丝杠产品价格、核心竞争力及生产痛点在哪？

技术壁垒显著，精度是丝杠产品核心竞争力。

1.高精度丝杠产品价格昂贵，产品附加值高

产品价格差异明显，更高精度带来更高的利润空间。丝杠产品的市场价格 受多种因素影响，包括但不限于其加工精度、制造商品牌、物理规格以及选 用材质等，这些因素共同作用下导致价格上的显著差异。然而，与丝杠的生 产成本相比较，其市场定价策略中通常蕴含着较为宽裕的利润幅度。进一步 来看，丝杠的价格依据其精度等级的不同而呈现分级趋势，即精度要求越高 的丝杠，其市场价格往往也更为昂贵。在价格分布上，C10 级别的丝杠，作 为精度较低的产品，其市场平均售价大致位于 100 元至 500 元的区间内； C7 级别的丝杠的平均价格则大约为 800 元至 1600 元人民币的范围内；C5 级别的高精度丝杠，其市场价格大约在 1200 元至 3000 元的水平；C3 级及 更高精度的丝杠类别，其市场价格则更高，目前国外高精度丝杠价格普遍在 万元以上，更高精度所带来的是成本增加与价值提升。

丝杠产品的毛利率普遍维持在较高水平。以行业内的龙头企业 THK、NSK、 舍弗勒以及上银科技为研究对象，通过对这些企业在 2023 年度的平均毛利 率进行计算，发现其值高达 24.5%，这一数据充分表明丝杠产品的盈利能力 较强。并且该毛利率还涵盖如轴承等其他相关产品的业务范畴，若仅针对丝 杠产品本身进行考量，其毛利率水平或将更为可观。相比之下，国内滚珠丝 杠行业的龙头企业南京工艺，自 2020 年以来，虽然毛利率呈现出逐年增长 的趋势，但截至目前，其毛利率水平均未突破 20%的关卡，可见国产丝杠厂 商在毛利率方面尚存在一定的提升空间，同时也预示着随着技术水平的不 断进步与市场占有率的扩大，国产丝杠产品有望在未来实现更高的溢价收 益。

2. 精度是丝杠的核心竞争力，关注螺距与运行精度

丝杠的精度是衡量其性能的关键参数，直接关联到工作精度及效率。在丝 杠产品的选型与应用过程中，鉴于市场上丝杠种类繁多，精准把握丝杠的精 度等级对于满足特定生产需求至关重要。换言之，丝杠精度体现在实际移动 距离与理论移动距离之间的偏差程度，该偏差越小，则丝杠的精度越高。在 传动系统中，丝杠的精度评估涵盖一转运行精度、全长运行精度以及任意 300 毫米行程段内的运行精度。通常情况下，所提及的精度特指 300 毫米行 程内的精度表现。

丝杠精度核心在于螺距精度把控，机床渐进线误差是主要影响因素。丝杠 的精度主要依赖于螺距的精确性，其中机床加工过程中产生的渐进线误差 是影响其精度的关键因素。在评估丝杠零件的精度时，关键指标包括螺距、 中径、牙形角及表面粗糙度，而螺距精度无疑是这些指标中最为重要的一项。 丝杠的加工精度主要以螺距误差为衡量标准，该误差可细分为渐进性误差 （又称累积误差）、周期性误差和偶然误差。其中，渐进性误差对丝杠的定 位精度具有决定性影响；周期性误差则是多项谐波误差的合成，会显著影响 传动精度；偶然误差则源于加工过程中的某些随机因素。根据误差源的变化 规律，丝杠螺距误差可分为静态误差、动态误差和随机误差。静态误差主要 由机床本身的几何误差和传动误差导致；动态误差则随机床运转及加工工 艺系统和条件的变化而变化；随机误差则涵盖室温及油温波动、外界振动等 干扰因素引起的误差。

丝杠精度衡量标准众多，国内常用 JIS 和 GB 标准。丝杠产品的精度评估 体系涵盖多种专用衡量准则（亦称等级指标），这些准则源自不同的标准化 机构，诸如 ISO 标准（由国际标准化组织颁布）、DIN 标准（依据德国工业 标准化委员会的规定）、JIS 标准（日本工业标准化委员会制定，细分为 C0 至 C10 等级）以及 GB 标准（遵循中国国家标准化管理委员会的规范，划 分为 P1 至 P10 等级）。特别地，JIS 标准在日韩地区及中国台湾等地被广泛 应用，其等级细分为 C0、C1、C2、C3、C5、C7、C10 共七级，其中数字越 小代表精度越高。通常，普通机械设备倾向于采用 C7 或 C10 等级，而数控 精密设备则要求 C5、C3 等级乃至更高精度。另一方面，欧洲国家的精度标 准则依据 IT 公差等级体系进行划分，具体涵盖 IT01、IT0 以及 IT1 至 IT18 等多个等级。在中国，标准的精度等级则依据 GB 标准分为 P1、P2、P3、 P4、P5、P7、P10 等级。

不同用途丝杠精度标准及制造工艺要求不同。在传动机制中，实际移动距 离与理想移动距离之间的偏差被细致划分为以下三种情形：1）单次旋转周 期内的运行精度；2）整根丝杠全长范围内的运行精度；3）任意 300 毫米区 段内的运行精度。通常，导程精度特指在 300 毫米运行距离上的精度表现。 就一般应用而言，普通机械设备倾向于采用 C10 至 C7 级别的精度标准，而 数控设备则普遍采用 C5 至 C3 级别的高精度标准。对于航空制造设备、精 密投影设备以及三坐标测量设备等高精度需求领域，则通常要求达到 C3 或 C2 级别的极高精度。此外，C10 至 C7 级别的丝杠通常通过轧制工艺制造， 而 C5 级别及以上则采用更为精密的磨削工艺进行制造。

3. 丝杠生产流程复杂，热处理、设计与加工环节均是痛点

丝杠制造工艺较为复杂，生产流程对技术要求相对更高。丝杠作为一类典 型的轴类组件，在医疗设备、机床工具、航空航天以及船舶制造等多个高精 尖领域扮演着至关重要的定位和传动角色。其独特的结构特征和制造工艺 相较于其他轴类零件而言更为繁复，所承载的信息量亦相当庞大。此外，滚 珠丝杠的加工流程冗长且包含多个工序，从原材料选择、热处理工艺、结构 设计、粗加工到精加工，再到质量检测，各个环节紧密相连，形成一个复杂 且精细的生产链条。在这个过程中，夹具与定位基准需频繁更换，工序尺寸 链的计算亦相当复杂，这无疑增加工艺人员在加工过程中的出错风险。

3.1. 热处理：材料是关节

要实现丝杠制造的高精度、高刚性和长期耐用性目标，材料的选择及其相 应的热处理工艺扮演重要角色。轴承钢依据其应用温度的逐步提升和技术发展历程，可被科学地划分为四个世代。第一代轴承钢适用于常温环境，主 要包括高碳铬轴承钢、渗碳型轴承钢、高碳铬不锈钢轴承材料以及中碳轴承 钢，这些材料构成该世代的核心。第二代轴承钢则适用于中高温条件，其代 表性钢种有高温轴承钢及高温渗碳轴承钢，它们在更高温度范围内表现出 色。第三代轴承钢不仅耐高温，还具备高耐腐蚀性，尽管已在特定领域得到 应用，但尚未被纳入国家标准体系。至于第四代轴承钢，它们以耐极端高温 和轻量化为显著特点，目前正处于科研与开发阶段，预示着未来轴承材料技 术的重大进步。

热处理决定轴承钢最终的组织状态和性能。为获得高硬度、高耐磨、高接触 疲劳等性能，热处理的目的是获得细小均匀的基体组织和析出相。根据热处 理特点，轴承钢可以分为 2 大类，即全淬透性轴承钢和表面硬化轴承钢。全 淬透性轴承钢通过淬火、深冷、回火等热处理工艺，获得内外均匀一致的马 氏体、残留碳化物等第二相和少量残余奥氏体等的组织状态。为减少脱碳和 变形等影响，真空(低压)热处理技术得到广泛应用。表面硬化热处理，是通 过调制等热处理工艺先获得强韧性良好的基体组织，后采用渗碳、渗氮、碳 氮共渗、表面感应、离子注入、激光加热和喷丸处理等工艺手段获得高硬度 表面，实现心部强韧、表面高硬的性能梯度控制，用于耐冲击等轴承的要求。

国产丝杠性能相较于国外存在不足，其关键原因之一是热处理技术工艺的 差距。在对比分析国产 Cr/Mo 钢滚珠丝杠与国外同类产品的显微组织结构 时，可发现国产滚珠丝杠中存在的显著带状偏析组织是其性能不佳的关键 因素。带状组织呈现出强烈的方向性特征，易在形变过程中引发应力集中， 甚至诱发裂纹的产生。这类组织通常伴随着晶粒尺寸的显著不均，导致材料各部位力学性能的差异，使得在承受形变时，粗大且脆弱的晶粒区域会首先 萌生微裂纹，进而加速断裂过程。因此，带状组织作为材料中的薄弱环节， 是裂纹形成的敏感区域，其严重程度与材料的塑性和韧性损害程度呈正相 关。探究国产滚珠丝杠中带状组织形成的原因，主要可归结为两方面：一是 Cr/Mo 钢原材料在冶炼及轧制过程中，因成分分布不均导致的枝晶偏析，加 之后续控轧控冷工艺操作不当，促进带状组织的形成；二是在钢材高温奥氏 体化后的冷却阶段，由于冷却速度控制不当，导致先共析铁素体的不均匀析 出，进而形成带状组织。

3.2. 设计：产品种类繁多，考验企业技术和创新能力

丝杠设计理论与结构创新的双重驱动。鉴于丝杠其产品系列的广泛性和功 能需求的多样性，导致各组件的具体研发路径呈现出显著的差异性。然而， 从广义角度来看，这些研发与创新活动都存在对于两大核心领域的聚焦：设 计理论革新与结构设计创新。设计理论革新旨在探索并提出新颖的设计原 理与方法，以期提升产品的综合性能或专门满足用户的特定需求；而结构设 计创新则致力于开发全新的结构配置与形态，以实现产品性能的优化或特 定功能的实现。这两大领域共同构成丝杠研发与创新的主要范畴，推动着该 领域技术的不断进步与发展。

在设计理论革新方面，以 NSK 于 2021 年推出的抑制插补象限突起的滚珠 丝杠技术为例：该技术针对高精度模具加工需求，特别是五轴加工机等高 端机床领域，对于进给性能的极致追求而研发。传统上，滚珠丝杠在反向运 转时产生的摩擦波动会诱发“象限突起”现象，进而引发运行误差，这种误 差在加工表面上体现为条状痕迹，严重制约加工品质的提升。尽管业界已通 过多种数控技术（NC）进行补偿尝试，但由于摩擦波动的不可预测性，运 行误差难以根本消除，亟需创新性解决方案。NSK 凭借其独有的摩擦控制 技术和高精度评价技术，成功大幅降低滚珠丝杠在反向运转时的摩擦波动， 从而有效抑制机床圆弧插补加工中的象限突起现象，显著提升加工面的品 质。这一技术突破不仅缩短精加工工序，还为机床的能效提升及生产效率的 增强做出重要贡献。

在结构设计创新方面，以滚珠丝杠为研究对象：在其运行机制的探讨中，变 形机制与受力状态的分析呈现出高度的复杂性，这要求在设计过程中必须 综合考量众多设计参数。具体而言，滚珠丝杠的设计变量涵盖公称直径、滚 珠直径、螺旋升角、导程、工作滚珠的数量、工作滚珠的圈数与列数配置、 滚珠螺母的外径尺寸、螺纹底径、丝杠螺纹的外径、螺母长度以及丝杠的整 体长度等一系列精细的结构尺寸参数。这些参数共同构成滚珠丝杠设计的 多维度变量空间，对精确设计与性能优化提出严格要求。

3.3. 加工方式：工艺路线决定精度和效率

丝杠的加工方式具体包括螺纹磨削、高速硬车、旋风铣和滚轧成形。1）螺纹磨削：通过采用旋转砂轮对丝杠表面进行精密研磨，形成微细凸台 结构，以实现超高精度的运动性能。这一工艺包含粗磨螺纹、螺纹底沟磨削 以及精磨螺纹等多个螺纹磨削工序，均在丝杠经过淬火处理，硬度达到 58～ 62HRC 的条件下，利用螺纹磨床进行精细磨削。该工艺以其卓越的高精度 和高性能而著称，然而，受螺纹磨削切削量的制约，加之磨削过程中需频繁 进行砂轮修整与丝杠校直作业，导致整体加工周期较长，效率低下。此外， 该工艺对操作人员的技能水平要求较高。一般而言，在传统丝杠加工流程中， 螺纹磨削工序耗时通常占据整个工艺流程的 2/3 以上，共计包含二十余项工 序。

2）高速硬车：即以车床替代磨床，通过旋转工件并利用刀具对工件表面实 施切削作业，以塑造所需的几何形状，此过程所用设备为专用车床。鉴于传 统磨削工艺会释放大量切削热，易导致滚珠丝杠螺纹滚道区域发生退火现 象，进而引起硬度退化，并且伴随大量切削热的释放，切削油在冷却润滑过 程中的挥发会对环境构成污染。因此螺纹滚道硬车削作为一种创新的螺纹 滚道加工技术应运而生。该技术的核心优势在于显著提升加工效率，同时兼 具绿色环保特性，能够有效规避因切削热导致的丝杠硬度下降及随之产生 的可靠性问题。丝杠螺纹滚道的车削过程属于连续成型切削，其轴向进给量 依据螺距的不同而有所调整，这一过程将产生巨大的切削力，因而要求所用 刀具不仅需具备优异的强度、硬度和耐磨性，还需拥有良好的韧性。

3）旋风铣削：在旋风铣削过程中，刀盘驱动刀具进行高速旋转运动，而工 件则以缓慢的速度沿轴向推进，同时刀具在径向方向上深入工件进行切削， 此过程所使用的设备为专业的旋风铣床。从原理上分析，工件借助刀盘上均 匀且对称分布的多把高强度成型铣刀进行切削，这些铣刀因刀盘旋转轴线 与工件轴线之间存在的偏心距而依次参与切削作业，且两轴线的夹角恰好 等于螺纹的螺旋角。在旋风铣削的加工过程中，刀盘与工件保持同向旋转以 实现顺铣，每当工件旋转一周，刀盘便沿着工件轴线移动一个螺纹导程的距 离，从而完成整个螺纹滚道的加工。相较于传统的切削方式，旋风硬铣削能 够显著降低切削过程中产生的热量，提升切削速度，进而提高生产率和降低 加工成本。与磨削工艺相比，旋风硬铣削的加工效率提升 3 至 5 倍；而与 传统的切削方式相比，刀具的使用寿命则延长 70%。

3）滚轧（冷轧）成形：基于金属塑性变形理论的丝杠滚轧成形技术，是高 效、节能且环境友好的清洁生产方式的杰出代表。该技术的显著特点包括： 材料利用率显著提升，所生产的产品展现出卓越的机械性能，具体表现为抗 拉强度提升20%至30%，疲劳强度增强20%至40%，以及抗剪强度提高5%； 产品的使用寿命显著延长；丝杠螺纹的尺寸精度与导程精度具备高度的统 一性和互换性；生产周期大幅缩短，制造成本有效降低。然而，尽管该技术 具有诸多优势，但在精度控制方面仍存在一定的局限性，即其加工精度尚未 达到最优水平。

行星滚柱丝杠相较于滚珠丝杠需要更高的加工精度要求。对于滚珠丝杆而 言，按 JIS 标准，轧制加工方式下，滚珠丝杠能实现的普遍精度是 C7（± 50um/300mm）以上，而磨削加工下的滚珠丝杠的最高精度可以达到 C0 级。 而对于行星滚柱丝杠而言，其所要求的螺距误差更小，根据《行星滚柱丝杠 传动精度分析与设计》中所设计的螺纹副误差公差标准看，C3 级别下的误 差为 5μm（300mm 螺纹长度内），对比于 THK 的产品，其冷轧制滚珠丝杠 精度在 C7 级别，C3 级别下的误差也较行星滚柱丝杠略高。对于梯形丝杠 而言，THK 滚轧梯形丝杠精度为±0.15mm/300mm，切削轴梯形丝杠精度为 ±0.05mm/300mm，较滚珠丝杠和行星滚柱丝杠精度更低。