磨削为精密丝杠的主要加工方式,核心工序包括螺纹加工、丝杠校直及热处理。磨削是利用磨具或磨料切除工件表面多余材料的加工方法,属于精加工方式,精度等级可达 C5 级甚至更高,缺点是生产效率低,工艺周期约为 30-50天,且制造成本高。冷轧即滚压成形,相比磨削生产效率更高,工艺周期约为1-3 天,但制成的丝杠精度一般只有 C7 或 C10 级。生产精密滚珠/柱丝杠的常用方法为“粗车+精磨”,需要遵循“先粗后精”“基面先行”和“先主后次”的原则,经过切削、磨削和热处理等共二十多道工序。
螺纹加工:对应的加工设备为磨床和旋风铣设备。常见的加工方法有滚压加工和切削加工两大类。精度等级更高的滚珠丝杠要求较高的螺纹加工精度,尤其行星滚柱丝杠的螺纹加工直接影响产品制造成功与否。
丝杠校直:对应的加工设备为自动校直机。校直是对丝杠进行弯曲校正,常分为冷态校直和热态校直。目前国内校直机厂商包括中机试验装备、上海北友等。
热处理:对应的加工设备为感应淬火设备。热处理是指将工件在固态下加热、保温和冷却,从而获得所需性能的一种工艺。根据加热和冷却方法的不同,热处理可以分为整体热处理、表面热处理和化学热处理三大类。
磨床是磨削工艺中用到的高精度加工机床,作为滚珠/柱丝杠生产线最后的机械加工设备,对丝杠装配后精度起到关键性影响。根据海关总署数据,计算得出 2022 年我国进口磨床均价为 22.39 万美元/台,而出口磨床均价仅为 1.21 万美元/台,反映出国内中低端产品居多、高端产品依赖进口。随着国产品牌竞争力的提高,我国磨床进口金额总体呈下降趋势,据中国机床工具工业协会,2023年为 7.7 亿美元,仍存在较大国产替代空间。目前我国数控磨床市场中,德国埃玛克、美国莱玛特、日本三井精机等国际知名厂商,占据我国高端数控磨床市场主要份额;秦川机床、华辰装备、宇环数控等国内厂商在高端磨床市场仍有巨大潜力。
旋风铣设备旋风铣经济效益优于磨削。数控旋风铣床基本部件包括头架、铣头、拖板、尾架、中心架和跟刀架,海内外旋铣设备发展历程较短,部分厂商可实现精加工;我国正逐步打破技术壁垒,目前国产数控旋风铣床用于螺纹硬铣,在工件导程精度和表面粗糙度方面与国外存在一定差距,处于半精加工水平阶段。数控旋风铣床零部件中,刀具的性能很大程度上决定旋铣加工质量,其切削耗材的齿形一致性及材质为关键变量,其中 CBN/PCBN 刀具硬度和稳定性高,为滚珠丝杠螺纹铣削的首选。
感应淬火是丝杠热处理工艺中最重要也是最复杂的一种工艺,很大程度上决定着产品质量。对应设备感应淬火机床由感应加热电源、数控系统、其他关键功能部件、冷却装置和床身主体五部分组成。国内感应淬火机厂商数量较少,规模较大的主要为恒进感应、恒精感应和升华感应三家,加工大型、中型工件的能力不输国外龙头,但整体自动化程度不足。
下游产业蓬勃发展,带动国内厂商景气回升。1)华辰装备:轧辊磨床领先厂商,合作贝斯特开发高端直线导轨磨床;2)秦川机床:机床工具行业龙头骨干,滚珠丝杠产能持续扩张;3)浙海德曼:车床车削专家,复合化技术开发成效显著;4)宇环数控:国内数控磨床领军企业,助力“钛合金”产品加工工艺优化 。
行业投资评级与投资建议。丝杠加工设备作为滚珠/柱丝杠生产线的机械加工设备,对丝杠装配后的精度起到关键性影响,受益于丝杠需求的持续扩张和丝杠生产厂商资本开支的增加。整体丝杠加工设备单机价值量较高,随着国产品牌竞争力的提高,高端市场进口替代空间广阔。给予丝杠设备行业“推荐”评级。重点关注华辰装备、秦川机床、浙海德曼和宇环数控。
风险提示:人形机器人进展不及预期;国内厂商产品开发进度、核心客户导入不及预期;原材料价格上涨增加成本风险;市场竞争加剧等。
本报告在参考大量学术文献的基础上,对丝杠生产工艺以及核心生产设备进行了系统性介绍,并对细分设备产品的市场竞争格局进行了充分分析。分别为:1)螺纹加工:对应的加工设备为磨床和旋风铣设备。精度等级更高的滚珠丝杠要求较高的螺纹加工精度,尤其行星滚柱丝杠的螺纹加工直接影响产品制造成功与否;2)丝杠校直:对应的加工设备为自动校直机。校直是对丝杠进行弯曲校正,常分为冷态校直和热态校直。目前国内校直机厂商包括中机试验装备、上海北友等。3)热处理:对应的加工设备为感应淬火设备。热处理是指将工件在固态下加热、保温和冷却,从而获得所需性能的一种工艺。
投资逻辑丝杠加工设备作为滚珠/柱丝杠生产线的机械加工设备,对丝杠装配后的精度起到关键性影响,受益于丝杠需求的持续扩张和丝杠生产厂商资本开支的增加。整体丝杠加工设备单机价值量较高,随着国产品牌竞争力的提高,高端市场进口替代空间广阔。给予丝杠设备行业“推荐”评级。重点关注:1)华辰装备:轧辊磨床领先厂商,合作贝斯特开发高端直线导轨磨床;2)秦川机床:机床工具行业龙头骨干,滚珠丝杠产能持续扩张;3)浙海德曼:车床车削专家,复合化技术开发成效显著;4)宇环数控:国内数控磨床领军企业,助力“钛合金”产品加工工艺优化。

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