丝杠加工原来采用车削加工,工艺路线为:冷拔→滚花→车螺纹→校正→钻孔→切断→倒角,不仅效率低、成本高,且由于小圆钢刚度低,车削、滚花时易变形,小号螺轮不能生产,为此设计了旋风铣削丝杠设备,不仅将转速由经验认定的1000r/min左右提升至2000r/min以上而且将铣丝滚花一次完成。其工艺路线变为:冷拔→滚花、铣丝→校正→钻孔、切断→倒角。虽然旋风铣削使小径工件有较大变形(大径件变形较小),但校正也容易。改进后的工艺具有如下特点:
表面粗糙度值减小:
由切削力引起的振动减少:
小径工件螺距累积误差有一定增加。
丝杠加工的结构设计:
设备由车床改装,工件转动,刀盘及滚花刀架移动。去掉车床刀架部分,在溜板上配装铣削头及自制跟刀架,将滚花刀装于跟刀架上,跟刀架置于铣刀盘前面。工件左端用卡盘夹紧,右端去掉尾座,安装一带较长空心管的支架,这样一次可以装夹较长原料(相当于一次铣削长度的两倍以上),将铣削部分截断后加工,可以减少端料浪费。
专门设计时,由光杆带动丝杠在螺母中转动,丝杆左端装弹簧夹头,工件向左转动进给,光杆、丝杆皆用空心管加工而成(减少端料浪费)。因为中间悬空较长,可以考虑用辅助支架托起。
滚花刀的装夹装置。两种设计的滚花刀装置方式相同,只是支承架与机床的连接部分有所区别。在支承架上加工一孔,在加工部位对面横向过孔中心线铣槽与通孔:槽宽与滚花刀柄等宽,深与刀柄等高,靠近槽接孔处下边齐槽根部垂直铣一窄细槽,便于滚花挤出的细微铁屑流出,防止滚花轮滞塞、卡紧。滚花刀用快换盖板压住,由带梅花手柄的螺杆将滚花刀柄顶紧。圆钢经过导向套后被滚花,紧接着被高速铣削,实现两道工序一次完成。导向套用工具钢调质加工而成,其上铣一开口,长与支架端面平。导向套定位销孔、装配螺钉与支架配作,要确保开口正对槽中心线。
根据丝杠在机械上所起的作用、对精度的要求以及它随载荷的大小,可分为普通丝杠(梯形丝杠精度为7~9级,滚珠丝杠为D~H级)和精密丝杠(梯形丝杠精度6级以下,滚珠丝杠为C级)。根据热处理情况又可分为淬硬丝杠(硬丝杠)和不淬硬丝杠(软丝杠)。丝杠材料首先要严原材料的验收,应按照国家标准逐项进行检验,特别是原材料的表面质量(主要是对原材料的外观、形状、表面缺陷)检验、化学成分检验和内部质量(即内部组织缺陷,如疏松、夹渣、偏析、脱碳等)检验,合格后方能投产。
普通精度软丝杠,应用很普遍,如机床上7~8级的定位丝杠、手动进给丝杠等,由于其加工方便、制造成本低,故对使用材料的性能要求不高,多用于一些觉的中碳碳钢和中碳低合金钢。
对于高精度精密软丝杠,其精度在6级以上、硬度在35HRC以下的精密丝杠,多用于轻载荷、工作频率低、润滑条件好的结构中。它常用碳含量较高的钢,如T10A、T12A等,它对材料的要求,除与普通精度软丝杠相似的条件外,还要求材料的磨削加工性能好、不易磨焦表面、产生磨裂的敏感性低、磨削表面粗糙度低等。
对于高精度精密硬丝杠而言,要求其心部具有一定的强度和朔韧性,表面滚道要有高硬度(一般为58~63HRC),以保证有足够的承载能力,能够带动很重的载荷作自由的精确运动,这就要求所使用材料的抗拉强度要达到700~1000Mpa,还应有一定的韧性和精度稳定性,工件在制造过程中还要求有良好的冷热加工的工艺性能。
梯形丝杠用材:
①普通精度(指7~9级)丝杠对于轻载荷常用非合金中碳结构钢(如45、50钢)制造,经正火、调质处理,或用冷轧易切削钢(如Y45MnV)直接机械加工而成。对于有耐磨性要求的可选用调质非合金结构钢(如45、40Cr钢),制造,经氮碳共渗处理后直接使用。用于测量、受力不大的丝杠可选用调质非合金结构钢(如45、40Cr钢),经感应加热表面淬火后使用。
②高精度(指6级以上)丝杠对轻载荷常用非合金(碳素)或低合金工具钢(如T10A、T12A或9Mn2V、CrWMn钢)制造,经调质或球化退火处理。对工作频繁的丝杠常用低合金工具钢(如9Mn2V、CrWMn钢)制造、整体淬火,还可采用高级渗氮专用钢(如38CrMoA1A、35CrMo钢)制造并经渗氮处理,用于承受较高温度场合。对要求耐磨的小规格丝杠可用渗碳低合金钢(如20CrMnTi钢)制造,经渗碳+淬火+低温回火后使用。对于在高温下工作的丝杠可采用沉淀硬化不锈钢(如0Cr17Ni4Cu4Nb)制造,经固溶+时效处理后使用。
滚珠丝杠用材:
①低精度、轻载荷滚珠丝杠可选用非合金(碳素)结构钢(如45、50钢)制造,经正火、调质处理;有些可选冷轧成形钢(如冷轧60钢)直接使用。
②高精度、重载荷滚珠丝杠多选用低合金工具钢(如9Mn2V、CrWMn钢)和滚动轴承钢(如GCr15、GCr15SiMn钢)制造,采用感应加热表面淬火,也有采用火焰加热表面淬火或整体淬火的。
③小规格滚珠丝杠习惯性选用渗碳钢(如20CrMnTi钢),经渗碳+淬火+低温回火后使用。
④某些热处理时易变形的高精度滚珠丝杠可选用专用渗氮钢(如38CrMoA1A钢)制造,经渗氮处理后使用。
⑤在腐蚀性和高温环境下工作的滚珠丝杠可选用沉淀硬化不锈钢(如1Cr15Co14Mo5VN、0Cr17Ni4Cu4Nb钢)制造,经固溶处理+时效处理后使用。
滚珠螺母和反向器用材:
①滚珠螺母用材主要是低合金刃具钢(如GCr15、CrWMn钢)等,经整体淬火(硬度为60~62HRC)后使用。
②反向器用材主要有GCr15、CrWMn、20CrMnTi、40CrMo、40Cr等,经整体淬火,硬度为58HRC;经离子渗氮(渗层深度为0.3~0.4mm),硬度500~550HV,视钢种而异。
滚珠丝杠副各部件(包括螺母、丝杠、钢珠)一般用高碳铬轴承钢GCr15,要求高一些的用GCr15SiMn。(相见GB/T18254-2002高碳铬轴承钢)
两者的区别在于,前者的Si含量是0.15%~0.35%,Mn含量是0.25%~0.45%;后者的Si含量是0.45%~0.75%,Mn含量是0.95%~1.25%。
Si和Mn的含量高,硬度、强度、韧性和塑性等力学性能好,产品的刚性和精度也就高些,价格也更贵。
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