動(dòng)力循環(huán)球螺母的數(shù)控加工工藝分析

高梅

摘 要：動(dòng)力循環(huán)球螺母是汽車上循環(huán)球式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的重要組成部件，本文利用AUTOCAD軟件完成零件的圖形設(shè)計(jì)，根據(jù)動(dòng)力循環(huán)球螺母的特點(diǎn)制定了合理的加工工藝，包括加工刀具的選擇、切削參數(shù)的設(shè)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(dòng)力循環(huán)球螺母加工的穩(wěn)定性和一致性，提高了加工效率。

關(guān)鍵詞：動(dòng)力循環(huán)球螺母 數(shù)控加工 工藝分析

中圖分類號(hào)：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）02（c）-0099-02

數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機(jī)床在當(dāng)今機(jī)械制造業(yè)中的重要地位和巨大效益，顯示了其在國家基礎(chǔ)工業(yè)現(xiàn)代化中的戰(zhàn)略性作用，并已成為傳統(tǒng)機(jī)械制造工業(yè)提升改造和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、柔性化、集成化生產(chǎn)的重要手段和標(biāo)志。數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機(jī)床的廣泛應(yīng)用，給機(jī)械制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品種類和檔次以及生產(chǎn)方式帶來了革命性的變化。數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代加工車間最重要的裝備。它的發(fā)展是信息技術(shù)（IT）與制造技術(shù)（MT）結(jié)合發(fā)展的結(jié)果?，F(xiàn)代的CAD/CAM、FMS、CIMS、敏捷制造和智能制造技術(shù)，都是建立在數(shù)控技術(shù)之上的?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨向是高速化、高精度化、高可靠性、多功能、復(fù)合化、智能化和開放式結(jié)構(gòu)。主要發(fā)展動(dòng)向是研制開發(fā)軟、硬件都具有開放式結(jié)構(gòu)的智能化全功能通用數(shù)控裝置。

1 產(chǎn)品介紹

進(jìn)行數(shù)控加工的動(dòng)力循環(huán)球螺母主要運(yùn)用在循環(huán)球式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器上。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器是目前國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)型式之一，一般有兩級(jí)傳動(dòng)副，第一級(jí)是螺桿螺母?jìng)鲃?dòng)副，第二級(jí)是齒條齒扇傳動(dòng)副。為了減少轉(zhuǎn)向螺桿轉(zhuǎn)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(gè)鋼球，以實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)摩擦。轉(zhuǎn)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?jìng)?cè)面有兩對(duì)通孔，可將鋼球從此孔塞入螺旋形通道內(nèi)。轉(zhuǎn)向螺母外有兩根鋼球?qū)Ч埽扛鶎?dǎo)管的兩端分別插入螺母?jìng)?cè)面的一對(duì)通孔中。導(dǎo)管內(nèi)也裝滿了鋼球。這樣，兩根導(dǎo)管和螺母內(nèi)的螺旋管狀通道組合成兩條各自獨(dú)立的封閉的鋼球“流道”。

循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器是汽車上一種常用的轉(zhuǎn)向器，主要由螺桿、螺母、鋼球（64顆）、轉(zhuǎn)向器殼體等組成。因螺母與螺桿之間沒有滑動(dòng)摩擦，只有鋼球與螺桿及螺母之間的滾動(dòng)摩擦，所以循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器具有較高的傳動(dòng)效率（一般球面蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)效率為50%～70%，循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)效率最高可達(dá)到90%），操縱輕便，磨損較小，使用壽命長(zhǎng)，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(nèi)外圓柱面、圓弧面等表面組成，其中有幾個(gè)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(biāo)注完整，符合數(shù)控加工尺寸標(biāo)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(shí)磁力探傷后要去磁；橢圓度不大于0.01，裝配時(shí)進(jìn)行選配。

零件材料是20CrMnTi。20CrMnTi是合金結(jié)構(gòu)鋼：抗拉強(qiáng)度σb（MPa）：≥1080（110），屈服強(qiáng)度σs（MPa）：≥835（85），伸長(zhǎng)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(jīng)滲碳淬火后具有硬而耐磨的表面與堅(jiān)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(xué)成分和力學(xué)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(shí)，選強(qiáng)度高、耐用度好的刀具，以便滿足粗車時(shí)大背吃刀量、大進(jìn)給量的要求；精車時(shí)，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(shí)間和方便對(duì)刀，應(yīng)盡量采用機(jī)夾刀和機(jī)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(chǔ)油槽的特殊形狀，所以選用30°硬質(zhì)合金精菱形精車刀，進(jìn)行外表面粗、精加工。

（2）粗鏜內(nèi)孔選內(nèi)孔鏜刀。

（3）內(nèi)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(chǔ)油槽的特殊形狀，所以選用30°硬質(zhì)合金精菱形精車刀，進(jìn)行外表面粗、精加工。

（8）粗鏜內(nèi)孔選內(nèi)孔鏜刀。

（9）內(nèi)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(shè)計(jì)

對(duì)于軸類零件，軸心線為工藝基準(zhǔn)，本零件需掉頭加工，先用三爪自動(dòng)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(nèi)孔、倒角、圓弧及切槽加工，掉頭后用三爪自動(dòng)定心卡盤夾緊φ90.5mm外圓柱面進(jìn)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)油槽、88）。

（12）粗鏜各孔（46、26.6）。

（13）精車端面。

（14）精車外圓（90.7、儲(chǔ)油槽、88）。

（15）精鏜各孔（46、26.6）。

6 結(jié)語

我國數(shù)控技術(shù)不斷發(fā)展和革新，在新型的裝備制造業(yè)中，復(fù)雜型面數(shù)控加工工藝應(yīng)用越來越廣泛。數(shù)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(yè)成本，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、高效率、低成本的加工。

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