如何训练磨双圆弧滚珠螺纹丝杠技能？

一、工艺准备

1.分析图样

图3-7所示为GQ556—P5双圆弧滚珠螺纹丝杠，材料为9Mn2V，热处理调质硬度250HBW，除M39×1.5-6h、M33×1.5-6h螺纹和φ60mm外圆外，其余均感应淬火，硬度为60HRC。主要磨削外圆尺寸有φ35h6、φ40g6、φ50g6、φ52h6、φ45h8、φ35j5；1∶12圆锥面。其他磨削的普通螺纹有M39×1.5-6h、M33×1.5-6h。

图3-7 双圆弧滚珠螺纹丝杠

主要磨削的是双圆弧滚珠螺纹丝杠，双圆弧滚珠螺纹丝杠的公称直径d_m=φ55mm，导程P_h=6mm，精度等级为5级。双圆弧牙型的曲率半径r_S=2.644mm，偏心距e=0.165mm，钢球直径D_W=φ4.763mm，大径尺寸d=54mm，槽底半径R=0.5mm。

滚珠丝杠的主要技术要求为：

1）锥度1∶12用涂色法检验，接触面积大于80%。圆锥对支承轴径轴线的径向圆跳动公差为0.003mm。

2）丝杠支承轴径φ40g6、φ35j5的圆度公差为0.003mm。

3）滚珠螺纹丝杠公称直径的圆柱度公差为0.02mm，径向圆跳动公差为0.01mm。

4）滚珠螺纹丝杠大径的圆柱度公差为0.02mm，径向圆跳动公差为0.01mm。

5）滚珠螺纹丝杠螺距公差为0.006/25、0.009/100、0.016/300、0.018/600、0.022/900、公差全长为0.03mm。

2.加工工艺

双圆弧滚珠螺纹丝杠的加工工艺见表3-17。滚珠螺纹丝杠具有细长轴的特点，加工和热处理时易产生弯曲变形。因此，加工工艺程序较长，以减小变形达到高的加工精度要求。现将其工艺特点分析如下：

表3-17 双圆弧滚珠螺纹丝杠的加工工艺

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1）滚珠螺纹丝杠选用材料为9Mn2V热轧圆钢，加工前须经热处理球化退火处理，使毛坯获得稳定的球状珠光体组织，细化晶粒，并消除碳化物网络。同时作试样金相分析，要求试样球化等级1.5～4级，网状组织小于3级，以防止产生磨削裂纹。

2）为了消除由于金相组织不稳定而引起的尺寸变化，安排了冰冷处理工序。冰冷处理将淬火后的残余奥氏体转变为马氏体。使螺纹尺寸加工中稳定不变。

3）为了消除内应力和减小丝杠弯曲变形，整个工艺过程安排了四次除应力热处理，以消除切削加工、磨削加工所产生的内应力。同时严格规定在机械加工后不准冷校直，防止因冷校直后再产生内应力。

4）材料9Mn2V是较易产生磨削裂纹的。为了保证产品质量，除了在各工序结束后安排必要的检验外，还安排了三次磁性探伤，检查热处理和磨削加工后零件是否有微观裂纹。

5）整个工艺过程划分成五个阶段：准备和预先热处理阶段；粗加工阶段；半精加工阶段；精加工阶段；终加工阶段。滚珠螺纹磨削采用粗磨、半精磨、精磨及终磨等四道工序完成。粗磨时，用砂轮直接磨出螺纹，半精磨留精磨（螺旋面）余量0.2mm。半精磨螺纹要求尽量减少磨削时的热变形，减小背吃刀量，防止磨削裂纹，以保证精磨的加工要求。磨削过程合理分配磨削余量，经过多道磨削工序逐步消除加工引起的变形，达到滚珠螺纹的加工精度要求。

3.工件的定位夹紧

工件用两顶尖和中心架装夹。滚珠螺纹丝杠是细长轴，使用中心架辅助支承可提高工件的刚度，减小工件在磨削过程中引起的弯曲变形和振动等现象。工件的定位基准是中心孔，在工艺过程中安排多次研磨中心孔，以满足丝杠的加工精度要求。同时也要提高辅助基准（外圆）的精度，防止产生辅助支承的定位干涉现象。滚珠螺纹丝杠可用两个中心架支承。

4.选择砂轮

外圆磨削砂轮特性：AF60K、WAF80J。

螺纹磨削砂轮特性：WAF100J、WAF150L、WAF100L。

5.选择设备

外圆磨削用MQ1350B轻型外圆磨床、M1450B型万能外圆磨床。螺纹磨削用S7432型丝杠磨床。

二、工件磨削步骤及注意事项

1）粗磨滚珠螺纹大径及其他各外圆。磨螺纹大径，留余量1.8～2mm，其他各外圆留余量1.1～1.2mm。外圆磨削时，工件用两顶尖和中心架装夹。

2）研磨中心孔。

3）粗磨滚珠螺纹大径及其他外圆。在热处理淬火以后，继续粗磨各外圆表面，并消除工件的内应力。磨削前检查工件弯曲程度，全长小于0.5mm。磨滚珠螺纹大径，留余量1～1.1mm，其他各外圆留余量0.65～0.75mm。其中粗磨φ60mm至φ60^+0.20_+0.10mm，磨出两台阶面。磨M39×1.5-6h螺纹大径至φ39^+0.30_+0.20 mm，磨M35×1.5-6h螺纹大径至φ35^+0.30_+0.20mm。重新找正工作台，粗磨1∶12圆锥，留余量0.35～0.45mm，用量规涂色法检验，接触面积大于50%。(www.xing528.com)

4）粗磨滚珠螺纹。工件经磁性探伤后，在螺纹磨床上开出双圆弧滚珠螺纹。螺纹磨床的螺距交换齿轮调整，可按机床螺距交换齿轮表选取交换齿轮。确定交换齿轮后，需清理齿轮的齿面，并按要求装入交换齿轮架上，齿轮间隙取0.15mm左右。交换齿轮后，用砂轮圆弧修整器修整双圆弧砂轮形面，将砂轮双圆弧修至r=2.4mm（小于双圆弧滚道曲率半径，r_s=2.644mm），粗磨滚珠螺纹。

采用单线砂轮分层切入磨削。随着砂轮磨削接触面积的增大，要相应减小背吃刀量，以防止产生磨削裂纹。留余量，三针测量尺寸M=60.1⁰_-0.7mm（钢针直径φ4.2mm）。

5）研磨中心孔，表面粗糙度值为Ra0.2μm，用涂色法检验，接触面积大于95%。

6）半精磨各外圆。工件经磁性探伤和热处理除应力后，在外圆磨床上半精磨各外圆，留余量0.3～0.4mm。

7）半精磨滚珠螺纹。在螺纹磨床上半精磨滚珠螺纹，留余量，三针测量尺寸M=59.2^+0.20₀mm（钢针直径φ4.2mm）。砂轮双圆弧按r=r_s=2.644mm修整。

8）研磨中心孔，表面粗糙度值为Ra0.2μm，用涂色法检验，接触面积大于95%。

9）精磨滚珠螺纹大径至尺寸φ54mm。半精磨各外圆及圆锥面，留余量0.12～0.15mm。磨台阶面至垂直度要求。同时磨M39×1.5-6h、M33×1.5-6h螺纹的大径至尺寸。

10）磨M39×1.5-6h、M33×1.5-6h普通螺纹至尺寸。在螺纹磨床上按普通螺纹的螺距重新调整螺距交换齿轮。交换齿轮后，用砂轮直线修整器修整砂轮60°角（牙型角），并用单线砂轮磨削法磨普通螺纹至尺寸。

11）精磨滚珠螺纹至尺寸。在螺纹磨床上按滚珠螺纹的螺距交换齿轮。砂轮双圆弧用圆弧修整器修整至r=r_S=2.644mm，用单线砂轮磨削法磨滚珠螺纹至图样尺寸。

12）在外圆磨床上，精磨各外圆至图样要求。

13）在外圆磨床上精磨圆锥1∶12至尺寸。

注意事项：

1）螺距交换齿轮的齿数要核对正确，主动轮被动轮的安装位置要正确。

2）需将交换齿轮心轴牢固地安装在交换齿轮板上，注意保持心轴与套筒之间的良好润滑。

3）检查螺纹磨床螺距扩大机构捏手位置，使其符合加工要求。

4）装夹工件时，需检查中心孔的精度，以保证螺距公差要求。

5）调整校正尺时，应先校正螺距累积误差，然后再调整局部误差。有机玻璃尺应修成光滑平坦的过渡曲线，以保证校正尺能平稳工作。

6）必须在机床运转正常的情况下调整校正尺。重复试磨和测量丝杠、使其误差曲线基本相同，才可作为调整校正尺的依据。

7）磨削时注意降低磨削热，以减小对丝杠螺距的影响。切削液温度应比室温低1～2℃。切削液采用极压切削油[石油磺酸钡2%；氯化石蜡10%；环烷酸铝6%；L—AN15，L—AN3272%；L—AN510%（百分含量均为质量分数）]。

8）螺纹磨床恒温室温度为20℃±1℃。

9）加工暂停或完成加工后，必须将丝杠垂直吊挂，以避免丝杠因自重产生弯曲变形。

10）砂轮磨损后，及时修整砂轮，消除滚道型面误差。

三、精度检验及误差分析

双圆弧滚珠螺纹丝杠的螺距用双频激光丝杠检查仪检验。

双圆弧滚珠螺纹丝杠的螺距公差是最重要的精度要求。螺距误差是由多种原因造成的，如螺纹磨床螺距传动链的误差、工件的热变形的影响等都会造成螺距误差。按误差特性，螺距误差分为3种：局部性误差、周期性误差、渐进性误差。

（1）局部性误差 局部性误差往往是由材料局部缺陷和其他一些偶然因素所致，它只出现在螺纹表面个别局部位置，没有任何规律。如机床丝杠局部磨损、工作台导轨磨损、工作台对刀机构中滑座导轨的间隙过大等都会造成局部性误差。

（2）周期性误差 周期性误差主要由于机床螺距传动链中各元件如丝杠、主轴、齿轮等的周期性误差所致。周期性误差按一定规律变化。

（3）渐进性误差 除机床丝杠本身的渐进性误差外，温度常是一项主要影响因素，其误差变化呈直线状。因此，螺纹磨削时要注意控制切削液的温度，使工件温度与机床丝杠的温度相差不致太多，以纠正温度对丝杠加工精度的影响。采用等温磨削可减小渐进性误差，如S7450型丝杠磨床，丝杠5860mm长，温度升高1℃丝杠就要伸长0.07mm，对加工的影响很大。为此机床丝杠制成空心的，中间通入恒温油，这样既可以有效控制丝杠的温度，同时也可调整丝杠温度，使其与切削液等温。

丝杠的螺距误差和牙型误差产生原因及消除方法见表3-18。

表3-18 螺距误差和牙型误差产生原因及消除方法

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