人形機(jī)器人行業(yè)市場(chǎng)前景及投資研究報(bào)告：絲杠加工隱形壁壘熱處理,熱變形解決方案

絲杠加工的隱形壁壘：熱處理及熱變形解決方案——人形機(jī)器人專題（六）2024年3月7日目

錄絲杠加工中的熱處理工藝及設(shè)備熱處理帶來(lái)的形變及解決方案工藝升級(jí)，兼顧效率與精度投資建議風(fēng)險(xiǎn)分析1絲杠加工中的熱處理工藝及設(shè)備表1：熱處理工藝目的工藝應(yīng)用場(chǎng)景退火和正火用于經(jīng)過(guò)熱加工的毛坯。含碳量大于

0.5%的碳鋼和合金鋼，為降低其硬度易于切削，常采用退火處理;含碳量低于0.5%的碳鋼和合金鋼，為避免其硬度過(guò)低切削時(shí)粘刀，而采用正火處理。退火和正火尚能細(xì)化晶粒、均勻組織，為以后的熱處理做準(zhǔn)備。退火和正火通常安排在毛坯制造之后、粗加工之前進(jìn)行。退火和正火時(shí)效處理主要用于消除毛坯制造和機(jī)械加工中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。對(duì)于一般精度的零件，在精加工前安排一次時(shí)效處理即可。精度要求較高的零件(如座標(biāo)鏜床的箱體等)，應(yīng)安排兩次或數(shù)次時(shí)效處理工序。簡(jiǎn)單零件一般可不進(jìn)行時(shí)效處理。除鑄件外，對(duì)于一些剛性較差的精密零件(如精密絲杠)，為消除加工中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定零件加工精度，常在粗加工、半精加工之間安排多次時(shí)效處理。有些軸類零件加工，在校直工序后也要安排時(shí)效處理。預(yù)備熱處理時(shí)效處理調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)即是在淬火后進(jìn)行高溫回火處理，它能獲得均勻細(xì)致的回火索氏體組織，為以后的表面淬火和滲氮處理時(shí)減少變形做準(zhǔn)備，因此調(diào)質(zhì)也可作為預(yù)備熱處理。由于調(diào)質(zhì)后零件的綜合力學(xué)性能較好，對(duì)某些硬度和耐磨性要求不高的零件，也可作為最終熱處理工序。淬火有表面淬火和整體淬火。其中表面淬火因?yàn)樽冃?、氧化及脫碳較小而應(yīng)用較廣，而且表面淬火還具有外部強(qiáng)度高、耐磨性好，而內(nèi)部保持良好的韌性、抗沖擊力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。為提高表面淬火零件的機(jī)械性能，常需進(jìn)行調(diào)質(zhì)或正火等熱處理作為預(yù)備熱處理。其一般工藝路線為:下料一鍛造一正火(退火)一粗加工一調(diào)質(zhì)一半精加工一表面淬火一精加工。淬火滲碳分整體滲碳和局部滲碳，局部滲碳時(shí)對(duì)不滲碳部分要采取防滲措施(鍍銅或鍍防滲材料)。由于滲碳淬火變形大，且滲碳深度一般在0.5~2mm之間，所以滲碳工序一般安排在半精加工和精加工之間。其工藝路線一般為:下料一鍛造一正火一粗、半精加工一滲碳淬火一精加工。最終熱處理滲碳淬火滲氮處理滲氮是使氮原子滲入金屬表面獲得一層含氮化合物的處理方法。滲氮層可以提高零件表面的硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度和抗蝕性。由于滲氮處理溫度較低、變形小、且滲氮層較薄(一般不超過(guò)0.6-0.7mm)，滲氮工序應(yīng)盡量靠后安排，為減小滲氮時(shí)的變形，在切削后一般需進(jìn)行消除應(yīng)力的高溫回火。熱處理的作用是改善行星滾柱絲杠副各零件的材料性能、切削性能以及消除殘余應(yīng)力。熱處理工藝可分為兩大類：預(yù)備熱處理和最終熱處理。預(yù)備熱處理的作用是改善絲杠切削性能、消除殘余應(yīng)力以及為最終熱處理做準(zhǔn)備，主要工藝包括調(diào)質(zhì)、退火、正火、時(shí)效處理等；最終熱處理的作用是提高螺紋的表面硬度以及耐磨性。資料：機(jī)械工程師微信公眾號(hào)2絲杠加工中的熱處理工藝及設(shè)備表3：絲杠一般工藝流程序號(hào)1絲杠（滾柱絲杠）絲杠毛坯滾柱（滾柱絲杠）滾柱毛坯絲杠（滾珠絲杠）絲杠毛坯根據(jù)鄭偉《精密行星滾柱絲杠副工藝制造與傳動(dòng)性能研究》：1)

絲杠表面熱處理采用感應(yīng)淬火，硬化層深度

1.5~2.0mm；2)

螺母表面熱處理采用滲碳淬火，硬化層深度

1.0~1.4mm；3)

滾柱和內(nèi)齒圈整體進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，調(diào)質(zhì)硬度

HB235，齒面氮化處理，齒面硬度不低于

HV600，硬化層深度

0.4~0.5mm。2預(yù)備熱處理校直預(yù)備熱處理校直預(yù)備熱處理校直34加工端面及中心孔粗車加工端面及中心孔粗車加工端面及中心孔粗車56高溫時(shí)效并檢驗(yàn)加工端面及修中心孔半精車高溫時(shí)效并檢驗(yàn)加工端面及修中心孔半精車高溫時(shí)效并檢驗(yàn)加工端面及修中心孔半精車789滾齒101112131415161718192021222324銑粗磨銑銑粗磨粗磨表2：絲杠加工中的熱處理工藝感應(yīng)淬火并檢驗(yàn)研中心孔粗磨表面氮化并檢驗(yàn)研中心孔感應(yīng)淬火并檢驗(yàn)研中心孔粗磨部位熱處理工藝感應(yīng)淬火出發(fā)點(diǎn)粗磨探傷探傷探傷感應(yīng)淬火后絲杠表面性能提高，心部具有較高韌性；硬化層深度1.5~2.0mm絲杠表面螺母表面高溫時(shí)效并檢驗(yàn)研中心孔半精磨高溫時(shí)效并檢驗(yàn)研中心孔高溫時(shí)效并檢驗(yàn)研中心孔半精磨可以得到高的疲勞強(qiáng)度、硬度及耐磨性，使其能夠承受較大的沖擊載荷；硬化層深度1.0~1.4mm滲碳淬火半精磨使?jié)L柱和內(nèi)齒圈在較大的動(dòng)載荷作用下，能很好地承受彎曲和扭轉(zhuǎn)力的作用，且硬度和耐磨性也顯著提高整體進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理齒面氮化處理低溫時(shí)效并檢驗(yàn)銑鍵槽低溫時(shí)效并檢驗(yàn)銑鍵槽低溫時(shí)效并檢驗(yàn)銑鍵槽滾柱和內(nèi)齒圈避免其在熱處理過(guò)程中發(fā)生較大熱變形，又能使其具有優(yōu)異的耐磨性、耐疲勞性和耐腐蝕性磨端部螺紋研中心孔精磨并全面檢驗(yàn)入庫(kù)磨端部螺紋研中心孔磨端部螺紋研中心孔精磨并全面檢驗(yàn)入庫(kù)資料：鄭偉《精密行星滾柱絲杠副工藝制造與傳動(dòng)性能研究》精磨并全面檢驗(yàn)入庫(kù)3資料：鄭偉《精密行星滾柱絲杠副工藝制造與傳動(dòng)性能研究》、鄭紅《精密滾珠絲杠機(jī)械加工工藝規(guī)程研究》絲杠加工中的熱處理工藝及設(shè)備表4：熱處理基本工藝分類序號(hào)工藝類型概述及作用工藝細(xì)分分為退火、正火、淬火、回火、調(diào)質(zhì)等8小類，其中退火、正1整體熱處理對(duì)工件進(jìn)行穿透加熱，以改善整體的強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性火、淬火、回火是最常用的熱處理方法是改變工件表層化學(xué)成分、組織和性能的金屬熱處理工藝，將工件放在含碳、氮或其它合金元素的介質(zhì)中加熱，保溫較長(zhǎng)時(shí)間，使工件表層滲入碳、氮、硼等元素，以提高工件硬度、耐磨性等2化學(xué)熱處理分為滲碳、滲氮、碳氮共滲等7小類是只加熱工件表層，以改變其表層力學(xué)性能的金屬熱處理工藝，使工件具有外部強(qiáng)度高、耐磨性好，而內(nèi)部保持良好

分為表面淬火和回火、物理氣相沉積等5小類，其中表面淬火的韌性、抗沖擊力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)

因?yàn)樽冃?、氧化及脫碳較小而應(yīng)用較廣3表面熱處理資料：豐東股份招股說(shuō)明書(shū)（公司現(xiàn)已更名為金財(cái)互聯(lián)）表5：熱處理基本工藝分類（四把火）工藝退火介紹退火是將工件加熱到適當(dāng)溫度，根據(jù)材料和工件尺寸采用不同的保溫時(shí)間，然后進(jìn)行緩慢冷卻的熱處理工藝正火淬火回火將工件加熱到適宜的溫度保溫后在空氣中冷卻的熱處理工藝；正火的效果同退火相似，只是得到的組織更細(xì)，常用于改善材料的切削性能將工件加熱保溫后，在水、油等淬冷介質(zhì)中快速冷卻的熱處理工藝;最常見(jiàn)的有水冷淬火、油冷淬火、氣冷淬火等將淬火后的工件在高于室溫而低于650°C的某一適當(dāng)溫度進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的保溫，再進(jìn)行冷卻的熱處理工藝資料：豐東股份招股說(shuō)明書(shū)（公司現(xiàn)已更名為金財(cái)互聯(lián)）整體熱處理是指對(duì)工件進(jìn)行穿透加熱，以改善整體的強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性。

表面熱處理和化學(xué)熱處理主要解決零件的表面強(qiáng)化問(wèn)題，是金屬材料整體熱處理的補(bǔ)充和完善，三者相互配合，可全面達(dá)到零件多種多樣的使用性能要求。其中退火、正火、淬火、回火是最常用的熱處理方法，俗稱“四把火”。4絲杠加工中的熱處理工藝及設(shè)備圖2：感應(yīng)加熱原理示意圖圖1：熱處理工藝分類圖整體熱處理感應(yīng)加熱表面處理資料：閆野《精密滾珠絲杠表面感應(yīng)加熱淬火工藝研究》熱處理表面熱處理化學(xué)熱處理激光加熱表面處理火焰加熱表面處理根據(jù)感應(yīng)電流頻率的不同，感應(yīng)加熱淬火可分為高頻淬火（30-1000kHz）、中頻淬火（小于10kHz）和高頻脈沖淬火（約27MHz）三類。與傳統(tǒng)熱處理相比，感應(yīng)加熱淬火具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）加熱速度快，熱損失小，熱效率高。（2）表面氧化脫碳少，淬火變形很小。（3）缺口敏感性低，而沖擊韌性、耐磨性和疲勞強(qiáng)度高。（4）淬硬層深度易于控制。（5）生產(chǎn)率高，廢品率低，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化生產(chǎn)。火花放電加熱表面處理資料：升華感應(yīng)公開(kāi)轉(zhuǎn)讓說(shuō)明書(shū)表面感應(yīng)加熱淬火是滾珠絲杠改善表面耐磨性的重要熱處理工藝之一。該工藝主要是利用電磁感應(yīng)原理，以渦流形式將絲杠表面快速加熱至淬火溫度，而后急劇冷卻，形成一定厚度的表面淬硬層，而心部仍保持原有的組織形態(tài)。因此，可以滿足滾珠絲杠表層具有高硬度、耐磨性而心部則具有高強(qiáng)韌度配合的綜合力學(xué)性能要求。目前，國(guó)內(nèi)精密滾珠絲杠采用的感應(yīng)加熱淬火工藝并不完善，普遍存在淬硬層淺、硬度梯度分布不合理、變形大等問(wèn)題，這是制約其定位精度等可靠性能指標(biāo)提升的重要因素之一。5絲杠加工中的熱處理工藝及設(shè)備圖3：絲杠淬硬層剖面顯示按照使用頻率的不同，感應(yīng)淬火分為超高頻、高頻、中頻和工頻四種，淬硬層的深度取決于感應(yīng)電流進(jìn)入絲杠表面的深度h，其又取決于感應(yīng)電流的頻率f，可表示為：高頻感應(yīng)加熱的電流頻率為200~300kHz，淬應(yīng)層深度可達(dá)1.0~2.0mm，對(duì)于行星滾柱絲杠來(lái)說(shuō)，其螺紋牙高度為0.8mm，因此采用高頻感應(yīng)加熱淬火來(lái)滿足其表面熱處理性能要求。國(guó)內(nèi)滾珠絲杠在熱處理加工中普遍存在淬硬層淺、硬度分布不合理、組織均勻性差、耐磨性差等缺點(diǎn)，在滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中通常發(fā)生以磨損、接觸疲勞為主的表面損傷失效。資料：黃娟《滾珠絲杠關(guān)鍵制造工藝優(yōu)化及精度控制方法研究》6絲杠加工中的熱處理工藝及設(shè)備圖4：熱處理設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈圖5：全球工業(yè)熱處理設(shè)備廠商圖6：淬火設(shè)備用電源資料：SAET

EMMEDI圖7：淬火設(shè)備用線圈（感應(yīng)器）資料：豐東股份招股說(shuō)明書(shū)（公司現(xiàn)已更名為金財(cái)互聯(lián)）資料：QYResearch中高檔感應(yīng)加熱成套設(shè)備和感應(yīng)器的制造屬于典型的技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，

除了涉及機(jī)械制造、機(jī)電一體化設(shè)計(jì)技術(shù)之外，還要具備工藝氣氛智能控制、溫度場(chǎng)流場(chǎng)設(shè)計(jì)控制、傳熱學(xué)設(shè)計(jì)、工藝數(shù)據(jù)庫(kù)及故障自診斷等技術(shù)基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)方面，包括感應(yīng)器的設(shè)計(jì)與制造、感應(yīng)電源的適配以及數(shù)控系統(tǒng)的選擇。德國(guó)

AEG公司生產(chǎn)的6ｍ數(shù)控中頻淬火設(shè)備，能夠自動(dòng)測(cè)量淬火過(guò)程中滾珠絲杠螺距的變形量并可自動(dòng)加以修正，使螺距變形量得到有效控制。感應(yīng)淬火領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)先進(jìn)的設(shè)備制造商包括恒進(jìn)感應(yīng)、升華感應(yīng)、恒精感應(yīng)，海外龍頭包括美國(guó)應(yīng)達(dá)、意大利薩伊；氣氛爐領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)先進(jìn)的設(shè)備制造商包括豐東熱技術(shù)、江蘇金色工業(yè)爐、天利熱工，海外龍頭包括西科沃克、那智不二越、艾伯納。資料：SAET

EMMEDI7目

錄絲杠加工中的熱處理工藝及設(shè)備熱處理帶來(lái)的形變及解決方案工藝升級(jí)，兼顧效率與精度投資建議風(fēng)險(xiǎn)分析8熱處理帶來(lái)的形變及解決方案圖8：滾珠絲杠軟車＋磨削工藝路線絲杠在淬火介質(zhì)中迅速冷卻時(shí)，其橫截面會(huì)產(chǎn)生一定的溫度梯度。由于冷卻過(guò)程中存在溫度差，因而沿滾珠絲杠截面不同部位的熱膨脹量也將不同，導(dǎo)致滾珠絲杠的不同部位均產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力分布不均勻相應(yīng)就加大了淬火熱變形量，進(jìn)而影響已車螺紋的螺距誤差的改變。對(duì)于實(shí)際加工中的滾珠絲杠來(lái)說(shuō)，粗加工螺紋后淬火，由于各種原因淬火后仍不可避免的出現(xiàn)誤差變形，而絲杠全長(zhǎng)螺距變化及絲杠彎曲又會(huì)直接影響后續(xù)的滾道磨削加工，導(dǎo)致絲杠整體精度下降。如果全長(zhǎng)螺距變化過(guò)大，就會(huì)導(dǎo)致磨削時(shí)部分螺紋滾道磨削不下來(lái)，造成報(bào)廢。在滾道螺紋粗加工時(shí)使用數(shù)控車對(duì)螺距進(jìn)行誤差補(bǔ)償，以期淬火后還能獲得最佳的螺距狀態(tài)。因此，通過(guò)不同規(guī)格產(chǎn)品淬火變形量的摸索，找出相對(duì)穩(wěn)定的誤差補(bǔ)償值至關(guān)重要。滾珠絲杠的螺距精度最終是靠數(shù)控螺紋磨床來(lái)保證的，故以數(shù)控螺紋磨床的精度為基準(zhǔn)進(jìn)行輔助調(diào)整螺距誤差也是可行的。大導(dǎo)程的滾珠絲杠由于淬火變形相比其他絲杠更大，且不穩(wěn)定因素更多，在后續(xù)加工中變形很大，故所留余量要比其他絲杠大的多，所以需增加一道開(kāi)槽工序，后在預(yù)螺工序時(shí)需要對(duì)螺距進(jìn)行二次補(bǔ)償，通過(guò)冷熱加工相結(jié)合的補(bǔ)償措施，很好的解決了粗加工螺紋淬火的螺距變形問(wèn)題。資料：黃娟《滾珠絲杠關(guān)鍵制造工藝優(yōu)化及精度控制方法研究》9熱處理帶來(lái)的形變及解決方案圖9：硬銑加工工藝路線在實(shí)際銑削螺紋加工中，做好前期的準(zhǔn)備工作后，對(duì)螺距誤差影響較大應(yīng)該是銑削過(guò)程中產(chǎn)品的熱變形。如不同批次材料在銑削過(guò)程中的熱變形大小會(huì)不盡相同，因此在螺距誤差補(bǔ)償數(shù)值的確定方面需要通過(guò)不同批次材料的銑削加工，不斷摸索補(bǔ)償值，積累相關(guān)螺距變形的數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線分析找出不同批次產(chǎn)品的螺距變化規(guī)律，在后續(xù)的產(chǎn)品加工中進(jìn)行補(bǔ)償。資料：黃娟《滾珠絲杠關(guān)鍵制造工藝優(yōu)化及精度控制方法研究》10熱處理帶來(lái)的形變及解決方案滾珠絲杠表面感應(yīng)淬火具體的技術(shù)要求如下：圖10：絲杠制造相關(guān)熱處理方式材料選用優(yōu)質(zhì)GCr15鋼。滾道表面硬度要求為58～63HRC。淬火硬化層要求：①深度要求：沿滾道法向表面有效硬化層深度≥1.0ｍｍ。②顯微組織要求：在硬化層區(qū)域內(nèi)顯微組織為馬氏體＋殘留奧氏體＋碳化物，馬氏體組織為1～4級(jí)。球化退火中頻淬火時(shí)效處理徑跳要求：工件長(zhǎng)度≤600ｍｍ，徑跳≤0.30ｍｍ；工件長(zhǎng)度≥600ｍｍ，徑跳≤0.40ｍｍ。硬度下降螺距變形要求：伸長(zhǎng)量≤0.8ｍｍ／ｍ×工件長(zhǎng)度；收縮量≤0.5ｍｍ／ｍ×工件長(zhǎng)度。對(duì)于滾珠絲杠淬火硬化層深度要求是基于絲杠耐磨性和長(zhǎng)期反復(fù)運(yùn)動(dòng)的需要，為了保證其能很好地達(dá)到設(shè)計(jì)使用壽命。在對(duì)滾珠絲杠淬火硬化層組織的要求中，特別強(qiáng)調(diào)馬氏體組織必須控制在1～4級(jí)，即隱針狀馬氏體，不允許出現(xiàn)粗針狀馬氏體。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，類似滾珠絲杠這樣精密的滾動(dòng)軸承類產(chǎn)品，如果淬火組織過(guò)粗則有可能在后續(xù)的磨削加工中產(chǎn)生裂紋。硬度提高消除內(nèi)部應(yīng)力設(shè)備退火溫度硬度設(shè)備工作頻率硬度設(shè)備工作溫度井式電阻爐：功率100kWHBS179-207感應(yīng)淬火機(jī)床300℃低溫烘箱800℃25kHZ

HRC58-63140-160℃對(duì)于滾珠絲杠表面感應(yīng)淬火徑跳的要求是基于兩方面的原因：一是絲杠精度的要求；二是大批量產(chǎn)品生產(chǎn)的要求。對(duì)于螺距變形量的要求是基于一般企業(yè)的滾珠絲杠的生產(chǎn)大部分是先開(kāi)滾道再淬火。一方面這有利于產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)，但是另一方面對(duì)絲杠的表面感應(yīng)淬火也提出了控制螺距變形的要求。由于絲杠在淬火過(guò)程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生長(zhǎng)度方向的變化，這將會(huì)影響原有滾道的尺寸精度。資料：鄭紅《精密滾珠絲杠機(jī)械加工工藝規(guī)程研究》11熱處理帶來(lái)的形變及解決方案淬火形變?cè)诮z杠加工過(guò)程中，淬火工序通過(guò)在工件表面形成堅(jiān)硬的馬氏體組織，從而達(dá)到耐磨性的要求。但是，淬火后由于金相組織的改變，將會(huì)導(dǎo)致軸向尺寸變化，給絲杠的高精度加工帶來(lái)挑戰(zhàn)。對(duì)于高精度的滾珠絲杠螺紋，歐洲、日本均采用淬火前軟車補(bǔ)償、淬后磨削的工藝。國(guó)內(nèi)部分廠商也嘗試采用淬火前軟車補(bǔ)償、旋銑補(bǔ)償，淬火后磨削的加工方式。但受到國(guó)內(nèi)滾珠絲杠用材的制約，找不到淬火前后滾珠絲杠的變形規(guī)律，致使軟車補(bǔ)償、旋銑補(bǔ)償工藝存在一定的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。摸清淬火的變化規(guī)律是螺紋粗加工中必須解決的難題。目前來(lái)看，常見(jiàn)的解決方案有兩種：1）淬火前不加工螺紋，光軸淬火后在螺紋磨床上采用強(qiáng)力磨削的方式硬磨螺紋槽。這種工藝雖然避開(kāi)了淬火軸向變形對(duì)螺紋加工的影響，但由于在螺紋開(kāi)槽過(guò)程中金屬去除量大、油霧粉塵大、噪聲大、對(duì)車間環(huán)境污染嚴(yán)重；2）粗車螺紋（按軸向變形量修正導(dǎo)程）后，沿螺紋滾道進(jìn)行中頻淬火。這個(gè)方案特別適用于導(dǎo)程大、鋼球直徑大、有一定批量的產(chǎn)品。實(shí)踐證明：不同鋼廠的GCr15軸承鋼，不同的治煉爐號(hào)（批次），雖然尺寸規(guī)格和淬火工藝相同，但軸向變形量依然不同，掌握變形規(guī)律是有難度的。如果淬火前的導(dǎo)程修正量不準(zhǔn)確，將使磨削余量偏移并導(dǎo)致滾道表面硬化層厚度不均勻，最終影響產(chǎn)品的摩擦特性、接觸剛度和使用壽命。資料：黃祖堯《滾珠絲杠螺紋制造技術(shù)向高效、低耗、綠色方向發(fā)展(上)》12熱處理帶來(lái)的形變及解決方案淬火形變國(guó)內(nèi)：旋風(fēng)銑削在我國(guó)國(guó)內(nèi)很多機(jī)械制造公司都有所應(yīng)用，最主要的使用在一般鋼材各種螺紋軟銑的旋風(fēng)銑頭，這種技術(shù)突破推廣于20世紀(jì)60~70年代。在此之后，旋風(fēng)銑床逐漸在大連機(jī)床廠、北京機(jī)床研究所、山東博特和南京工藝等投入使用，利用旋風(fēng)銑床完成精密滾珠絲杠的高效粗加工。南京工藝在2004年首次引進(jìn)了德國(guó)公司的PW160型CNC旋風(fēng)硬銑機(jī)床，在2009年又引進(jìn)同公司的PW300HP型1000mmCNC旋風(fēng)硬銑機(jī)床，可以精銑出整體800mm以上的大型滾珠絲杠副。國(guó)外：上世紀(jì)90年代之前旋銑工藝一直被用作螺紋車削的替代工藝，主要用于軟質(zhì)材料的高效粗加工、半精加工，又被稱為＂軟旋銑＂。隨著高速切削理論、硬切削理論研究的不斷深入及高性能刀具材料的涌現(xiàn)，使得淬硬軸承鋼等難加工材料的高精度切削加工成為可能。1997年德國(guó)絲杠制造商BLIS公司與機(jī)床制造企業(yè)Leistritz公司投資開(kāi)發(fā)了世界上第一臺(tái)用于生產(chǎn)精密滾珠絲杠的硬旋銑機(jī)床（HardWhirling）。圖11：軟銑與硬銑的區(qū)別軟

銑硬

銑硬態(tài)車削與非淬硬鋼車削相比，切削力增加30%～100%，切削所需功率增加1.5～2倍，所以硬態(tài)車削對(duì)機(jī)床提出了更高要求，如要求機(jī)床應(yīng)具有高剛度、高轉(zhuǎn)速和大功率等。資料：黃祖堯《滾珠絲杠螺紋制造技術(shù)向高效、低耗、綠色方向發(fā)展(上)》硬態(tài)車削比磨削可降低成本40%～60%。德國(guó)汽車工業(yè)在加工曲軸、凸輪軸、摩擦盤(pán)等零件時(shí)均采用硬態(tài)車削代替磨削，收到了良好效果。如加工100Cr6（德國(guó)DIN牌號(hào)，相當(dāng)于中國(guó)的GCr15）的摩擦盤(pán)（60～62HRC），加工時(shí)間減少了60%。美國(guó)用熱壓陶瓷刀片車淬硬鋼軋輥（>50HRC），車外圓、端面、切槽和成形表面等，其υc粗=137m/min，υc精=198m/min，f=0.13～0.33mm/r，ap=0.51～0.89mm。美國(guó)另一公司用CBN加工淬硬絲杠時(shí)間由原來(lái)的170h縮短為1.7h，提高工效近100倍13熱處理帶來(lái)的形變及解決方案淬火形變圖12：滾柱零件一次滾壓成形原理圖螺紋滾軋成形技術(shù)以金屬塑性變形理論為基礎(chǔ)，因此絲杠在滾壓成形之后使用感應(yīng)淬火。但淬火后工件會(huì)發(fā)生軸向尺寸變化，因此掌握變形規(guī)律對(duì)于絲杠輥軋來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。德國(guó)寶飛螺公司通過(guò)探索摸清了淬火的變化規(guī)律。以外徑30毫米，螺距5毫米的滾珠絲桿為例，熱處理后直徑變形量約為+30微米，單個(gè)螺距變形量約為-10微米。此變形量需要在滾壓過(guò)程中進(jìn)行預(yù)留。同時(shí)由于滾珠絲桿對(duì)牙形的要求很高，在滾壓模具上也必須要考慮此熱處理變形量。在熱處理前加工在某種意義上來(lái)說(shuō)“錯(cuò)誤”的尺寸，從而保證熱處理后得到完美的產(chǎn)品。有了這些訣竅之后，生產(chǎn)高精度滾珠絲桿成為可能。熱處理之后也無(wú)需再進(jìn)行磨削加工，僅僅需要將工件表面拋光，以去除在熱處理階段產(chǎn)生的表面氧化皮。資料：張大偉《行星滾柱絲杠副滾柱塑性成形的探討》14熱處理帶來(lái)的形變及解決方案切削熱形變滾道硬車削需考慮車削后的工藝流向，通常情況下滾道硬車削后還需進(jìn)行低溫時(shí)效處理，絲杠會(huì)產(chǎn)生彎曲變形和長(zhǎng)度方向的伸縮，這些變形會(huì)因滾珠絲杠長(zhǎng)徑比、導(dǎo)程、鋼球大小、絲杠材質(zhì)的純凈度等因素的不同而大小不一。根據(jù)幾年的滾珠絲杠加工工藝試驗(yàn)得出，在硬車滾珠絲杠螺紋滾道時(shí)，其留量一般控制在0.25-0.40(直徑方向)mm之間比較合適。表6：具體參數(shù)及要求（單位：mm）導(dǎo)程4鋼球2.3813.1753.9694.7636.35中徑＜25＜3232403240324040635080長(zhǎng)度留量圓度0.020.020.020.020.020.020.02圓柱度0.030.030.040.040.040.050.05跳動(dòng)0.050.050.050.050.060.060.06控制工件熱變形的技術(shù)措施＜8000.20~0.250.25~0.300.30~0.350.30~0.350.30~0.350.35~0.400.40~0.45（1）根據(jù)現(xiàn)有國(guó)內(nèi)材料的情況制定了相關(guān)材料的入廠檢測(cè)驗(yàn)收技術(shù)要求，嚴(yán)格控制材料金相及組織，盡量控制材料的質(zhì)量。5＜1000＜2000＜2000＜2200＜2500＜300068（2）對(duì)材料進(jìn)行多扎感應(yīng)器淬火，確保淬硬層的深度、梯度。（3）對(duì)淬火過(guò)程中的進(jìn)給速度、冷卻速度、冷卻量等淬火參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)確保淬火質(zhì)量。（4）對(duì)棒料淬火前后及精加工的錐度、圓度、粗糙度等指標(biāo)進(jìn)行控制，確保前期指標(biāo)的合格。（5）定制知名廠家的高精度硬切削刀具，保證加工質(zhì)量。1012167.1449.525（6）根據(jù)產(chǎn)品實(shí)際加工情況不斷總結(jié)調(diào)整加工參數(shù)，使加工質(zhì)量達(dá)到最優(yōu)。資料：張廣明《滾珠絲杠滾道硬車加工技術(shù)研究》15熱處理帶來(lái)的形變及解決方案切削熱形變圖13：補(bǔ)償前后的螺距誤差對(duì)比數(shù)控系統(tǒng)同樣具備熱誤差補(bǔ)償功能。西門(mén)子840D數(shù)控系統(tǒng)具有螺距誤差補(bǔ)償功能，通過(guò)在線監(jiān)測(cè)、離線研究等方法獲取誤差規(guī)律。按照仿真和實(shí)驗(yàn)研究的熱變形規(guī)律進(jìn)行誤差補(bǔ)償后，螺距累積誤差明顯減小。（1）硬件補(bǔ)償原理通過(guò)機(jī)械方法得到絲杠全行程的螺距誤差分布曲線，并在絲杠累積螺距誤差值達(dá)到一個(gè)脈沖當(dāng)量的位置安裝擋塊。當(dāng)機(jī)床工作臺(tái)移動(dòng)時(shí)，機(jī)床控制開(kāi)關(guān)向控制電路發(fā)送誤差補(bǔ)償信號(hào)。（2）軟件補(bǔ)償原理通過(guò)理想加工與螺距誤差測(cè)量?jī)x兩種狀態(tài)下得到的絲杠螺距誤差值對(duì)比，得到螺距誤差分布情況與補(bǔ)償文件，將補(bǔ)償數(shù)據(jù)輸入數(shù)控系統(tǒng)后為下次銑削加工提供補(bǔ)償值。這種定點(diǎn)補(bǔ)償方法可以提高定位精度。資料：李彥鳳《滾珠絲杠旋風(fēng)硬銑削加工熱變形誤差及其控制技術(shù)研究

》16目

錄絲杠加工中的熱處理工藝及設(shè)備熱處理帶來(lái)的形變及解決方案工藝升級(jí)，兼顧效率與精度投資建議風(fēng)險(xiǎn)分析17工藝升級(jí)，兼顧效率與精度圖14：行星滾柱絲杠螺紋副的加工工藝方法工藝方面，需綜合考慮絲杠精度與生產(chǎn)效率的平衡。按照精度排序，依次是磨削>旋風(fēng)銑>輥軋，按照生產(chǎn)效率排序，依次是輥軋>旋風(fēng)銑>磨削，而硬車削通常作為螺紋滾道半精加工的選擇之一。為了滿足人形機(jī)器人降本、放量的要求，行星滾柱絲杠的生產(chǎn)效率和量產(chǎn)成本需在當(dāng)前水平基礎(chǔ)上有較大下降。我們預(yù)計(jì)，在滿足精度要求的前提下，中精度絲杠使用旋風(fēng)銑、輥軋更能適應(yīng)大批量、快速交付的要求，而磨床將在高精度絲杠中繼續(xù)占據(jù)不可替代的地位。資料：陳暉《行星滾柱絲杠螺紋的硬態(tài)車削加工技術(shù)研究》18工藝升級(jí)，兼顧效率與精度圖15：行星滾柱絲杠加工工藝退火粗加工淬火精加工退火磨削1軟車/旋風(fēng)軟銑軟車/旋風(fēng)軟銑磨削硬車磨削量大，加工效率偏低以車代磨，減少磨削量2345磨削旋風(fēng)硬銑

磨削（或有）磨削（或有）以銑代磨，減少磨削量輥軋難點(diǎn)在于對(duì)淬火形變規(guī)律的充分把握資料：黃娟《滾珠絲杠關(guān)鍵制造工藝優(yōu)化及精度控制方法研究》、黃祖堯《滾珠絲杠螺紋制造技術(shù)向高效、低耗、綠色方向發(fā)展(上)》、光大證券研究所整理19目

錄絲杠加工中的熱處理工藝及設(shè)備熱處理帶來(lái)的形變及解決方案工藝升級(jí)，兼顧效率與精度投資建議風(fēng)險(xiǎn)分析20投資建議表7：滾珠絲杠三種螺紋制造技術(shù)的對(duì)比制造工藝工藝基準(zhǔn)對(duì)絲杠材料（精胚）的要求沒(méi)有特殊要求最高加工精度齒形精度及表面質(zhì)量對(duì)有預(yù)加負(fù)荷BS產(chǎn)品性能的影響裝備及制造成本生產(chǎn)批量砂輪（磨輪）的品質(zhì)和使用齒形和中徑尺寸的分散度較大影響

螺紋磨床已國(guó)產(chǎn)化生產(chǎn)工序更換工件規(guī)格較容易，CNC精密螺紋磨削

中心孔(輔以外圓)P3級(jí)，P1級(jí)，P0級(jí)

壽命直接影響齒形精度和螺ΔTPP多制造成本高不受生產(chǎn)批量限制紋表面質(zhì)量對(duì)精胚外圓的圓度，圓柱度，直度以及硬化層深度，硬度的均勻性有要求Ra＝0.4μm，高速、漸近、低溫切削，表面質(zhì)量?jī)?yōu)于螺紋磨削關(guān)鍵設(shè)備前期投入大，后期

調(diào)整對(duì)刀較費(fèi)事，適成本取決于CBN刀片壽命及

于加工有一定批量的CNC精密硬旋風(fēng)銑P3級(jí)導(dǎo)程誤差的波動(dòng)齒形和中徑尺寸精度穩(wěn)定有利于改善絲杠外圓絲杠外圓削小、線性好摩擦特性，ΔTPP誤差波動(dòng)小刃磨的自主化能力產(chǎn)品對(duì)精胚外圓尺寸、公差、圓度，圓柱度，直線度有嚴(yán)格要求，對(duì)鋼材

P3、P5導(dǎo)程誤差的波的塑性應(yīng)變能力、延伸率有較高要求Ra＝0.5～0.8μm表面光滑、齒形和中徑尺寸精度穩(wěn)定有利于改善

關(guān)鍵設(shè)備前期投入大，后期處于壓應(yīng)力狀態(tài)，無(wú)磨削加

摩擦特性ΔTPP誤差波動(dòng)小。摩擦特

成本取決于軋輥壽命、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化，系列化大批量生產(chǎn)CNC精密滾軋成形動(dòng)小、線性好工的弊端性、疲勞壽命均優(yōu)于磨削制造的研發(fā)能力，是否外購(gòu)按ISO3408－3(1996)備注有待在疲勞壽命試驗(yàn)機(jī)上做對(duì)比試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)資料：黃祖堯《滾珠絲杠螺紋制造技術(shù)向高效、低耗、綠色方向發(fā)展(下)》21投資建議表8：國(guó)內(nèi)上市公司中絲杠行業(yè)主要參與者公司整體實(shí)力絲杠、機(jī)器人相關(guān)進(jìn)展公司主要生產(chǎn)軸承及汽車配件等高端精密零部件。為德國(guó)舍弗勒和瑞典斯凱孚兩

公司研發(fā)的各類絲杠類產(chǎn)品主要面向新能源汽車產(chǎn)業(yè)和機(jī)器人產(chǎn)業(yè)。公司T型螺紋絲杠開(kāi)發(fā)完成并向客戶送樣，家軸承制造商提供軸承套圈。

行星滾柱絲杠零部件向下游重要客戶多次送樣，公司的短期目標(biāo)是切入主流客戶產(chǎn)業(yè)鏈。五洲新春公司業(yè)務(wù)分為三大板塊：一、各類精密零部件、智能裝備及工裝夾具等原有業(yè)務(wù)；公司通過(guò)設(shè)立全資子公司“無(wú)錫宇華精機(jī)有限公司”全面布局直線滾動(dòng)功能部件（產(chǎn)品包括：高精度滾珠/滾貝斯特二、新能源汽車零部件業(yè)務(wù)；三、工業(yè)母機(jī)領(lǐng)域，全面布局直線滾動(dòng)功能部件，

柱絲杠副、高精度滾動(dòng)導(dǎo)軌副等），公司生產(chǎn)的滾珠絲杠副、直線導(dǎo)軌副等產(chǎn)品首臺(tái)套已實(shí)現(xiàn)成功下線，部分產(chǎn)品包括：高精度滾珠/滾柱絲杠副、高精度滾動(dòng)導(dǎo)軌副等。產(chǎn)品已在送樣驗(yàn)證過(guò)程中。經(jīng)過(guò)30多年的專注與創(chuàng)新，從液壓油缸制造發(fā)展成為集液壓元件、精密鑄件、液壓系統(tǒng)等產(chǎn)業(yè)于一體的大型綜合性企業(yè)，主要市場(chǎng)涵蓋20多個(gè)國(guó)家和地區(qū)，產(chǎn)品遍及工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、工業(yè)工程、海洋工程、能源科技、隧道工程等眾多行業(yè)。公司擬投資15億元建設(shè)線性驅(qū)動(dòng)器項(xiàng)目，預(yù)計(jì)2024年第二季度投產(chǎn)。項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)后將形成年產(chǎn)104,000根標(biāo)準(zhǔn)滾珠絲杠電動(dòng)缸、4,500根重載滾珠絲杠電動(dòng)缸、750根行星滾柱絲杠電動(dòng)缸、100,000米標(biāo)準(zhǔn)滾珠絲杠和100,000米重載滾珠絲杠的生產(chǎn)能力。恒立液壓公司專門(mén)從事高端數(shù)控車床生產(chǎn)，掌握了數(shù)控車床三大核心技術(shù)，即主軸技術(shù)、伺服刀塔技術(shù)、伺服尾座技術(shù)國(guó)家級(jí)專精特新“小巨人”企業(yè)。與貝斯特、五洲新春、雙環(huán)傳動(dòng)等建立多年的合作關(guān)系。公司的T系列高端數(shù)控車床及高精密級(jí)數(shù)控車床具備較強(qiáng)的以車代磨效果。該系列的復(fù)合加工功能能夠?qū)崿F(xiàn)銑浙海德曼華辰裝備削功能，可以代替部分以銑代磨功能。公司是國(guó)內(nèi)專業(yè)從事全自動(dòng)高精度數(shù)控軋輥磨床研發(fā)生產(chǎn)的創(chuàng)新型領(lǐng)先企業(yè)。公

與貝斯特達(dá)成全面戰(zhàn)略合作關(guān)系，共同推動(dòng)國(guó)產(chǎn)高端數(shù)控直線導(dǎo)軌磨床關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)。華辰裝備計(jì)劃于1司公司與德國(guó)Wieland公司開(kāi)展國(guó)際合作，開(kāi)發(fā)內(nèi)外圓復(fù)合磨床（亞μ磨削系列產(chǎn)

年內(nèi)向貝斯特精機(jī)提供對(duì)標(biāo)國(guó)際行業(yè)龍頭企