng)等。

　　14、新劍傳動

成立于1999年，主營業(yè)務(wù)是為半導(dǎo)體通訊、計(jì)算機(jī)、電子、汽車、工程機(jī)械、人機(jī)協(xié)作及服務(wù)機(jī)器人等行業(yè)提供蝸輪、蝸桿傳動部件和精密零部件產(chǎn)品。2005年成立研發(fā)中心，2015年成立研發(fā)中心(上海)實(shí)驗(yàn)室分部，研發(fā)方向?yàn)闄C(jī)械傳動技術(shù)和人工智能應(yīng)用集成技術(shù)。

　　行星滾柱絲杠電動缸產(chǎn)線系列產(chǎn)品是公司最新研發(fā)，2022 年批量化生產(chǎn)的產(chǎn)品， 該產(chǎn)品是省級首臺套，替代進(jìn)口卡脖子工程，將成為液壓驅(qū)動、滾珠絲杠電動缸的未來技術(shù)主力替代方案，廣泛應(yīng)用于汽車、人形機(jī)器人等行業(yè)。公司建有國內(nèi)行星滾柱絲杠首條批量化生產(chǎn)線，2022 年 3 月批量化生產(chǎn)，已具備 350 萬套的批量化生產(chǎn)能力，并且在汽車行業(yè)首先進(jìn)行了應(yīng)用。

　　15、寧波慈興

2018 年慈興集團(tuán)設(shè)立寧波慈興汽車軸承與滾珠絲桿研究院，核心研究開發(fā)方向?yàn)楦叨似囕S承、新能源汽車用軸承、車用滾珠絲桿組件等。2022 年公司年產(chǎn)能為6億套軸承，500萬只滾珠絲杠。