机械设备行业专题研究-人形机器人再探讨：丝杠加工工艺

丝杠加工工艺可分为有屑和无屑，无屑加工效率高但精度逊有屑加工金属成型可分为有屑和无屑两种工艺，有屑中的切削涵盖车/铣/刨/插/磨/钻/镗7 类，其中车/铣/磨可用于丝杠副内/外螺纹加工，三者表面粗糙度依次递减；钻/镗可用于内螺纹加工。无屑中的塑性加工涵盖滚轧/锻造/拉伸/抽拉/冲压5类，其中滚轧可用于丝杠加工，效率更高但精度低于切削；铸造虽更高效，但并不常见。我们认为，C3/P2 级以上丝杠对砂轮研磨的精加工需求确定性强，P3-P4/C5 级丝杠采用旋风铣一次成型或硬车削/冷轧结合砂轮精磨的复合路线更具性价比，P5/C6 级及以下冷轧或旋风铣工艺或可满足需求。
有屑加工：车/铣削加工效率高但精度低，其中旋风铣工艺潜力较大车削技术将工件放置在旋转的夹持装置上，相对于刀具旋转实现切削加工，精车粗糙度可达Ra 0.16μm；铣削技术通过控制刀具的旋转和移动，在固定的工件上进行切削加工，精铣粗糙度可达Ra 0.63μm。相较磨削，车/铣削加工成本低且效率高；缺点在于精度较低，硬车削工艺丝杠加工精度停留在P7 级左右。旋风铣作为较新型的铣削工艺，在上世纪60-70 年代才在国内推广使用。其优点在于，与传统铣削相比，高速旋转的6/8 铣刀刀盘可较传统车削效率提升最高10 倍，加工的丝杠成品精度最高达P3 级；缺点在于受刀盘尺寸限制无法加工异形丝杠，目前未广泛应用。
有屑加工：砂轮磨削现为高精度丝杠加工方式，低效率为核心痛点磨削技术将高速旋转的磨具施加于工件，运用磨具表面的磨粒持续划擦，逐渐实现材料的切削或磨出，因此精度控制较高。常用的丝杠磨削加工使用螺纹磨床，运用成型砂轮在加工工件表面进行高速切削，精密磨削粗糙度可达Ra 0.04μm。针对磨制丝杠，一般分为粗磨和精磨前后共两道工序，核心优点在于精度高，精磨成品精度最高达C0 和P1 级精度；缺点在于纯磨制路线工步骤繁琐共超20 道且工艺周期长达约30-45 天。
无屑加工：冷轧步骤简单/用料少，但精度和表面质量受限滚轧技术利用材料的可塑性，借助外力作用使金属工件产生塑性变形。常用的丝杠滚轧加工方式为冷轧，通过低速旋转的螺纹牙轮对金属材料实施径向动态冷滚轧，实现金属变形，冷轧粗糙度可达Ra 0.1μm。针对丝杠加工，冷轧优势在于步骤简单仅需约6 道工序、用料上较切削加工减少10-30%，工艺周期可缩短至1-3 天，且在微型丝杠和单头、多头大导程微型丝杠加工效率上优于车削和磨削；缺点在于总体精度多停留在P5 级。铸造技术将液体金属浇铸到铸造空腔中使金属直接成型，优点在于工序短、效率高；缺点在于易产生气泡且组织力学性能欠佳。
高精度丝杠仍需精密磨削，P3/C5 级或成工艺选择重要节点我们认为，现阶段人形机器人用丝杠精度要求较高，未来考虑到控制算法的提升，丝杠精度要求可能下降。若所需精度维持在C3 级/P2 级以上，砂轮磨削作为精加工的主要方案具备强确定性；若所需精度降低至P3-P4/C5 级，旋风铣可作为一次成型的高效率低成本工艺方案，另外采用硬车削/冷轧作为粗加工，后续配合砂轮磨削作为精加工的复合路线也具备性价比；若所需精度进一步降低至P5/C6 级及以下，冷轧或旋风铣工艺即可满足需求。
风险提示：人形机器人量产不及预期、国产丝杠加工设备替代能力不及预期、丝杠加工工艺发展不及预期、海外设备采购受限等。
【免责声明】本文仅代表第三方观点，不代表和讯网立场。投资者据此操作，风险请自担。

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