滾珠絲杠螺紋的旋風銑削工藝

孫悅

摘??要：高速旋風銑削是一種新興的高效綠色加工方法，加工時工件一次銑削完成，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得到了廣泛應用。滾珠絲杠旋風硬銑削加工過程中，刀具工件接觸區產生大量的切削熱，使工件溫度升高產生了熱變形。主要從以下兩方面研究：1、深入研究旋風硬銑削加工工藝參數、工件材料、刀具材料、工件的裝夾方式、工件刀具運動方式，分析了影響旋風硬銑削加工精度的動態和靜態因素，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、分析了旋風硬銑削加工機理，在考慮工件型號、工藝參數對銑削熱的影響的基礎上，建立了參數化的旋風硬銑削仿真模型。采用該新工藝，切削速度高，實現了以銑代磨，使螺紋加工工藝路線簡化，制造周期大大縮短。

關鍵詞：旋風銑削;螺紋加工;滾珠絲杠;切削熱

中圖分類號：TH-39???文獻標識碼：A

0??引言

滾珠絲杠是一種高精度的機械傳動部件。由于它具有高精度，低摩擦，高傳動效率和高速進給的優點，已被廣泛應用于許多行業。但是，其制造工藝比較復雜，傳統的螺紋加工方法通常需要經過2?4倍的機械加工才能滿足精度，齒形和表面質量的要求，且生產效率較低。針對這種情況，提出了一種高速旋風硬銑削的螺紋加工方法。它具有環保，加工效率高的優點，已成為現代制造業中一種先進的螺紋加工方法。根據螺桿旋風銑削過程中的特點，對螺桿旋風銑削加工切削刀具，工件及切屑的瞬態溫度進行了分析。

1??旋風銑削的工作原理和特點

1.1??旋風銑工作原理

旋風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。旋風磨機安裝在車床的拖板上，車床固定工件以完成低速進給運動。旋風磨機驅動外部旋轉或內部旋轉工具桿上的硬質合金刀具高速旋轉，以完成切削運動以從工件上切削螺紋。旋風銑削是一種借助工具中心和工件中心之間的偏心率進行的漸進式高速銑削。旋風研磨之所以稱為旋風研磨，是因為其高的研磨速度（高達400?m?/?min），高的處理效以及像旋風一樣在處理過程中的碎屑飛濺。

旋風銑削螺紋的原理如圖2所示。旋風銑削的加工運動包括：高速旋轉運動的刀頭R?C提要工件的旋轉運動，軸向進給運動W銑頭相對于工件的徑向切削深度的銑頭相對于工件，和調整參數的刀軸之間的夾角β盤和工件的軸線偏心h.如下所示，圓周運動和軸向進給運動必按照一定的要求，使所述圓周運動和運動按規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生大量的熱，使刀具溫度升高從而產生大量形變而造成切削誤差，但國內對于刀具熱變形研究一直處于定性研究狀態。隨著近幾年來的工程實踐證明刀具熱變形已經成為高精度加工中重要的誤差來源，并嚴重阻礙高速高精度加工。在工廠中，人們為了減小刀具發熱產生的加工誤差，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、右作為發熱測量點進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安裝在導軌5上。滾珠絲杠1的兩側是與之中心線平行的直線導軌5，導軌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。實際加工過程中，無論是旋轉電動機、移動相應的移動零件，還是處理切削，都會形成熱現象，顯示溫度分布不均勻，導致?溫差不均，CNC?機床中出現熱變形問題，從而導致零件加工的?精度有一定程度的損失。

3大型絲杠的旋風銑削工藝參數優化

在大型絲杠的加工過程中，合理地選擇加工參數能夠有效的減輕刀具的磨損，進而提高生產率、降低生產成本。目前，大多數生產中的工廠都根據參考手冊或經驗來選擇切削參數。在實際生產中，為了盡可能減少異常情況的發生，通常選擇保守值，而保守值往往達不到切削參數的最佳值。因此，切削參數的選擇是大螺桿加工中的重要問題。鑒于粒子群優化（PSO）收斂速度快的優點，本章研究了改進的pSO。改進的粒子群優化算法用于優化加工參數，并將優化結果與正交試驗的結果進行比較。研究結果為實際生產提供了最佳的加工參數組合。

4結束語

使用旋風式硬銑削加工滾珠絲杠螺紋，大大縮短了生產周期。如果能夠實現設備的本地化，則可以提高中國功能部件企業的生產水平，并在中國機床工具行業的發展中發揮關鍵作用。因此，有必要加大對旋風硬磨技術的研究。

利用旋風銑削方法加工螺紋，實際上是屬于成形法加工范圍。該方法的優點有：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，經濟，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：旋風刀具具有較高的硬度，耐磨性，強度以及韌性，加工時才能高精度且平穩旋轉。旋風刀桿應該有較高的剛度，才能減小加工時產生的沖擊力對螺紋的影響;旋風刀架運行導軌與工件軸線要有較高的定位要求;旋風刀桿偏移機床主軸角度?a?相對定位性要求高;切削刀頭成型精度高。加工時刀具有較大振幅產生、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準高精度螺紋加工。

參考文獻

[1] 黃祖堯.CNC?螺紋旋風硬銑削—高效綠色制造技術[J].機械工人，2004（9）：26-28.

[2] 艾心.高速切削加工技術[M].北京國防工業出版社，2003.

[3] 張耀衰.機械加工工藝設計實用手冊?[M].北京航空工業出版社.2005

[4] 呂彥明.螺紋超高速旋風銑削[J].北京航空工業出版社.2006