华泰 | 机械:人形机器人再探讨 - 丝杠旋风铣工艺

（以下内容从华泰证券《华泰 | 机械:人形机器人再探讨 - 丝杠旋风铣工艺》研报附件原文摘录）
　　旋风铣可应用于滚柱丝杠副中螺母的内螺纹和丝杠/滚柱的外螺纹加工。我们认为，旋风铣作为人形机器人丝杠可供选择的低成本量产路线具备高性价比，当前国内应用难点集中在设备/刀具/工艺三个维度。 核心观点 高效率/较高精度使旋风铣具备性价比，仍需突破细长螺母/异形滚柱加工 旋风铣可应用于滚柱丝杠副中螺母的内螺纹和丝杠/滚柱的外螺纹加工。旋风铣优点在于较常规切/磨削，切削效率提高且生产工序缩短，已被海外丝杠厂商广泛应用；“高速”和“渐近”切削使其具备较高的尺寸精度，成品丝杠导程精度可达P3级。旋风铣缺点在于非圆形切削轮廓使其加工尺寸精度受限，在细长螺母和异形滚柱加工上仍需突破。我们认为，旋风铣作为人形机器人丝杠可供选择的低成本量产路线具备高性价比，当前国内应用难点集中在设备/刀具/工艺三个维度。 优点：短生产工序/高切削效率，旋风铣在低成本量产应用上前景广阔 通常旋风铣工艺路线包括：调质→半精车→除应力→精车→粗磨外圆→淬硬→磨外圆→旋风铣→时效处理（非必须）→精磨削（非必须），较传统磨削路线减小了近7道工序。由于刀具本身的高速旋转，最高可达400m/min线速度，旋风铣较常规切削进给速度提升5-10倍、单位时间内的材料切除率提升3-6倍，总体生产周期大幅缩短。目前，旋风铣工艺已被海外丝杠厂商，如日本NSK、德国Rexroth等，广泛应用以提高生产效率/缩短制造周期。 优点：“高速”和“渐近”切削造就旋风铣较高的尺寸精度 旋风铣较硬车/普铣精度更高，成品丝杠精度可达P3级、表面粗糙度可达Ra 0.4μm以下，其原因在于：1）高速切削，在切削速度超过“临界速度”后，单位切削力下降30％以上，95％以上的切削热可直接被切屑带走，利于减小丝杠的径向和轴向变形，且高速旋铣时机床激振频率远高于工艺系统自身固有频率使得振动更小、工作更平稳；2）渐近切削，在切削过程中切削厚度在切入时由小变大、切出时由大变小，切削最终表面时切削厚度很小，利于提高加工表面质量。 缺点：尺寸精度受限于非圆形切削轮廓，细长螺母/异形滚柱加工仍需突破 外螺纹加工上，与车削/磨削的圆形轨迹不同，旋风铣采用的多刀具非连续切削，其理论切削截面形状为多边形而并非完美的圆形，而多边形切面同时受刀盘高转速和工件慢转速共同控制，高精度加工难度大；由于旋风铣通常是加工连续相同切削截面的工件，故难以实现具有变截面形状的异形滚柱。内螺纹加工上，由于旋风铣仍属于切削加工，需要满足一定切削厚度才能产生切削力，且切削力本身受刀具硬度的影响，叠加刀杆动刚度不足，在丝杠副中大细长比的螺母内螺纹加工上仍需突破。 高性价的旋风铣路线具备量产可行性，设备/刀具/工艺是国内当前应用难点 我们认为，伴随人形机器人丝杠的低成本量产需求，旋风铣凭借高效率和较高尺寸精度具备高性价比。当前国内应用难点集中在三个维度：1）设备上，国内旋风铣设备多为车床改造，缺乏成熟的高精度设备供应商；2）刀具上，受限于材质刚度，加工具有大细长比的螺母内螺纹（如特斯拉采用的反式行星滚柱丝杠）仍需突破；3）工艺上，欧美发达国家旋风铣技术已经成熟，受限技术封锁和知识产权保护等，除旋风铣削的基础理论公开外，受限于先前应用场景较小工艺积累有限。 附录 旋风铣工艺详解 根据工件与刀具的相对位置，旋风铣分为外旋风铣和内旋风铣。通常，内旋风铣用于滚柱和丝杠外螺纹加工，外旋风铣用于螺母内螺纹加工，二者原理基本一致：刀盘带动硬质合金成型刀高速旋转（主运动），其轴线相对于工件轴线倾斜一定角度（即螺旋角），与此同时车床主轴带动工件绕C轴慢速旋转（辅助运动），通过铣头Y轴纵向运动和X轴横向进给运动调整刀盘旋转中心和工件旋转中心的偏心距，利用该偏心距来完成丝杠副螺纹滚道的渐进式高速铣削。 旋风铣发展史 阶段一：1997年以前受设备精度限制，旋风铣止步粗加工/半精加工。1942年，Karl Burgsmueller发明了旋风铣技术，在1997年首台用于生产精密滚珠丝杠的硬旋风铣床（由德国丝杠制造商BLIS和设备商Leistritz投资开发）诞生以前，旋风铣多用在软质材料的高效粗加工、半精加工，即淬火前的“软铣”。以日本NSK公司为例，其在1979年前就已将旋风铣应用在淬火前的软铣。 阶段二：1997-2004年在硬旋风铣床的加持下旋风铣工艺得以迅速推广，可直接用于精加工。该阶段海外设备商包括德国Leistritz公司、Burgsmüller父子公司，奥地利Weing?rtner和Linsinger公司等，以德国Leistritz用于加工大型丝杠的代表性硬旋风铣机床LWN300为例，螺纹加工长度可达8m，丝杠导程精度达P3~P5级。海外头部滚珠丝杠厂，如日本NSK、德国Rexroth等为提高生产效率/缩短制造周期，均在滚珠丝杠生产线上配备先进的旋风铣工艺装备。 阶段三：2004年南京工艺首次引进德国PW160型旋风硬铣机床后，国内汉江机床率先突破。国内现有的旋风铣床多为旋风头和普通卧式车床的组合体，旋风铣床主要依赖进口，南京工艺在2004年与2009年分别引进了德国Leistritz公司的PW160型旋风硬铣机床、PW300HP型10m数控旋风硬铣机床。国内旋风铣设备先锋汉江机床早在2006年就研制成功了HJ087型内旋铣机床，并在2007年5月成功开发出HJ092型6m数控内旋铣机床，后续依托国家重大科技专项研发了HJ092×8型8m大型丝杠数控旋风机床，打破国外技术封锁。此外，国内数控旋风铣设备供应商还包括山东博特精工和山西风源机械等。 风险提示 人形机器人量产不及预期：量产不及预期将导致丝杠放量不及预期，从而导致丝杠工艺进展不及预期。 国产旋风铣设备替代能力不及预期：目前高精度旋风铣设备以海外为主，若国产旋风铣设备替代不及预期将拖累丝杠降本进程。 国内旋风铣工艺发展不及预期：国内旋风铣工艺进展不及预期将拖累丝杠降本进程。 相关研报 研报：《人形机器人再探讨：丝杠旋风铣工艺》2024年2月4日 倪正洋 S0570522100004 | BTM566 史俊奇 S0570522110002 | BTM901 关注我们 华泰证券研究所国内站（研究Portal） https://inst.htsc.com/research 访问权限：国内机构客户 华泰证券研究所海外站 https://intl.inst.htsc.com/research 访问权限：美国及香港金控机构客户 添加权限请联系您的华泰对口客户经理 免责声明 ▲向上滑动阅览 本公众号不是华泰证券股份有限公司（以下简称“华泰证券”）研究报告的发布平台，本公众号仅供华泰证券中国内地研究服务客户参考使用。其他任何读者在订阅本公众号前，请自行评估接收相关推送内容的适当性，且若使用本公众号所载内容，务必寻求专业投资顾问的指导及解读。华泰证券不因任何订阅本公众号的行为而将订阅者视为华泰证券的客户。 本公众号转发、摘编华泰证券向其客户已发布研究报告的部分内容及观点，完整的投资意见分析应以报告发布当日的完整研究报告内容为准。订阅者仅使用本公众号内容，可能会因缺乏对完整报告的了解或缺乏相关的解读而产生理解上的歧义。如需了解完整内容，请具体参见华泰证券所发布的完整报告。 本公众号内容基于华泰证券认为可靠的信息编制，但华泰证券对该等信息的准确性、完整性及时效性不作任何保证，也不对证券价格的涨跌或市场走势作确定性判断。本公众号所载的意见、评估及预测仅反映发布当日的观点和判断。在不同时期，华泰证券可能会发出与本公众号所载意见、评估及预测不一致的研究报告。 在任何情况下，本公众号中的信息或所表述的意见均不构成对任何人的投资建议。订阅者不应单独依靠本订阅号中的内容而取代自身独立的判断，应自主做出投资决策并自行承担投资风险。订阅者若使用本资料，有可能会因缺乏解读服务而对内容产生理解上的歧义，进而造成投资损失。对依据或者使用本公众号内容所造成的一切后果，华泰证券及作者均不承担任何法律责任。 本公众号版权仅为华泰证券所有，未经华泰证券书面许可，任何机构或个人不得以翻版、复制、发表、引用或再次分发他人等任何形式侵犯本公众号发布的所有内容的版权。如因侵权行为给华泰证券造成任何直接或间接的损失，华泰证券保留追究一切法律责任的权利。华泰证券具有中国证监会核准的“证券投资咨询”业务资格，经营许可证编号为：91320000704041011J。

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