重型丝杠加工难点攻关

陕西汉江机床有限公司 （汉中 723003） 曾永力 闫笃政 马宇理

前两年我公司承接了两根规格为φ 160mm×20mm×8 700mm的重型丝杠（见附图）。在此之前，公司从未承接过这种大规格的滚珠丝杠及轴类零件的加工，对于此规格的滚珠丝杠，我们首次加工，加工中技术人员与生产工人共同合作，克服了重重困难，对关键工序进行了多项技术攻关，终于按期将产品交付给用户，现将加工中难点攻关总结如下，以供大家参考，若有不妥之处，望多提出宝贵意见。

重型丝杠尺寸图

1.工艺分析

该滚珠丝杠材料采用GCr15轴承钢，公称直径φ160mm，长度8 728mm，导程20mm，按照滚珠丝杠副承载要求，设计采用钢球直径15.081mm。加工的难度主要集中在零件重量大，零件重量约1 600kg，直径大，长度长，导程相对小，选用钢球大，零件要求淬硬层深，加工中因淬硬层深，对淬硬层深度要求又特别严，故热处理难度大。同时随着零件重量的增大，外圆及螺纹滚道的加工也成了难题。

2.工艺路线安排

毛坯预处理→粗车→调质→半精车→除应力→精车→淬火→磨削滚珠螺纹外圆及其他外圆→粗加工滚珠螺纹滚道→除应力→半精加工滚珠螺纹滚道→探伤→除应力→中心孔加工→磨削滚珠螺纹外圆→精加工滚珠螺纹滚道→时效→中心孔加工→磨滚珠螺纹外圆及其他外圆→精磨滚珠螺纹滚道。

3.加工难点及主要对策

（1）外磨 本零件精车后总长8.73m、重量达1.7t，属于大型零件，对外磨来讲，大直径零件的加工，工件的圆度和径向圆跳动难以保证。外圆磨削的基准中心孔是零件加工的基准，它的好坏直接影响到零件的精度，若基准不好，则零件磨削质量就难以保证。对于如此大的零件，中心孔的精度直接影响着零件的加工精度，要想达到工件圆度小于0.01mm，径向圆跳动小于0.02mm的工艺要求，关键是中心孔的加工，因丝杠直径大，在中心孔机床上无法进行中心孔的精加工，为保证零件的加工要求，我们在车床上采用多次研磨中心孔逐步提高其精度的方法，加工出符合要求的中心孔，完全保证了后续加工，顺利完成了零件的加工，具体方法如下：

加工基准的研磨：由于受粗加工车床自身结构及加工精度的限制，零件粗加工完成后，外圆锥度、圆度误差较大，同时利用中心钻直接加工的中心孔精度不高，若工件直接上外圆磨床磨削，外圆的圆度误差将直接复映到工件上，造成加工后的工件外圆圆度误差大，后道工序无法加工。针对这一情况，增加加工基准的研磨工序，先对支撑外圆进行抛研。抛研中，严格控制几个支撑外圆尺寸一致性在0.01mm之内，圆度公差在0.005mm之内，表面粗糙度值Ra=0.2μm。然后对中心孔进行精研，中心孔的研磨在CW6163×10m车床上进行。研磨之前搭中心架于支撑外圆处，校正各基准外圆的上母线、侧母线在0.02mm以内，搭中心架控制各支撑外圆处跳动在0.01mm以内，开始精研两端中心孔。

外圆磨削：外磨在M K1450×10m磨床上进行。改变外圆支撑方式，加工采用两顶尖上活，工件装到机床后，中心架支撑在原研磨位置，校准抛研后的外圆母线在控制范围内，再磨出其他支承外圆至工艺要求尺寸，移动中心架到所磨位置，重新校正母线至要求，进行外圆的磨削。如此多次重复以上步骤，逐步提高加工精度最终将丝杠外圆加工在工艺要求范围内。

（2）螺纹滚道的加工 丝杠设计采用φ15.081mm的钢球，考虑到热处理工艺及设备，工件采用整体淬火工艺后加工螺纹滚道，螺纹滚道的粗加工，若在螺纹磨床上磨削加工，单边加工余量7mm左右。加之螺距20mm，圆弧R8.37mm，磨削过程中，砂轮接触面积大，散热不好，丝杠发热厉害，极易产生磨削烧伤、磨削裂纹，导致螺纹滚道磨削退火，硬度降低，产生报废。为了改善螺纹磨床磨削螺纹的不足，保证产品质量及按期执行合同。我们利用近几年摸索的螺纹加工新方法，在10m车床上大胆采用CBN刀具进行硬车削加工螺纹代替磨削加工的方法，顺利完成了螺纹滚道的粗加工及半精加工、底径开槽、齿顶倒角等工序。具体如下：

对10m车床进行加工前的改造：①冷却水路改造。因丝杠过长，不能悬空车削，要增加中心架，原有一路水管不够用。在此基础上，再增添一个冷却泵，装三通管，增加了两路水管，这样中心架支头的冷却、润滑问题就解决了。②床头箱交换齿轮及花键套轴承的改进。由于丝杠自身重量太大，丝杠旋转转矩过大，花键套发热过快，为防止抱死打齿、导致螺纹烂牙，丝杠梗刀，无法正常连续工作。将花键套内孔两端镗出，装上两组滚动轴承，用滚动代替滑动。

硬车削的准备：①车刀采用立方氮化硼车刀，刀柄采用专用刀柄。②工艺方案采取分层加工螺纹先进行粗加工、最后用专用R成形车刀精车螺纹，车至半精磨尺寸。③滚道车完后，接着车削底径槽及螺纹的齿顶倒角。

螺纹滚道的精磨及终磨：螺纹滚道的精磨机终磨加工在我厂自行研制的SK7450×100十米数控螺纹磨床上进行，在螺纹精磨前我们对中心孔进行了精细研磨，中心孔研磨后，在十米外圆磨床上对工艺的辅助基准——滚道外圆进行了精密磨削，磨削结束后，安排热处理工序、消除磨削应力、重新精研中心孔及工艺辅助基准——滚道外圆的精密磨削，最后进行螺纹的终磨。

前道工序加工质量的重视，热处理工序的合理安排，磨削工艺参数的合理选用，加之在螺纹滚道的精加工及终加工中又采取了一些相应的措施，最终成功完成了螺纹的精加工，保质保量的给用户交了货。

4.结语

加工重型滚珠丝杠虽然存在一定的工艺难度，但只要我们发扬三结合精神，想办法、在生产实践中不断创新，勇于寻求解决问题的方法、思路，并付诸于实践，一切问题均会得到解决。通过以上重型滚珠丝杠的加工，摸索出了一套利用我厂现有设备加工重型滚珠丝杠及大型轴类零件中心孔、外圆磨削、螺纹加工的经验，为我厂承接重型滚珠丝杠及大型轴类零件的加工奠定了基础。