絲杠導(dǎo)軌行業(yè)旋風銑工藝分析

絲杠導(dǎo)軌行業(yè)旋風銑工藝分析一、旋風銑工藝兼顧效率&精度，為絲杠加工未來趨勢絲杠導(dǎo)軌為核心傳動部件，加工方式眾多滾珠絲杠是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成線性運動的理想傳動裝置，主要由絲杠軸、螺母、滾珠以及循環(huán)部件組成。絲杠軸、螺母和端蓋上都制有圓弧形螺旋槽，將它們套裝在一起時，這些槽對合起來就形成了螺旋通道，滾珠能夠在通道內(nèi)循環(huán)滾動。當絲杠相對于螺母旋轉(zhuǎn)時，滾珠在滾道內(nèi)自轉(zhuǎn)，同時又在封閉的滾道內(nèi)循環(huán)運動，使絲杠和螺母相對產(chǎn)生軸向運動。按加工方式來看，絲杠加工可以分為純磨制工藝、軋制工藝和旋風銑工藝，目前旋風銑工藝滲透率正逐步提升。純磨制工藝：傳統(tǒng)方案，滿足絕大多數(shù)絲杠加工要求純磨制工藝主要加工步驟如下：（1）螺紋滾道車削+淬火：首先從一個圓鋼的毛坯件（沒有任何預(yù)處理），靠車床將絲杠上的滾道慢慢地車削出來。滾道車削完后進行淬火，因為后續(xù)對滾道的磨削需要絲杠具有一定的硬度。（2）粗磨+精磨：淬火完硬度合格之后，下一道工序是進行粗磨，把滾道的外圓和內(nèi)壁進行第一次粗打磨。粗磨完要進行時效處理（去掉熱處理和機加工產(chǎn)生的應(yīng)力），時效完成后再進行半精磨和精磨，最后制成一個絲杠。純磨制工藝的特點在于：能滿足絕大多數(shù)種類絲杠的加工要求，但加工周期長，效率低。旋風銑工藝：兼顧效率&精度，絲杠加工未來趨勢旋風銑工藝主要加工步驟如下：（1）預(yù)先熱處理：對金屬圓棒進行淬火和簡單的外圓磨削，來保證絲杠表面的硬度、尺寸和公差（2）旋風銑加工滾道：直接用旋風銑將絲杠上的螺紋滾道銑削出來，此時絲杠的精度已經(jīng)達到C4-C5級別。（3）定制切割：按照客戶的要求，對絲杠的進行切割，對于精度要求不高的絲杠，加工至這一步已經(jīng)完成。（4）磨床精磨：對于精度要求高的絲杠，需要用磨床對滾道進行最后精磨，此時精度會從C4-C5提升至C1-C2。旋風銑工藝兼顧效率和精度，是絲杠加工的未來趨勢：相較于磨制工藝，旋風銑工藝加工步驟較少，且對于預(yù)處理完的絲杠可以進行存儲，因此效率更高。而和軋制絲杠對比，旋風銑工藝也能夠制作C1-C2精度級別的絲杠，加工精度更高。加工方案對比：各有所長，旋風銑綜合效果更佳各有所長，旋風銑綜合效果更佳，預(yù)計后續(xù)滲透率會持續(xù)提升：①純磨制工藝：缺點在于效率很低，30多道工序；而且是先刻畫出滾道，再進行熱處理，很容易產(chǎn)生形變，需要再進行一道粗磨；此外粗磨螺紋過程中，由于進給量較大，經(jīng)常會出現(xiàn)由于切削溫度高而使螺紋滾道退火，從而降低表面硬度的問題。優(yōu)點在于因為是用車再磨的工藝，可以加工一些異形絲杠。②軋制工藝：缺點在于精度比較低，但優(yōu)點在于加工效率很高，一般用于低精度的絲杠。③旋風銑工藝：缺點在于淬火完的用于旋風銑的鐵棒，一定要是標準的圓柱形，因此一些異形絲杠沒法使用。行星滾柱絲杠加工：加工難度高&加工時間長相較于普通的滾珠絲杠，行星滾柱絲杠加工整體難度更高，主要體現(xiàn)在：（1）反向式行星滾柱絲杠螺母細而長，加工過程中容易發(fā)生碰撞干涉：通常加工螺母里面的內(nèi)螺紋滾道時，廠商采用砂輪中間穿一根桿子的辦法，通過桿子的彎折，把砂輪送進去磨削螺旋溝道。然而反向式行星滾柱絲杠的螺母較長，桿子容易和螺母出現(xiàn)碰撞干涉。（2）新工藝方案包括干涉磨削、軟軸磨和內(nèi)螺紋旋風銑：目前國內(nèi)外針對螺母內(nèi)螺紋加工，有三種可行方法。第一種為干涉磨削法，即設(shè)計特殊的砂輪頂著碰撞加工，但這種方法效率低下且有規(guī)格限制；第二種為軟軸磨，即仍采用砂輪中穿桿子的辦法，桿子與螺母平行，ongoing調(diào)整砂輪和桿子的角度進行磨削；第三種為內(nèi)螺紋旋風銑，目前系德國的主流加工方案，國內(nèi)尚未突破。二、加工設(shè)備：螺紋磨床&旋風銑床為絲杠加工核心裝備螺紋磨床：提升絲杠精度的關(guān)鍵設(shè)備磨床是利用磨具對工件表面進行磨削加工的機床：磨床主要使用高速旋轉(zhuǎn)的砂輪及砂帶等磨具研磨工件的多余量，以獲取所需形狀、尺寸及加工面。按照工藝的不同，磨床可主要分為外圓磨床、內(nèi)圓磨床、無心磨床、平面磨床、軋輥磨床及其它專用磨床等。按照加工對象的不同，磨床則可分為螺紋磨床、齒輪磨床、葉片磨床等。人形機器人催生大量絲杠需求，高精度磨床同樣受益遠期來看，人形機器人若迅速放量有望催生大量絲杠需求，因此高精度磨床作為關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備同樣受益。根據(jù)我們測算，中性假設(shè)下，至2030年人形機器人行星滾柱絲杠用磨床市場空間可達50億元，遠期空間廣闊。關(guān)鍵假設(shè)如下：1）人形機器人產(chǎn)量：悲觀/中性/樂觀假設(shè)下2030年人形機器人產(chǎn)量分別為50/100/300萬臺；2）單臺磨床制作行星滾珠絲杠用時：悲觀/中性/樂觀假設(shè)下分別為1.2/1/0.8小時/根。三井精機：量測具起家，高精度磨床龍頭三井精機成立于1928年，始終將“高精度”作為公司發(fā)展重心。1938年，三井精機制造了日本第一臺高精密加工機床4型坐標鏜床，為日后研發(fā)各類高精度機床打下了堅實的基礎(chǔ)。NC數(shù)控裝置誕生后，公司和日本工業(yè)技術(shù)院機械試驗所共同開發(fā)了NC數(shù)控坐標鏜床，率先實現(xiàn)了高精度加工的自動化。在90多年的發(fā)展歷史中,高精度是公司始終追求的目標。公司主營產(chǎn)品為臥加、立加、磨床（坐標磨床和螺紋磨床），均處于世界領(lǐng)先水平，具體來看：1）臥式加工中心：公司最核心的機型，工作臺面尺寸從400mm（小型機）到1500mm（超大型機）。其中HU63A、HU80A適合高精度量產(chǎn)；H5D、H6D是具備全軸刮研滑動面的超高精度加工中心。2）立式加工中心：具有代表性的機型為VU65A，其X軸行程1280mm，Y軸行程為650mm。主要應(yīng)用于精密零件和精密模具加工領(lǐng)域。3）磨床：代表機型J300Ｇ是V-V（一部分V-F）刮研滑動面，定位精度在±0.0007mm，是最能代表公司精度追求的。在精密模具、光學(xué)儀器等最終的精磨削加工過程中不可缺少?！厩卮C床】老牌機床龍頭，絲杠&磨床業(yè)務(wù)協(xié)同發(fā)展秦川機床下設(shè)子公司漢江機床負責磨床&絲杠導(dǎo)軌業(yè)務(wù)，其競爭實力處于國內(nèi)第一梯隊。1）從規(guī)模來看，處于國產(chǎn)廠商前列：漢江機床2022年營收達4.0億元，同比+28.8%，實現(xiàn)凈利潤2479萬元，同比+162.2%，在行業(yè)景氣度較低的背景下逆勢增長。2）從競爭優(yōu)勢來看：①絲杠導(dǎo)軌業(yè)務(wù)歷史悠久，技術(shù)沉淀深厚：漢江機床專業(yè)從事滾動功能部件50余年，是中國機床工具工業(yè)協(xié)會滾動功能部件分會的會長單位；③擁有領(lǐng)先的螺紋磨削技術(shù)：漢江機床是國內(nèi)螺紋磨床龍頭，掌握了螺紋磨削核心技術(shù)，其中絲杠導(dǎo)軌產(chǎn)品精度等級可達P2-P3，引領(lǐng)核心滾動功能件進口替代；③磨床與絲杠導(dǎo)軌業(yè)務(wù)協(xié)同發(fā)展：高精度磨床是絲杠導(dǎo)軌生產(chǎn)的必要設(shè)備，公司磨床和滾動功能件業(yè)務(wù)的無縫對接有效促進研發(fā)的良性循環(huán)?！救瞻l(fā)精機】：國產(chǎn)高端軸承磨領(lǐng)域龍頭地緣政治影響短期業(yè)績，切入絲杠導(dǎo)軌磨領(lǐng)域打開成長空間：2021年來盡管受到疫情的影響，但公司收入端基本保持穩(wěn)定，2023Q1-Q3受制造業(yè)景氣度下滑影響收入端同比-4.6%。利潤端受地緣政治影響較大，Airwork公司飛機被扣留導(dǎo)致出現(xiàn)大額的資產(chǎn)減值損失。憑借在軸承磨領(lǐng)域的經(jīng)驗積累，公司切入絲桿導(dǎo)軌磨領(lǐng)域，目前已處于客戶驗證的關(guān)鍵時期，有望打開公司長期成長空間。旋風銑：提升絲杠加工效率的關(guān)鍵設(shè)備旋風銑是與普通車床配套的高速銑削螺紋裝置：用裝在高速旋轉(zhuǎn)刀盤上的硬質(zhì)合金成型刀，從工件上銑削出螺紋的螺紋加工方法。因其銑削速度高(速度達到400m/min)，加工效率快，并采用壓縮空氣進行排屑冷卻，加工過程中切削飛濺如旋風而得名—旋風銑。外資領(lǐng)先程度較高，目前國內(nèi)尚無優(yōu)秀的旋風銑加工廠商歐洲早在20世紀80年代便推出CNC旋風銑床，并應(yīng)用于滾珠絲杠加工，后逐步進入中國。但在設(shè)備工藝及成熟度方面，目前較為領(lǐng)先的廠商包括德國Leistritz公司、GWT公司、Burgsmuller等，而國內(nèi)尚無非常優(yōu)秀的旋風銑加工廠商。人形機器人催生大量絲杠需求，旋風銑設(shè)備同樣受益遠期來看，人形機器人若迅速放量有望催生大量絲杠需求，若未來旋風銑加工成為絲杠成熟加工方案，則需求量十分可觀。根據(jù)我們測算，中性假設(shè)下，至2030年人形機器人行星滾柱絲杠用旋風銑市場空間可達16億元（僅考慮主絲杠使用旋風銑）。關(guān)鍵假設(shè)如下：1）人形機器人產(chǎn)量：悲觀/中性/樂觀假設(shè)下2030年人形機器人產(chǎn)量分別為50/100/300萬臺2）單臺旋風銑設(shè)備年產(chǎn)量：根據(jù)某國產(chǎn)龍頭廠商目前成熟工藝估算，單臺進口旋風銑加工效率為3萬根/年，假設(shè)國產(chǎn)設(shè)備加工效率為進口設(shè)備的一半（1.5萬根/年）3）單臺旋風銑設(shè)備價值量：2022年外資龍頭Leistritz單臺旋風銑售價約600萬/臺，假設(shè)未來國產(chǎn)設(shè)備的價值量為進口設(shè)備的三分之一（200萬元/臺）。三、加工刀具：PCBN銑刀為絲杠加工核心耗材旋風銑加工刀具：PCBN超硬刀具PCBN刀具為旋風銑加工合適刀具：高性能的刀片材料和精密的刀具、刀盤制造技術(shù)為旋風硬銑削提供技術(shù)保障。由于旋風銑為硬加工工藝（即加工硬度較高的材料），其對刀具的硬度有較高要求，綜合考慮加工要求和經(jīng)濟性，PCBN銑刀為旋風銑最合適的加工刀具。PCBN刀具具有高耐磨性和性能穩(wěn)定的特點：PCBN是在高溫高壓下將細微的CBN材料通過結(jié)合相（TiC、TiN、Al、Ti等）燒結(jié)在一起的多晶材料，PCBN材料與金剛石有相似的晶體結(jié)構(gòu)，對耐磨材料切削時其耐磨性遠超硬質(zhì)合金，且具有很高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。超硬刀具行業(yè)規(guī)模不斷擴大，應(yīng)用逐步拓寬預(yù)計2023年國內(nèi)超硬刀具行業(yè)市場規(guī)模有望達到73億元：根據(jù)智研咨詢統(tǒng)計預(yù)測，國內(nèi)超硬刀具市場空間從2013年的33.8億元增長至2021年的58.0億元，CAGR=7%。智研咨詢預(yù)計2023年國內(nèi)超硬刀具市場規(guī)模有望達到73億元，其中金剛石刀具市場占比43.97%，PCBN刀具市場占比56.03%。超硬刀具下游應(yīng)用逐步拓寬，新能源車輕量化需求加速行業(yè)發(fā)展：超硬刀具用途十分廣泛，下游市場包括各類型顯示屏切割，汽車關(guān)鍵零部件加工，航空航天、軍工等行業(yè)。汽車工業(yè)是我國超硬刀具最大的下游應(yīng)用領(lǐng)域，2022年市場規(guī)模占比近70%。隨著新能源汽車的快速發(fā)展和逐漸普及，鋁合金等輕質(zhì)材料運用比例迅速提升，推動超硬刀具行業(yè)加速