丝杠加工工艺

丝杠加工工艺

丝杠是一种精度很高的零件，它能精确地确定工作台坐标位置，将旋转运动转换成直线运动，面且还要传递一定的动力，所以在精度、强度及耐磨性等方面都有很高的要求。所以，丝杠的加工从毛坯到成品的每道工序都要周密考虑，以提高其加工精度。

1、丝杠的分类

机床丝杠按其摩擦特性可分为三类:即滑动丝杠、滚动丝杠及静压丝杠。

由于滑动丝杠结构简单，制造方便，所以在机床上应用比较广泛。

滑动丝杠的牙型多为梯形。这种牙型比三角形牙酬具有效果高，传动性能好，精度高，加工方便等优点。

滚动丝杠义分为滚珠丝杠和滚柱丝杠两大类。滚珠丝杠与滚柱丝杠相比而言，摩擦力小，传动效率高，精度也高，因而比较常用，但是其制造工艺比较复杂。

静压丝杠有许多的优点，常被用于精密机床和数控机床的进给机构中。其螺纹牙形与标准梯形螺纹牙形相同。但牙形高于同规格标准螺纹1.5～2倍，目的在于获得良好油封及提高承载能力。但是调整比较麻烦，而且需要一套液压系统，工艺复杂，成本较高。

2、丝杠的结构特点及技术要求

（1）丝杠结构的工艺特点

丝杠是细长柔性轴，它的长度L与直径d的比值很大，一般为20～50，刚性较差。结构形状复杂，有很高的螺纹表面要求，还有阶梯、沟槽等，所以，在加工过程中易出现变形。

（2）精度等级

在国家标准GB785－65中，对普通梯形螺纹精度是按中径公差划分的。共有五项基本参数：即外径d、内径d1、中径d2、螺距t及牙形半角α/2。由于丝杠要传递准确运动，因此，按JB2886－81规定，丝杠及螺距的精度，根据使用要求分为6个等级：4、5、6、7、8、9（精度依次降低)。

各级精度丝杠应用范围如下：4级为目前最高级，一般很少应用；5级用于精密仪器及机密机床，如坐标镗床、螺纹磨床等；6级用于精密仪器、精密机床和数控机床；7级用于精密螺纹车床、齿轮加工机床及数控机床；8级用于一般机床，如卧式车床、铣床；9级用于刨床、钻床及一般机床的进给机构。

一般所说的精密丝杠是指5、6、7级丝杠。精密丝杠有淬硬丝杠和不淬硬丝杠两种。前者的耐磨性较好，能较长时间保持加工精度，但加工工艺复杂，必须有高精度的螺纹磨床和专门

的热处理设备，而后者只需要精密丝杠车床。

滚珠丝杠副和滚珠丝杠的精度等级也分为六个等级。

（3）技术要求

对于丝杠的技术要求可分为如下几项：

①精度等级；

②表面粗糙度；

③单个螺距允差和定长上的累积允差；

④中径圆度允差；

⑤外径相等性允差；

⑥外径圆跳动允差；

⑦牙形半角允差；

⑧中、外、内径允差等项。

3、材料的选择

丝杠材料的选择是保证丝杠质量的关键，一般要求是：

(1) 具有优良的加工性能，磨削时不易产生裂纹，能得到良好的表面光洁度和较小的残余内应力，对刀具磨损作用较小。

(2) 抗拉极限强度一般不低于588MPa。

(3) 有良好的热处理工艺性，淬透性好，不易淬裂，组织均匀，热处理变形小，能获得较高的硬度，从而保证丝杠的耐磨性和尺寸的稳定性。

(4) 材料硬度均匀，金相组织符合标准。常用的材料有：不淬硬丝杠常用T10A, T12A及45等；淬硬丝杠常选用9Mn2V，CrWMn等。其中9Mn2V有较好的工艺性和稳定性，但淬透性差，常用于直径≤50mm的精密丝杠；CrWMn钢的优点是热处理后变形小，适用于制作高精度零件，但其容易开裂，磨削工艺性差。

丝杠的硬度越高越耐磨，但制造时不易磨削。

4、丝杠的加工工艺过程

不淬硬丝杠加工艺过程

图1所示为SM8625丝杠车床的丝杠。材料为T10A，精度为5级，其加工工艺过程见下表。

图1 SM8625丝杠车床的丝杠

淬硬丝杠加工工艺过程

图2所示为万能螺纹磨床的丝杠，材料为9Mn2V，精度为6级，其加工工艺过程见下表。图2 万能螺纹磨床的丝杠

表精密丝杠的工艺过程

5、丝杠加工的典型工艺过程

在丝杠的加工为了获得较高的精度，加.下工艺过程应考虑以下几点：

(1) 对外圆和螺纹可分多次加工，逐步减少切削量，从而逐步减少切削力和内应力，减少加工误差，提高加工精度。

(2) 每次粗加工外圆及粗加工螺纹后都要进行时效处理，以便消除内应力。丝杠的精度要求越高，时效处理的次数也越多。

(3) 每次时效处理后都要重新打中心孔或修磨中心孔，以修止时效处理时产生的变形；并除

去氧化皮等，使加工有可靠而精确的定位基面。

(4) 每次加工螺纹前，先加二L丝杠外圆(切削量很小)，然后以丝杠外圆和两端中心孔作为定位基面加丁:螺纹，逐步提高螺纹加工精度。

丝杠加工过程中校直和热处理工序，是保证丝杠精度，防止弯曲变形的关键工序。但是校直本身会产生内应力，这对精度要求较高的丝杠来说是不利的。因为内应力有逐渐消失的倾向，由于内应力的消失会引起丝杠的变形，这就影响了丝杠精度的保持。所以，对精度要求高、直径较大的精密丝杠，在加工过程中不较直，而是采用加大径向总余量和工序间余量的方法逐次切去弯曲变形，经多次时效处理和把工序划分的更细的方法来解决变形问题。

为避丝杠因自重引起弯曲变形，存放对应垂直放置，热处理时要在井式炉中进行。

一般不淬硬丝杠的螺纹经车削而成，而淬硬丝杠的螺纹在螺纹磨床上磨出螺纹。但对牙形半角大和大螺距、丝杠、螺纹的粗加工还是在淬硬前车削为好。

6、丝杠的热处理

首先要求对毛坯进行热处理，由于精密级和一普通级两类丝杠用料不同，它们的热处理方式也就不同。毛坯的热处理要求:(1)消除毛坯制造产生的内应力;(2)控制硬度以适应机械加.工的切削性能，一般切削硬度控制在HBS140~248之间为宜。

通常含碳量在0.25%~0.5%的中碳钢用正火，含碳量0.5%~0.8%的亚共析钢或共析钢用退火。对于含碳量在0.8%~1.2%的过共析钢，由于其组织中存在粗片状珠光体及网状渗碳体，硬度比较高，要采取球化退火热处理(球化退火是将毛坯加热到750~780℃后，以40~40℃/时的速度冷却至500~550℃，然后在空气中自然冷却)。

7、基面的选择

由于热处理使丝杠产生变形，而义不允许有冷直法校直，必须用切削方法纠止。如果仍采用原来的中心孔就会使加工余量过大。另外，中心孔本身也会有变形，因此对于不淬硬丝杠采用切去原中心孔，重新打中心孔(最后一次修正中心孔工序除外)的方法。在重新打中心孔之前，找出丝杠径向圆跳动量为最大的圆跳动量的一半的两点，而后用中心支架支撑在这两点上并按外圆找正，切去原米的中心孔，重新打中心孔，这样就可使总加工余量减少很多。对于淬硬丝杠只能采用每次研磨中心孔的方法进行修正。

加工丝杠时，理论上是以中心孔为主要基面，外圆为辅助基面。实际上，在加工螺纹时，外圆本身的圆柱度和圆度，跟刀套与丝杠的配合精度，跟刀套与两顶尖连线的同轴度都成为影响螺纹加工精度的因素。因此工艺过程应为:在热处理后先加工外圆，再加工螺纹，以加工后的外圆定位。这样，终磨时外圆精度要求也相应地提高。