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丝杠导轨行业研究:旋风铣工艺渗透率提升.docx
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丝杠导轨行业研究:旋风铣工艺渗透率提升.docx
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丝杠导轨行业研究:旋风铣工艺渗透率提升
一、旋风铣工艺兼顾效率&精度,为丝杠加工未来趋势
丝杠导轨为核心传动部件,加工方式众多
滚珠丝杠是将旋转运动转换成线性运动的理想传动装置,主要由丝杠轴、螺母、
滚珠以及循 环部件组成。丝杠轴、螺母和端盖上都制有圆弧形螺旋槽,将它们套
装在一起时,这些槽对 合起来就形成了螺旋通道,滚珠能够在通道内循环滚动。
当丝杠相对于螺母旋转时,滚珠在 滚道内自转,同时又在封闭的滚道内循环运动,
使丝杠和螺母相对产生轴向运动。 按加工方式来看,丝杠加工可以分为纯磨制工
艺、轧制工艺和旋风铣工艺,目前旋风铣工艺 渗透率正逐步提升。
纯磨制工艺:传统方案,满足绝大多数丝杠加工要求
纯磨制工艺主要加工步骤如下: (1)螺纹滚道车削+淬火:首先从一个圆钢的
毛坯件(没有任何预处理),靠车床将丝杠上的滚 道慢慢地车削出来。滚道车削
完后进行淬火,因为后续对滚道的磨削需要丝杠具有一定的硬度。 (2)粗磨+
精磨:淬火完硬度合格之后,下一道工序是进行粗磨,把滚道的外圆和内壁进行
第一 次粗打磨。粗磨完要进行时效处理(去掉热处理和机加工产生的应力),时
效完成后再进行半精 磨和精磨,最后制成一个丝杠。 纯磨制工艺的特点在于:
能满足绝大多数种类丝杠的加工要求,但加工周期长,效率低。
旋风铣工艺:兼顾效率&精度,丝杠加工未来趋势
旋风铣工艺主要加工步骤如下: (1)预先热处理:对金属圆棒进行淬火和简单
的外圆磨削,来保证丝杠表面的硬度、尺寸和公差 (2)旋风铣加工滚道:直接
用旋风铣将丝杠上的螺纹滚道铣削出来,此时丝杠的精度已经达到 C4-C5 级别。
(3)定制切割:按照客户的要求,对丝杠的进行切割,对于精度要求不高的丝杠,
加工至这一步已经完成。 (4)磨床精磨:对于精度要求高的丝杠,需要用磨床
对滚道进行最后精磨,此时精度会从 C4-C5 提升至 C1-C2。 旋风铣工艺兼顾效
率和精度,是丝杠加工的未来趋势: 相较于磨制工艺,旋风铣工艺加工步骤较少,
且对于预处理完的丝杠可以进行存储,因此效率更高。而和轧制 丝杠对比,旋风
铣工艺也能够制作 C1-C2 精度级别的丝杠,加工精度更高。
加工方案对比:各有所长,旋风铣综合效果更佳
各有所长,旋风铣综合效果更佳,预计后续渗透率会持续提升: ①纯磨制工艺:
缺点在于效率很低,30 多道工序;而且是先刻画出滚道,再进行热处理,很容易
产生形变,需 要再进行一道粗磨;此外粗磨螺纹过程中,由于进给量较大,经常
会出现由于切削温度高而使螺纹滚道退火, 从而降低表面硬度的问题。优点在于
因为是用车再磨的工艺,可以加工一些异形丝杠。 ②轧制工艺:缺点在于精度比
较低,但优点在于加工效率很高,一般用于低精度的丝杠。 ③旋风铣工艺:缺点
在于淬火完的用于旋风铣的铁棒,一定要是标准的圆柱形,因此一些异形丝杠没
法使用。
行星滚柱丝杠加工:加工难度高&加工时间长
相较于普通的滚珠丝杠,行星滚柱丝杠加工整体难度更高,主要体现在: (1)
反向式行星滚柱丝杠螺母细而长,加工过程中容易发生碰撞干涉:通常加工螺母
里面的内 螺纹滚道时,厂商采用砂轮中间穿一根杆子的办法,通过杆子的弯折,
把砂轮送进去磨削螺旋沟 道。然而反向式行星滚柱丝杠的螺母较长,杆子容易和
螺母出现碰撞干涉。 (2)新工艺方案包括干涉磨削、软轴磨和内螺纹旋风铣:
目前国内外针对螺母内螺纹加工,有三 种可行方法。第一种为干涉磨削法,即设
计特殊的砂轮顶着碰撞加工,但这种方法效率低下且有 规格限制;第二种为软轴
磨,即仍采用砂轮中穿杆子的办法,杆子与螺母平行,ongoing 调整砂轮 和杆
子的角度进行磨削;第三种为内螺纹旋风铣,目前系德国的主流加工方案,国内
尚未突破。
二、加工设备:螺纹磨床&旋风铣床为丝杠加工核心装备
螺纹磨床:提升丝杠精度的关键设备
磨床是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床: 磨床主要使用高速旋转的砂轮
及砂带等磨具研磨工件的多余量,以获取所需形状、尺寸及加工面。按照工艺的
不同,磨床可主要分为外圆磨床、内圆磨床、无心磨床、平面磨床、轧辊磨床及
其它专用磨床等。按照加工对 象的不同,磨床则可分为螺纹磨床、齿轮磨床、叶
片磨床等。
人形机器人催生大量丝杠需求,高精度磨床同样受益
远期来看,人形机器人若迅速放量有望催生大量丝杠需求,因此高精度磨床作为
关键生产设备 同样受益。根据我们测算,中性假设下,至 2030 年人形机器人行
星滚柱丝杠用磨床市场空间可 达 50 亿元,远期空间广阔。关键假设如下: 1)
人 形 机 器 人 产 量 : 悲 观 / 中 性 / 乐 观 假 设 下 2030 年 人 形 机 器 人 产 量 分 别 为
50/100/300 万台 ;2)单台磨床制作行星滚珠丝杠用时:悲观/中性/乐观假设
下分别为 1.2/1/0.8 小时/根。
三井精机:量测具起家,高精度磨床龙头
三井精机成立于 1928 年,始终将“高精度”作为公司发展重心。1938 年,三井精
机制造了日本第一台高精密加工 机床 4 型坐标镗床,为日后研发各类高精度机床
打下了坚实的基础。NC 数控装置诞生后,公司和日本工业技术院 机械试验所共
同开发了 NC 数控坐标镗床,率先实现了高精度加工的自动化。在 90 多年的发展
历史中, 高精度是公 司始终追求的目标。
公司主营产品为卧加、立加、磨床(坐标磨床和螺纹磨床),均处于世界领先水
平,具体来看: 1)卧式加工中心:公司最核心的机型,工作台面尺寸从 400mm
(小型机)到 1500mm(超大型机)。其中 HU63A、 HU80A 适合高精度量产;
H5D、H6D 是具备全轴刮研滑动面的超高精度加工中心。 2)立式加工中心:具
有代表性的机型为 VU65A,其 X 轴行程 1280mm,Y 轴行程为 650mm。主要
应用于精密零件和 精密模具加工领域。 3)磨床:代表机型 J300G是 V-V(一
部分 V-F)刮研滑动面,定位精度在±0.0007mm,是最能代表公司精度追求的 。
在精密模具、光学仪器等最终的精磨削加工过程中不可缺少。
【秦川机床】老牌机床龙头,丝杠&磨床业务协同发展
秦川机床下设子公司汉江机床负责磨床&丝杠导轨业务,其竞争实力处于国内第
一梯队。 1)从规模来看,处于国产厂商前列:汉江机床 2022 年营收达 4.0 亿
元,同比+28.8%,实现净利 润 2479 万元,同比+162.2%,在行业景气度较低
的背景下逆势增长。 2)从竞争优势来看:①丝杠导轨业务历史悠久,技术沉淀
深厚:汉江机床专业从事滚动功能部 件 50 余年,是中国机床工具工业协会滚动
功能部件分会的会长单位;③拥有领先的螺纹磨削技 术:汉江机床是国内螺纹磨
床龙头,掌握了螺纹磨削核心技术,其中丝杠导轨产品精度等级可 达 P2-P3,引
领核心滚动功能件进口替代;③磨床与丝杠导轨业务协同发展:高精度磨床是丝
杠 导轨生产的必要设备,公司磨床和滚动功能件业务的无缝对接有效促进研发的
良性循环。
【日发精机】:国产高端轴承磨领域龙头
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