精密滚珠丝杠机械加工工艺规程研究

摘要：磨削滚珠丝杠是按照基准统一原则，以两端中心孔为加工工艺基准，通过热处理、车削、磨削等几十道工序逐一完成，适合给高精度设备做定位部件；冷轧滚珠丝杠是采用冷加工工艺模具制造， 一般在设备中做传动部件。

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.

关键词：磨削滚珠丝杠加工工艺；磨削滚珠丝杠热处理；冷轧滚珠丝杠加工工艺

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

中图分类号：TL214+.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）25-0101-02

0 引言

滚珠丝杠副是智能自动化设备、数控机床、机器人行业的关键传动、定位、执行元件，加工中心、数控车床均采用伺服电机直接驱动滚珠丝杠副，实现机床工作台横向及纵向精密进给。滚珠丝杠副传动主要是把回转运动转换成直线移动，或者把转矩转变成轴向作用力，具有工作精度高、互逆性好、摩擦阻力小、效率高的优势。滚珠丝杠副工作时承受复杂的交变载荷、交变应力的作用，产生弯曲扭转组合变形，导致滚珠丝杠副的主要失效形式是滚珠丝杠的疲劳及磨损，滚珠丝杠副工作部位的滚道、轴颈必须具备良好的工程力学性能，高精度、高强度、高刚度、足够的耐磨性，工作运转配合柔韧性强。

精密滚珠丝杠从加工工艺角度划分为磨削滚珠丝杠和冷轧滚珠丝杠两大类，磨削滚珠丝杠是按照基准统一原则，以两端中心孔为加工工艺工序基准，通过热处理、车削、磨削等几十道工序逐一完成，制造精度高达到P1级，非常适合给高精度设备做定位部件。冷轧滚珠丝杠是采用冷加工工艺模具制造，开模工艺自动化程度高，批量生产后成本低，效率高，但制造精度不甚理想，总停留在P7级左右，只能在设备中做传动部件。

1 磨削滚珠丝杠机械加工工艺

磨削滚珠丝杠机械加工工艺过程见表1。

1.1 磨削滚珠丝杠材料及热处理工艺

磨削滚珠丝杠材料及热处理方式对滚珠丝杠成品零件的制造质量及精度影响非常大。

1.1.1 球化退火

滚珠丝杆材料常常选用GCr15高碳铬轴承钢，轴承钢经过淬火加低温回火后具有硬度高、组织均匀、耐磨性强、接触疲劳强度高的优点，但轴承钢材料塑性一般，切削性能中等，焊接性能差，有回火脆性，所以磨削滚珠丝杆粗加工之前要对轴承钢材料进行预先热处理，通过球化退火把GCr15材料中的碳化物球化，得到在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物组织，降低材料组织硬度，提高材料塑性机能，改善材料金属切削机加工性能。

1.1.2 工作表面（滚道）与加工基准（中心孔）淬、回火

第3-9道工序是车制磨削滚珠丝杠轴坯，轴坯加工完成后将磨削滚珠丝杠工件工作表面（滚道）与加工基准（中心孔）淬硬，为后续滚珠丝杠开滚道做好材料力学性能准备。

1.1.3 时效去应力处理

在磨削滚珠丝杠机械加工工艺过程中，每一道金属切削加工均会产生应力变形，为消除应力变形给工件带来的不良影响，关键的质量控制点都要进行时效去应力处理，控制好工件加工质量。

通过滚珠丝杠材料选择、热处理内容及顺序的合理安排，能够在最大程度上保证磨削滚珠丝杠零件的表面接触强度、整体刚性、耐摩擦性等工程力学性能指标要求，保证磨削滚珠丝杠在尺寸精度、几何公差、表面粗糙度方面的零件工作配合技术要求。

1.2 磨削滚珠丝杠工作滚道粗加工工艺

磨削滚珠丝杠工作滚道粗加工常用方法有：砂轮磨削、硬车削、旋风铣削，因为第10道工序对磨削滚珠丝杠工作滚道淬硬热处理，导致工作滚道粗加工最常用的工艺方法就是采用砂轮磨削磨制出90°V型槽。但这种工艺方法经磁力探伤检测后，会发现在滚珠丝杠滚道的圆弧上，有沿着轴线方向的或网状的裂纹，可以通过“小磨量多次进给”的工艺方法，或采用“磨--工作滚道表面温度稳定--磨”的技术方法解决，最大幅度降低滚珠丝杆工作滚道表面的磨削应力及磨削热量，最大程度避免磨削裂纹或烧伤现象的产生。有的企业直接采用硬车削的先进技术对滚珠丝杠工作滚道开粗加工，车制出90°V型槽，硬车削是指把淬硬材料的车削作为粗加工或最终加工、精加工的新技术新工艺，回避了使用磨削加工技术。硬车削通常采用高转速、大切深，金属切除效率是磨削加工的3倍多；硬车削加工时一次装夹即可完成零件多个表面的加工（比如车外圆、车内孔、车槽等），而磨削加工需要多次安装才能完成，会产生二次安装误差；硬车削产生的热能一半以上被切屑带走，不会产生像磨削加工那样的表面裂纹与烧伤，所以硬车削可使工件获得良好的加工精度与表面粗糙度，能够保证形位公差技术要求（比如圆度、位置精度）。滚珠丝杠工作滚道粗加工还可以采用旋风铣，旋风铣是在数控车床上配套安装高速铣削螺纹动力头，用装在高速旋转刀盘上的硬质合金成型刀具，从工件上铣削出螺纹的加工方法，旋风铣一刀成型，采用压缩空气排屑冷却，而且无需加工螺纹退刀槽，解决了退刀槽部位的应力集中缺陷。磨削滚珠丝杠工作滚道粗加工三种工艺方法对比如表2。

2 冷轧滚珠丝杠加工工艺

冷轧滚珠丝杠机械加工工艺过程见表3。

冷轧滚珠丝杠轴端加工方法有三种：退火后车制、磨削、硬车削。冷轧滚珠丝杠轴端的加工特点是材料硬度高，加工余量大，很多企业采用传统的加工工艺，轴端退火--车削--轴端淬硬，这种加工方法因为轴端部位反复软化硬化热处理，致使冷轧滚珠丝杠会产生性能不稳定的缺陷。也有的企業采用磨床大余量磨削加工冷轧滚珠丝杠轴端。随着刀具材料及制造技术的进步，硬车削大余量加工淬硬钢工艺简单效率高，可选择CBN高硬刀具，适合的加工硬度范围为HRC45-79，省去了退火淬火热处理工艺，避免了退火后再二次淬火的弊端，更彻底解决了采用砂轮进行大余量磨削加工的工艺难题。冷轧滚珠丝杠轴端硬车削加工工艺如表4。

参考文献：

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