如何抑制滚珠丝杠在加工中产生的变形
如何抑制滚珠丝杠在加工中产生的变形
在机械加工中，以长径比作为衡量轴类零件的刚度的指标，长径比是指轴类零件的长度与零件的直径的比。长径比≤12的轴叫刚性轴，刚性好；长径比≥12的叫柔性轴，刚性差。滚珠丝杠的长径比≤12—30，还比较好生产，滚珠丝杠的长径比在40—60之间，就比较难生产，而超长滚珠丝杠的长径比大多在60—100,因此刚性很差，加工中容易产生变形，生产难度很大。超长滚珠丝杠是一个难加工的零件，它的精度要求高，超长滚珠丝杠上有精度要求高的滚珠螺纹（齿型；螺纹的中径锥度、不圆度、径跳；螺纹的行程等要求都很高，都需要精密测量，如：光学仪器、千分尺、千分表、激光）滚珠螺纹还要进行淬火热处理；还有尺寸精度及圆度、径向跳动要求较高的轴径。超长滚珠丝杠又属于细长的轴类零件，刚性差（长径比大多在60—100或100以上），在加工过程中常常会发生裂纹、弯曲、螺纹长度变化等变形问题。因此，技术要求高与刚性很差是超长滚珠丝杠生产过程中的一对主要矛盾，下面就介绍这一对主要矛盾的两个方面。
1、超长滚珠丝杠的技术要求高：超长滚珠丝杠主要部分是滚珠螺纹，对滚珠螺纹的要求除硬度HRC58外，还有对在长度方向要求：2π长度内（即一个螺距内）、300长度内、螺纹全长内的行程误差，在径向也有要求，即要求滚珠螺纹部分的径向跳动小，不弯曲，还对螺纹中径的变动量有要求。超长滚珠丝杠的两端有安装轴径，它们是超长滚珠丝杠在使用时的安装支撑，因此对它们不仅本身的尺寸精度高（一般6级精度），还要求它们对滚珠螺纹部分的径向跳动也要小，这才能保证超长滚珠丝杠副的传动精度。
2、超长滚珠丝杠的刚性很差，这样在加工中容易产生变形：加工中的变形分三类：（1）受外力变形：如对滚珠丝杠副GQ10020×6000的桡度及长度变形计算，按简支梁计算丝杠中心线下垂17.312mm,丝杠伸长mm 0.124=Δ，按两固定端计算丝杠中心线下垂3.462mm，丝杠伸mm 0.005=Δ。在加工中丝杠伸长Δ与丝杠中心线的下垂都会影响行程精度，可见丝杠的安装方式对加工精度的影响很大。
（2）热变形：由于磨削热的影响，丝杠在加工中温度会升高，以滚珠丝杠副GQ10020×6000为例，丝杠的温度每升高2度，丝杠会伸长0.14mm，如果尾架顶尖仍顶紧丝杠而不能随丝杠伸长而缩进，丝杠就会受到约2900公斤的力，如果不采取措施，丝杠就可能会顶弯，反之如果尾架顶尖能随丝杠伸长而缩进,如果不采取措施，丝杠的这伸长0.14mm就会影响行程精度。
（3）残余应力变形：其产生原因分三类①丝杠在生产过程中由于外力的作用，如轧制园钢；运输保管；加工中的初车、校直、磨削等造成丝杠的弯曲等塑性变形，因此产生的内应力。②丝杠在生产过程中由于工艺的需要，先加热到高温，在高温时塑性好，热应力得到松弛而变小。后在冷却过程中，塑性变差，再由于冷却过程快，丝杠各部分冷却速度不均匀，丝杠表面冷却快，芯部冷却慢，表面受压应力，芯部受拉应力。这样产生的内应力叫热应力。③丝杠在热处理时，因为金相组织的转变而产生的内应力叫组织应力，如：由于马氏体的比容（单位重量的体积）比球状珠光体的比容大，丝杠在感应淬火时，芯部仍为球状珠光体，体积与长度没有要改变的趋势，而表层由球状珠光体转变为马氏体，有了体积变大，长度增加的趋势，这样使丝杠变长，同时，表层受芯部的约束，受压应力，反之芯部受拉应力。
凡在零件内部的各种内应力，统称残余应力，零件内部的一部分存在残余压应力，则零件内部的另一部分就存在残余拉应力，而且两者方向相反，数值相等，处于暂时的相对平衡状态。当残余应力过大，两者的数值超过材料的屈服强度，零件就会变形，甚至开裂。如：丝杠在磨削过程中产生部分淬硬层被磨去，特别是不对称均等的磨去，丝杠内部的残余应力相对平衡状态就被破坏，丝杠产生弯曲。又如：丝杠在磨削过程中由于磨削用量大，冷却不充分，局部温度过高，超过淬火温度，产生二次淬火，造成在晶体的界面处的残余应力相对平衡状态就被破坏，从而产生裂纹。
减少超长滚珠丝杠滚道磨削加工中变形的办法，提高超长滚珠丝杠刚性的安装方法，超长滚珠丝杠的加工时，其在机床上的安装方法主要有；顶尖—顶尖；卡盘—顶尖；卡盘—中心架。卡盘—中心架多用于超机床规格磨丝杠。为了提高超长滚珠丝杠安装刚性，上述三种办法都以丝杠外园为辅助基准，采用辅助加上中心架。但中心架使用的不当，会引起误差，严重时会产生超长滚珠丝杠的变形，因此，中心架使用要尽量遵守以下原则：
中心架的安装要与滚珠丝杠几何精度检验基准统一原则：按照滚珠丝杠副的国家标准（该标准等效于国际标准），滚珠丝杠几何精度检验是放在两个等高的V型铁上，V型铁各距滚珠螺纹的两端2倍节径的距离。因此要求最靠近滚珠螺纹的两端的中心架，安装时也尽量在距两端2倍节径的距离上。
中心架的安装要与滚珠丝杠行程精度检验基准统一原则：在丝杠动态检查仪上检验滚珠丝杠行程精度,丝杠的安装是用顶尖—顶尖，辅助加上中心架的安装形式，因此，中心架对丝杠的安装位置的距离，要记下来告诉检测中心，以便检验滚珠丝杠行程精度时，照以上位置放中心架。
为尽量提高丝杠的安装刚性，中心架的数量要尽可能多些，但过多数量的中心架，会增加辅助工时。一般中心架的数量按下述经验选择：公称直径≤φ80的丝杠，每700mm左右用一个中心架，φ80＜公称直径≤φ160，每1000mm左右用一个中心架的布置。并且为了调整方便，中心架的个数尽量用奇数。
中心架要尽量调整到头、尾架中心线上，还要尽量保证丝杠不变形：办法是以最靠近头架一段外园为基准，将丝杠上架中心架的各段外园及最靠近尾架一段外园的尺寸磨至同大,圆度要好，圆度在0.01左右，并且滚珠丝杠在头、尾架顶尖上旋转（不用中心架），各段外园的径向跳动要小，在0.02左右。再找正它们的上、侧母线在0.01左右。
丝杠与中心架支撑块的接触长度要达到1.5—2倍螺距；中心架调整好后，一定要将支撑块紧固，以免磨削过程中，支撑块的位置变动；磨削螺纹开始前，要记下各中心架之间丝杠的径向跳动值，作为磨削螺纹过程中，监测丝杠是否变形，中心架工作是否可靠的依据。
滚珠丝杠的上、侧母线找正好，丝杠被中心架托起后，特别是中间的中心架托起丝杠后，丝杠就会给头、尾架顶尖施力，（如对滚珠丝杠副GQ10020×6000，此力可达3吨）因此，中心架调整好后，要适当调整尾架手轮，避免丝杠被顶弯曲。但要注意，在松开中心架以前，要适当调整尾架手轮，保证丝杠不会掉下来。
在磨削过程中，操作者不能离开岗位，要细心观察火花，注意听磨削声音，并且要经常检查各个中心架之间丝杠的径向跳动值，把这些值与磨削前记下的各个中心架之间丝杠的径向跳动值比较，当发现径向跳动值变大，说明丝杠弯曲变形大，须及时调整尾架上的手轮，避免丝杠被顶弯曲。并做好交班记录，必要时要停止磨削，卸下丝杠，送校直、时效后再磨。
安排合适的工艺路线，选择适当的切削用量；超长滚珠丝杠的加工要分粗车、精车、淬火后粗磨、半精磨、精磨等多道工序加工，逐步提高超长滚珠丝杠的精度。在保证质量的前提下，选择适当的切削用量，避免由于切削用量过大，将丝杠顶弯，特别是要注意避免由于磨削用量过大，产生磨削裂纹。
要保证丝杠热处理的质量；保证热处理的质量，特别是保证淬火后的金相组织，这对消除裂纹特别重要。此外，超长滚珠丝杠的加工过程中，还安排多处热处理的低温时效处理和校直，这对减少丝杠残余应力和弯曲变形也很重要。
下一篇：滚珠丝杠的故障原因及维护方法
上一篇：如何安装滚珠丝杠及调节空隙的方法
扫一扫，关注我们