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丝杠加工工艺


放大字体  缩小字体 发布日期:2018-01-16
丝杠加工工艺丝杠是一种精度很高的零件,它能精确地确定工作台坐标位置,将旋转运动转换成直线运动,面且还要传递一定的动力,所以在精度、强度及耐磨性等方面都有很高的要求。所以,丝杠的加工从毛坯到成品的每道工序都要周密考虑,以提高其加工精度。

1、丝杠的分类

机床丝杠按其摩擦特性可分为三类:即滑动丝杠、滚动丝杠及静压丝杠。

由于滑动丝杠结构简单,制造方便,所以在机床上应用比较广泛。

滑动丝杠的牙型多为梯形。这种牙型比三角形牙酬具有效果高,传动性能好,精度高,加工方便等优点。

滚动丝杠义分为滚珠丝杠和滚柱丝杠两大类。滚珠丝杠与滚柱丝杠相比而言,摩擦力小,传动效率高,精度也高,因而比较常用,但是其制造工艺比较复杂。

静压丝杠有许多的优点,常被用于精密机床和数控机床的进给机构中。其螺纹牙形与标准梯形螺纹牙形相同。但牙形高于同规格标准螺纹1.5~2倍,目的在于获得良好油封及提高承载能力。但是调整比较麻烦,而且需要一套液压系统,工艺复杂,成本较高。

2、丝杠的结构特点及技术要求

(1)丝杠结构的工艺特点

丝杠是细长柔性轴,它的长度L与直径d的比值很大,一般为20~50,刚性较差。结构形状复杂,有很高的螺纹表面要求,还有阶梯、沟槽等,所以,在加工过程中易出现变形。

(2)精度等级

在国家标准GB785-65中,对普通梯形螺纹精度是按中径公差划分的。共有五项基本参数:即外径d、内径d1、中径d2、螺距t及牙形半角α/2。由于丝杠要传递准确运动,因此,按JB2886-81规定,丝杠及螺距的精度,根据使用要求分为6个等级:4、5、6、7、8、9(精度依次降低)。

各级精度丝杠应用范围如下:4级为目前最高级,一般很少应用;5级用于精密仪器及机密机床,如坐标镗床、螺纹磨床等;6级用于精密仪器、精密机床和数控机床;7级用于精密螺纹车床、齿轮加工机床及数控机床;8级用于一般机床,如卧式车床、铣床;9级用于刨床、钻床及一般机床的进给机构。

一般所说的精密丝杠是指5、6、7级丝杠。精密丝杠有淬硬丝杠和不淬硬丝杠两种。前者的耐磨性较好,能较长时间保持加工精度,但加工工艺复杂,必须有高精度的螺纹磨床和专门的热处理设备,而后者只需要精密丝杠车床。

滚珠丝杠副和滚珠丝杠的精度等级也分为六个等级。

(3)技术要求

对于丝杠的技术要求可分为如下几项:

① 精度等级;
② 表面粗糙度;
③ 单个螺距允差和定长上的累积允差;
④ 中径圆度允差;
⑤ 外径相等性允差;
⑥ 外径圆跳动允差;
⑦ 牙形半角允差;
⑧ 中、外、内径允差等项。

3、材料的选择

丝杠材料的选择是保证丝杠质量的关键,一般要求是:

(1) 具有优良的加工性能,磨削时不易产生裂纹,能得到良好的表面光洁度和较小的残余内应力,对刀具磨损作用较小。

(2) 抗拉极限强度一般不低于588MPa。

图1 SM8625丝杠车床的丝杠

(3) 有良好的热处理工艺性,淬透性好,不易淬裂,组织均匀,热处理变形小,能获得较高的硬度,从而保证丝杠的耐磨性和尺寸的稳定性。

 (4) 材料硬度均匀,金相组织符合标准。常用的材料有:不淬硬丝杠常用T10A, T12A及45等;淬硬丝杠常选用9Mn2V,CrWMn等。其中9Mn2V有较好的工艺性和稳定性,但淬透性差,常用于直径≤50mm的精密丝杠;CrWMn钢的优点是热处理后变形小,适用于制作高精度零件,但其容易开裂,磨削工艺性差。

丝杠的硬度越高越耐磨,但制造时不易磨削。

4、丝杠的加工工艺过程

不淬硬丝杠加工艺过程    图1所示为SM8625丝杠车床的丝杠。材料为T10A,精度为5级,其加工工艺过程见下表。

 

图2 万能螺纹磨床的丝杠

淬硬丝杠加工工艺过程    图2所示为万能螺纹磨床的丝杠,材料为9Mn2V,精度为6级,其加工工艺过程见下表。

表 精密丝杠的工艺过程

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">零件名称

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">SM8625丝杠车床丝杠(不淬硬)

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">万能螺纹磨床丝杠(淬硬)

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">材料

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">T10A

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">9Mn2V

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">精度等级

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">6级

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">6级

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>工艺过程

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">工序内容

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">定位基准

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">工序内容

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">定位基准

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">1.锻造(弯曲度≤5mm)

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt"> 

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">1.锻造

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt"> 

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">2.球化退火

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt"> 

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">2.球化退火

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt"> 

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">3.车端面打中心孔

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">外圆表面

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">3.车端面打中心孔

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">外圆表面

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">4.粗车外圆

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">双顶尖孔

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">4.粗车外圆

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">双顶尖孔

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">5.高温时效(t=500~550℃)

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt"> 

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">5.高温时效

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt"> 

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">6.车外圆打中心孔

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">外圆表面

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">5.牢外圆打中心孔

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">外圆表面

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">7.车外圆

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">双顶尖孔

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">7.半精车外圆

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">双顶尖孔

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">8.粗车阶梯型螺纹槽

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">双顶尖孔

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">8.粗磨外圆

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">双顶尖孔

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">9.高温时效(t=500~550℃)

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt"> 

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">9.淬火(t=800℃),中温回

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">火(t=260℃)

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt"> 

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">10.车端面打中心孔

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">外圆表面

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">14.研磨两顶尖孔

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt"> 

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">11.半精车外圆

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">双顶尖孔

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">11.粗磨外圆

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">双顶尖孔

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">12.粗磨外圆

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">双顶尖孔

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">12.粗磨出螺纹槽

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">双顶尖孔

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">13.车梯形螺纹

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">双顶尖孔

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">13.人工时效(t=260℃)

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt"> 

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">14.自然时效(吊一周以上,敲打)

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt"> 

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">14.研磨两顶尖孔

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt"> 

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">15.车端面打中心孔

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">外圆表面

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">15.半精磨外圆

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">双顶尖孔

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">16.半精磨外圆

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">双顶尖孔

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">16.半精磨螺纹

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">双顶尖孔

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">17.半精车螺纹

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">双顶尖孔

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">17.人工时效(t=160℃)

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt"> 

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">18.自然时效(吊二周以上)

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt"> 

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">18研磨两顶尖孔

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt"> 

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">19.研磨中心孔

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt"> 

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">19.精磨外圆,检查

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">双顶尖孔

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">20.终磨外圆

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">双顶尖孔

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">20.精磨螺纹(磨出小径)

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">双顶尖孔

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">21.辅车螺纹至尺寸

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">双顶尖孔

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">21.研磨两顶尖孔

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt"> 

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt"> 

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt"> 

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">22.终磨螺纹,检查

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">双顶尖孔

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt"> 

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt"> 

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">23.终磨外圆,检查

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">双顶尖孔

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt"> 

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt"> 

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">24.研磨止推端面F,检查

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">双顶尖孔

5、丝杠加工的典型工艺过程

在丝杠的加工为了获得较高的精度,加.下工艺过程应考虑以下几点:

(1) 对外圆和螺纹可分多次加工,逐步减少切削量,从而逐步减少切削力和内应力,减少加工误差,提高加工精度。

(2) 每次粗加工外圆及粗加工螺纹后都要进行时效处理,以便消除内应力。丝杠的精度要求越高,时效处理的次数也越多。

(3) 每次时效处理后都要重新打中心孔或修磨中心孔,以修止时效处理时产生的变形;并除去氧化皮等,使加工有可靠而精确的定位基面。

(4) 每次加工螺纹前,先加二L丝杠外圆(切削量很小),然后以丝杠外圆和两端中心孔作为定位基面加丁:螺纹,逐步提高螺纹加工精度。

丝杠加工过程中校直和热处理工序,是保证丝杠精度,防止弯曲变形的关键工序。但是校直本身会产生内应力,这对精度要求较高的丝杠来说是不利的。因为内应力有逐渐消失的倾向,由于内应力的消失会引起丝杠的变形,这就影响了丝杠精度的保持。所以,对精度要求高、直径较大的精密丝杠,在加工过程中不较直,而是采用加大径向总余量和工序间余量的方法逐次切去弯曲变形,经多次时效处理和把工序划分的更细的方法来解决变形问题。

为避丝杠因自重引起弯曲变形,存放对应垂直放置,热处理时要在井式炉中进行。

一般不淬硬丝杠的螺纹经车削而成,而淬硬丝杠的螺纹在螺纹磨床上磨出螺纹。但对牙形半角大和大螺距、丝杠、螺纹的粗加工还是在淬硬前车削为好。

6、丝杠的热处理

首先要求对毛坯进行热处理,由于精密级和一普通级两类丝杠用料不同,它们的热处理方式也就不同。毛坯的热处理要求:(1)消除毛坯制造产生的内应力;(2)控制硬度以适应机械加.工的切削性能,一般切削硬度控制在HBS140~248之间为宜。

通常含碳量在0.25%~0.5%的中碳钢用正火,含碳量0.5%~0.8%的亚共析钢或共析钢用退火。对于含碳量在0.8%~1.2%的过共析钢,由于其组织中存在粗片状珠光体及网状渗碳体,硬度比较高,要采取球化退火热处理(球化退火是将毛坯加热到750~780℃后,以40~40℃/时的速度冷却至500~550℃,然后在空气中自然冷却)。

7、基面的选择

由于热处理使丝杠产生变形,而义不允许有冷直法校直,必须用切削方法纠止。如果仍采用原来的中心孔就会使加工余量过大。另外,中心孔本身也会有变形,因此对于不淬硬丝杠采用切去原中心孔,重新打中心孔(最后一次修正中心孔工序除外)的方法。在重新打中心孔之前,找出丝杠径向圆跳动量为最大的圆跳动量的一半的两点,而后用中心支架支撑在这两点上并按外圆找正,切去原米的中心孔,重新打中心孔,这样就可使总加工余量减少很多。对于淬硬丝杠只能采用每次研磨中心孔的方法进行修正。

加工丝杠时,理论上是以中心孔为主要基面,外圆为辅助基面。实际上,在加工螺纹时,外圆本身的圆柱度和圆度,跟刀套与丝杠的配合精度,跟刀套与两顶尖连线的同轴度都成为影响螺纹加工精度的因素。因此工艺过程应为:在热处理启先加.R一几外圆。再加工螺纹,以加工后的外圆定位。这样,终磨时外圆精度要求也相应地提高。

 
 
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