精密滾珠絲杠機(jī)械加工工藝規(guī)程研究

摘要：磨削滾珠絲杠是按照基準(zhǔn)統(tǒng)一原則，以兩端中心孔為加工工藝基準(zhǔn)，通過(guò)熱處理、車削、磨削等幾十道工序逐一完成，適合給高精度設(shè)備做定位部件；冷軋滾珠絲杠是采用冷加工工藝模具制造， 一般在設(shè)備中做傳動(dòng)部件。

Abstract： Grinding ball screws are based on the principle of unification，taking the center holes at both ends as the reference of machining process，and completed one by one through dozens of processes such as heat treatment， turning and grinding. They are suitable for positioning components for high-precision equipment； cold rolling balls screws are manufactured using cold-working molds and are generally used as drive components in equipment.

關(guān)鍵詞：磨削滾珠絲杠加工工藝；磨削滾珠絲杠熱處理；冷軋滾珠絲杠加工工藝

Key words： grinding ball screw machining process；grinding ball screw heat treatment；cold rolling ball screw machining process

中圖分類號(hào)：TL214+.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）25-0101-02

0 引言

滾珠絲杠副是智能自動(dòng)化設(shè)備、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人行業(yè)的關(guān)鍵傳動(dòng)、定位、執(zhí)行元件，加工中心、數(shù)控車床均采用伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠副，實(shí)現(xiàn)機(jī)床工作臺(tái)橫向及縱向精密進(jìn)給。滾珠絲杠副傳動(dòng)主要是把回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線移動(dòng)，或者把轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)變成軸向作用力，具有工作精度高、互逆性好、摩擦阻力小、效率高的優(yōu)勢(shì)。滾珠絲杠副工作時(shí)承受復(fù)雜的交變載荷、交變應(yīng)力的作用，產(chǎn)生彎曲扭轉(zhuǎn)組合變形，導(dǎo)致滾珠絲杠副的主要失效形式是滾珠絲杠的疲勞及磨損，滾珠絲杠副工作部位的滾道、軸頸必須具備良好的工程力學(xué)性能，高精度、高強(qiáng)度、高剛度、足夠的耐磨性，工作運(yùn)轉(zhuǎn)配合柔韌性強(qiáng)。

精密滾珠絲杠從加工工藝角度劃分為磨削滾珠絲杠和冷軋滾珠絲杠兩大類，磨削滾珠絲杠是按照基準(zhǔn)統(tǒng)一原則，以兩端中心孔為加工工藝工序基準(zhǔn)，通過(guò)熱處理、車削、磨削等幾十道工序逐一完成，制造精度高達(dá)到P1級(jí)，非常適合給高精度設(shè)備做定位部件。冷軋滾珠絲杠是采用冷加工工藝模具制造，開(kāi)模工藝自動(dòng)化程度高，批量生產(chǎn)后成本低，效率高，但制造精度不甚理想，總停留在P7級(jí)左右，只能在設(shè)備中做傳動(dòng)部件。

1 磨削滾珠絲杠機(jī)械加工工藝

磨削滾珠絲杠機(jī)械加工工藝過(guò)程見(jiàn)表1。

1.1 磨削滾珠絲杠材料及熱處理工藝

磨削滾珠絲杠材料及熱處理方式對(duì)滾珠絲杠成品零件的制造質(zhì)量及精度影響非常大。

1.1.1 球化退火

滾珠絲桿材料常常選用GCr15高碳鉻軸承鋼，軸承鋼經(jīng)過(guò)淬火加低溫回火后具有硬度高、組織均勻、耐磨性強(qiáng)、接觸疲勞強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)，但軸承鋼材料塑性一般，切削性能中等，焊接性能差，有回火脆性，所以磨削滾珠絲桿粗加工之前要對(duì)軸承鋼材料進(jìn)行預(yù)先熱處理，通過(guò)球化退火把GCr15材料中的碳化物球化，得到在鐵素體基體上均勻分布的球狀或顆粒狀碳化物組織，降低材料組織硬度，提高材料塑性機(jī)能，改善材料金屬切削機(jī)加工性能。

1.1.2 工作表面（滾道）與加工基準(zhǔn)（中心孔）淬、回火

第3-9道工序是車制磨削滾珠絲杠軸坯，軸坯加工完成后將磨削滾珠絲杠工件工作表面（滾道）與加工基準(zhǔn)（中心孔）淬硬，為后續(xù)滾珠絲杠開(kāi)滾道做好材料力學(xué)性能準(zhǔn)備。

1.1.3 時(shí)效去應(yīng)力處理

在磨削滾珠絲杠機(jī)械加工工藝過(guò)程中，每一道金屬切削加工均會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力變形，為消除應(yīng)力變形給工件帶來(lái)的不良影響，關(guān)鍵的質(zhì)量控制點(diǎn)都要進(jìn)行時(shí)效去應(yīng)力處理，控制好工件加工質(zhì)量。

通過(guò)滾珠絲杠材料選擇、熱處理內(nèi)容及順序的合理安排，能夠在最大程度上保證磨削滾珠絲杠零件的表面接觸強(qiáng)度、整體剛性、耐摩擦性等工程力學(xué)性能指標(biāo)要求，保證磨削滾珠絲杠在尺寸精度、幾何公差、表面粗糙度方面的零件工作配合技術(shù)要求。

1.2 磨削滾珠絲杠工作滾道粗加工工藝

磨削滾珠絲杠工作滾道粗加工常用方法有：砂輪磨削、硬車削、旋風(fēng)銑削，因?yàn)榈?0道工序?qū)δハ鳚L珠絲杠工作滾道淬硬熱處理，導(dǎo)致工作滾道粗加工最常用的工藝方法就是采用砂輪磨削磨制出90°V型槽。但這種工藝方法經(jīng)磁力探傷檢測(cè)后，會(huì)發(fā)現(xiàn)在滾珠絲杠滾道的圓弧上，有沿著軸線方向的或網(wǎng)狀的裂紋，可以通過(guò)“小磨量多次進(jìn)給”的工藝方法，或采用“磨--工作滾道表面溫度穩(wěn)定--磨”的技術(shù)方法解決，最大幅度降低滾珠絲桿工作滾道表面的磨削應(yīng)力及磨削熱量，最大程度避免磨削裂紋或燒傷現(xiàn)象的產(chǎn)生。有的企業(yè)直接采用硬車削的先進(jìn)技術(shù)對(duì)滾珠絲杠工作滾道開(kāi)粗加工，車制出90°V型槽，硬車削是指把淬硬材料的車削作為粗加工或最終加工、精加工的新技術(shù)新工藝，回避了使用磨削加工技術(shù)。硬車削通常采用高轉(zhuǎn)速、大切深，金屬切除效率是磨削加工的3倍多；硬車削加工時(shí)一次裝夾即可完成零件多個(gè)表面的加工（比如車外圓、車內(nèi)孔、車槽等），而磨削加工需要多次安裝才能完成，會(huì)產(chǎn)生二次安裝誤差；硬車削產(chǎn)生的熱能一半以上被切屑帶走，不會(huì)產(chǎn)生像磨削加工那樣的表面裂紋與燒傷，所以硬車削可使工件獲得良好的加工精度與表面粗糙度，能夠保證形位公差技術(shù)要求（比如圓度、位置精度）。滾珠絲杠工作滾道粗加工還可以采用旋風(fēng)銑，旋風(fēng)銑是在數(shù)控車床上配套安裝高速銑削螺紋動(dòng)力頭，用裝在高速旋轉(zhuǎn)刀盤上的硬質(zhì)合金成型刀具，從工件上銑削出螺紋的加工方法，旋風(fēng)銑一刀成型，采用壓縮空氣排屑冷卻，而且無(wú)需加工螺紋退刀槽，解決了退刀槽部位的應(yīng)力集中缺陷。磨削滾珠絲杠工作滾道粗加工三種工藝方法對(duì)比如表2。

2 冷軋滾珠絲杠加工工藝

冷軋滾珠絲杠機(jī)械加工工藝過(guò)程見(jiàn)表3。

冷軋滾珠絲杠軸端加工方法有三種：退火后車制、磨削、硬車削。冷軋滾珠絲杠軸端的加工特點(diǎn)是材料硬度高，加工余量大，很多企業(yè)采用傳統(tǒng)的加工工藝，軸端退火--車削--軸端淬硬，這種加工方法因?yàn)檩S端部位反復(fù)軟化硬化熱處理，致使冷軋滾珠絲杠會(huì)產(chǎn)生性能不穩(wěn)定的缺陷。也有的企業(yè)采用磨床大余量磨削加工冷軋滾珠絲杠軸端。隨著刀具材料及制造技術(shù)的進(jìn)步，硬車削大余量加工淬硬鋼工藝簡(jiǎn)單效率高，可選擇CBN高硬刀具，適合的加工硬度范圍為HRC45-79，省去了退火淬火熱處理工藝，避免了退火后再二次淬火的弊端，更徹底解決了采用砂輪進(jìn)行大余量磨削加工的工藝難題。冷軋滾珠絲杠軸端硬車削加工工藝如表4。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳元徽.滾珠絲杠的選材及熱處理工藝分析[J].新技術(shù)新工藝，2009（4）：57-58.

[2]鄭紅.試論數(shù)控機(jī)床對(duì)機(jī)械加工工藝規(guī)程的影響[J].科技展望，2015-06.32.

[3]鄭紅.RV減速器擺線輪零件加工工藝設(shè)計(jì)探討[J].價(jià)值工程，2015（23）.