如何减少超长滚珠丝杠加工中的变形.docVIP

 PAGE 4 如何减少超长滚珠丝杠加工中产生的变形 在机械加工中，以长径比作为衡量轴类零件的刚度的指标，长径比是指轴类零件的长度与零件的直径的比。长径比≤12的轴叫刚性轴，刚性好；长径比≥12的叫柔性轴，刚性差。滚珠丝杠的长径比≤20—30，还比较好生产，滚珠丝杠的长径比在40—60之间，就比较难生产，而超长滚珠丝杠的长径比大多在60—100,因此刚性很差，加工中容易产生变形，生产难度很大， 一、超长滚珠丝杠滚道磨削加工中的主要矛盾： 超长滚珠丝杠是一个难加工的零件，它的精度要求高，超长滚珠丝杠上有精度要求高的滚珠螺纹（齿型；螺纹的中径锥度、不园度、径跳；螺纹的行程等要求都很高，都需要精密测量，如：光学仪器、千分尺、千分表、激光）滚珠螺纹还要进行淬火热处理；还有尺寸精度及园度、径向跳动要求较高的轴径。超长滚珠丝杠又属于细长的轴类零件，刚性差（长径比大多在60—100或100以上），在加工过程中常常会发生裂纹、弯曲、螺纹长度变化等变形问题。因此，技术要求高与刚性很差是超长滚珠丝杠生产过程中的一对主要矛盾，下面就介绍这一对主要矛盾的两个方面。 1、超长滚珠丝杠的技术要求高：超长滚珠丝杠主要部分是滚珠螺纹，对滚珠螺纹的要求除硬度HRC58外，还有对在长度方向要求：2π长度内（即一个螺距内）、300长度内、螺纹全长内的行程误差，在径向也有要求，即要求滚珠螺纹部分的径向跳动小，不弯曲，还对螺纹中径的变动量有要求。超长滚珠丝杠的两端有安装轴径，它们是超长滚珠丝杠在使用时的安装支撑，因此对它们不仅本身的尺寸精度高（一般6级精度），还要求它们对滚珠螺纹部分的径向跳动也要小，这才能保证超长滚珠丝杠副的传动精度。 2、超长滚珠丝杠的刚性很差，这样在加工中容易产生变形：加工中的变形分三类 受外力变形：如对滚珠丝杠副GQ10020×6000的桡度及长度变形计算，按简支梁计算丝杠中心线下垂17.312mm ,丝杠伸长，按两固定端计算丝杠中心线下垂3.462mm ,丝杠伸。在加工中丝杠伸长与丝杠中心线的下垂都会影响行程精度，可见丝杠的安装方式对加工精度的影响很大。 热变形：由于磨削热的影响，丝杠在加工中温度会升高，以滚珠丝杠副GQ10020×6000为例，丝杠的温度每升高2度，丝杠会伸长0.14mm,如果尾架顶尖仍顶紧丝杠而不能随丝杠伸长而缩进，丝杠就会受到约2900公斤的力，如果不采取措施，丝杠就可能会顶弯，反之如果尾架顶尖能随丝杠伸长而缩进,如果不采取措施，丝杠的这伸长0.14mm就会影响行程精度。 残余应力变形：其产生原因分三类①丝杠在生产过程中由于外力的作用，如轧制园钢；运输保管；加工中的初车、校直、磨削等造成丝杠的弯曲等塑性变形，因此产生的内应力。②丝杠在生产过程中由于工艺的需要，先加热到高温，在高温时塑性好，热应力得到松弛而变小。后在冷却过程中，塑性变差，再由于冷却过程快，丝杠各部分冷却速度不均匀，丝杠表面冷却快，芯部冷却慢，表面受压应力，芯部受拉应力。这样产生的内应力叫热应力。③丝杠在热处理时，因为金相组织的转变而产生的内应力叫组织应力，如：由于马氏体的比容（单位重量的体积）比球状珠光体的比容大，丝杠在感应淬火时，芯部仍为球状珠光体，体积与长度没有要改变的趋势，而表层由球状珠光体转变为马氏体，有了体积变大，长度增加的趋势，这样使丝杠变长，同时，表层受芯部的约束，受压应力，反之芯部受拉应力。 凡在零件内部的各种内应力，统称残余应力，零件内部的一部分存在残余压应力，则零件内部的另一部分就存在残余拉应力，而且两者方向相反，数值相等，处于暂时的相对平衡状态。当残余应力过大，两者的数值超过材料的屈服强度，零件就会变形，甚至开裂。如：丝杠在磨削过程中产生部分淬硬层被磨去，特别是不对称均等的磨去，丝杠内部的残余应力相对平衡状态就被破坏，丝杠产生弯曲。又如：丝杠在磨削过程中由于磨削用量大，冷却不充分，局部温度过高，超过淬火温度，产生二次淬火，造成在晶体的界面处的残余应力相对平衡状态就被破坏，从而产生裂纹。 二、减少超长滚珠丝杠滚道磨削加工中变形的办法 1、提高超长滚珠丝杠刚性的安装方法 超长滚珠丝杠的加工时，其在机床上的安装方法主要有；顶尖—顶尖；卡盘—顶尖；卡盘—中心架。卡盘—中心架多用于超机床规格磨丝杠。为了提高超长滚珠丝杠安装刚性，上述三种办法都以丝杠外园为辅助基准，采用辅助加上中心架。但中心架使用的不当，会引起误差，严重时会产生超长滚珠丝杠的变形，因此，中心架使用要尽量遵守以下原则： 中心架的安装要与滚珠丝杠几何精度检验基准统一原则：按照滚珠丝杠副的国家标准（该标准等效于国际标准），滚珠丝杠几何精度检验是放在两个等高的V型铁上，V型铁各距滚