轉造 vs 研磨滾珠螺桿:成本、精度、交期怎麼選

同樣是 20 mm 軸徑,報價差了一截
同軸徑的報價差距,來自螺紋的製程。滾珠螺桿的螺紋有兩種做法。轉造螺桿用滾壓成形,螺紋是把材料擠壓出來,效率高、成本低。研磨螺桿則是先切削、熱處理,再把滾道磨到成品,工序多、精度高,價差主要就出在多出來的切削、熱處理與研磨工序。兩種做法對應不同的精度等級體系,選錯方向,輕則多花預算,重則精度不足;所以要先問這個軸到底需不需要研磨級的精度,轉造螺桿夠不夠用。
製程不同,精度等級也不同
依 JIS B 1192 與 NSK 型錄的分法,滾珠螺桿(業界也常叫絲桿)導程精度分成 C 系(定位用)與 Ct 系(搬送用)。NSK 的對應情況是:精密研磨螺桿以 C0、C1、C2、C3、C5 五級為主(沒有 C4,部分研磨系列也提供 Ct7),搬送用的轉造螺桿為 Ct7 與 Ct10 兩級。這兩套等級並不是同一條連續序號,來由可參考滾珠螺桿精度等級 C0–C10。
下表的 υ300 是任取 300 mm 行程內的行程變動量容許值,數值整理自 NSK 型錄 E3162:
| 等級 | υ300(µm/300 mm) | 製程 | 典型用途 |
|---|---|---|---|
| C3 | 8 | 精密研磨 | 半導體、面板、量測設備的定位軸 |
| C5 | 18 | 精密研磨 | 一般自動化定位、工具機進給軸 |
| Ct7 | 52 | 轉造為主 | 搬送、移載、上下料 |
| Ct10 | 210 | 轉造為主 | 一般搬送、開閉機構等定位要求低的用途 |
要注意一個實務差異:C 系的四個特性值(±ep、υu、υ300、υ2π)都有規範,Ct 系型錄只列 υ300 一項,全長累積誤差 ep 可依型錄附註的估算方式換算:
ep = ±(lu ÷ 300)× υ300
其中 lu 為有效螺紋長(mm),υ300 單位為 µm,算出的 ep 單位為 µm。這是螺桿單體導程誤差的估算值,不等於整機的實際定位精度,整機還要加上支撐、導引、熱變形與控制的影響。
換算例:有效螺紋長 1,100 mm 時,Ct7 的 ep = ±(1,100 ÷ 300)× 52 ≈ ±190.7 µm,約 ±0.19 mm;Ct10 的 ep = ±(1,100 ÷ 300)× 210 = ±770 µm,約 ±0.77 mm。同樣長度的 C5,查 NSK 型錄表 1.2 在 1,000–1,250 mm 區間為 ±46 µm。三者放在一起看,差距就很直觀。
成本、精度、交期的相對關係
絕對價格各家各案不同,這裡只談相對關係:
| 比較項目 | 轉造螺桿 | 研磨螺桿 |
|---|---|---|
| 導程精度 | Ct7、Ct10,累積誤差較大 | C0–C5,累積誤差小 |
| 成本 | 較低 | 較高,精度越高越明顯 |
| 交期 | 相對較短,標準品選擇多 | 標準品(如 C5)供貨順;高精度等級多為接單生產,相對較長 |
| 表面與運轉 | 滾道為滾壓成形,對運轉平順度要求高的場合較少採用 | 滾道經研磨,高精度定位與平順度要求高的場合多半選它 |
| 預壓與軸向間隙 | 多保留微小軸向間隙 | 常配零背隙預壓 |
| 承載能力 | 取決於尺寸與螺帽設計,與製程不是同一件事 | 同左 |
| 長度 | Ct7、Ct10 的可製作長度與 C5 相近 | C3 以上等級越高,可製作長度越短 |
長度這一列有型錄數字可對:NSK 型錄 E3162 表 4.8 列出各精度等級的螺桿軸可製作長度,以軸徑 20 mm 為例,C0 為 850 mm、C3 為 1,400 mm、C5 與 Ct7 為 1,900 mm、Ct10 為 2,000 mm。長行程的瓶頸在高精度等級,C5 以下差距不大,實際上限請依軸徑查表確認。
承載能力這一列也特別提一下。轉造與研磨的差異在導程精度與價格,額定負荷由軸徑、鋼珠與螺帽設計決定,比較時直接看型錄上的額定負荷,不要用製程去推斷。選型時負荷與壽命另外算,見滾珠螺桿壽命怎麼算:軸向負荷、Ca 與計算實例。
什麼情況選轉造螺桿,什麼情況選研磨螺桿
選轉造的情況:
- 搬送、上下料、移載,到位後有感測器或機構限位去補位置。
- 全行程允許誤差較大的搬送機構,可評估 Ct7 轉造螺桿,但仍須依有效行程、導程誤差及定位需求確認。
- 行程長而精度要求不高,用 C3 以上的研磨級成本高,可製作長度也受限。
- 預算或交期壓力大,且軸向間隙不影響功能。
選研磨的情況:
- 開迴路或半閉迴路定位,靠螺桿本身的導程精度保證位置,沒有光學尺回授的場合。
- 半導體、面板、量測設備,需要零背隙預壓與平順運轉。
- 短行程但重現性、反向間隙要求嚴格的軸。
- 精度要求落在 C3 或更高,轉造做不到。
灰色地帶是 Ct7 與 C5 之間:採用光學尺做全閉迴路控制,可降低導程誤差對定位精度的影響,這時可評估 Ct7 轉造螺桿,但仍須確認背隙、剛性與動態性能是否符合需求;採用馬達編碼器做半閉迴路控制時,螺桿導程誤差可能影響實際定位精度,要視控制器的補償方式與機構條件評估,必要時回頭用累積誤差換算驗證。判斷方法沿用上面的順序:先算出需求,再查表挑等級。
NSK 台灣代理的產品線裡,轉造系列有搬送設備用 R 型(Ct10,經濟款)與搬送設備用 VFA/RMA 型(Ct7、軸端已加工),像 VFA1210C7S-410 就是 VFA 型的標準品。研磨系列有工具機用 SA 型與 Compact FA 家族的 PSS1520N1D0761(C5)。Compact FA 的 FSS 型雖然是搬送用,精度也是 Ct7,軸端可裁切,適合直角座標機器人,如 FSS1210N1D0400。
常見的選錯方式
- 搬送軸直接用研磨級:搬送軸若沒有高精度定位或特殊運轉要求,可先評估轉造螺桿,避免選用超出需求的精度等級。
- 定位軸用 Ct7 又沒有位置回授:長行程累積誤差會超出預期,上線才發現。
- 只比單價:研磨螺桿是否需要配零背隙預壓、支撐軸承也要搭配,整套成本要連同滾珠螺桿支撐方式怎麼選:TAC 軸承配對與預壓與滾珠螺桿背隙怎麼量?來源與消除方法一起看。
- 忽略導引精度:螺桿再準,線性導軌(滑軌、線軌)的直線度跟不上,整軸精度一樣被拖垮,單軸設計可看單軸模組設計要點。
完整的選型流程則放在滾珠螺桿選型指南:直徑、導程、精度等級、支撐方式與臨界轉速。
如果還拿不定轉造或研磨,把精度需求和行程長度填進詢價表單,我們會兩種都試算給您比較。
常見問題
轉造螺桿和研磨螺桿,壽命會差很多嗎?
壽命主要由軸向負荷、轉速與額定負荷決定,製程不是主要變數。兩者差別在導程精度與預壓設計,壽命要另外用負荷條件計算。
Ct7 的累積誤差怎麼估?
用 ep = ±(lu ÷ 300)× υ300 換算,lu 是有效螺紋長(mm),Ct7 的 υ300 為 52 µm。換算時請對照 NSK 型錄 E3162 確認數值。
已經有光學尺,還需要研磨螺桿嗎?
全閉迴路可降低導程誤差對定位精度的影響,這時可評估 Ct7 轉造螺桿,但仍須確認背隙、剛性與動態性能是否符合需求。反向間隙與運轉平順度的要求仍可能需要研磨級,要視機構目標決定。
轉造螺桿可以做零背隙嗎?
轉造螺桿一般保留軸向間隙,要零背隙或高剛性預壓時,多半走研磨系列。實際規格請依 NSK 型錄確認,或洽詢我們確認。
舊機台的轉造螺桿要換新,怎麼找對應?
舊型號替代請洽詢。把螺帽外形、軸徑×導程與安裝尺寸告訴我們,比對最快。
