滾珠絲杠螺紋的旋風(fēng)銑削工藝

孫悅

摘??要：高速旋風(fēng)銑削是一種新興的高效綠色加工方法，加工時(shí)工件一次銑削完成，不使用任何切削液，加工效率大約是磨削加工的5-8倍，在國外滾動部件加工行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。滾珠絲杠旋風(fēng)硬銑削加工過程中，刀具工件接觸區(qū)產(chǎn)生大量的切削熱，使工件溫度升高產(chǎn)生了熱變形。主要從以下兩方面研究：1、深入研究旋風(fēng)硬銑削加工工藝參數(shù)、工件材料、刀具材料、工件的裝夾方式、工件刀具運(yùn)動方式，分析了影響旋風(fēng)硬銑削加工精度的動態(tài)和靜態(tài)因素，指出影響工件螺距累積誤差的主要是工件待加工段的熱變形。2、分析了旋風(fēng)硬銑削加工機(jī)理，在考慮工件型號、工藝參數(shù)對銑削熱的影響的基礎(chǔ)上，建立了參數(shù)化的旋風(fēng)硬銑削仿真模型。采用該新工藝，切削速度高，實(shí)現(xiàn)了以銑代磨，使螺紋加工工藝路線簡化，制造周期大大縮短。

關(guān)鍵詞：旋風(fēng)銑削;螺紋加工;滾珠絲杠;切削熱

中圖分類號：TH-39???文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0??引言

滾珠絲杠是一種高精度的機(jī)械傳動部件。由于它具有高精度，低摩擦，高傳動效率和高速進(jìn)給的優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于許多行業(yè)。但是，其制造工藝比較復(fù)雜，傳統(tǒng)的螺紋加工方法通常需要經(jīng)過2?4倍的機(jī)械加工才能滿足精度，齒形和表面質(zhì)量的要求，且生產(chǎn)效率較低。針對這種情況，提出了一種高速旋風(fēng)硬銑削的螺紋加工方法。它具有環(huán)保，加工效率高的優(yōu)點(diǎn)，已成為現(xiàn)代制造業(yè)中一種先進(jìn)的螺紋加工方法。根據(jù)螺桿旋風(fēng)銑削過程中的特點(diǎn)，對螺桿旋風(fēng)銑削加工切削刀具，工件及切屑的瞬態(tài)溫度進(jìn)行了分析。

1??旋風(fēng)銑削的工作原理和特點(diǎn)

1.1??旋風(fēng)銑工作原理

旋風(fēng)銑削是一種高速螺紋銑削裝置，安裝在車床上并與車床匹配。旋風(fēng)磨機(jī)安裝在車床的拖板上，車床固定工件以完成低速進(jìn)給運(yùn)動。旋風(fēng)磨機(jī)驅(qū)動外部旋轉(zhuǎn)或內(nèi)部旋轉(zhuǎn)工具桿上的硬質(zhì)合金刀具高速旋轉(zhuǎn)，以完成切削運(yùn)動以從工件上切削螺紋。旋風(fēng)銑削是一種借助工具中心和工件中心之間的偏心率進(jìn)行的漸進(jìn)式高速銑削。旋風(fēng)研磨之所以稱為旋風(fēng)研磨，是因?yàn)槠涓叩难心ニ俣龋ǜ哌_(dá)400?m?/?min），高的處理效以及像旋風(fēng)一樣在處理過程中的碎屑飛濺。

旋風(fēng)銑削螺紋的原理如圖2所示。旋風(fēng)銑削的加工運(yùn)動包括：高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的刀頭R?C提要工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，軸向進(jìn)給運(yùn)動W銑頭相對于工件的徑向切削深度的銑頭相對于工件，和調(diào)整參數(shù)的刀軸之間的夾角β盤和工件的軸線偏心h.如下所示，圓周運(yùn)動和軸向進(jìn)給運(yùn)動必按照一定的要求，使所述圓周運(yùn)動和運(yùn)動按規(guī)定的傳動比加工成完整的螺紋。

2?熱變形檢測方法及所用傳感器

刀具在切削過程中會產(chǎn)生大量的熱，使刀具溫度升高從而產(chǎn)生大量形變而造成切削誤差，但國內(nèi)對于刀具熱變形研究一直處于定性研究狀態(tài)。隨著近幾年來的工程實(shí)踐證明刀具熱變形已經(jīng)成為高精度加工中重要的誤差來源，并嚴(yán)重阻礙高速高精度加工。在工廠中，人們?yōu)榱藴p小刀具發(fā)熱產(chǎn)生的加工誤差，采取各種冷卻方法降低刀具溫度，但無法從根源上消除熱變形。

選取滾珠絲杠的左、中、右作為發(fā)熱測量點(diǎn)進(jìn)行在線測量滾珠絲杠的左端采用固定安裝，直接安裝到固定支撐6里，右端采用浮動安裝方式，滾珠絲11通過漲緊套18安裝到軸套19里，軸套19用上螺釘16與壓蓋17相連，之后放在軸承座20里，為了美觀及防塵，在尾部加一個(gè)后端蓋21，用螺釘擰緊。軸承座20通過銷釘安裝在尾座4上，尾座4安裝在導(dǎo)軌5上。滾珠絲杠1的兩側(cè)是與之中心線平行的直線導(dǎo)軌5，導(dǎo)軌5上放置模擬工作臺2，模擬工作臺2下方有一螺母座3，滾珠絲杠1的螺母插入螺母座3中。電渦流傳感器10安裝在電渦流傳感器支架15上，電渦流傳感器支架15通過磁座13安裝在床身上。通過電渦流傳感器10測量脹緊套18鎖緊端蓋的端面變動間接得到絲杠1的熱變形量。

在滾珠絲杠的左端布置紅外溫度傳感器7，中部布置紅外溫度傳感器8，右端布置紅外溫度傳感器9，見附圖2用來測滾珠絲杠溫度的變化，通過滾珠絲杠溫度的變化，計(jì)管得到滾珠絲李形的大論值。溫度的傳咸器講擇紅外沮度傳咸器。實(shí)際加工過程中，無論是旋轉(zhuǎn)電動機(jī)、移動相應(yīng)的移動零件，還是處理切削，都會形成熱現(xiàn)象，顯示溫度分布不均勻，導(dǎo)致?溫差不均，CNC?機(jī)床中出現(xiàn)熱變形問題，從而導(dǎo)致零件加工的?精度有一定程度的損失。

3大型絲杠的旋風(fēng)銑削工藝參數(shù)優(yōu)化

在大型絲杠的加工過程中，合理地選擇加工參數(shù)能夠有效的減輕刀具的磨損，進(jìn)而提高生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本。目前，大多數(shù)生產(chǎn)中的工廠都根據(jù)參考手冊或經(jīng)驗(yàn)來選擇切削參數(shù)。在實(shí)際生產(chǎn)中，為了盡可能減少異常情況的發(fā)生，通常選擇保守值，而保守值往往達(dá)不到切削參數(shù)的最佳值。因此，切削參數(shù)的選擇是大螺桿加工中的重要問題。鑒于粒子群優(yōu)化（PSO）收斂速度快的優(yōu)點(diǎn)，本章研究了改進(jìn)的pSO。改進(jìn)的粒子群優(yōu)化算法用于優(yōu)化加工參數(shù)，并將優(yōu)化結(jié)果與正交試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行比較。研究結(jié)果為實(shí)際生產(chǎn)提供了最佳的加工參數(shù)組合。

4結(jié)束語

使用旋風(fēng)式硬銑削加工滾珠絲杠螺紋，大大縮短了生產(chǎn)周期。如果能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備的本地化，則可以提高中國功能部件企業(yè)的生產(chǎn)水平，并在中國機(jī)床工具行業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用。因此，有必要加大對旋風(fēng)硬磨技術(shù)的研究。

利用旋風(fēng)銑削方法加工螺紋，實(shí)際上是屬于成形法加工范圍。該方法的優(yōu)點(diǎn)有：加工效率高，是普通螺紋加工方法的幾十倍;表面粗糙度低，能減少或免去磨削和拋光工序;形成?C?型短切屑，易于處理;不用冷卻液，經(jīng)濟(jì)，無污染，可以加工硬度較大的材料。但是影響加工精度的因素較，要保證精度，就必須保證：旋風(fēng)刀具具有較高的硬度，耐磨性，強(qiáng)度以及韌性，加工時(shí)才能高精度且平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)。旋風(fēng)刀桿應(yīng)該有較高的剛度，才能減小加工時(shí)產(chǎn)生的沖擊力對螺紋的影響;旋風(fēng)刀架運(yùn)行導(dǎo)軌與工件軸線要有較高的定位要求;旋風(fēng)刀桿偏移機(jī)床主軸角度?a?相對定位性要求高;切削刀頭成型精度高。加工時(shí)刀具有較大振幅產(chǎn)生、螺距?累積誤差和工件彎曲變形不可避免，因此只適用于螺紋的粗加工、半精加工或一般性非標(biāo)準(zhǔn)高精度螺紋加工。

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