机床超长丝杠的加工工艺

机床超长丝杠的加工工艺

黄娟1张西玉2刘梦伟3

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山东博特精工股份有限公司山东济宁272000

摘要：丝杠是将旋转运动变为直线运动的常用传动副零件，由于其能准确地传递运动，特别是能够实现微量进给运动，所以被广泛应用。随着市场对长规格车床需求量的增加，超长丝杠的加工工艺设计已成为一项较重要的工作。为适应市场需求，企业相继开发设计了8m、10m等较长规格系列的车床。长规格车床采用分体式，其生产、装配、运输与整体式有很大不同，特别是受机加工设备的制约，促使我们必须考虑丝杠的多节对接加工，这样才能实现今后对更长规格丝杠的加工。经过多方调查研究和试制后，总结制定出一套切实可行的加工工艺方法。

关键词：机床超长丝杠；加工工艺

1、前言

机床丝杠是机床上的传动部件，它将均匀的旋转运动精确地转换为均匀的直线运动。它不仅要准确地传递运动，而且还要传递一定的转矩。因此精度、刚度和耐磨性都有极高的要求。由于采用了正确的方法，保证了工件质量，缩短了生产周期，降低了加工成本，也为企业节约了开支。

2、解决细长丝杠加工关键技术问题的具体措施

（1）使用三爪跟刀架：粗车时，使用三个滚动轴承做成支撑爪的跟刀架，变滑动摩擦为滚动摩擦，减少了支撑爪的磨损，不会研伤工件表面；精车时，使跟刀架爪的圆弧R与粗车后的工件外圆配研，宽度大于直径，增加支承面积和支承刚性；（2）使用弹性活顶尖，使工件热变形伸长时有足够的让位空间，避免因热变形引起的弯曲变形；（3）切削力中引起加工变形较大的力是径向力，除适当增大车刀的主偏角、前角、刃倾角，减小修光刃和刀尖圆弧半径；针对半精车车刀，采用了93°横槽刀，由于几何形状的影响，改变了切削时的受力情况，大大减小了径向力，车削时配合跟刀架的使用，防振动效果很好；粗车螺纹时，我使用了可旋转调节式组合刀排，使车刀静止角度不受导程角影响，增强了刀头的强度和散热性，采用较大的切削深度，减少了机动时间，提高了效率；（4）正确使用切削液，降低切削温度，减少刀具磨损。（5）高速车削蜗杆的方法，在工作中，通过探索和大胆实践，采用可旋转刀排，通过旋转刀头（法向装刀），弥补了螺纹升角对切削的影响，通过改进刀具的几何角度，提高了刀头强度，使加工过程中可以采用大的吃刀深度，第一刀可以车去5至7毫米，在小滑板赶刀的同时，中滑板也可以继续进刀，从而减少了走刀次数，大大提高了螺纹加工的效率，此方法以他的名字命名，得到大力推广，广泛运用到各较大螺距螺纹的粗加工中。由于采用此方法，螺纹轴向截面内牙形两侧是曲线，车削轴向直廓蜗杆或梯形螺纹时，齿形不符合技术要求，因此采用此方法，只能进行粗车，精车时仍然要将车刀刀刃所组成的平面水平装夹并通过工件轴心线，才能保证牙形的直线性。

3、主要刀具及说明

（1）粗车刀：75°反车刀，材料YW1；此刀具主偏角较大，车削时轴向分力较大，径向力较小，工件受到的拉力增加，防止了工件振动和弯曲变形。大的前角、小的后角、负倒棱、正的刃倾角，既减小切削力又加强刃口强度，能控制切屑顺利排出。YW1：这类硬质合金在YT类合金中加入少量的确TaC或NbC而成，它的抗弯强度、冲击韧性以及与钢的粘结温度均高于YT类合金。

（2）半精车刀：93°横槽车刀，材料YT30；YT30硬质合金有较高的硬度及耐磨性，适用于韧性较好材料的精加工。1.此刀具主偏角为93°，前刀面开横向卷屑槽形成修光刃，前角较大，修光刃后角为－0.5°。当切削深度不超过横向卷屑槽宽的一半时，工件受到刀具的挤压力，挤压力与径向力方向相反，两者合成后的效果，使径向力下降。形成径向力与挤压力方向相反的条件是：主偏角大于90°，这样使切削力有将工件拉向刀具的分力，但主偏角过大会使刀尖薄弱，因此主偏角取93°，并辅助以前刀面开横向卷屑槽的办法效果较好。此种车刀安装位置要正确并使刀尖略高于中心。2.受力分析：根据公式Py=PNcosψ，Pz=PNsinψ；由计算公式可知，当主偏角减小时，径向力增大；当主偏角增大时，径向力逐渐减小；当主偏角大于90°时，径向力会变成负值，大大减小，由它所引起的振动和弯曲变形可以得到克服，减小对切削的影响。

（3）螺纹粗车刀：材料W18Cr4V；由于使用旋转可调刀排，车刀两侧负后角角度可以刃磨成静止时的角度，主后角可以磨成0°，这样可以增加刀头强度，改善散热条件。

（4）螺纹精车刀：材料W2Mo9Cr4VCo8。便于刃磨成形。此刀具主切削刃不能参加切削，精车前底径应先车到尺寸。

4、车梯形螺纹时的支撑方法与找正方法

（1）中心架通过过渡套筒来支撑工件。（2）找正方法：两件丝杠螺纹第二次半精车，准备装配在一起加工时，先将件1左端M24×1.5与φ30f7加工达图纸要求，其余部分分别按要求加工或留余量，再将件2右端螺孔M24×1.5与φ30H7加工达图纸要求，其余部分按要求加工或留余量。然后分别将两件工件装在C61100两顶尖中间，在合适的位置套上套筒，用百分表、螺钉调整套筒使它和丝杠同轴并紧固。然后将装配好的两工件装夹在机床上，用中心架支撑，用百分表在接近卡盘处、中间处、接近右边中心架处三点找正，使工件同心后，夹紧加工。件1悬伸部分用辅助支撑支撑。（3）加工方法：由于转速慢可以用精接口的方法，以加工好的件1牙槽为基准，将车刀摇向件1车好的牙槽中，轻微地在牙槽的一侧对刀，记住中滑板的刻度，然后车刀退回，车件2牙形同一侧，最后一刀车到记住的中滑板刻度位置，长好的牙槽牙形另一侧对刀，车削件2牙形另一侧至记住的中滑板的刻度位置。取下左端中心架，使用跟刀架，用上面精接口的方法，车削未加工部分至同一尺寸。重新装夹找正，以前面车好的螺纹为基准，车削剩下部分螺纹到同一尺寸。

5、减少螺距累计误差的方法和对策

5.1利用先进技术从根源上减少螺距累计误差

从螺距累计误差产生的原因当中，可以看出螺纹、机床、工作台、齿轮、砂轮等对于螺距累计误差的影响较大。这些可以说是存在在整个生产系统中的误差，一般情况下误差的规律较为稳定，也有迹可循。所以在生产过程中，只要掌握好这些规律，减少螺纹、机床、砂轮的热变形，保证工作台的精确性等都能够降低螺距累计误差过大产生的可能，保证整个超长丝杠的质量和精度。

5.2利用误差补偿法

5.2.1实时动态的补偿

实时动态补偿顾名思义就是在加工过程中，对各个环节进行在线补偿。这种补偿一般需要高质量、高精度的机床，这种机床一般都配有相应的实时位置检测系统。在加工的过程中，系统能够检测到机床在运动过程中的各项数值的变化，工作人员可以根据数值来控制整个机床的运动。通过这种系统，机床的精度能够得到显著提升。机床精度的提升能够保证其他部件的正常运转和精度，从而减少超长丝杠的螺距在加工运动中的累计误差。

5.2.2静态均化的补偿

静态均化的补偿一般是在整个加工系统运转之前进行的补偿方式。这种方式要求企业对于加工过程中的误差规律有深刻的认识，之后计算出误差的均化值。在进行加工时，在数控系统的参数表中存储好这些补偿值。系统确认之后，会自动在插补指令上叠加进这些数值，将有误差的部分进行均化。均化误差补偿法能够保证生产的各个部分的误差值达到最小，减少螺距累计误差的的数值。在超长丝杠的加工处理中，细微的误差都会对丝杠的精度产生影响，所以企业有不断提升技术水平减少螺距累积误差，这样才能够促进整个中国丝杠加工事业的发展。

参考文献：

[1]郭红，裴宇飞，程卫祥．论四头丝杠的加工与误差分析——螺距误差与螺距累积误差的分析[J]．科技与企业．2011，（16）:142．

[2]隋明阳.机械设计基础[M].北京:机械工业出版社，2002