外旋銑對滾珠絲杠副質(zhì)量的改善

■ 陜西漢江機(jī)床有限公司 （漢中 723003） 王 蕾 黃 輝 趙 娜

滾珠絲杠副屬于細(xì)長軸類零件，在加工過程中決定產(chǎn)品質(zhì)量的主要因素有跳動、錐度、圓弧和硬度等。綠色環(huán)保的外旋銑與傳統(tǒng)的砂輪磨削相比具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。

傳統(tǒng)的螺紋磨削一直采用砂輪磨削滾道，磨削加工是通過成形砂輪來磨削螺紋滾道的。滾道是絲杠的重要部分，包含多項(xiàng)參數(shù)：螺距、齒形、跳動和硬度。這些關(guān)鍵參數(shù)直接影響裝配后的手感、力矩和使用壽命。砂輪的截面形狀相當(dāng)于被磨螺紋截面齒間形狀，經(jīng)過螺紋磨床來實(shí)現(xiàn)各種螺距的螺旋線磨削，最終磨出合格的高精度的螺紋零件（見圖1）。

采用外旋銑加工與傳統(tǒng)的砂輪磨削加工相比較，主要區(qū)別在于，外旋銑是刀盤的旋轉(zhuǎn)軸線相對于工件的軸線傾斜一個螺旋升角β，加工時，工件以低速旋轉(zhuǎn)，刀盤與工件同向高速旋轉(zhuǎn)，工件每轉(zhuǎn)360°刀盤縱向進(jìn)給一個螺距導(dǎo)程，從而旋銑出螺紋。工件和刀具的相對位置關(guān)系如圖2所示。

使用先進(jìn)的外旋銑加工方法，相對于傳統(tǒng)的磨削加工，對滾珠絲杠的螺距、齒形、跳動和硬度等關(guān)鍵參數(shù)有較大改善，對提升產(chǎn)品質(zhì)量起到了極大地推動作用。主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

1.絲杠跳動方面的改善

滾珠絲杠的滾道粗加工及半精加工多年來一直采用砂輪磨削方式，根據(jù)砂輪磨削的機(jī)理，結(jié)合現(xiàn)場長期總結(jié)，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)磨削加工對滾珠絲杠跳動具有以下幾點(diǎn)影響：

圖1 磨削螺紋加工

圖2 外旋銑加工

（1）磨削時需先用金剛石修磨砂輪外形，并通過試磨與圓弧標(biāo)準(zhǔn)樣板比較，圓弧對比合格才能開始后續(xù)磨削，因此導(dǎo)致磨削準(zhǔn)備周期長、環(huán)節(jié)繁瑣、人力成本高且加工速度慢，磨削效率低，磨削接觸時間長，使產(chǎn)品跳動差。

（2）砂輪由磨料、結(jié)合劑壓坯燒制而成，在高溫高壓作用下，磨粒發(fā)生塑性流動導(dǎo)致砂輪磨損快，圓弧穩(wěn)定性差，需要多次反復(fù)修整砂輪，導(dǎo)致所磨滾道跳動不穩(wěn)定。

（3）機(jī)械摩擦力使磨屑進(jìn)入砂輪空隙中，砂輪表面的空隙被堵塞，導(dǎo)致砂輪變鈍，振動大，磨削力降低，滾道跳動不穩(wěn)定，滾道表面粗糙。

（4）砂輪磨粒粘合性強(qiáng)、硬度高，且自銳性差，工件表面摩擦擠壓應(yīng)力大，工件表面產(chǎn)生的高溫不容易釋放，導(dǎo)致絲杠滾道高溫高熱、產(chǎn)生彎曲變形，影響滾道跳動。

（5）砂輪的擠壓磨削使絲杠表面的作用力大，絲杠彎曲變形，磨削中需要多次反復(fù)校直，影響滾道跳動。

外旋銑采用合金鋼刀具，硬度高，刀刃鋒利。多片刀刃組成旋轉(zhuǎn)刀盤高速繞工件旋轉(zhuǎn)，而工件本身慢速旋轉(zhuǎn)，形成較好的相對運(yùn)動切削效應(yīng)。其特點(diǎn)主要有：①采用成形圓弧刀具一次性切削成形，切削速度快，比磨削高5～10倍，極大提高了產(chǎn)品加工效率。②切削過程接觸面小，接觸時間短暫，非連續(xù)性接觸加工，所以作用在絲杠表面的切削應(yīng)力小，切削溫度低，絲杠受熱、受力變形很小。

2.絲杠滾道精度方面的改善

磨削滾道有粗加工及半精磨加工兩道工序，傳統(tǒng)磨削加工，第一道先要粗開90°槽，相當(dāng)于“V”字形加工，刀具刀尖集中，進(jìn)刀量大，加工過程中易產(chǎn)生刀具崩裂破損，磨削力大導(dǎo)致絲杠受力釋放不均勻，易產(chǎn)生彎曲變形。半精磨圓弧加工，需對滾道進(jìn)行二次對刀，并多次修磨砂輪、比對圓弧，導(dǎo)致絲杠滾道圓弧一致性差、跳動穩(wěn)定性差，人力資源利用率低，生產(chǎn)周期拖長。

外旋銑采用成形刀具，通過斷續(xù)切削，將原有兩道工序，進(jìn)行整合，一次加工成形，減少了多道工序多次對刀產(chǎn)生的誤差。外旋銑的絲杠彎曲變形小，彎曲趨勢一致性好，導(dǎo)程精度曲線變化均勻，滾道的各項(xiàng)幾何公差好，為最終的滾道精磨奠定了良好的基礎(chǔ)，間接提高產(chǎn)品的精度質(zhì)量。

3.絲杠滾道硬度的改善

傳統(tǒng)磨削砂輪和工件表面進(jìn)行的是擠壓磨削，特別在進(jìn)刀量大，砂輪不鋒利的情況下，產(chǎn)生的摩擦力大，應(yīng)力集中不易釋放，使螺紋表面產(chǎn)生瞬時性和局部性的磨削熱量，最高溫度可以達(dá)到1 000℃以上，容易使螺紋表面產(chǎn)生回火、退火和二次硬化，燒傷滾道。

現(xiàn)場質(zhì)量監(jiān)督檢查，常?？吹侥ハ鲿r煙霧騰騰，火花飛濺，砂輪“尖叫”，絲杠滾道表面發(fā)黃，磨削燒傷明顯。螺紋牙面被燒傷后，絲杠的硬度降低，耐磨性差，磨損快。外旋銑是安裝在刀盤上的多把成形刀借助刀盤的旋轉(zhuǎn)中心和工件的偏心量，完成切削加工，具有切削力大、切削溫度低、熱應(yīng)力小等特點(diǎn)。并且刀盤的高速旋轉(zhuǎn)將切屑飛速帶走，工件表面溫度低，不容易燒傷退火，保證絲杠的硬度。

4.綠色環(huán)保

砂輪磨削使用的是潤滑油冷卻，絲杠在磨削中產(chǎn)生高溫高熱，冷卻油澆注在滾道表面，與高溫高熱瞬間形成油煙油霧，飄散在空氣中，環(huán)境污染大，對人體健康傷害大。

外旋銑最大的亮點(diǎn)是綠色環(huán)保，高速旋轉(zhuǎn)的刀盤把停留在工件表面的切屑飛速帶走，使熱量來不及傳給工件，工件表面溫度低，同時使用空壓冷卻，無油霧，無污染。改變了工作環(huán)境，有利于身心健康。

5.磨削與旋銑對比試驗(yàn)

結(jié)合車間生產(chǎn)安排，通過相同規(guī)格產(chǎn)品（GQ40×10×1368×1890），分別采用傳統(tǒng)磨削加工和外旋銑加工進(jìn)行跟蹤對比試驗(yàn)驗(yàn)證，試驗(yàn)數(shù)據(jù)（見附表）及結(jié)論如下。由對比試驗(yàn)數(shù)據(jù)可得，旋銑加工所得工件跳動最大最小值相差0.004mm，跳動均值為0.034mm，但是磨削加工后的工件加工跳動最大最小值相差0.01mm，跳動均值為0.051mm。因此跳動方面旋銑后工件跳動穩(wěn)定且跳動較小。中徑尺寸及硬度方面通過計(jì)算分析均可發(fā)現(xiàn)，旋銑后工件的數(shù)據(jù)更加穩(wěn)定，而且與理論數(shù)據(jù)值更為接近。綜合各項(xiàng)數(shù)據(jù)可驗(yàn)證，絲杠通過外旋銑加工與通過傳統(tǒng)磨削相比，在跳動、中徑誤差值和硬度等質(zhì)量指標(biāo)方面改善較為明顯，對絲杠的品質(zhì)有很大提升。

6.結(jié)語

經(jīng)過多年研究和探索，我廠雖然在外旋銑技術(shù)方面取得了一定的進(jìn)展，生產(chǎn)現(xiàn)場盡量推廣外旋銑加工，但和國內(nèi)外同行近10年的旋風(fēng)銑實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相比，我們在外旋銑刀具技術(shù)、參數(shù)優(yōu)化等方面還有很多需要改進(jìn)的地方。

對比試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

因此，推動滾動功能部件國產(chǎn)化、高精高效化，促進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)一步穩(wěn)步提升，我們?nèi)沃囟肋h(yuǎn)！