丝杠是一种精密的机械装置，它利用螺母、滚柱、丝杆等组件，将旋转动作转化为直线运动。在人形机器人的设计中，这种机构扮演着至关重要的角色，广泛应用于机器人的手臂、腿部等14个关键部位。丝杠的类型多样，包括滚柱型、滚珠型和滑动型，其中反向式行星滚柱丝杠因其高承载能力、紧凑的体积、卓越的精度和长久的使用寿命而备受青睐，特斯拉的人形机器人便采用了这种丝杠。
随着人形机器人的大规模生产，丝杠技术将迎来一次重大的革新，这不仅将推动技术进步，还可能缩小国内外厂商在该领域的技术差距。
一、丝杠的特点
中投产业研究院发布的《2024-2028年未来产业之中国人形机器人行业深度调研及投资前景预测报告》指出，丝杠作为负责将电机旋转运动转化为直线传动的传动精密件，具备摩擦小、精度高、刚度高、传动可逆性等特点：
（一）摩擦损失小、传动效率高。由于滚珠丝杠副的丝杠轴与丝杠螺母之间有很多滚珠在做滚动运动，所以能得到较高的运动效率。与过去的滑动丝杠副相比驱动力矩达到1/3以下，即达到同样运动结果所需的动力为使用滑动丝杠副的1/3，在省电方面很有帮助。
（二）精度高。滚珠丝杠副一般是用世界最高水平的机械设备连贯生产出来的，特别是在研削、组装、检查各工序的工厂环境方面，对温度、湿度进行了严格的控制。完善的品质管理体制使精度得以充分保证。
（三）精确微进给。滚珠丝杠副由于是利用滚珠运动，所以启动力矩极小，不会出现滑动运动那样的爬行现象，能保证实现精确的微进给。
（四）轴向刚度高。滚珠丝杠副可以加与预压，由于预压力可使轴向间隙达到负值，进而得到较高的刚性（滚珠丝杠内通过给滚珠加予压力，在实际用于机械装置等时，由于滚珠的斥力可使丝母部的刚性增强）。
（五）不能自锁、具有传动的可逆性。由于滚珠丝杠轴没有自锁能力，所以具有传动的可逆性。在垂直升降传动系统中使用时，必须增加自锁装置或制动装置，以防止反向传动。
图表:丝杠主要分类
资料来源：中投产业研究院整理
图表:行星滚柱丝杠主要类型及各自特点
资料来源：中投产业研究院整理
二、丝杠制造核心壁垒
行星滚柱丝杠制造核心壁垒在于螺母内螺纹的精磨加工。当前，多数丝杠制造商采用先车削后研磨的制造流程。原材料首先被车削至一定精度，随后使用专业的丝杆磨床进行初步和精细的研磨，以达到所需的精确尺寸。
在制造过程中，粗车和铣削等工序对精度的要求相对较低，技术难度不大。然而，精磨加工阶段则面临更高的挑战。需要进行精密研磨的部件包括丝杠、滚柱、螺母及内齿圈等。特别是螺母，由于壁薄且容易损坏，加之内螺纹的位置使得砂轮在研磨时必须保持一定的倾斜角度，这大大增加了对加工稳定性的要求。因此内螺纹精磨加工是整个工艺流程中壁垒最高的环节。
三、丝杠市场空间
中投产业研究院发布的《2024-2028年未来产业之中国人形机器人行业深度调研及投资前景预测报告》预计，在2025至2030年间，全球人形机器人用丝杠的市场规模将以182%的年复合增长率（CAGR）快速增长。特斯拉公司已经宣布，其人形机器人Optimus计划在2025年实现大规模生产。我们预测，在特斯拉Optimus的带动下，将有更多企业加入到人形机器人的研发与生产中，从而推动全球人形机器人产业的快速发展。
根据我们的预测，到2025年，全球人形机器人丝杠市场的规模将达到1.4亿元人民币，而到了2030年，这一数字有望飙升至249.5亿元人民币，显示出强劲的增长势头。
假设1：2025年特斯拉人形机器人有望量产，假设初期销量增速较快，后续年增速逐步下降，2030年全球人形机器人销量增长至130万台。
假设2：根据特斯拉2022AI DAY公开披露数据，假设单台人形机器人配套14个直线关节，每个直线关节对应一个丝杠。
假设3：参考爱采购目前滚珠丝杠销售价格，假设2025年人形机器人单个丝杠价格为2000元，后续随着规模化量产成本持续下降，2026E-2030E单个丝杠价格同比分别-10%/-8%/-7%/-6%/-5%。
图表:2025-2030年全球人形机器人丝杠市场规模预测
数据来源：爱采购、特斯拉2022AI DAY、中投产业研究院整理
四、丝杠市场竞争格局
在国际市场上，丝杠行业的主导力量主要是日本和德国的公司。从全球滚珠和滚柱丝杠的竞争格局来看，液压领域的领先企业如博世力士乐（Bosch Rexroth）、THK和NSK是海外丝杠产品的主要供应商。由于日本和欧洲在精密制造领域具有显著优势，并且这些地区在精密加工技术的研发上起步较早，因此这些企业不仅成立时间较早，而且在加工技术方面拥有深厚的积累和成熟的技术，同时提供的产品种类也非常丰富。
在中国，外资企业在中高端丝杠市场中占据主导地位，而国内制造商正迅速迎头赶上。自20世纪50年代末期开始，中国便着手研究适用于程控和数控机床的滚珠丝杠副。经过多年的发展，一些国内企业，如南京工艺和山东博特，已经具备了研发和生产高精度丝杠的能力。然而，由于国内在高精密丝杠领域的起步较晚，与外资厂商相比，国内企业在厂商数量、产品种类和工艺水平上仍存在一定的差距，导致中高端市场主要被外资供应商所占据。近年来，随着在线控制动、人形机器人等新技术的兴起，五洲新春、贝斯特、北特科技、恒力液压和新剑传动等国内企业也开始涉足高精密滚珠/滚柱丝杠市场。这表明，国内企业在这一领域的国产替代进程有望得到加快。
图表:主要外资丝杠供应商
资料来源：中投产业研究院整理
图表:主要内资丝杠供应商
资料来源：中投产业研究院整理
五、丝杠国产替代机遇
中投产业研究院发布的《2024-2028年未来产业之中国人形机器人行业深度调研及投资前景预测报告》指出，人形机器人的兴起为国内丝杠行业带来了替代进口产品的机遇。目前，丝杠的应用主要集中在汽车的线控制动系统和工业母机等领域。在线控制动系统中，梯形丝杠和滚珠丝杠是主要使用的类型；而在工业母机中，则更倾向于使用滚柱丝杠副和直线导轨副。预计人形机器人将采用不同于现有应用的丝杠类型，可能以小型的反向式行星滚柱丝杠为主。我们认为，人形机器人的大规模生产将引发丝杠技术的一场革新，这不仅将推动技术的发展，还可能有助于缩小国内外厂商在技术上的差距，为国内丝杠制造商提供了一个提升自身竞争力和市场份额的良机。
随着人形机器人的量产化，对成本控制的要求日益严格，国内企业有望利用其低成本和技术快速迭代的优势，实现国产丝杠的替代。目前，人形机器人丝杠生产的主要技术难点在于内螺纹的精细加工。一旦国内企业在这一工艺上取得突破并实现量产，机器人制造商可能会将重点转移到规模化生产以降低成本，这将对供应链的成本控制能力和产品质量提出更高的要求。相较于外资厂商，国内厂商在人力成本、国产设备采购成本以及工艺更新速度等方面具有明显优势。我们预计，国内企业将能够抓住人形机器人产业化带来的机遇，迅速推动国产丝杠的替代进程。
随着2025年特斯拉人形机器人的量产计划临近，该行业有望实现从无到有的质的飞跃，类似于新能源汽车板块曾经经历的大规模发展。丝杠作为人形机器人产业链中的关键组成部分，其生产过程中的内螺纹精密加工和规模化成本控制是技术难点，这为该细分市场带来了巨大的预期差异和潜在的超额收益。未来伴随丝杠技术路线和定点的落地，预计国内将出现一批优秀的核心供应商，他们将能够利用自身的技术优势和成本控制能力，在人形机器人产业中占据重要位置。