淺談CNC滾珠絲桿軸承座加工工序

摘? 要：數控加工中心作為現代加工利器，其是各機械公司必不可少的設備之一。本文主要介紹加工中心中滾珠絲桿軸承座的加工工序，調查發(fā)現該軸承座局部精度要求高且不易于裝夾，因此具有一定加工難度，本文通過實際加工研究及工藝分析，設計一種新型夾具裝夾并經實踐證明其可解決目前存在的問題。

關鍵詞：滾珠絲桿;軸承座;數控車;工裝夾具;精密內孔滾扎頭

中圖分類號：TH133? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：2096-6903（2020）03-0000-00

滾珠絲桿是將回轉運動轉化為直線運動，或將直線運動轉化為回轉運動的理想產品。滾珠絲桿由螺桿、螺母和滾珠組成。其功能是將旋轉運動轉化成直線運動，這項發(fā)展的重要意義就是將軸承從滾動動作變成滑動動作。由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲桿被廣泛應用于各種數控機床和精密儀器，而滾珠絲桿的功能體現離不開具有支撐作用的軸承座，對于精密加工設備的加工中心，絲桿在軸承上運轉的平穩(wěn)性直接影響工件的加工質量，一旦加工精度降低，則加工中心的使用價值也將大打折扣，因此滾珠絲桿軸承座的加工有著較高的加工難度，本文將對軸承座的加工過程與解決難題進行說明[1]。

1零件分析

圖1為軸承座與滾珠絲桿的裝配三維圖，圖2為軸承座零件圖。（1）該軸承座的材料為FC40，即高性能吸振灰口鑄鐵，高性能灰口鑄鐵有較好的強度，同時有良好的減震性，作為絲桿的軸承座能有效地吸收機器震動的能量，此外還有良好的潤滑性能及導熱性能。（2）軸承座加工生產屬于中小批生產水平，而且零件的輪廓尺寸較大，鑄造表面質量要求高，故可采用鑄造質量穩(wěn)定的，適合中小批生產的金屬模鑄造。便于鑄造和加工工藝過程，而且還可以提高生產率，本文著重解決的就是內孔部分精度問題。（3）另從圖3中可以看出，軸承座中兩邊有固定耳，需要先在銑床上進行銑平，并在固定耳的一面保證與軸承座的軸心重合，允許誤差為0.03 mm，公差要求精度通過數控銑床加工得以實現，該軸承座內孔為階梯孔，內孔部分是軸承零件起支撐作用或定位作用最主要的表面，它與加工中心絲桿軸承相配合。與塵封配合的部分孔的精度要求為0.06 mm，精度要求不高，這一部分通過精車后可以達到該尺寸，另在裝配軸承壓緊調間圈的孔內圈尺寸要求也不高，軸承座的其余小孔部分可以通過在加工中心或者數控銑床上用外圓形夾塊裝夾加工得到。零件的加工難度主要在與0329軸承配合的內壁部分，該精度要求為0.005 mm，表面粗糙度要求高，并且零件在裝夾方面由于兩個固定耳的存在，需要設計夾具進行裝夾，并通過數車進行加工[2]。

1.1解決的難題

針對這一難題，我們對該零件的精車加工部分進行了認真分析與研究，其主要有以下幾方面問題。（1）機床方面。加工此零件的機床為半閉環(huán)數控車，半閉環(huán)伺服系統(tǒng)與閉環(huán)伺服系統(tǒng)相比，位置檢測器不是安裝在工作臺上，而是安裝在伺服電動機的軸上。這種伺服系統(tǒng)所能達以的精度、速度和動態(tài)特性優(yōu)于開環(huán)伺服系統(tǒng)，其復雜性和緊密度低于閉環(huán)伺系統(tǒng)，加上絲桿存在間隙，要保證零件所要求的0.005 mm的精度及0.8的粗糙度很困難[3]。（2）裝夾方面。機床用三卡爪自定心卡盤，對于零件的機構無法順利裝夾。

1.2結論分析

（1）零件由于有兩個固定耳，在數控車床上加工需要設計夾具，夾具設計要考慮定位面和在裝夾過程中要能保證裝夾的同軸度。（2）為達到零件內壁所要求的精度需要采用鏜孔式加工。（3）在對零件的加工過程中需要先進行銑削加工，并在數控銑床或者加工中心上用圓形夾塊進行軟卡爪裝夾孔加工，之后把車部分作為后續(xù)加工完成。（4）加工過程中必須控制溫度上升引起的變形情況，且粗加工與精加工分開，精加工余量盡量少防止溫度上升過快。為保證零件所需的精度，需要恒溫加工。

2工序安排

（1）數控銑床部分：完成兩固定耳和固定耳面上孔，保證固定耳的表面粗糙度和平面度，完成端面及孔臺階面上的孔及螺紋孔。（2）數控車床部分：作為后續(xù)工序利用夾具對內孔部分進行粗車及精車，保證內孔部分精度。

3夾具設計與裝夾

3.1 夾具設計原則

設計必須保證零件的加工精度，保證夾具的操作方便，夾緊可靠，使用安全，能準確確定工件與刀具、機床之間的相對位置關系，保證其加工精度，有合理的裝卸空間，能快速地進行工件定位和夾緊，減少輔助時間，提高生產效率。

3.2 定位元件的設計要點

在車床上加工回轉面時，要求工件被加工面的軸線與車床主軸的旋轉軸線重合，夾具上定位元件的結構和布置，必須保證這一點。因此，對于同軸的軸套類和盤類工件，要求夾具定位元件工作表面的中心軸線與夾具的回轉軸線重合。對于殼體、接頭或支座等工件，被加工的回轉面軸線與工序基準之間有尺寸聯系或相互位置精度要求時，則應以夾具軸線為基準確定定位元件工作表面的位置。

3.3夾緊裝置的設計要點

在車削過程中，由于工件和夾具隨主軸旋轉，除工件受切削扭矩的作用外，整個夾具還受到離心力的作用。此外，工件定位基準的位置相對于切削力和重力的方向是變化的。因此，夾緊機構必須產生足夠的夾緊力，自鎖性能要良好，基于以上要求優(yōu)先采用螺旋夾緊機構。

3.4 夾具設計

根據軸承座的2個￠6絞孔和4個￠10.5的過孔特征設計夾具，夾具與零件的裝夾如圖3所示。該夾具合理地設置了退刀工藝盲孔、定位銷、卸料彈簧及壓緊裝置。裝夾過程中，用螺絲夾緊夾具的上部分與下部分，下部分中裝有卸料彈簧方便卸料，固定耳的一面與夾具下部分兩平面接觸，固定耳中間孔用定位銷加以定位，保證軸承座與夾具的同軸度，夾具孔臺階面用于軸線部份的定位，方便快速裝夾。數控機床用軟卡夾緊，軟爪夾持直徑應比工件外圓直徑略小（一般去0.01～0.03 mm），以增加軟爪與工件的接觸面積，根據需要對軟卡抓進行修正，之后用百分表打表校正。夾具制造按照圖4工程圖進行加工。

4實際加工生產

4.1 第一次試制生產

第一嘗試使用K類合金刀具對工件進行常規(guī)加工，硬質合金的牌號選擇為YG8，它的使用強度高，抗沖擊和抗振性能好，具有切削速度低特點，有利于精車內孔。取刃傾角（λS）為正值，刀刃鋒利;主偏角（Kr）為93°～96°，減小徑向力;前角（ro）和后角 （a0）均取6°，提高鋒利程度; 副偏角（Kr'）為6°，減小表面粗糙度。室溫控制在19°，精車余量留0.08 mm，車削時加注冷卻液。經試制內孔粗糙度和精度難以保證到位，尤其在0329軸承配合部分的內壁精度基本無法完成，其合格率極低，需被迫進行工藝改進。

4.2 第二次試制生產

第二次嘗試使用鏜刀進行低速鏜削加工，同樣把溫度控制在19°，由于夾具設有退刀工藝盲孔，鏜孔時轉速考慮800 r/min，留余量0.04 mm，進給量0.03 mm/r能保證鏜刀鏜削過后離開接觸表面順利退刀，其方法如圖5所示意。

把鏜刀固定在刀架的裝刀位上直接向Z向工件低速進給鏜削，根據這種方法采用很小的進給量與低轉速基本能夠保證其精度。但是合格率仍較低，由于是鏜刀低速鏜削，加工時間較長加工效率不高，于是邊生產邊進行工藝改進，能夠保證加工合格率與高效率的工藝。通過向他人求教查詢資料及收集各類媒體資訊最終拿出了第三套方案。

4.3 第三次試制生產

由于常規(guī)加工方法已經無法實現合格率與生產率，通過向他人請教和查閱媒體資料。在第三次試制中利用一種超精內徑滾軋頭實現其加工效果。

超精內徑滾軋頭介紹：精密加工內孔工具——超精內徑滾軋頭，利用無切削原理加工，工件經過一次滾壓使金屬表面凸鋒部分產生塑性變型添補到凹部分，從而使零件表面光滑達到鏡面般光潔度，尺寸精度得到可靠保證，耐磨性，耐腐蝕性，耐疲勞性明顯提高，并能穩(wěn)定提高產品質量和工作效率，其適用于硬度40HRC以下工件孔的精加工。內孔粗加工后，用超精內徑滾軋頭一次精軋，就可以使內孔的表面粗糙度值從Ra6.3左右降低到RaO.2～RaO.05。加工后的表面硬度可提高40HV，增加了耐磨性。該工具有機械微調裝置（每格刻度值為0.002 5 mm），每支調整孔徑范圍為O.5 mm，偏差控制準確（O.005 mm以內），批量生產內徑尺寸一致。通、盲孔都可以加工，加工范圍廣（φ5 mm-φ350 mm）工作效率高（例如：￠200 mm×300 mm孔，1.5 min內就可以加工完。加工￠30 mmx40 mm的孔，10 s內就可以完成）操作簡單，壽命長，維修費用低，可以在車、鏜、鉆、銑、組合機床、加工中心等機床上使用。在一定范圍內，用超精內徑滾軋頭可以取代并優(yōu)于磨、珩磨、研磨、精鉸、精車、和精鏜等工藝。

實際加工如圖6所示，在刀架上裝上滾軋頭，用帶有莫氏錐度的孔與其配合。先用內車刀進行半精加工，溫度控制在恒溫19°，使￠40正0.005 mm的軸承孔留有0.04 mm的余量（一般余量值取0.02～0.04 mm）為了獲得合理的滾壓含量，根據軸承座的尺寸精度（材料硬度）在批量加工前試加工，這里通過試制取最大余量0.04 mm，滾軋時為了保證滾軋頭的壽命將切削液換成軋制液（軋制液是有精制礦物油與表面活性劑、抗磨劑、油性劑、抗氧化劑和防銹防腐劑等添加劑混合成。使用時將軋制液添加入工業(yè)脫鹽水中配置成乳化液，在軋制過程中起到冷卻、潤滑和清洗作用?？梢詼p少軋制力、提高表面光潔度）。采用該試制，取得了很好的效果，表面粗超度達到了鏡面效果且產品的一致性高效率也得到提高。

5結語

通過長時間的生產加工，該設備具有較高的合格率，表明此工藝正確。此工藝的成功應用證明其具有一定是使用及推廣價值，可為類似工程應用提供參考。

參考文獻

[1] 陳艷.數控加工技術[M].北京：電子工業(yè)出版社，2014.

[2] 成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2016.

[3] 馬恒，孫素榮.公差與技術測量[M].北京：北京機械工業(yè)出版社，2018.

收稿日期：2020-02-03

作者簡介：劉錦杭（1983—），男，廣東汕尾人，本科，講師，研究方向：機電一體化技術。