行业研究 丨深度报告 丨机械 Table_Title 丝 杠 加 工 工 艺 深 度：多 工 艺 并 存 发 展，设 备有望受益%1 请阅读最 后评级 说明和 重要声 明 2/24 丨证券研 究报告 丨 报告要点 Table_Summary当前丝杠的 螺纹 加工工艺包括磨削、车削、旋风铣及轧制 等 工艺。磨床技术壁垒较高，仍 是高精度丝杠产品 生产必备设备。车削优势在效率明显提升，以车代磨具备可行性。旋风铣 具备明显的过程和成本优势，在内外螺纹、多头螺纹加工均有应用能力。轧制丝杠 更适合经济型丝杠的外螺纹加工。当前人形机器人量产渐行 渐近，设备资本开支有望开启，磨床、车床、旋 风铣等加工设备有望受益。分析师及 联系人 Table_Author 赵智勇 倪蕤 SAC：S0490517110001 SAC：S0490520030003%20YEVvMsPmPnMpRnOmRtMqRbR8Q6MoMnNpNrNkPrRsQeRmNyQ7NpPvNNZnRpPwMrNvM 请阅读最 后评级 说明和 重要声 明 丨证券研究报告丨 更多研报请访问 长江研究小程序 机械 Table_Title2 丝杠加工工艺深度：多工艺并存发展，设备有望受益 行业研究 丨深度 报告 Table_Rank 投资评 级 看好丨维 持 Table_Summary2 磨削工 艺：壁垒 较高，人 形机器 人 增 益磨 床设 备需 求 丝杠加工环节复杂，经历热处理、车削、铣削、磨削、时效 处理等多道多种工艺混合，高端磨床仍是高精密丝杠产品加工必要设备。当前丝杠磨削工艺加工难点较多，主要体现在 砂轮截形设计、加工过程 中砂轮修整成 形、内螺纹制造、优化磨削工 艺参数及磨床性能等多个方面。当前国内磨床产品主要依赖进口，磨床产品进出口贸易常年逆差，近年来磨床进口金额逐步下降，出口金额稳步扩张，或显示国产磨床产品的市场竞争能力在持续提升。但高端磨床国内外发展差距还比较明显，部分进口高端磨床 单价甚至达千万级。海外 磨床品牌历史发展悠久，比如一些欧美的集团性企业 不仅在产品布局、磨床精度、耐用性、稳定性方面具有明显优势，且 在较多细分赛道拥有发展历史悠久的产品品牌。国内磨床企业正逐步向中端产品覆盖，向高端产品突破，在不同细分赛道已出现一批优秀企业，具备国产替代空间。车削 工 艺：以车 代磨 具有 可行性，中 低精 度丝 杠加 工具备 渗透 空间 从成本和效率来看，车削工艺在丝杠运用具备较大的空间。以车代磨在保证螺纹加工精度与表面粗糙度的同时，还能有效提 升加工效率、降低制造成本。以车代磨针对 高硬度材料加工，对高性能刀具提出了使用要求，PCBN（聚晶立方氮化硼）运用较广，且采用 PCBN 刀具精车，表面粗糙度能达到半精磨水平。此外，车削螺纹同样需要考 虑工艺参数，切削速度、切削 深度等有可能对切削过程刀具升温曲线、刀尖磨损、切削力波动 产生影响，最终螺纹车削效果。当前以车代磨 最主要的颈体现在精度、表面粗糙度等指标。往 后看，对于高精度丝杠加工，磨削工艺仍将处于难以被替代的位置，而中低精度丝杠加工车削工艺运用具备进一步渗透空间。旋风铣：丝 杠螺 纹面 加工 的潜在 替代 工艺 旋风铣 加工方式优势比较突出，丝杠螺纹面可以一刀成形，且排屑较快使丝杠螺纹面稍微升温而不会发生磨削烧伤和表面张力等性质变化。同时，铣削速 率 提升明显，一台旋风铣等于几台磨床工作量，加工的滚珠丝杠导程精度亦可达到 P3 级，在内外螺纹、多头螺纹加工均有应用能力，具备 过程和成本优势。当前旋风铣设备主要是德国企业处于领先地位，国内应用水平已从半精加工提升到精加工水平，但在定位精度、铣刀盘转速、切削能力、内螺纹小内径加 工能力等方面还有提升空间。高精度旋风铣设备 在人形机器人具备潜在应用空间，但仍需持续验证。轧制 工 艺：适合 经济 型丝 杠的外 螺纹 生产 制造 轧制方式可以大幅提升丝杠加工效率，能够比车削的螺纹提高抗拉强度和抗剪强度。但轧制丝杠精度较低，且 不能加工内螺纹，运用范围受限。轧制丝杠或较难匹配人形机器人的工艺要求，但是受益其较快的丝杠螺纹面的加工效率，其 适合进行经济型丝杠的 外螺纹加工。投资建 议 总体来看，磨床技术壁垒较高，仍是高精度丝杠产品加工的 必备设备，国产替代机遇明显。以车代磨具备可行性，设备工艺持续优化，或将在更多工艺环节体现替代磨削 的能力。旋风铣具备过程和成本优势，高精度旋风铣设备在人形机器人具备潜在应用空间。当前人形机器人量产渐行渐近，设备资本开支有望开启，磨床、车床、旋风铣等加 工设备有望受益，建议重点关注。风险提 示 1、丝杠工艺突破不及预期的风险；2、人形机器人量产不及预期的风险。Table_StockData 市场表现 对 比图(近 12 个月)资料来源：Wind 相关研究 Table_Report 生产类工业品出 口跟踪：美国 需求初现 拐点，新兴市场蕴藏机遇 2024-02-11 人形机器人传感 器六问六答2024-02-10 机械行业 2023Q4 持仓 分析：持仓占比 环比提升，前十大持仓变 动较大2024-02-05-31%-21%-10%0%2023/2 2023/6 2023/10 2024/2机械 沪深300指数2024-02-14%3 请阅读最 后评级 说明和 重要声 明 4/24 行业研究|深度报 告 目录 磨削工艺：壁垒较高，人形机器人增益磨床设备需求.6 磨床仍 是人 形机 器人 行星 滚柱丝 杠加 工必 要设 备.6 丝杠磨 削工 艺加 工 难 点较 多，主 要体 现在 工艺 设备.7 磨床仍 主要 依赖 进口，海 外设备 具有 显著 优势.11 车削工艺：以车代磨具有可行性，中低精度丝杠加工具备渗透空间.14 旋风铣：丝杠螺纹面加工的潜在替代工艺.18 轧制工艺：适合经济型 丝杠的外螺纹生产制造.21 投资建议.22 风险提示.23 图表目录 图 1：螺母 工艺流 程.6 图 2：丝杠 工艺流 程.6 图 3：滚柱 工艺流 程.6 图 4：砂轮 回转面 与螺旋 面 始终存在 一条接 触线.7 图 5：螺纹 具有较 多参数.7 图 6：砂轮 截形轮 廓匹配 与 修整过 程.8 图 7：由于 砂轮磨 损，小 螺 距螺纹丝 杠磨削 加工可 能发 生轮廓精 度丧失.8 图 8：激光 修整方 法.9 图 9：长径 比大的 内螺纹 加 工容易发 生加工 结构干 涉.9 图 10：不 同磨削 参数导 致 最终螺纹 磨削效 果不同.10 图 11：国 内磨床 销量主 要 以平面磨 床、外 圆磨床 和轴 承磨床为 主.11 图 12：2021 年国内 磨床整 体数控化 率为 41%.11 图 13：2021 年国产 数控平 面磨床、数控内 圆磨床 销售 单价较海 外有较 大差异.12 图 14：精 密数控 内圆磨 床 出口/进 口单价 差异明 显（万 元）.12 图 15：精 密数控 平面磨 床 出口/进 口单价 差异明 显（万 元）.12 图 16：磨 床类产 品存在 进 出口逆差.12 图 17：PCBN 刀 具在各 加 工方法使 用比例.15 图 18：PCBN 刀 具在不 同 行业部件 使用比 例.15 图 19：丝 杠螺纹 车削情 况.16 图 20：车 削不同 的走刀 方 式.16 图 21：切 削速度 对刀尖 温 度的影响.16 图 22：切 削深度 提升对 刀 具的不稳 定冲击 力就越 大.16 图 23：车 削具备 内螺纹 加 工能力.17 图 24：2021 年国内 数控车 床销量以 数控卧 式车床 为主.17 图 25：近 年数控 立式车 床 进出口情 况.17 图 26：近 年来数 控卧式 车 床出口提 升较快，已高 于进 口金额.18 图 27：旋 风铣设 备核心 部 件.19%4 请阅读最 后评级 说明和 重要声 明 5/24 行业研究|深度报 告 图 28：旋 风铣设 备示意 图.19 图 29：旋 风铣设 备刀盘 具 有一定倾 角.19 图 30：旋 风铣的 铣刀结 构.19 图 31：旋 风铣同 样可进 行 内螺纹加 工.20 图 32：滚 柱丝杠 零件一 次 滚压成形 原理图.21 表 1：螺纹 面加工 方式多 样.6 表 2：常用 磨料特 性.7 表 3：磨削 参数的 设定影 响 最终的磨 削效果.10 表 4：优秀 的数 控 系统具 备 丰富的系 统功能 及完善 的误 差补偿能 力.11 表 5：秦川 机床 2021 年 高 端智能齿 轮装备 研制与 产业 化项目设 备投资 情况.12 表 6：部分 海外知 名磨床 品 牌简介.13 表 7：预计 量产 100 万台 以 上人形机 器人，磨床需 求有 望达 27 亿 及以上.14 表 8：各刀 具材料 的机械 性 能和热力 性能.15 表 9：不同 螺纹加 工方式 对 比.19 表 10：海 外设备 同国产 设 备性能指 标比较.20 表 11：山 西风源 机械旋 风 铣设备指 标（部 分型号）.21 表 12：磨 削、车 削、旋 风 铣及轧制 工艺对 比梳理.22%5 请阅读最 后评级 说明和 重要声 明 6/24 行业研究|深度报 告 磨削工艺：壁垒 较高，人 形机器 人 增益磨床 设备需求 磨床仍是 人形机 器 人行星滚 柱丝杠 加 工必要设 备 丝杠加工环节 复 杂，高端磨床或仍是高精密 丝杠加工的必要设备。从行星滚柱丝杠典型零部件加工 整体 流程来看，经历热处理、车削、铣削、磨削、时效处理等多道多种 混合工艺，工艺繁复。每个环节都有可能累计误差、缺陷，最终导致 丝杠螺纹 磨损、蠕变松弛、热变形、疲劳、屈服等各种失效形式。图 1：螺母工 艺流程 图 2：丝杠工 艺流程 资料来源：精密 行星滚 柱丝杠 副工艺 制 造与传动 性能研 究（郑 伟），长 江证券 研究所 资料来源：精密 行星滚 柱丝杠 副工艺 制 造与传动 性能研 究（郑 伟），长 江证券 研究所 图 3：滚柱工 艺流程 资料来源：精 密行星 滚柱丝 杠副工 艺制 造与传动 性能研 究（郑伟），长江证 券 研究所 目前对螺纹面的加工方式并非唯一，根据精度要求的不同，除了磨削，车削、铣削、滚削在行星滚柱丝杠加工亦具备应用空间。目 前粗加工用 车床等铣削机床更 多，但表面质量等的进一步 改 性由磨 床精磨工艺决定。表 1：螺纹面 加工方 式多样 加 工 过 程 加 工刀具 加 工方 法 工 件截 形 加工精 度 生产 类型 车削 单齿车刀 成形 渐开线 粗、半精 加工 单件、大 批生产 多齿车刀 展成 渐开线 粗、精加 工 大批生产 成形车刀 成形 任意 粗、半精 加工 单件、大 批生产 盘形铣刀 成形 任意 粗加工 单件、大 批生产%6 请阅读最 后评级 说明和 重要声 明 7/24 行业研究|深度报 告 铣削 指状铣刀 成形 任意 粗、半精 加工 单件、大 批生产 旋风铣 展成 渐开线 粗、半精 加工 大批生产 磨削 盘状砂轮 成形 任意 精加工 单件、大 批生产 指状砂轮 成形 任意 精加工 单件、大 批生产 滚削 成形滚刀 成形 任意 半精加工 大批生产 滚压 滚压轮 成形 渐开线 精加工 大批生产 资料来源：行 星滚柱 丝杠副 小螺距 螺纹 数控磨削 工艺研 究（董超），长江证 券 研究所 丝杠磨削 工艺加 工 难点较多，主要 体 现在工艺 设备 精密加工能力直接影响丝杠的传动性能、精度，尤其是在人形机器人领域，对行星滚柱丝杠提出更高要求。目前磨削工艺有较多 know-how，难点 较多。第一，外螺纹和 内 螺纹均具有特定的螺旋面 设计，精密制造 要明确磨削 砂 轮的截形（磨削轮廓）。在磨削过程中，工件 作绕工件轴线的圆周运动，砂轮需在绕自身轴线做圆周运动的同时沿工件轴线 方向进给，由此 砂轮与工件之间的相对运动产生 螺旋面。砂轮回转面与 螺旋面之间始终 存在一条接触线，接触线 反应截形轮廓，体现螺纹的工艺参数，因此砂轮截形的设计 与精度将直接影响螺纹的加工精度。一般螺纹面的截形类型包括三角螺 纹、圆 弧 廓形 螺纹、梯形 螺纹 等，同 一 种螺 纹类 型 亦 因为 螺 纹 头数、螺纹 牙型 半 角、螺纹螺距、螺纹牙底和牙侧圆弧半径参数 等不同而有差别。图 4：砂轮回 转面与 螺旋面 始终存 在一条接 触线 图 5：螺纹具 有 较多 参数 资料来源：内 螺纹精 密磨削 加工技 术综 述（李 帅等），长江证 券研究 所 资料来源：行星 滚柱丝 杠副小 螺距螺 纹 数控磨削 工艺研 究（董 超），长 江证券 研究所 第二，通过截形 来定向 设计砂轮形状。砂轮的形状加工需要 具备较高精度，主要是对砂轮成型面按照所磨螺纹廓形进行修整（匹配牙型角等）及进一步去除砂轮表面结合剂使砂轮表面砂粒突出，形成切削刃达到修锐。砂轮材料的选择要考虑磨料（硬度高于热处理后部件硬度 以减少砂轮磨损）、粒度（大粒度针对粗磨，小粒度针对精磨）、结合剂材料及组织选择等。表 2：常用磨 料特性 磨 料 种 类 特 性 白刚玉 硬度高、磨削热 量小、适宜制 造精 磨淬火钢 及高碳 钢，成 本较高 棕刚玉 硬度比白 刚玉稍 低、韧 性大、适宜 切削较大 余量的 粗磨 铬刚玉 适用磨削 刀具、量具，螺纹等 表面 要求高的 工件%7 请阅读最 后评级 说明和 重要声 明 8/24 行业研究|深度报 告 绿碳化硅 脆性高、磨粒锋 利、导 热性好，适 宜磨削玻 璃、陶 瓷等脆 性材料 黑碳化硅 脆性较高、磨粒 锋利、适宜磨 削铝、铸铁等 机械强 度低的 材料 资料来源：精 密行星 滚柱丝 杠副工 艺制 造与传动 性能研 究（郑伟），长江证 券 研究所 同时，砂轮在磨削过程中会不断发生磨损，尤其是在加工螺纹内角尖端圆弧半径时，砂轮顶角部分在磨削加工过程中较容易发生磨损，使砂轮失效，加工精度较难保证。文献1显示采用金属基细磨粒金刚石砂轮 对 长径比为 1.5、行程为 3mm 的小螺距 螺纹进行磨削加工，在加工 30mm 后，即可能出现螺纹轮廓精度丧失情况。因此，需要利用修整工具对砂轮修 整成形，恢复砂轮截面轮廓并提高磨削精度，常用方法有 车削修整法、金刚石滚轮修整、滚压碟轮修整法、激光修整法 等。车削修整法：利用单颗 金 刚 石或 金 刚 笔 进 行砂 轮 成 型面 轮 廓修 整，修 整 原理 同 车削 方 式 相 似。成 型 面 精度 对 于金 刚 石 笔 安 装精 度 以 及运 动 的稳 定 性 要 求 较高。车削 修 整 法 对 于砂 轮 的 修形 时 间较 长 且 精 度 较低、易 损耗，不适 用 于 大 批 量的 螺 纹磨削工作。金刚石滚轮修整法：先将滚轮表面修整成所需形状，利用滚轮背靠砂轮，在砂轮成型 面 上 磨 削 出所 需 轮 廓。滚 轮修 整 方 法 使 得砂 轮 成 型面 精 度较 高，而 且 修整 效 率更快，但一种表面形状的金刚石滚轮只可修整一种螺纹轮廓。金 刚 石 碟 轮 修整 法：通过 碟 轮与 砂 轮 对 磨 进行 砂 轮 修整，金刚 石 碟 轮 尖 端有 很 多细小的金刚石 颗粒，通过选取不同尺寸的碟轮实 现砂轮微小螺纹轮廓的修整。激光修整法：高能量激光束集中照在砂轮表面，用激光进行烧蚀，砂轮表面的结合剂 会 被 汽 化，而 超 硬 磨料 本 身因 为 透 光 性 几乎 不 受 影响。通过 改 变 激 光 束照 射 角度和方向，可实现对砂轮的修整和修锐。非接触优势明显且规避修整过程振动。图 6：砂轮截形 轮廓 匹配与 修整过程 图 7：由 于砂轮 磨损，小 螺距 螺 纹 丝杠 磨削 加工可 能 发生 轮廓精 度丧 失 资料来源：行 星滚柱 丝杠副 小螺距 螺纹 数控磨削 工艺研 究（董超），精密 行星 滚柱丝杠副 工艺制 造与传 动性能 研究（郑 伟），长 江证券 研究所 资料来源：A methodology for helical mill-grinding of tiny internal threads made of hard brittle materials（Gao 等），长 江证券研 究所 1 A methodology for helical mill-grinding of tiny internal threads made of hard brittle materials（Gao 等）%8 请阅读最 后评级 说明和 重要声 明 9/24 行业研究|深度报 告 图 8：激光修 整方法 资料来源：基 于大磨粒 CBN 砂 轮的微 齿螺纹精 密磨削 工艺基 础研究（李 帅），长江证 券研究 所 第三，内螺纹加 工难度更大。进行内螺纹加工时，砂轮外径尺寸不能大于螺母内螺纹最小 直 径，且 需要 利用 螺 杆带 动砂 轮 深入 螺 母内 部进 行 磨削。在 螺 杆安 装 时，将 使砂轮、磨 杆 与螺 母 轴线 之间 呈 一定 夹角（夹角 大 小 为 螺母 的 螺旋 升角），螺母 绕 其轴 线做 旋 转运动，砂轮沿螺母轴线做直线运动。人形机器人采用的行星滚柱丝杠为反式丝杠，螺母的长径比大。而当加工大长径 比的内螺纹时，由于砂轮轴线与工件轴线之间存在安装角度因而容易发生加工结构干涉。同时，加工内螺纹时，砂轮磨杆呈细长悬臂状态，砂轮磨削转速一般较高，磨杆较细或导致 弱刚性问题从而发生振动，影响加工精度、加剧砂轮磨损。磨杆性质 改进方法包括采用低密度、高强度材料，在维持磨杆较好静刚度的同时，又能 保 持较 好动 态 性能。目 前 全球 仅 有少 数厂 商 可以 生产 出 减振 效 果较 好的 磨 杆。图 9：长径比 大的 内 螺纹加 工容易 发生加工 结构干 涉 资料来源：基 于大磨粒 CBN 砂 轮的微 齿螺纹精 密磨削 工艺基 础研究（李 帅），长江证 券研究 所 第四，需要针对 性地设计磨削参数，持续优化螺纹磨削效果。比如，砂轮线速度、磨削进给量、工件转速等变量将影响螺纹磨削效果（可能产生划痕、烧伤、粗糙程度 变大等），需要工艺验证+经验积累+高精度设备。比如，砂轮线速度过 大会导致磨削热的增加，磨削表面温度 过高 会导致表面烧伤，需要 针对加工材料、加工工艺 等研究 找寻恰当的磨削参数。%9 请阅读最 后评级 说明和 重要声 明 10/24 行业研究|深度报 告 图 10：不 同磨削 参数导 致最终 螺 纹磨削效 果不同 资料来源：行 星滚柱 丝杠副 小螺距 螺纹 数控磨削 工艺研 究（董超），长江证 券 研究所 表 3：磨削参 数的设 定影响 最终的 磨削效果 实 验 编 号 砂 轮 速 度（m/s）磨削 进 给量(mm)工件 转 速（r/min）表面 质 量 1 40 0.01 4 螺纹表面 有划痕 2 40 0.02 6 螺纹表面 有烧伤 3 40 0.04 8 螺纹表面 有明显 烧伤 4 45 0.01 6 螺螺纹表 面粗糙 5 45 0.02 4 螺纹表面 有划痕 6 45 0.04 8 螺纹表面 粗糙 7 50 0.01 8 螺纹表面 有划痕 8 50 0.02 5 螺纹表面 质量良 好 9 50 0.04 6 螺纹表面 质量良 好 资料来源：行 星滚柱 丝杠副 小螺距 螺纹 数控磨削 工艺研 究（董超），长江证 券 研究所 第五，除了 针对 磨削工艺精益求精，对磨 床性能亦提出更高要求。磨床 是丝杠外螺纹和内螺纹加工的执行机构，控制砂轮、螺杆的 进给，平抑内部振动、进行 误差补偿等。磨床的 精度、稳定性及一致性水平决定丝杠 生产的性能上限。从工业 机床的角度出发，首先是数控系统直接影响 机床精度、动态特征等核心参数。数控系统 主要包括 CNC 装置、伺服系统及位置测量系统三大部分，体现硬件和软件特性，共同完成加工运动的闭环控制。优秀 的数控系统具备螺旋插补、多项式插补、渐开线插补、NURBS 及 RTCP 等丰富 的系统功能及完善的误差补偿能力，不仅 能持续更新自身的算法及控制技术 能力，亦能与下游具体工艺工程的结合，由此形成极高技术壁垒。同时机床精密传动部件（滚珠丝杠、直线导轨 等）、主轴、伺服 电机 等硬件的精度、运行稳定性 决定切削、磨削加工 最终执行效果，对磨床性能 优化同等重要。典型地，机床级的滚珠丝杠本身作为机床核心传动部件，直接影响机床加工精度，对 机床级滚珠 丝杠的加工要使用“加工工业母机的母机”，加工设备的 精度要求一般 高于常用机床 设备。%10 请阅读最 后评级 说明和 重要声 明 11/24 行业研究|深度报 告 其次是磨削效率，经统计，传统的磨削工艺的螺纹磨削时间占整个工艺流程的 2/3。螺纹磨削工艺有粗磨、半精磨、精磨等工序，在丝杠淬火硬度达到 58-62HRC 后用螺纹磨床 磨 削，基 于螺 纹磨 削 切削 用量 的 限制 且 在磨 削过 程 中要 不断 地 修整 砂 轮和 校直 丝 杠，工时较长。加工效率较慢仍是当前 丝杠 制造痛点之一，磨削工艺和设备仍待进一步优化。表 4：优秀的 数控系 统 具备 丰富的 系统功能 及完善 的误差 补偿能 力 类 别 关键 指 标 西门 子840D 技术指标 双驱控制（龙门 轴控制 必备功 能）、倾斜轴 控制（优化机 床结构 设计 必备功能）、全 闭环控 制 支持 数控功能-变换 圆柱面坐 标系插 补、倾 斜轴插 补、五轴加工 包 支持 数控功能-插补 通用插补 器 NURBS、三 轴样条 插 补（ABC/压 缩器）、5 轴样条 插补、多项式插 补 支持 数控功能-程序功能 程序段预 读、程 序预处 理、宏 程序 编程 支持 补偿功能 插补型双 向螺距 误差补 偿、垂 直度 误差补偿、直线 度误差 补偿、扭摆 误差补偿、双驱误 差补偿 支持 资料来源：科德 数控招 股说明 书，长 江 证券研究 所 磨床 仍主 要依赖 进 口，海外 设备具 有 显著优势 从市场端看，根据机床工具工业年鉴，2021 年协会针对 国内 30 家磨床 生产企业统计来看，磨床产品总共实现销量 9804 台，同比+34.6%；实 现销售收入 25.5 亿元，同比+51.5%。具体拆分看，产销量占比前三为平面磨床、外圆磨床和轴承磨床。磨床整体的数控化率约 41%，不同品类 磨床的数控化率 有所不同。图 11：国内 磨床 销量主 要以 平 面 磨床、外 圆磨床 和轴承 磨床为主 图 12：2021 年国内磨 床整体 数控 化率 为 41%资料来源：2022 年机床 工具工 业年鉴，长江证 券研究 所 资料来源：2022 年机床 工具工 业年鉴，长江证 券研究 所 目前 国 内高端 磨 床仍然由海外品牌主导，磨床产 品在 进出口贸易常年逆差。根据海关总署对用磨石、磨料或抛光材料对金属或金属陶瓷进行去毛刺、刃磨、磨削、珩 磨、研磨、抛光或其他精加工机床（海关 商品编码 8460）的统计看，每年国内均要从海外进 口较多的高端磨床，构成出口逆差。2023 年磨床进口金额达 7.9 亿美元，出口金额为 3.9 亿美元。对比特定类型磨床进口价格来看，进口品牌价格较国内明显提升，国产替代机遇明显。以数控平面磨床、数控内圆磨床为例，其进口单价明显高于国内同类型磨床产品销售 单价和出口单价。近年来磨床进口金额逐步下降，出口金额稳步扩张，或显示国产磨床产品的市场竞争能力在持续提升，但总体仍然处于依赖进口的局面。%11 请阅读最 后评级 说明和 重要声 明 12/24 行业研究|深度报 告 图 13：2021 年 国产数 控平面磨 床、数控内圆 磨床 销 售单价 较海外 有 较大差异 图 14：精密 数控 内圆磨 床出口/进 口单价差 异明显（万元）资料来源：2022 年机 床工具 工业年 鉴，海关总署，长 江证券 研究所（注：国 内销售均价 为协会 针对 30 家重 点企业 统 计，进/出口价 格=进口&出口金 额/进口&出口数量，汇率换 算 为 2021 年 美元兑 人 民币汇率 日均值）资料 来源：Wind，海关 总署，长江 证券 研究 所（注：磨 床 为 在 任一 坐 标的 定位 精度至少是 0.01 毫米）图 15：精密 数控 平面磨 床 出口/进 口单价差 异明显（万元）图 16：磨 床类产 品 存在 进出口 逆差 资料 来源：Wind，海关 总署，长江 证券 研究 所（注：磨 床 为在 任一 坐 标的 定位 精度至少是 0.01 毫 米）资料来源：Wind，海关 总署，长江证 券 研究所（注：海 关商品 编码 8460，不包 含齿轮磨床）高端磨 床国内外 发展差 距还比较明显，部分进口高端 磨床 单价甚至 达 千万级。2021 年秦川机床 在 关于秦川机床工具集团股份公司非公开发行股票申请文件反馈意见之回复(更新稿)中公告，其投建的 高端智能齿轮 装备研制 与产业 化项目 针对 产 业化采购 的设备包括 高精密内圆磨床、数控成型磨床、数控平面磨床、数控内孔磨床、数控外圆磨床等类型，价格从几十万到上千万不等。表 5：秦川机 床 2021 年 高端智 能 齿轮装备 研制与 产业化 项目 设 备投 资情况 磨床设备 价 格（万 元/台）磨 床设 备 价格（万 元/台）高精度内 圆磨床 750 数控导轨 磨床 1200 高精度立 式内外 圆磨床（自 制 VG150）800 数控滑块 磨床 300 珩磨机 30 数控成型 磨床 80 五轴工具 磨 600 数控平面 磨床 350 资料来源：关于秦 川机床 工具集 团股份 公司非公 开发行 股票申 请文件 反馈意 见 之回复(更新稿)，长江 证券研 究所%12 请阅读最 后评级 说明和 重要声 明 13/24 行业研究|深度报 告 磨床的品类较多，既有偏通用性磨床，比如内外圆磨床、平面磨床等，又有偏专用性磨床，比如加工汽车发动机曲轴的曲轴磨床、刀具磨床、导轨磨床及 在人形机器人 加工行星滚柱丝杠和梯形丝杠 使用的螺纹磨床 等。海 外品牌 历史发展悠久，比如 一些欧美的集团性企业不仅 在 产品布局、磨床精度、耐用性、稳定 性方面具有明显优势，且在较多细分赛道拥有 发 展 历史悠久的产品品牌。日本代表性企业三井精机则在精密 滚珠 丝杠加工领域 占 据高市 占 率，在日本 国内，三井 精机的螺纹磨床几乎 占据精密滚珠丝杠 加工 100%的市占率。表 6：部分海 外知名 磨床品 牌简介 海 外 磨 床 品 牌 公司简介 UNITED GRINDING Group 世界领先 的机床 制造商 之一，旗下 包含九大 品牌，可以提 供广泛 的应 用专业技 术、广 泛的产 品组合 以及 用于生产 高精度 部件的全套服 务。具 体来看，集团在 平 面成型磨 床 包含品牌 美盖勒（MGERLE）、保 宁（BLOHM）、琼格（JUNG）；在内 外 圆磨 床包 含 品 牌斯图 特（STUDER）、肖特（SCHAUDT）、米 克 罗 莎（MIKROSA）；在 测量 机 及 工具磨 床 包含品 牌 瓦尔 特（WALTER）、伊 瓦格（EWAG）。PSS 集团 包含 ELB、ABA、REFORM、KEHREN（科伦）、MICRON、ISOG、LAPMASTER、Wolters、BARNES 等优秀 子品牌 企业，均是 细分赛道 磨床 及磨具 磨料 的老企业，发展 历史悠 久，知 名度 较高。三井精机 其螺纹磨 床可以 对三角 螺纹、梯形 螺纹、滚 珠丝杠、行星 滚柱丝 杠等 螺纹进行 高精度、高效 率研磨 加工，尤其在 精密滚 珠丝杠加工中 占据高 市占率。在日本国 内，三井的 螺 纹磨床 几乎占据 精密 滚 珠 丝杠加 工 100%的市占 率。哈挺机床 磨床系列 产品包 括外圆/内圆 磨床、坐标磨床 及 磨床 系统，产品用 于半 导体、航 空航天、汽车、高端 工具 和模具等 行业。瓦德里希 科堡 优势产品 为大型 导轨磨。法孚 提供各种 研磨工 具及高 精度机 床，优势产品 在凸轮 轴和曲 轴磨床 及各 种轴部件 的无心 磨床、外圆磨 床等。资料来源：各公 司官网，长江 证券研 究 所 国内磨床企业 正逐步向中端产品覆盖，向高端产品突破，在不同细分赛道已 出现一批优秀企业。国内具备 磨床产品布局的上市企业包括华辰装备、科德数控、秦川机床、日发精机、宇环数控 等。华辰装备：轧辊磨床在热轧领域（包括碳钢、不锈钢领域）以 及冷轧不锈钢领域，产品品质与技术实力已达到国际领先水平，在冷轧碳钢领域以及其他应用领域（例如有色金属板带箔），与国际一 流水平相比，仍存在差距，但仍然处于国内领先水平。根据中国机床工具工业协会磨床分会的统计数据，2016 年、2017 年，公司在国产数控轧辊磨床行业市场占有率分别为 32%、34%，处于细分行业领先。同时，公司推出内外圆复合磨床 亚磨削 系列产品，具有外圆、内圆、非圆、螺纹磨削功能。标准产品可同时配置 2 片外圆砂轮、1 片内圆砂轮，最多可同时配置 4 片外圆砂轮，可满足柔性 化配置需求。亚磨削中心面向航空航天、工程机械、工业母机、汽车零部件、刀具、模具、量具液压泵阀、精密电动机等国家重点行业领域。秦川机床：具备螺纹磨床、蜗 杆磨床、外圆磨床产品布局，处于国内螺纹磨床第一梯队。其中螺纹磨床连续多年荣获“陕西省名牌产品”称号，多项产品填补国内空白。外圆磨床品牌一直保持“陕西省名牌产品”称号，车轴磨床、大型轴承磨、球面 磨 床 等 数 控磨 床 新 产品 在 铁路、轴 承 行 业市 占 率 领先，处于 国 内 同 行 业领 先 水平。2023H1 公司半年报披露，汉江机床 SGK743220/1 高 精度数控丝杠磨床磨削精度稳定达到 P1 级。科德数控：公司五轴工具磨削中心是国内少有能完成刀片、球头刀、波纹刀等复杂刀具磨削的设备，设备在株洲钻石 等国内知名硬质合金切削刀具供应商 实现应用。宇环数控：公司数控磨床主要分为端面磨（含双面磨床和单面磨床）、数控凸轮轴磨床、数控气门磨床、外圆磨 床、复合磨床系列产品。研磨 抛光机主要分为数控单%13 请阅读最 后评级 说明和 重要声 明 14/24 行业研究|深度报 告 双 面 研 磨 抛 光机、复 杂型 面 抛光 机 及 数 控 多工 位 抛 光机 等 系列 产 品。根 据公 司 公告，公司与苹果产业链公司建立了长期的合作关系，公司技术水平、生产能力、产品 质 量 及 响 应速 度 等 得到 了 客户 的 肯 定 和 认可。公 司部 分 产品 的 质 量 及 性能 已 达到国际同类产品先进水平，正逐步向高端通用化方向拓展。其中，高精度数控立式双 端 面 磨 床 已实 现 进 口替 代；新 研 发 的 高 精度 数 控 复合 立 式磨 床 对 标 德 国优 秀 同行，已经成功实现海外销售。往后看，人形机器人 对滚柱丝杠运用有望打 开磨床运用 空间。目前 Optimus 硬件方案采用 10 根行星滚柱丝杠，当人形 机器人产量达到 1 万台、10 万 台、100 万、1000 万台，对应到行星滚柱丝杠的需求 有望达到 10 万、100 万、1000 万、1 亿根，需求弹性较大。而当前行星滚柱丝杠的加工效率 仍有较大提升 空间，且海外品牌磨床使用更多，后续有望导入国产品牌磨床实现设备成本降低且滚柱丝杠工艺成熟后 加工效率有望提升。预计当人形机器人产量达到 1 万、10 万、100 万、1000 万台时，对应到磨床设备需求有望达到 4、9、27、111 亿元,磨 床在人形机器人领域运用前景广阔。当前 人形机器人量产渐行渐近，设备开支有望开启。而 国内 部分磨床企业本身已经能在内外圆磨、平面磨等领域 做到较高精度，实现 3C、热轧、碳化硅 等细分领域国产替代，有望立足技术积累优势向 螺纹磨床延伸，在人形机器人赛道打开需求空间。表 7：预计量 产 100 万 台以上 人形 机器人，磨床需 求有望 达 27 亿 及 以上 指标 项目 人形机器人出货量（万台）1 10 100 1000 单台机器人行星 滚柱丝杠使用数量（根）10 10 10 10 行星滚柱丝杠需求（万根）10 100 1000 10000 行星滚柱丝杠加工效率（h/根）1 0.8 0.6 0.5 单日工作小时数假设（h)15 15 15 15 每年磨床实际工作天数（天）300 300 300 300 单台磨床单年产量（根）4500 5625 7500 9000 磨床需求量（台）22 178 1333 11111 磨床单价（万元/台）2000 500 200 100 磨床市场规模（亿元）4 9 27 111 资料来源：2022 特 斯拉 AI Day，长 江 证券研究 所 测算 车削工艺：以车 代磨具有 可行性，中低精 度丝杠加工具备 渗透空 间 由于刀具材料限制，车削以前主要针对零部件淬硬前的 粗加工。而随着切削材料和相关机床的发展，以车代磨 已可采用 PCBN 刀具、陶瓷刀具或新型硬质合金刀具对淬硬钢进行车削，在保证螺纹加工精度与表面粗糙度的同时，还能有效提升加工效率、降低制造成本、减少环境污染。从成本和效率 来 看，车削工艺在丝杠运用具 备较大的空间。根据 精密滚珠丝杠制造技术的变革创新，在生产效率方 面，以 1m 的滚珠丝杠加工为例，车削加工时间比磨削加工时间节约 45%左右，可省去 大量的外螺纹磨床，极大地降 低生产制造成本。从成本对%14 请阅读最 后评级 说明和 重要声 明 15/24 行业研究|深度报 告 比看，车削加工滚珠丝杠滚道 的制造成本是磨削加工的 1/3-1/2，且车床的投资 亦仅只有磨床的 1/10-1/3。同时，车削本身可以直接完成中低精度的丝杠产品加工，经过车削加工的丝杠滚道圆度可以做到 8 m 以内，圆度做到 10 m 以内，表面粗糙度做到在 1.6 m 以下。车削在丝杠加工领域的渗透率有望持续提升，比如 当前在丝杠加工前道采用车铣先加 工出 螺纹滚 道，在滚道 车削+淬 火完 成后 再进行 粗磨 和精磨，可 以相对 提高 丝杠的加工效率。以车代磨针对 硬 度高于 50HRC 的材料加工的 特点，对 高硬度、高性能 刀具提出了使用要求。进行以车代磨、精密车削的刀具一般采用硬质合金、陶瓷、PCBN 与金刚石等，其中 PCBN（聚晶立方氮化硼）具有非常高的硬度、良好的热稳定性与导热性及较低的摩擦系数，被广泛用于硬态切削的各个领域。目前使用 PCBN 刀具精车获得表面粗糙度可达到 0.32 m，相当于半精磨 水平。表 8：各刀具 材料的 机械性 能和热 力性能 指 标 硬质 合 金 陶瓷 PCBN 金刚 石 机械特性 硬度 HV 1500-1700 1800-2500 3000-4500 1500-1700 抗压强 度 Mpa 3100-5900 2750-5000 3800 7600 冲击韧 性 KJ/m2 25-600 5-12 25-60 10-24 杨氏模 量 Gpa 590-630 300-400 580-680 680-810 热力特性 导热系 数 W/（K m）100 30-40 40-100 560 热膨胀系 数 x10-6/5.4 7.5-8.0 3.6-5.1 4.2-4.9 热稳定性 800-1200 1300-1800 1500 600 资料来源：行 星滚柱 丝杠螺 纹的硬 态车 削加工技 术研究（陈 晖），长 江证券 研 究所 图 17：PCBN 刀具 在各 加工方 法 使用比例 图 18：PCBN 刀具 在不 同行业 部 件使用比例 资料来源：行星 滚柱丝 杠螺纹 的硬态 车 削加工技 术研究（陈晖），长江 证券研 究所 资料来源：行星 滚柱丝 杠螺纹 的硬态 车 削加工技 术研究（陈晖），长江 证券研 究所 同时，从加工特点来看，丝杠螺纹加工运动可简化 为刀具在丝杠表面沿螺旋线切削出成型槽，并经历数次走刀最终切削出完整的螺纹轮廓。刀具切削方式包含径向进刀、侧向进刀和交替式进刀等方式。径向进刀：螺纹车削最普遍应用的进刀方式，适合小螺距螺纹加工。刀具的三个刀刃 都 参 与 螺 纹型 面 的 切削，能够 得 到 较 为 精确 的 螺 纹形 状，同 时 三 个 切 削刃 磨 损%15 请阅读最 后评级 说明和 重要声 明 16/24 行业研究|深度报 告 均匀，操作简单。但由于