２０１２年３月 机床与液压 ＭＡＣＨＩＮＥ ＴＯ０Ｌ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ Ｍａｒ．２０１２ Ｖｏ１．４０ Ｎｏ．５ 第４０卷第５期 ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—３８８１．２０１２．０５．０２５ 数控车床高速车削滚珠丝杠的工艺方法 韩玉臻，窦保存 （１．德州德隆（集团）机床有限责任公司技术部，山东德州２５３００３； ２．德州普利森机床有限责任公司技术部，山东德州２５３５００） 摘要：滚珠丝杠属典型的细长轴类零件，由于其长径比比较大，加工后很难获得满意的表面粗糙度和几何精度。传统 的滚珠丝杠加工方法是“车一淬一粗磨一精磨”，采用磨削工序能提高滚珠丝杠的加工质量，但磨削设备造价较高，磨削 工序耗时较长，能源消耗大。探讨滚珠丝杠加工的工艺方法，设计制造一种新型的丝杠加工专用数控车床，并采用“车一 淬一精车一磨”的新工艺，提高了生产效率，降低了生产成本，解决了滚珠丝杠的加工难题。 关键词：滚珠丝杠；高速车削；工艺方法 中图分类号：ＴＧ５８０．１ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００１—３８８１（２０１２）５—０８４—２ Ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ Ｔｕｒｎｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ Ｂａｌｌ Ｓｃｒｅｗ Ｕｓｉｎｇ ＣＮＣ Ｌａｔｈｅ ＨＡＮ Ｙｕｚｈｅｎ．ＤＯＵ Ｂａｏｃｕｎ （１．Ｄｅｚｈｏｕ Ｄｅｌｏｎｇ（Ｇｒｏｕｐ）Ｍａｃｈｉｎｅ Ｔｏｏｌ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｄｅｚｈｏｕ Ｓｈａｎｄｏｎｇ ２５３００３，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｄｅｚｈｏｕ Ｐｒｅｃｉｏｎ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｔｏｏｌ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｄｅｚｈｏｕ Ｓｈａｎｄｏｎｇ ２５３５００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｂａｌｌ ｓｃｒｅｗ ｉｓ ａ ｔｙｐｉｃｌａ ｓｌｅｎｄｅｒ ｐａｒｔ．Ｉｔ ｉｓ ｄｉｆｉｃｕｌｔ ｔｏ ｇｅｔ ｓａｔｉｓｆａｃｔｏｒｙ ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ ａｃｃｕｒａｃｙ ａｎｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ ａｆ－ ｔｅｒ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｌａｒｇｅｒ ａｓｐｅｃｔ ｒａｔｉｏ．Ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｓ“ｔｕｒｎｉｎｇ—ｑｕｅｎｃｈ—ｏｒｕｇｈ ｇｒｉｎｄｉｎｇ—ｉｆｎｅ ｇｒｉｎｄｉｎｇ”．Ｔｈｅ ｃｏｓｔ ｏｆ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｉｓ ｖｅｒｙ ｈｉｇｈ，ｔｈｅ ｔｉｍｅ—ｃｏｎｓｕｍｉｎｇ ａｎｄ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ａｒｅ ｂｉｇｇｅｒ ｔｈｏｕｇｈ ｔｈｅ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ Ｃａｌｌ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｂａｌｌ ｓｃｒｅｗ．Ａ ｎｅｗ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｂａｌｌ ｓｃｒｅｗ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ａ ｎｅｗ ｓｐｅｃｉｌ ＣＮＣ ｌａａｔｈｅ ｍａｃｈｉｎｅ ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｂａｌｌ ｓｃｒｅｗ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｎｄ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄ．Ｔｈｅ ｎｅｗ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ“ｔｕｒｎｉｎｇ・ｑｕｅｎｃｈ－ｆｉｎｉｓｈ ｔｕｒｎｉｎｇ—ｇｒｉｎｄｉｎｇ”ｗａｓ ａｄａｐｔｅｄ ｔｏ ｒｅ－ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｂａｌｌ ｓｃｒｅｗ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍ．Ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ ｉｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｓｔ ｉｓ ｒｅｄｕｃｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｂａｌｌ ｓｃｒｅｗ；Ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ｔｕｒｎｉｎｇ；Ｐｒｏｃｅｓｓ ｍｅｔｈｏｄ 当工件长度与直径之比大于２５（Ｌ／ｄ＞２５）时， 由于工件本身的刚性变差，在车削时，工件受切削 力、自身重力和旋转离心力的作用，会产生弯曲、振 动，严重影响其圆柱度和表面粗糙度。同时，在车削 床布局和滚珠丝杠加工的工艺方法。 （１）专用数控车床的布局 采用新的工艺方法，需要对数控车床的布局予以 调整。因此，作者设计制造了一种新型的专用数控车 床，专门用于加工滚珠丝杠。 过程中，工件受热伸长会产生弯曲变形，车削很难进 行。 丝杠加工专用数控车床，总体采用卧式布局形 式，该机床的主要部件包括４５。后置斜床身、主轴 箱、尾台及尾台驱动装置、滑板及滑鞍传动装置、跟 刀架、排屑和冷却装置、液压系统、集中润滑系统、 机床电气系统、机床内防护及全封闭机床外防护装置 等。 精密丝杠是精密机床、数控机床及其他精密机械 及仪器的重要传动装置，属于典型的细长轴类零件。 为起到将旋转运动转换成直线运动的精确传动作用， 对精密丝杠的精度、刚性、耐磨性等均提出了较高的 要求。目前，各厂家加工滚珠丝杠螺纹滚道通常采用 “车一淬一粗磨一精磨”的方法。车削工序时留后续 磨削工序的加工余量，淬火时工件的热延伸、变形使 后续磨削工序加工余量大。粗磨、精磨工序用到的螺 纹磨床设备通常造价较高，磨削的工序耗时较长，能 源消耗大。 １分析及对策 为了克服现有的丝杠加工设备及加工工艺的不 足，作者提供了一种新型的滚珠丝杠加工专用数控车 收稿日期：２０１１—０７一叭 该机床特殊配置了伺服 轴驱动双支撑的液压 跟刀架机构，ｚ 轴选用与 轴同样规格精度的滚珠 丝杠副，以实现同步运动。跟刀架配置液压自定心中 心架，确保细长轴类零件车削时的支撑精确可靠。在 车削工件时，跟刀架始终随ｚ，轴刀具同步运动，增 加了加工工件的刚性，减少了切削时的变形，从而提 高了丝杠等细长轴类零件加工的形状精度和表面粗糙 度，保证了细长轴类零件加工平稳性。 作者简介：韩玉臻（１９７９一），女，硕士研究生，从事数控机床设计及制造方面的研究。Ｅ—ｍａｉｌ：ｈｙｕｚｈｅｎ一１９７９＠１６３．ｅｏｍ。 第５期 韩玉臻等：数控车床高速车削滚珠丝杠的工艺方法 ・８５・ （２）工艺方法的实施 余量。 ． 目前，滚珠丝杠滚道加工的通用方法是“精 车一淬火一粗磨一精磨”，这种丝杠加工专用数控车 床的使用，改变了常规滚珠丝杠加工的格局，实现 “车一淬一精车一磨”的新工艺。 粗车后的滚珠丝杠，经渗碳、淬火和回火等主要 热处理工序之后，由于热处理引起的变形较大，造成 由于硬车削时对机床的刚性要求较高，所以专门 为丝杠加工专用数控车床配置了高同轴度的双支撑跟 刀架机构，在车削的过程中，伺服轴ｚ 轴驱动跟刀 架始终跟随ｚ．轴刀具同步运动，抵消径向切削力， 增强加工工件的刚性。提高了硬车削滚珠丝杠的形状 精度和表面粗糙度，减少了后续工序的加工余量，实 现以车代磨，提高了生产效率，降低生产成本。 高速硬车削滚珠丝杠加工示意图如图１所示。 尖 磨削工序的加工余量大。因此，改变这种常规的加工 工艺，对淬火后的滚珠丝杠进行硬车削，以减少磨削 图１ 高速车削滚珠丝杠加工简图 （３）实际生产效果 设备制作安装完成后，在车间进行了工艺试验。 车削淬火后的６４０的滚珠丝杠，长度１ ２００ ｍｍ，车 削前加工余量为１．０ ｍｍ，车削后留磨量０．１ ｍｍ。 采用卡盘夹紧、尾座顶紧的方式夹持工件，选用 专用滚珠丝杠加工成型刀具。机床切削参数配置如 下：切削进给速度 ＝２０ ｍ／ｍｉｎ，进刀量，＝０．２ ｍｍ， 主轴转速ｎ＝６００ ｒ／ｍｉｎ。 采用硬车削加工滚珠丝杠后，节省了磨削时间， 降低了生产成本。 ２结论 文中论述了一种新型的数控车床和相应的滚珠丝 杠加工工艺，用于滚珠丝杠淬火后的硬车削。通过新 设备的使用和新工艺的改进，提高了滚珠丝杠加工的 形状精度和表面粗糙度，减少了后续磨削工序的加工 余量，提高了生产效率，降低了生产成本。对于解决 滚珠丝杠在加工制造中的难题，降低滚珠丝杠的制造 成本，具有一定的参考价值。 参考文献： 【１】《机械设计手册》编写组．机械设计手册［Ｍ］．北京：机 械工业出版社，１９７９． 【２】宋现春，王伟．精密滚珠丝杠磨削加工中热变形的计算 分析［Ｊ］．工具技术，２００７，４１（７）：３７—３９． 【３】宋洪涛，宾鸿赞．精密长丝杠磨削过程中工件热变形的 分析［Ｊ］．光学精密工程，１９９７，５（２）：３０—３６． 娜，译．北京：清华大学出版社，１９９８． （上接第８３页） 极其重要的作用。文中设计的打样机数控系统界面简 洁、功能简单、操作容易，具有一定的应用价值与商 业价值。 【７】朱本城，王风林．Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ．Ｎｅｔ全程指南［Ｍ］．北京： 电子工业出版社，２００８．３． 参考文献： 【１】六道不回．中国地毯行业发展现状［ＯＬ］．中国家纺网， ２００８—１０—１７． 【８】ＦＯＸＡＬＬ Ｊａｍｅｓ．Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ ２００５入门经典［Ｍ］．梅兴 文，译．北京：人民邮电出版社，２００７．３． 【９】李跃纲．ＶＢ界面设计方法与技巧［Ｊ］．电子＆电脑， ２０００，７（２）：１３１—１３５． 【２】杨章伟．Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ完全自学宝典［Ｍ］．北京：清华大 学出版社，２００８．７． 【ｌ０】左小五．提高ＶＢ界面通用性的方法［Ｊ］．计算机时代， １９９８（１１）：１８． 【３】张少伍，韩江，胡慧萍．基于ＶＢ的数控车削加工仿真系 统的研究与开发［Ｊ］．机电工程，２００７（１１）：３５—３６． 【ｌ１】王岭峻．ＶＢ界面设计原则［Ｊ］．电子科技，２０００（１９）： ２３—２４． 【４】魏敏，冯静安，胡荣，等．基于ＶＢ数控铣削仿真系统的 实现［Ｊ］．石河子大学学报，２００８（１）：９８—１００． 【１２】薛士鑫．机制地毯［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００４．２． 【１３】冯金茂．地毯图案设计［Ｍ］．北京：北京工艺美术， ２００９．１０． 【５】张勇．Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ精彩编程百例［Ｍ］．北京：中国水利 水电出版社，２００２．８． 【１４】贺斌．基于Ｐｃ的小型地毯簇绒机数控系统研究及主 机开发［Ｄ］．太原：太原理工大学，２００９．４． 【６】ＰＥＲＲＹ Ｇｒｅｇ．学用Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ ６．０［Ｍ］．戴红，陈哲，姚