丝杠设计及其工艺.docx

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1、丝杠设计及其工艺丝杠是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的一种传动结构。典型的丝杠由螺杆、螺母和滚珠组成。它的功能是将旋转运动转化成直线运动，这是滚珠螺丝的进一步延伸和发展，这项发展的重要意义就是将轴承从滚动动作变成滑动动作。由于具有很小的摩擦阻力，丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。 丝杆加工工艺 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

2、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1.52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 丝杠结构的工艺特

3、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2050，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。 精度等级 在国家标准GB78565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/2。由于丝杠要传递准确运动，因此，按JB288681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技术要求 对于丝杠的技术要求可分为如下几项： 精度等级； 表面粗糙度； 单个螺距允差和定长上的累积允差； 中径圆度允差； 外径相等性允差； 外径圆跳动允差； 牙形半角允差

4、； 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。 (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；

5、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1 SM8625丝杠车床的丝杠 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。 图2 万能螺纹磨床的丝杠 表 精密丝杠的工艺过程 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

6、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

7、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

8、制硬度以适应机械加.工的切削性能，一般切削硬度控制在HBS140248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750780后，以4040/时的速度冷却至500550，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:在热处理后先加工外圆，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。(end)