如何減少滾珠絲杠加工引起的變形

在加工中，以長(zhǎng)徑比作為衡量軸類零件剛度的指標(biāo)。縱橫比是指軸零件的長(zhǎng)度與零件直徑的比值。長(zhǎng)徑比≤12的軸稱為剛性軸，具有良好的剛性；長(zhǎng)徑比≥12的軸稱為柔性軸，剛性較差。滾珠絲杠的長(zhǎng)徑比≤20-30，比較容易生產(chǎn)。滾珠絲杠的長(zhǎng)徑比在40-60之間，比較難生產(chǎn)，而超長(zhǎng)滾珠絲杠的長(zhǎng)徑比多在60-100，所以剛性很差，加工時(shí)容易變形，生產(chǎn)難度很大，

一、超長(zhǎng)滾珠絲杠滾道磨削加工的主要矛盾：

超長(zhǎng)滾珠絲杠是一個(gè)難加工的它有精度要求高，對(duì)超長(zhǎng)滾珠絲杠有精度要求高的滾珠螺紋（齒型；螺距錐度、非圓度、徑向跳動(dòng)；螺紋行程等）。精密測(cè)量，如：光學(xué)儀器、千分尺、百分表、激光器）球螺紋也需要淬火和熱處理；還有對(duì)尺寸精度、圓度和徑向跳動(dòng)要求高的軸徑。超長(zhǎng)滾珠絲杠也是細(xì)長(zhǎng)的軸類零件，剛性較差（長(zhǎng)徑比多為60-100或100以上），加工過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)裂紋、彎曲、螺紋長(zhǎng)度變化等變形問(wèn)題。因此，技術(shù)要求高、剛性差是超長(zhǎng)滾珠絲杠生產(chǎn)過(guò)程中的一對(duì)主要矛盾。下面就這對(duì)主要矛盾的兩個(gè)方面進(jìn)行介紹。

1、超長(zhǎng)滾珠絲杠的技術(shù)要求高：超長(zhǎng)滾珠絲杠的主要部分是滾珠螺紋。滾珠螺紋除了HRC58的硬度外，對(duì)長(zhǎng)度方向的要求是：2π長(zhǎng)度以內(nèi)（即一個(gè)徑向的行程誤差，即螺紋的徑向跳動(dòng)）要求滾珠的一部分小而不彎曲，同時(shí)要求螺紋中徑的變化。超長(zhǎng)滾珠絲杠的兩端都有安裝軸徑，它們是超長(zhǎng)滾珠絲杠的安裝支撐。長(zhǎng)滾珠絲杠在使用時(shí)，不僅尺寸精度高（一般為6級(jí)精度），而且要求在滾珠上螺紋，徑向跳動(dòng)也要小，以保證傳動(dòng)超長(zhǎng)滾珠絲杠副的精度。

2、超長(zhǎng)滾珠絲杠的剛性很差，加工時(shí)容易變形：加工時(shí)的變形分為三類

(1)外部變形力：如滾珠絲杠副GQ10020×6000計(jì)算半徑和長(zhǎng)度變形，絲杠中心線垂度按簡(jiǎn)支梁計(jì)算17.312mm，絲杠伸長(zhǎng)率Δ=0.124mm，根據(jù)兩個(gè)固定端，絲杠下垂中心線為3.462mm，絲杠伸長(zhǎng)率Δ=0.005mm。在加工過(guò)程中，絲杠的伸長(zhǎng)率Δ和滾珠絲杠中心線的下垂都會(huì)影響行程精度。可見，滾珠絲杠的安裝方式對(duì)加工精度影響很大。

(2)熱變形：由于磨削熱的影響，滾珠絲杠在加工過(guò)程中溫度會(huì)升高。以滾珠絲杠副GQ10020×6000為例，滾珠絲杠的溫度每升高2度，滾珠絲杠就會(huì)伸出0.14mm。如果尾座頂部仍然壓在絲杠上，不能用絲杠收回，滾珠絲杠將受到約2900公斤的力。如果不采取措施，滾珠絲杠可能會(huì)受到影響，相反，如果尾座的尖端可以隨著滾珠絲杠的延伸而縮回，如果不采取措施，滾珠絲杠的延伸0.14mm會(huì)影響到行程精度。

(3)殘余應(yīng)力變形：其原因分為三類

①滾珠絲杠在生產(chǎn)過(guò)程中受外力影響，如軋制圓鋼；運(yùn)輸和儲(chǔ)存；磨削等導(dǎo)致滾珠絲杠彎曲等塑性變形，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。

②由于工藝的需要，滾珠絲杠在生產(chǎn)過(guò)程中先加熱到高溫，高溫下塑性好，熱應(yīng)力得到放松和降低。冷卻過(guò)程后期，塑性變差，由于冷卻過(guò)程快，滾珠絲杠各部分冷卻速度不均勻，滾珠絲杠表面冷卻快，芯部冷卻慢，表面受壓應(yīng)力，核心處于拉應(yīng)力下。產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力稱為熱應(yīng)力。

③滾珠絲杠在熱處理過(guò)程中，因金相組織轉(zhuǎn)變而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力稱為組織應(yīng)力。例如，由于馬氏體的比容（單位重量的體積）大于球形珠光體，當(dāng)絲杠感應(yīng)淬火時(shí)，芯部仍為球形珠光體，體積和長(zhǎng)度沒有變化的趨勢(shì)，而表層由球形珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，體積增加，長(zhǎng)度增加。鋼筋變長(zhǎng)，同時(shí)表面受到芯部的約束，受到壓應(yīng)力，而芯部受到拉應(yīng)力。

零件內(nèi)部的各種內(nèi)應(yīng)力統(tǒng)稱為殘余應(yīng)力。如果零件的一個(gè)部位有殘余壓應(yīng)力，零件的另一部位有殘余拉應(yīng)力，且兩個(gè)方向相反，數(shù)值相等，則暫時(shí)處于暫時(shí)狀態(tài)。相對(duì)平衡的狀態(tài)。當(dāng)殘余應(yīng)力過(guò)大時(shí)，兩者的值超過(guò)材料的屈服強(qiáng)度，零件就會(huì)變形，甚至破裂。例如，在磨削過(guò)程中，滾珠絲杠的部分硬化層被磨掉，特別是不對(duì)稱均勻地磨削，破壞了滾珠絲杠內(nèi)部殘余應(yīng)力的相對(duì)平衡狀態(tài)，使?jié)L珠絲杠彎曲。.又如：滾珠絲杠在磨削過(guò)程中，由于磨削量大，冷卻不充分，局部溫度過(guò)高，超過(guò)淬火溫度，發(fā)生二次淬火，導(dǎo)致界面處殘余應(yīng)力處于相對(duì)平衡狀態(tài)被摧毀，導(dǎo)致裂縫。

二、超長(zhǎng)滾珠絲杠滾道磨削時(shí)減少變形的方法

1.提高超長(zhǎng)滾珠絲杠剛性的安裝方法

超長(zhǎng)滾珠絲杠的加工時(shí)，其在機(jī)床上的安裝方法主要有；頂尖—頂尖；卡盤—頂尖；卡盤—中心架?？ūP-中心架多用于磨削超出機(jī)床規(guī)格的滾珠絲杠。為提高超長(zhǎng)滾珠絲杠的安裝剛性，以上三種方法均以絲杠外圓為輔助基準(zhǔn)，采用輔助加中心架。但中心架使用不當(dāng)會(huì)造成誤差，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)超長(zhǎng)滾珠絲杠變形。因此，中心架的使用應(yīng)盡可能遵循以下原則：

(1)中心架的安裝應(yīng)與滾珠絲杠的幾何形狀相一致。精度檢驗(yàn)基準(zhǔn)統(tǒng)一原則：根據(jù)滾珠絲杠副的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（該標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)），將滾珠絲杠的幾何精度檢驗(yàn)放在兩個(gè)等高的V型鐵上，V形鐵與球螺紋分離。節(jié)距兩端的距離為節(jié)徑的2倍。因此，要求離滾珠螺紋兩端最近的中心架應(yīng)安裝在距兩端2倍中徑的距離處。

(2)中心架的安裝應(yīng)與滾珠絲杠行程精度檢驗(yàn)基準(zhǔn)相同的原則：在滾珠絲杠動(dòng)檢儀上檢查滾珠絲杠行程精度。上中心架的安裝形式，因此，應(yīng)記下中心架與絲桿安裝位置的距離，并告知檢測(cè)中心，以便在檢查滾珠絲杠的行程精度時(shí)，中心架應(yīng)置于上述位置。

(3)為了最大限度地提高滾珠絲杠的安裝剛度，中心架的數(shù)量應(yīng)盡可能多，但中心架數(shù)量過(guò)多會(huì)增加輔助工時(shí)。一般根據(jù)以下經(jīng)驗(yàn)選擇中心架的數(shù)量：公稱直徑≤φ80的滾珠絲杠每隔700mm左右使用一次中心架；并且為了調(diào)整方便，中心框的數(shù)量應(yīng)盡量奇數(shù)。

(4)中心架盡量調(diào)整到頭尾架中心線還要保證滾珠絲杠盡量不變形：方法是以離頭架最近的外圓為基準(zhǔn)，磨削中心架各段外圓和外圓離尾座最近的圓到相同大小。園度較好，園度在0.01左右，絲桿在頭尾架頂部轉(zhuǎn)動(dòng)（不帶中心架），外園各段徑向跳動(dòng)要小，約0.02。然后發(fā)現(xiàn)它們的上母線在0.01左右。

(5)滾珠絲杠與中心架支撐塊的接觸長(zhǎng)度應(yīng)達(dá)到螺距的1.5-2倍。

(6)中心架調(diào)整好后，必須緊固支撐塊，防止在磨削過(guò)程中支撐塊的位置發(fā)生變化。

(7)開始螺紋磨削前，記下各中心架之間滾珠絲杠的徑向跳動(dòng)值，作為螺紋磨削時(shí)監(jiān)測(cè)滾珠絲杠是否變形及中心架是否可靠的依據(jù)。.

(8)滾珠絲杠的上母線正確對(duì)齊。滾珠絲杠被中心架支撐后，特別是中心架支撐絲杠后，滾珠絲杠會(huì)將力施加到頭尾架的頂部。（例如滾珠絲杠副GQ10020×6000，力可達(dá)3噸）。因此，調(diào)整中心架后，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整尾座手輪，以免滾珠絲杠被頂彎。但需要注意的是，在松開中心架前，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整尾架手輪，確保滾珠絲杠不會(huì)脫落。

(9)磨削過(guò)程中，操作人員不能離開崗位。他應(yīng)仔細(xì)觀察火花，聽磨削聲，并經(jīng)常檢查每個(gè)中心架之間的絲杠徑向跳動(dòng)值，并將這些值與每個(gè)中心架之間的絲杠徑向跳動(dòng)值進(jìn)行比較磨前記錄。當(dāng)發(fā)現(xiàn)徑向跳動(dòng)值增大時(shí)，說(shuō)明絲杠有較大的彎曲變形，必須及時(shí)調(diào)整尾座上的手輪，避免滾珠絲杠。在頂部彎曲。并做好交接記錄，必要時(shí)停止磨削，拆下滾珠絲杠送去矯直后再磨削。

2、安排合適的工藝路線，選擇合適的切削量

超長(zhǎng)滾珠絲杠的加工應(yīng)分為粗車、精車、淬火后粗磨、半精車、精磨。逐步提高超長(zhǎng)滾珠絲桿的精度。在保證質(zhì)量的前提下，選擇合適的切削量，避免因切削量過(guò)大而使絲杠彎曲，尤其要注意避免因研磨量過(guò)大而產(chǎn)生磨削裂紋。

3、保證滾珠絲杠的熱處理質(zhì)量

保證熱處理質(zhì)量，特別是保證淬火后的金相組織，對(duì)消除裂紋特別有用重要的。此外，在超長(zhǎng)滾珠絲杠加工過(guò)程中，還安排了多次熱處理的低溫時(shí)效處理和對(duì)中，這對(duì)于降低滾珠絲杠的殘余應(yīng)力和彎曲變形也很重要。