精密滾珠絲杠機械加工工藝規程研究

摘要：磨削滾珠絲杠是按照基準統一原則，以兩端中心孔為加工工藝基準，通過熱處理、車削、磨削等幾十道工序逐一完成，適合給高精度設備做定位部件；冷軋滾珠絲杠是采用冷加工工藝模具制造， 一般在設備中做傳動部件。

Abstract： Grinding ball screws are based on the principle of unification，taking the center holes at both ends as the reference of machining process，and completed one by one through dozens of processes such as heat treatment， turning and grinding. They are suitable for positioning components for high-precision equipment； cold rolling balls screws are manufactured using cold-working molds and are generally used as drive components in equipment.

關鍵詞：磨削滾珠絲杠加工工藝；磨削滾珠絲杠熱處理；冷軋滾珠絲杠加工工藝

Key words： grinding ball screw machining process；grinding ball screw heat treatment；cold rolling ball screw machining process

中圖分類號：TL214+.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）25-0101-02

0 引言

滾珠絲杠副是智能自動化設備、數控機床、機器人行業的關鍵傳動、定位、執行元件，加工中心、數控車床均采用伺服電機直接驅動滾珠絲杠副，實現機床工作臺橫向及縱向精密進給。滾珠絲杠副傳動主要是把回轉運動轉換成直線移動，或者把轉矩轉變成軸向作用力，具有工作精度高、互逆性好、摩擦阻力小、效率高的優勢。滾珠絲杠副工作時承受復雜的交變載荷、交變應力的作用，產生彎曲扭轉組合變形，導致滾珠絲杠副的主要失效形式是滾珠絲杠的疲勞及磨損，滾珠絲杠副工作部位的滾道、軸頸必須具備良好的工程力學性能，高精度、高強度、高剛度、足夠的耐磨性，工作運轉配合柔韌性強。

精密滾珠絲杠從加工工藝角度劃分為磨削滾珠絲杠和冷軋滾珠絲杠兩大類，磨削滾珠絲杠是按照基準統一原則，以兩端中心孔為加工工藝工序基準，通過熱處理、車削、磨削等幾十道工序逐一完成，制造精度高達到P1級，非常適合給高精度設備做定位部件。冷軋滾珠絲杠是采用冷加工工藝模具制造，開模工藝自動化程度高，批量生產后成本低，效率高，但制造精度不甚理想，總停留在P7級左右，只能在設備中做傳動部件。

1 磨削滾珠絲杠機械加工工藝

磨削滾珠絲杠機械加工工藝過程見表1。

1.1 磨削滾珠絲杠材料及熱處理工藝

磨削滾珠絲杠材料及熱處理方式對滾珠絲杠成品零件的制造質量及精度影響非常大。

1.1.1 球化退火

滾珠絲桿材料常常選用GCr15高碳鉻軸承鋼，軸承鋼經過淬火加低溫回火后具有硬度高、組織均勻、耐磨性強、接觸疲勞強度高的優點，但軸承鋼材料塑性一般，切削性能中等，焊接性能差，有回火脆性，所以磨削滾珠絲桿粗加工之前要對軸承鋼材料進行預先熱處理，通過球化退火把GCr15材料中的碳化物球化，得到在鐵素體基體上均勻分布的球狀或顆粒狀碳化物組織，降低材料組織硬度，提高材料塑性機能，改善材料金屬切削機加工性能。

1.1.2 工作表面（滾道）與加工基準（中心孔）淬、回火

第3-9道工序是車制磨削滾珠絲杠軸坯，軸坯加工完成后將磨削滾珠絲杠工件工作表面（滾道）與加工基準（中心孔）淬硬，為后續滾珠絲杠開滾道做好材料力學性能準備。

1.1.3 時效去應力處理

在磨削滾珠絲杠機械加工工藝過程中，每一道金屬切削加工均會產生應力變形，為消除應力變形給工件帶來的不良影響，關鍵的質量控制點都要進行時效去應力處理，控制好工件加工質量。

通過滾珠絲杠材料選擇、熱處理內容及順序的合理安排，能夠在最大程度上保證磨削滾珠絲杠零件的表面接觸強度、整體剛性、耐摩擦性等工程力學性能指標要求，保證磨削滾珠絲杠在尺寸精度、幾何公差、表面粗糙度方面的零件工作配合技術要求。

1.2 磨削滾珠絲杠工作滾道粗加工工藝

磨削滾珠絲杠工作滾道粗加工常用方法有：砂輪磨削、硬車削、旋風銑削，因為第10道工序對磨削滾珠絲杠工作滾道淬硬熱處理，導致工作滾道粗加工最常用的工藝方法就是采用砂輪磨削磨制出90°V型槽。但這種工藝方法經磁力探傷檢測后，會發現在滾珠絲杠滾道的圓弧上，有沿著軸線方向的或網狀的裂紋，可以通過“小磨量多次進給”的工藝方法，或采用“磨--工作滾道表面溫度穩定--磨”的技術方法解決，最大幅度降低滾珠絲桿工作滾道表面的磨削應力及磨削熱量，最大程度避免磨削裂紋或燒傷現象的產生。有的企業直接采用硬車削的先進技術對滾珠絲杠工作滾道開粗加工，車制出90°V型槽，硬車削是指把淬硬材料的車削作為粗加工或最終加工、精加工的新技術新工藝，回避了使用磨削加工技術。硬車削通常采用高轉速、大切深，金屬切除效率是磨削加工的3倍多；硬車削加工時一次裝夾即可完成零件多個表面的加工（比如車外圓、車內孔、車槽等），而磨削加工需要多次安裝才能完成，會產生二次安裝誤差；硬車削產生的熱能一半以上被切屑帶走，不會產生像磨削加工那樣的表面裂紋與燒傷，所以硬車削可使工件獲得良好的加工精度與表面粗糙度，能夠保證形位公差技術要求（比如圓度、位置精度）。滾珠絲杠工作滾道粗加工還可以采用旋風銑，旋風銑是在數控車床上配套安裝高速銑削螺紋動力頭，用裝在高速旋轉刀盤上的硬質合金成型刀具，從工件上銑削出螺紋的加工方法，旋風銑一刀成型，采用壓縮空氣排屑冷卻，而且無需加工螺紋退刀槽，解決了退刀槽部位的應力集中缺陷。磨削滾珠絲杠工作滾道粗加工三種工藝方法對比如表2。

2 冷軋滾珠絲杠加工工藝

冷軋滾珠絲杠機械加工工藝過程見表3。

冷軋滾珠絲杠軸端加工方法有三種：退火后車制、磨削、硬車削。冷軋滾珠絲杠軸端的加工特點是材料硬度高，加工余量大，很多企業采用傳統的加工工藝，軸端退火--車削--軸端淬硬，這種加工方法因為軸端部位反復軟化硬化熱處理，致使冷軋滾珠絲杠會產生性能不穩定的缺陷。也有的企業采用磨床大余量磨削加工冷軋滾珠絲杠軸端。隨著刀具材料及制造技術的進步，硬車削大余量加工淬硬鋼工藝簡單效率高，可選擇CBN高硬刀具，適合的加工硬度范圍為HRC45-79，省去了退火淬火熱處理工藝，避免了退火后再二次淬火的弊端，更徹底解決了采用砂輪進行大余量磨削加工的工藝難題。冷軋滾珠絲杠軸端硬車削加工工藝如表4。

參考文獻：

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