淺談絲杠螺紋滾道加工*

鄭 奇 李 兵 海黎瓊

（陜西漢江機床有限公司 陜西漢中723003）

滾珠絲杠副作為伺服進給驅動系統中的重要執行機構，因其具有高效快速、零間隙高剛度傳動、跟隨靈敏、不污染環境且對周邊環境的適應性強等特點，始終占據直線運動應用領域的絕大部分市場。隨著我國工業體系開始向由大到強發展及“中國制造2025”的提出，滾珠絲杠行業迎來了重大的歷史機遇，作為螺紋磨床系列及滾珠絲杠副專業生產企業，合同量日益增加，特別在小螺距滾珠絲杠副系列表現尤為突出；如何滿足市場需求，縮短周期，成為我們“創新”關鍵點。

分析小螺距滾珠絲杠的整個加工流程，生產現場主要瓶頸為：螺紋滾道半精加工(該工序為淬火后加工、零件硬度HRC60左右)。傳統的加工方法通常采用螺紋磨床進行磨削，該方法具有很強的通用性，但其效率不高，加工中不易實現綠色制造，圍繞該問題，采用了在數控車床上進行了硬車削復合加工方法，通過刀具的設計、刀具材料的選用及加工方法的優化，從而實現了對該類零件高效、綠色制造，現將這種方法分享給大家共勉。

1 復合車削方法的介紹

螺紋滾道加工示意圖，如圖1所示，其結構參數如表1所示。

圖1 螺紋滾道零件圖

表1 螺紋滾道參數

1.1 零件加工方法的選用

1）傳統的加工方法：

選用S7432×1500螺紋磨床進行磨削。螺紋粗加工工序所涉及的工步有粗開90°槽，半精磨螺紋和底徑槽加工，該過程使用的工藝參數為下表2所示。

表2 工藝參數

在砂輪選用必須考慮螺紋工件材料的特性、熱處理方法和特征、工件參數及精度質量要求等因素，針對該類零件我們通過磨料、粒度、硬度、結合劑、組織及強度的考慮，最終確定了白剛玉（WA60# J砂輪進行磨削。通過現場對批次20件加工統計，零件質量合格，磨削效果良好，平均每件加工時間為235分鐘，需要更換3次修整器，將整個工序完成。

2）利用復合硬車削的加工方法：我們選用CK6140×1500數控車復合加工該工序。利用該方法首先進行以下分析

工藝分析：它屬于細長軸類零件，表面硬度達到HRC60，滾道平行度小于0.015mm。如何快速實現本工序的加工，加工工藝安排尤為重要，在此過程中我們通過調整不同切削順序、切削量、頭架轉速等相關條件，終摸索出了比較可行的參數并實現硬車90°槽、硬車R圓弧槽、底徑開槽及齒頂倒角，工序合并加工。

刀具分析：在此選用了 PCBN刀具進行車削，因 PCBD刀具具有良好的“紅硬性”，切削淬火后的高碳鋼有很大優勢。我們針對本工序四個工步的特點分別設計了相應的刀片及刀柄。設計的基本原則一定要注意“抗震性能”，因為在此切削過程中，每次刀具在切入工件時要承受較大的沖擊力，PCBN刀片雖然強度高，但相應韌性較差，所以在此類刀柄都采用了防震刀柄，不但延長了刀具的使用壽命，而且提高了零件切削質量。

1.2 復合車削方法幾個關鍵點

該方法加工小螺距螺紋過程中有幾點尤為重要，若選擇不當會造成刀具成本的增加、零件質量很難保證甚至會導致零件的報廢。

1）切削順序

整個工序包括4個工步（粗車90°槽、R圓弧、車底徑槽、齒頂倒角）。在車削過程中，粗車 90°槽的切削量最大，隨著切削深度的增加，刀片所承受的切削力愈大，若不及時調整切屑量極易造成刀具的崩刃，若減少了切削量，加工時間就會增加。在實際車削中發現，單工步到達工藝尺寸非常困難，當時進刀量已經降至0.02 mm，為此利用“交錯車削”，效果非常明顯，既保證了每次合理的切削量也沒有增加車削刀數。例如，依托數控車床自動換刀功能，最終形成了（粗車 90°—車 R圓弧—續車90°—齒頂倒角—續車R圓弧—車底徑槽）切削順序，通過單工步循環漸進，保證每次車刀量穩定在0.08～0.1mm之間，切削效果最好。

2）切削參數

包括每次的進刀量、頭架轉速、每次換刀是加工的深度、以及四把刀在同一位置對刀點的設置。首先，要找到四把刀具如何對在同一位置的方法，一般情況可以在固定位置利用對刀器在同一點對每把刀進行對刀后輸入機床，或者可以做專用工裝，讓刀具自動定位，這樣只需要對一把刀具，其余由機床完成，這種方法對刀具、刀柄尺寸要求較為嚴格。其次，車削用量和頭架轉速及螺距之間關系匹配，不同系統，最大速度不同導致其頭架轉速不一樣，機床剛性、刀具的幾何參數也直接影響進刀量，例如試驗過程中，圖1零件在不同廠家生產的設備上切削參數差別很大，A廠機床，頭架為670 r/min、平均進刀量為0.15 mm，加工時間43 min。 B廠機床，頭架只能在500 r/min，平均進刀量為0.1 mm.，加工時間55 min，因此可以試驗調整。

3）跟刀架的使用

選擇2點式普通跟刀架，車削過程中工件容易震動，導致車出的螺紋滾道部分，光潔度差、尺寸不穩定、刀具容易崩壞、車削不平穩、絲杠容易彎曲等問題，經現場分析，發現在高速車削過程中，刀具阻力大、跟刀架磨損快（跟刀架與工件外圓滑動摩擦）為主要原因。為此，通過現場驗證試驗，最終重新選擇了具有較好的耐磨性的跟刀架支撐塊材料，從而很好的解決了上述問題。

2 結語

該方法具體在使用中，根據被加工零件長度、螺距、直徑大小等因數進行探索，只要找到它們之間的匹配關系，很容易達到事半功倍的效果。針對小螺距螺紋滾道復合車削方法，已經推廣應用，極大地減輕了生產壓力，零件尺寸一致性、質量也得到提升，效率提升了3倍，效果非常明顯。