滚珠丝杠螺纹的旋风铣削工艺

孙悦

摘  要：高速旋风铣削是一种新兴的高效绿色加工方法，加工时工件一次铣削完成，不使用任何切削液，加工效率大约是磨削加工的5-8倍，在国外滚动部件加工行业得到了广泛应用。滚珠丝杠旋风硬铣削加工过程中，刀具工件接触区产生大量的切削热，使工件温度升高产生了热变形。主要从以下两方面研究：1、深入研究旋风硬铣削加工工艺参数、工件材料、刀具材料、工件的装夹方式、工件刀具运动方式，分析了影响旋风硬铣削加工精度的动态和静态因素，指出影响工件螺距累积误差的主要是工件待加工段的热变形。2、分析了旋风硬铣削加工机理，在考虑工件型号、工艺参数对铣削热的影响的基础上，建立了参数化的旋风硬铣削仿真模型。采用该新工艺，切削速度高，实现了以铣代磨，使螺纹加工工艺路线简化，制造周期大大缩短。

关键词：旋风铣削;螺纹加工;滚珠丝杠;切削热

中图分类号：TH-39   文献标识码：A

0  引言

滚珠丝杠是一种高精度的机械传动部件。由于它具有高精度，低摩擦，高传动效率和高速进给的优点，已被广泛应用于许多行业。但是，其制造工艺比较复杂，传统的螺纹加工方法通常需要经过2?4倍的机械加工才能满足精度，齿形和表面质量的要求，且生产效率较低。针对这种情况，提出了一种高速旋风硬铣削的螺纹加工方法。它具有环保，加工效率高的优点，已成为现代制造业中一种先进的螺纹加工方法。根据螺杆旋风铣削过程中的特点，对螺杆旋风铣削加工切削刀具，工件及切屑的瞬态温度进行了分析。

1  旋风铣削的工作原理和特点

1.1  旋风铣工作原理

旋风铣削是一种高速螺纹铣削装置，安装在车床上并与车床匹配。旋风磨机安装在车床的拖板上，车床固定工件以完成低速进给运动。旋风磨机驱动外部旋转或内部旋转工具杆上的硬质合金刀具高速旋转，以完成切削运动以从工件上切削螺纹。旋风铣削是一种借助工具中心和工件中心之间的偏心率进行的渐进式高速铣削。旋风研磨之所以称为旋风研磨，是因为其高的研磨速度（高达400 m / min），高的处理效以及像旋风一样在处理过程中的碎屑飞溅。

旋风铣削螺纹的原理如图2所示。旋风铣削的加工运动包括：高速旋转运动的刀头R C提要工件的旋转运动，轴向进给运动W铣头相对于工件的径向切削深度的铣头相对于工件，和调整参数的刀轴之间的夹角β盘和工件的轴线偏心h.如下所示，圆周运动和轴向进给运动必按照一定的要求，使所述圆周运动和运动按规定的传动比加工成完整的螺纹。

2 热变形检测方法及所用传感器

刀具在切削过程中会产生大量的热，使刀具温度升高从而产生大量形变而造成切削误差，但国内对于刀具热变形研究一直处于定性研究状态。随着近几年来的工程实践证明刀具热变形已经成为高精度加工中重要的误差来源，并严重阻碍高速高精度加工。在工厂中，人们为了减小刀具发热产生的加工误差，采取各种冷却方法降低刀具温度，但无法从根源上消除热变形。

选取滚珠丝杠的左、中、右作为发热测量点进行在线测量滚珠丝杠的左端采用固定安装，直接安装到固定支撑6里，右端采用浮动安装方式，滚珠丝11通过涨紧套18安装到轴套19里，轴套19用上螺钉16与压盖17相连，之后放在轴承座20里，为了美观及防尘，在尾部加一个后端盖21，用螺钉拧紧。轴承座20通过销钉安装在尾座4上，尾座4安装在导轨5上。滚珠丝杠1的两侧是与之中心线平行的直线导轨5，导轨5上放置模拟工作台2，模拟工作台2下方有一螺母座3，滚珠丝杠1的螺母插入螺母座3中。电涡流传感器10安装在电涡流传感器支架15上，电涡流传感器支架15通过磁座13安装在床身上。通过电涡流传感器10测量胀紧套18锁紧端盖的端面变动间接得到丝杠1的热变形量。

在滚珠丝杠的左端布置红外温度传感器7，中部布置红外温度传感器8，右端布置红外温度传感器9，见附图2用来测滚珠丝杠温度的变化，通过滚珠丝杠温度的变化，计管得到滚珠丝李形的大论值。温度的传咸器讲择红外沮度传咸器。实际加工过程中，无论是旋转电动机、移动相应的移动零件，还是处理切削，都会形成热现象，显示温度分布不均匀，导致 温差不均，CNC 机床中出现热变形问题，从而导致零件加工的 精度有一定程度的损失。

3大型丝杠的旋风铣削工艺参数优化

在大型丝杠的加工过程中，合理地选择加工参数能够有效的减轻刀具的磨损，进而提高生产率、降低生产成本。目前，大多数生产中的工厂都根据参考手册或经验来选择切削参数。在实际生产中，为了尽可能减少异常情况的发生，通常选择保守值，而保守值往往达不到切削参数的最佳值。因此，切削参数的选择是大螺杆加工中的重要问题。鉴于粒子群优化（PSO）收敛速度快的优点，本章研究了改进的pSO。改进的粒子群优化算法用于优化加工参数，并将优化结果与正交试验的结果进行比较。研究结果为实际生产提供了最佳的加工参数组合。

4结束语

使用旋风式硬铣削加工滚珠丝杠螺纹，大大缩短了生产周期。如果能够实现设备的本地化，则可以提高中国功能部件企业的生产水平，并在中国机床工具行业的发展中发挥关键作用。因此，有必要加大对旋风硬磨技术的研究。

利用旋风铣削方法加工螺纹，实际上是属于成形法加工范围。该方法的优点有：加工效率高，是普通螺纹加工方法的几十倍;表面粗糙度低，能减少或免去磨削和抛光工序;形成 C 型短切屑，易于处理;不用冷却液，经济，无污染，可以加工硬度较大的材料。但是影响加工精度的因素较，要保证精度，就必须保证：旋风刀具具有较高的硬度，耐磨性，强度以及韧性，加工时才能高精度且平稳旋转。旋风刀杆应该有较高的刚度，才能减小加工时产生的冲击力对螺纹的影响;旋风刀架运行导轨与工件轴线要有较高的定位要求;旋风刀杆偏移机床主轴角度 a 相對定位性要求高;切削刀头成型精度高。加工时刀具有较大振幅产生、螺距 累积误差和工件弯曲变形不可避免，因此只适用于螺纹的粗加工、半精加工或一般性非标准高精度螺纹加工。

参考文献

[1] 黄祖尧.CNC 螺纹旋风硬铣削—高效绿色制造技术[J].机械工人，2004（9）：26-28.

[2] 艾心.高速切削加工技术[M].北京国防工业出版社，2003.

[3] 张耀衰.机械加工工艺设计实用手册 [M].北京航空工业出版社.2005

[4] 吕彦明.螺纹超高速旋风铣削[J].北京航空工业出版社.2006