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​人形机器人行业系列第四期(文末附PDF下载):从国内外公司的产品布局和技术差距解读行星滚柱丝杠的技术壁垒

 張先民 2024-05-22 发布于北京

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       人形机器人作为人工智能最重要的落地载体,日益受到广泛关注与期待。作为人形机器人中实现精确线性运动的关键组件,行星滚柱丝杠在承载能力、位置控制精度、抗冲击性等方面展现出显著优势,成为驱动人形机器人实现复杂动作的核心部件。然而,当我们从全球视角审视,行星滚柱丝杠的技术研发与生产能力在国内外主要布局公司间存在显著差距。本文将深入探讨国内外主要布局公司在行星滚柱丝杠技术能力上的现状、特点及差距,以期为理解行业动态、推动国产替代战略提供参考。

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一、国内外主要布局公司概述

1. 国际巨头:深厚底蕴与技术领先

1)欧洲品牌:如瑞典的伊维莱(舍弗勒收购)、瑞士的Rollvis、、德国Rexroth和GSA等,凭借丰富的研发经验和成熟的生产体系,占据了全球行星滚柱丝杠市场的较大份额。它们的产品在高精度、长寿命、大承载力等方面表现出色,广泛应用于航空、航天、汽车、医疗等高端领域,尤其在人形机器人中得到青睐。而这些企业在原材料选用、精密制造工艺、系统集成能力等方面积累了大量专利,形成了坚实的技术壁垒。

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2)日本品牌:如THK、NSK等,以其在精密机械领域的深厚积淀,成为行星滚柱丝杠领域的领军者。日本企业在材料科学、精密加工、检测技术等方面拥有独特优势,能够提供高精度、高稳定性的产品,且在滚柱丝杠与螺母材料选用上独具特色,如THK选用AISI4150H和SCM420H,确保了产品的卓越性能。

3)美国及其他地区:如美国Exlar等,也在行星滚柱丝杠市场中占有一席之地。这些企业依托强大的技术研发实力,推出了一系列适用于特定应用场景的创新产品,如高负载、高速度、长寿命的滚柱丝杠,进一步丰富了市场选择。

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2. 国内企业:奋起直追与局部突破

1)专业制造商:如南京工艺、济宁博特等,尽管起步相对较晚,但在政府政策支持和市场需求驱动下,逐步掌握了行星滚柱丝杠的生产技术,实现了小批量生产。尽管与国际先进水平存在一定差距,但这些企业在部分细分市场已有一定竞争力,如在特定精度等级或特定应用领域取得了一定市场份额。

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2)多元化布局企业:如贝斯特、新剑传动、恒立液压、北特科技、鼎智科技等,通过自主研发或引进技术,积极布局行星滚柱丝杠产品线,已具备一定的生产能力并向下游客户送样。同时,川机床、浙海德曼、华辰装备、日发精机等企业专注于磨床、车床等精密加工设备的研发与生产,通过“以车代磨”、“以铣代磨”等工艺路线,为行星滚柱丝杠的国产化进程提供技术支持。

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二、技术能力与差距分析

1. 材料科学与选材

1)国外:国际巨头在材料选用上注重纯净度与性能匹配。如日本THK选用AISI4150H、SCM420H等优质钢材,欧洲企业倾向于使用CF53等高纯净度材料,这些材料的优异性能为制造高精度、长寿命的行星滚柱丝杠提供了基础保障。

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2)国内:相比之下,国内企业多以GCr15等轴承钢作为原材料,虽然能满足一般应用需求,但在纯净度、强度、韧性等方面与国际先进材料存在一定差距。这直接影响到国产行星滚柱丝杠的疲劳寿命、可靠性及极限性能表现。

2. 工艺技术与设备

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1)国外:国际品牌在精密加工、热处理、表面处理等方面拥有成熟且先进的工艺技术,如精密螺纹磨削、硬旋风铣削、精密滚轧等,并配备专有的高精度加工设备,保证了产品的高精度与一致性。此外,其在工艺流程优化、自动化生产线建设、环保节能等方面的投入,进一步提升了生产效率与环境友好性。

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2)国内:国内企业虽然在旋风铣、硬车削、滚轧等工艺上有所突破,但在设备的专业化程度、精密加工技术的掌握、热处理工艺的稳定性等方面仍存在不足。尤其是在高精度等级滚柱丝杠的磨削技术方面,与国际先进水平仍有显著差距。此外,国内企业在生产过程中的环保意识与绿色制造技术应用也相对较弱。

3. 专利与知识产权

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1)国外:国际巨头在行星滚柱丝杠相关技术领域积累了大量专利,覆盖总体结构设计、螺纹加工制造、传动精度测量等多个关键环节,构建了严密的知识产权保护体系,有效阻挡了竞争对手的模仿与超越。

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2)国内:国内企业在行星滚柱丝杠领域的专利申请虽呈现出快速增长趋势,但在总量、质量及覆盖面上与国际品牌仍有较大差距。尤其是在高精度滚柱丝杠制造的关键技术分支,如螺纹硬态车削工艺、螺纹磨削用砂轮技术、深孔内螺纹制造等方面,国内企业的专利积累尚显薄弱。

4. 从滚珠丝杠的精度控制看经验积累与品质控制

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1)国外:国际品牌通过长期的生产实践与经验积累,形成了严格的质量管理体系,能够有效控制工件热变形误差,确保产品的高精度与一致性。在旋风硬铣、滚道硬车削等复杂工艺中,国外企业对机理理解深入,能够精确控制工艺参数,降低废品率,延长刀具寿命。

2)国内:国内企业在滚柱丝杠制造经验、热处理控制、工艺参数优化等方面有待提升。部分企业虽已引进先进设备,但由于对设备机理理解不足、缺乏成熟工艺参数数据库,导致实际生产中精度控制困难,废品率较高,刀具损耗严重。

三、对行星滚珠丝杠的一点看法与未来展望

总体来看,国内外主要布局公司在行星滚柱丝杠技术能力上存在较显著差距,主要体现在材料科学、工艺技术、专利积累、经验控制等方面。国际巨头凭借深厚的技术底蕴、严格的品质控制以及广泛的专利布局,牢牢把握高端市场;而国内企业虽然在局部领域取得突破,但整体技术实力、产品性能及市场竞争力仍需提升。

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面对人形机器人产业的快速发展与国产替代的迫切需求,国内企业该如何应对呢?从以下几个方面作为一点不成熟的建议:

1、材料研发与供应链整合:加强与上游材料供应商的合作,提升原材料纯净度与性能,研发专用滚柱丝杠材料,缩小与国际先进水平的差距。

2、工艺技术创新与设备升级:加大研发投入,引进或自主研发高精度、高效率的加工设备,优化工艺流程,提升磨削、旋风铣、硬车削等核心工艺技术水平,推动绿色制造技术的应用。

3、专利布局与知识产权保护:加强基础创新能力的专利申请与布局,特别是在高精度滚柱丝杠制造关键技术领域,构建完善的知识产权保护体系,为企业发展保驾护航。

4、 经验积累与品质管理:借鉴国际先进经验,建立严格的质量管理体系,积累生产数据,优化工艺参数,提升产品良率与一致性。

希望通过上述努力,国内企业能逐步缩小与国际先进水平的技术差距,提升国产行星滚柱丝杠的市场竞争力,助力人形机器人产业的国产化进程

参考文档下载:人形机器人行业系列报告(四):丝杠:线性传动核心部件,国产替代星辰大海-光大证券.pdf

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