動力循環球螺母的數控加工工藝分析

高梅

摘 要：動力循環球螺母是汽車上循環球式動力轉向器的重要組成部件，本文利用AUTOCAD軟件完成零件的圖形設計，根據動力循環球螺母的特點制定了合理的加工工藝，包括加工刀具的選擇、切削參數的設定、定位方法、裝夾方式、加工方式等，并利用FANUC仿真軟件完成仿真加工。該加工工藝能夠確保動力循環球螺母加工的穩定性和一致性，提高了加工效率。

關鍵詞：動力循環球螺母 數控加工 工藝分析

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）02（c）-0099-02

數控技術及數控機床在當今機械制造業中的重要地位和巨大效益，顯示了其在國家基礎工業現代化中的戰略性作用，并已成為傳統機械制造工業提升改造和實現自動化、柔性化、集成化生產的重要手段和標志。數控技術及數控機床的廣泛應用，給機械制造業的產業結構、產品種類和檔次以及生產方式帶來了革命性的變化。數控機床是現代加工車間最重要的裝備。它的發展是信息技術（IT）與制造技術（MT）結合發展的結果?，F代的CAD/CAM、FMS、CIMS、敏捷制造和智能制造技術，都是建立在數控技術之上的?，F代數控機床的發展趨向是高速化、高精度化、高可靠性、多功能、復合化、智能化和開放式結構。主要發展動向是研制開發軟、硬件都具有開放式結構的智能化全功能通用數控裝置。

1 產品介紹

進行數控加工的動力循環球螺母主要運用在循環球式動力轉向器上。循環球式轉向器是目前國內外應用最廣泛的結構型式之一，一般有兩級傳動副，第一級是螺桿螺母傳動副，第二級是齒條齒扇傳動副。為了減少轉向螺桿轉向螺母之間的摩擦，二者的螺紋并不直接接觸，其間裝有多個鋼球，以實現滾動摩擦。轉向螺桿和螺母上都加工出斷面輪廓為兩段或三段不同心圓弧組成的近似半圓的螺旋槽。二者的螺旋槽能配合形成近似圓形斷面的螺旋管狀通道。螺母側面有兩對通孔，可將鋼球從此孔塞入螺旋形通道內。轉向螺母外有兩根鋼球導管，每根導管的兩端分別插入螺母側面的一對通孔中。導管內也裝滿了鋼球。這樣，兩根導管和螺母內的螺旋管狀通道組合成兩條各自獨立的封閉的鋼球“流道”。

循環球式轉向器是汽車上一種常用的轉向器，主要由螺桿、螺母、鋼球（64顆）、轉向器殼體等組成。因螺母與螺桿之間沒有滑動摩擦，只有鋼球與螺桿及螺母之間的滾動摩擦，所以循環球式轉向器具有較高的傳動效率（一般球面蝸桿滾輪式轉向器的傳動效率為50%～70%，循環球式轉向器的傳動效率最高可達到90%），操縱輕便，磨損較小，使用壽命長，因此被一些車輛采用，如BJ2020、茶花、紅葉等車型。

2 工藝分析

零件圖紙如圖1所示，其表面由內外圓柱面、圓弧面等表面組成，其中有幾個直徑尺寸有較高的尺寸精度、表面粗糙度要求（0.8）。零件圖尺寸標注完整，符合數控加工尺寸標注要求；輪廓描述清楚完整；零件材料為20CrMnTi，切削加工性能較好。零件滲碳淬火后回火，滲碳層深度：0.8～1.2，淬火表面硬度HRC56～62，心部硬度不低于HRC33，淬火后表面需噴丸處理；100%磁力探傷檢查，不允許裂紋和其他缺陷，同時磁力探傷后要去磁；橢圓度不大于0.01，裝配時進行選配。

零件材料是20CrMnTi。20CrMnTi是合金結構鋼：抗拉強度σb（MPa）：≥1080（110），屈服強度σs（MPa）：≥835（85），伸長率δ5（%）：≥10，沖擊功Akv（J）：≥55。其是一種性能良好的滲碳鋼，淬透性較高，經滲碳淬火后具有硬而耐磨的表面與堅韌的心部，具有較高的低溫沖擊韌性，焊接性中等，正火后可切削性良好。用于制造截面<30cm的承受高速、中等或重載荷、沖擊及摩擦的重要零件，如齒輪、齒圈、齒輪軸十字頭等。

20CrMnTi鋼材化學成分和力學性能如下：

成分：碳C：0.17～0.23；硅Si：0.17～0.37；錳Mn：0.80～1.10；硫S：允許殘余含量≤0.035；磷P：允許殘余含量≤0.035；鉻Cr：1.00～1.30；鎳Ni：允許殘余含量≤0.030；銅Cu：允許殘余含量≤0.030；鈦Ti：0.04～0.10。退火硬度：小于230HB；正火硬度：小于217HB。

螺紋底徑：d=d-0.65p=36-0.65×1.5=35.025。

（1）加工余量為36-35.025=0.975。

（2）考慮到刀片刀尖弧度0.5。

3 刀具的選擇

刀具選擇的原則是：粗車時，選強度高、耐用度好的刀具，以便滿足粗車時大背吃刀量、大進給量的要求；精車時，要選精度高、耐用度好的刀具，以保證加工精度的要求。為減少換刀時間和方便對刀，應盡量采用機夾刀和機夾刀片。

刀具的選擇如表1所示。

（1）由于表面精度要求較高且儲油槽的特殊形狀，所以選用30°硬質合金精菱形精車刀，進行外表面粗、精加工。

（2）粗鏜內孔選內孔鏜刀。

（3）內孔精加工選精鏜刀（由于孔精度要求很高，所以粗鏜和精鏜用同一種刀）。

（4）車螺紋選用螺紋成型刀。

（5）切槽選用寬2.5mm的切槽刀。

（6）掉頭。

（7）由于表面精度要求較高且儲油槽的特殊形狀，所以選用30°硬質合金精菱形精車刀，進行外表面粗、精加工。

（8）粗鏜內孔選內孔鏜刀。

（9）內孔精加工選精鏜刀。（由于孔精度要求很高，所以粗鏜和精鏜用同一種刀）

（10）R2mm圓弧加工選用外圓精車刀。

4 夾具的設計

對于軸類零件，軸心線為工藝基準，本零件需掉頭加工，先用三爪自動定心卡盤夾緊，使工件伸出卡盤外80mm，一次完成粗精加工外圓、內孔、倒角、圓弧及切槽加工，掉頭后用三爪自動定心卡盤夾緊φ90.5mm外圓柱面進行另一端粗精加工及圓弧加工。

5 工藝路線

（1）車端面。

（2）粗車外圓（90.7、儲油槽、88）。

（3）粗鏜各孔（42、38、34.5）。

（4）精車端面。

（5）精車外圓（90.5、儲油槽、88），并倒R2圓弧角。

（6）精鏜各孔（42、38、34.5），倒角。

（7）車螺紋。

（8）切槽。

（9）掉頭。

（10）車端面。

（11）粗車外圓（90.7、儲油槽、88）。

（12）粗鏜各孔（46、26.6）。

（13）精車端面。

（14）精車外圓（90.7、儲油槽、88）。

（15）精鏜各孔（46、26.6）。

6 結語

我國數控技術不斷發展和革新，在新型的裝備制造業中，復雜型面數控加工工藝應用越來越廣泛。數控加工工藝靈活多樣，其信息化、智能化以及開放化，必將提高整體加工效率，降低企業成本，實現高質量、高效率、低成本的加工。

參考文獻

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