滾珠絲杠的加工工藝與刀具選擇

?作者:傘齒輪 ???|???? ?2019-10-09 04:19

  滾珠絲杠(已基本取代梯形絲桿,俗稱絲桿),是工具機械和精密機械上最常使用的傳動元件,其主要功能是將旋轉運動轉換成線性運動,或將扭矩轉換成軸向反復作用力,同時兼具高精度、可逆性和高效率的特點。由于具有很小的摩擦阻力,滾珠絲杠被廣泛應用于機床行業、各種工業設備和精密儀器。

  一、滾珠絲杠的特點

  1、摩擦損失小、傳動效率高,2、精度高,3、高速進給和微進給可能,4、軸向剛度高,5、不能自鎖、具有傳動的可逆性。

滾珠絲杠的加工工藝與刀具選擇

  滾珠絲杠

  二、滾珠絲杠的材料要求

  滾珠絲杠材料的選擇是保證滾珠絲杠質量的關鍵,一般要求是:

 ?。?)好的加工性能,磨削時不容易產生裂紋,能得到良好的表面光潔度和較小的殘余內應力,對刀具磨損作用較??;

 ?。?)抗拉極限強度一般不低于588mpa;

 ?。?)有良好的熱處理工藝性,淬透性好,不易淬裂,組織均勻,熱處理變形小,能獲得較高的硬度,從而保證絲杠的耐磨性和尺寸的穩定性。常用的中國牌號有40CrM0或GCr15等,熱處理后的硬度一般在HRC60以上;

 ?。?)材料硬度均勻,金相組織符合標準。

  三、滾珠絲杠的機械加工工藝

   滾珠絲杠一般屬于批量生產,在要求質量、精度的同時需保證效率,滾珠絲杠的機械加工工藝為:鍛造—退火—切削加工(粗車,半精車外圓、螺紋)—熱處理—磨削加工(粗磨,半精磨,精磨外圓、螺紋)—檢驗。

 ?。?)鍛造-毛坯下料:就是根據工件所需的尺寸從整批材料上截取下與工件尺寸相符的材料的操作過程。

 ?。?)球化退火:使鋼中碳化物球化而進行的退火,得到在鐵素體基體上均勻分布的球狀或顆粒狀碳化物的組織。球化退火的目的在于降低硬度,改善切削加工性能,并未后續熱處理作組織準備。

 ?。?)粗車外圓,螺紋:可選擇普通車床和數控車床進行加工,大批量生產選擇數控車床較經濟,車螺紋選擇直進法,所謂的直進法就是在加工過程中對刀具的Z軸(軸向方向)不進行改變,分次進給(直徑方向),來完成螺紋的切削,此方法簡單易操作,車出來的螺紋牙型準確。一般粗車之后留有2-3mm,

 ?。?)半精車外圓,螺紋:使磨削滾珠絲杠的尺寸更接近圖紙尺寸,并且精度的得到提高,一般半精車之后留有0.3mm的余量,為了后來的磨削加工,提高磨削滾珠絲杠的精度。

 ?。?)熱處理淬火:中頻淬火,通過淬火使滾珠絲杠表面得到較高的硬度,提高滾珠絲杠的耐磨性和使用壽命,滾珠絲杠常采用的材料為40CrMo鋼和GCr15鋼,就如GCr15鋼淬透性好,可滿足中頻淬火硬化層要求,其中頻淬火的關鍵問題是解決淬火變形。

滾珠絲杠的加工工藝與刀具選擇

  熱處理

 ?。?)粗磨外圓,螺紋:采用中心式外圓磨削,工件用兩頂尖裝夾,磨削時按其兩中心孔所構成的中心軸線旋轉,使外圓達到較高的精度要求。粗磨螺紋選擇專業的磨床和砂輪對滾珠絲杠進行磨削。

 ?。?)精磨外圓,螺紋:采用磨床加工滾珠絲杠外圓,螺紋時為了保證精度,采用高精度,小粗糙度磨削,可代替研磨加工,提高加工效率和減輕勞動強度。但磨削加工時,對磨床的精度和運動平穩性,環境條件,砂輪的選用和修整,切削液的選擇和澆注方式都有較高的要求。

 ?。?)檢驗入庫:最后一道工序,檢驗合格之后清理干凈入庫。 滾珠絲杠常采用磨削方式來提高滾珠絲杠的精度,采用磨床加工滾珠絲杠后經過磁力探傷,經常在螺紋滾道的圓弧上出現軸向的或網狀的裂紋,甚至在磨削螺紋過程中僅憑肉眼就可發現,之后采用“減小每次進刀磨削量,多次進刀” 及“磨削- 穩定絲桿表面溫度- 磨削” 的方法,有效地降低了絲桿表面的磨削熱量和磨削應力,從而避免“磨削裂紋” 的產生。由于滾珠絲杠一般是批量生產,采用磨削方式加工滾珠絲杠效率低,成本高。

  四、滾珠絲杠的加工難點

  滾珠絲杠經過熱處理后的硬度一般在HRC60以上,常采用磨削方式加工外圓、螺紋來保證其尺寸要求和精度要求。但磨削效率太低;再一個加工難題就是斷續車削去除滾珠絲杠兩頭螺紋,在硬車軸承座時余量大硬度高,需先退火之后再進行加工,以上兩種難題是對機械制造商來說造成效率低下的主要原因。

滾珠絲杠的加工工藝與刀具選擇

  滾珠絲杠加工

  滾珠絲杠有磨制滾珠絲杠和軋制滾珠絲杠兩種,其中磨制滾珠絲杠的滾道是先用車刀加工出滾道的形狀,之后采用磨床磨削至尺寸和精度要求。軋制滾珠絲杠是在冷軋時就將滾珠絲杠擠壓成型,直接加工滾珠絲杠的兩端就完成了。

  冷軋滾珠絲杠的加工難點在于軸承座部位余量大,而且熱處理后硬度高,傳統工藝一般是先退火,然后進行車削加工,或者就是采用磨削工藝。整體加工效率低,而且退火后的滾珠絲杠存在變形及開裂等諸多問題,對磨削或車削工序帶來很大影響。

  磨削滾珠絲杠的加工難點在于螺紋的切削,熱處理后的磨削滾珠絲杠硬度HRC60-65,傳統工藝一般采用磨削的方法制成螺紋,但磨削效率低,報廢率高,影響整體的生產進度。

  五、切削加工滾珠絲杠的刀具材料

  早期,對于加工滾珠絲杠軸承座部位余量大時,因為沒有可大余量切削淬硬料的刀具一直受限制,選擇硬質合金刀具加工滾珠絲杠不耐磨,影響加工效率。隨著切削技術的不斷發展,人們研制出可“以車代磨”的刀具材料—立方氮化硼刀具,傳統的立方氮化硼刀具在粗車加工滾珠絲杠滾道時和滾珠絲杠之間具有一定的壓應力,并且立方氮化硼刀具的主副偏角均切削,造成刀具容易崩口,碎裂。直到華菱超硬研制出非金屬粘合劑立方氮化硼刀具BN-S20牌號,使粗車滾珠絲杠刀具容易崩口,碎裂的問題得到解決。

  非金屬粘合劑立方氮化硼刀具BN-S20牌號加工滾珠絲杠的優勢:(1)硬度高,耐磨性和耐熱性好;(2)抗沖擊性強,避免了刀具崩口,碎裂的問題;(3)高速切削效率高;(4)干式切削減少環境污染;(5)刀具壽命長,一般是傳統立方氮化硼刀具的1.5-2倍。

  六、硬車滾珠絲杠案例

 ?。?)硬車軋制絲杠兩端

  加工材料:滾珠絲杠(中國牌號42CrMo或GCr15),工件硬度:HRC60-62,加工工序:淬火后精車,選用非金屬粘合劑立方氮化硼刀具BN-S20材質的刀片型號SNGN090404或CNGN120708(軋制絲杠專用),切削參數:ap=4.5mm,Fr=0.10mm\r,Vc=95m\min,干切;BN-S20材質刀具的切削速度相比陶瓷刀片提升46%以上,吃刀深度可達4.5mm,提升9倍,且刀片正常磨損,并不是危險的崩刃碎裂。

滾珠絲杠的加工工藝與刀具選擇

  硬車軋制絲杠兩端

 ?。?)車削軋制滾珠絲杠軸承座兩端

  加工零件:滾珠絲杠軸承座,硬度:HRC60以上,加工工序:粗車軸承座兩端,選擇刀具材質BN-S20軋制絲杠專用刀片型號CNGN120708,切削參數:ap=8mm,Fr=0.1mm\r,Vc=70-120m\min(根據機床剛性調整),干切;加工效果:刀具成本降低(每根滾珠絲杠的加工成本在0.5元左右),并且節約了退火工藝和加工時間。

 ?。?)硬車滾珠絲杠滾道

  加工零件:滾珠絲杠螺紋,Gcr15,工件硬度:HRC60-62,選用適用連續-中等斷續工況的BN-H10材質,切削參數:Fr=0.10mm\r,Vc=150m\min,干切;BN-H10材質刀具加工的工件粗糙度達Ra0.8以下,正常磨損。

滾珠絲杠的加工工藝與刀具選擇

  硬車滾珠絲杠滾道螺紋

  國產刀具制造商需準確把握時代的變化脈搏,不斷努力開發,提供可迅速滿足日益多樣化需求的高品質、高性能刀具產品,憑借長期培養積累的技術實力和最尖端的技術開發能力,不斷提供持續性的改進方案,適應當代“高速,精密加工”等切削要求。圖文轉至網絡,若內容涉嫌侵權,請告知我們刪除!