丝杆工艺规程.doc

“丝杆”零件的加工工艺规程

目录
一、零件的分析·····································1
1.1零件的作用·········································1
1.2零件的工艺分析·····································1
二、工艺规程设计···································2
2.1确定毛坯的制造形式·································2
2.2基面的选择·········································2
2.3制定工艺路线·······································2
2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定··············4
2.5确定切削用量及基本工时·····························5
参考文献·········································7

一、零件的分析

1.1零件的作用
丝杆：由细长的金属棒制造，表面光洁度很高，是用来将旋转运动转化为直线运动；或将直线运动转化为旋转运动的执行元件，并具有传动效率高，定位准确等特点。滑动丝杠螺母材料的选用原则可以基于温度条件，运行PV（压力-速度）值，抗磨寿命要求，使用环境，以及成本等因素，例如，可供选用的材料特性包括：从-50℃到+150℃的温度允许范围，高达60,000psi-fpm的可用PV值，可提供5千万英寸累计工作行程的反向间隙消除能力，免维护运行，以及可用于污染和恶劣环境等

1.2零件的工艺分析

图1-1 proe导出的丝杆零件图
1、丝杆的分类
机床丝杆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型具有效果高，传动性能好，精度高，加工方便等优点。滚动丝杠可分为滚珠丝杠和滚珠丝杠两大类。滚珠丝杠和滚珠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。其纹牙与标准梯形螺纹牙型相同。但牙型高于同规格标准螺纹1.5-2倍，目的在于获得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，成本高。
2、丝杆的结构特点及技术要求
丝杆是细而长的柔性轴，它的长径比往往很大，一般都在20-50左右，刚度很差。加上其结构形状比较复杂，有要求很高的螺纹表面，又有阶梯及沟槽，因此，在加工过程中，很容易产生变形。这是丝杆加工中影响精度的一个主要矛盾。主要技术要求：（1）尺寸精度 轴颈是轴类零件的主要表面，他影响轴的回转精度及工作状态。轴颈的直径精度根据其使用要求通常为IT6-IT9，精密轴颈可达IT5。（2）几何形状精度 轴颈的几何形状精度（圆度、圆柱度），一般应限制在直径公差点范围内。对几何形状精度要求较高时，可在零件图上另行规定其允许的公差。（3）位置精度 主要是指装配传动件的配合轴颈相对于装配轴承的支承轴颈的同轴度，通常是用配合轴颈对支承轴颈的径向圆跳动来表示的；根据使用要求，规定高度轴为0.001-0.005mm，而一般精度轴为0.01-0.03mm。此外还有内外圆柱面的同轴度和轴向定位端面与轴心线的垂直度要求等。（4）表面粗糙度 根据零件的表面工作部位的不同。可有不同的表面粗糙度值，例如普通机床主轴支承轴颈的表面粗糙度为Ra0.16-0.63um，配合轴颈的表面粗糙度为Ra0.63-2.5um，随着机器运转速度的增大和精密程度的提高，轴类零件表面粗糙度值要求也将越来越小。轴类零件的加工工艺因其用途、结构形状、技术要求、产量大小的不同而有差异。而轴的工艺规程编制时生产中最常遇到的工艺工作。轴类零件加工的主要问题：轴类零件加工的主要问题是如何保证各加工表面的尺寸精度、表面粗糙度和主要表面之间的相互位置精度。具体指标有：a、单个螺距允差； b、中经圆度允差；c、外径相等性允差； d、外径跳动允差； e、牙型半角允差；f、中经尺寸公差；g、外径尺寸公差； h、内径尺寸公差。
二、工艺规程设计
2.1确定毛坯的制造形式
2.1.1确定零件材料
丝杆材料的选择是保证丝杆质量的关键，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，从而保证丝杆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：不淬硬丝杆常用T10A，T12A及45等；淬硬丝杆常选用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的精密丝杆；CrWMn刚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。丝杆的硬度越高越耐磨，但制造时不易磨削。丝杆材料要有足够的强度，一保证传递一定的动力；应具有良好的热处理工艺性（淬透性好、热处理变形小、不易产生裂纹），并能获得较高的硬度、良好的耐磨性。丝杆螺母材料一般采用GCrl5、CrWMn、9CrSi、9MMn2v，热处理硬度为60-62HRC。整体淬火在热处理和磨削过程中变形较大，工艺性差，应尽可能采用表面硬化处理。上述丝杆材料为9MN2v热轧圆钢，调质硬度为250HRS，除螺纹外，其余高频淬硬60HRC。材料加工前须经过球化处理，并进行切试样检查。为了消除由于金相组织不稳定而引起的残余应力，安排了冰冷处理工序，使淬火后的残余奥氏体转变为马氏体。为了保证质量，毛坯热处理后进行磁性探伤，检查零件是否有微观裂纹。
2.1.2确定毛坯的制造方法
1、轴类零件的材料一般轴类零件常用45钢，根据不同的工作条件采用不同的热处理规范（如正火、调质、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。对中等精度而转速较高的轴类零件，可选用40Cr等合金钢。这类钢经调质和表面淬火处理后，具有较高的综合力学件能。精度较高的轴，有时还用轴承钢GCrls和弹簧钢65Mn等材料，它们通过调质和表面淬火处理后，具有更高耐磨性和耐疲劳性能。对于高转速、重载荷等条件下工作的轴，可选用20CrMnTi、20MnZB、20Cr等低碳含金钢或38CrMoAIA氮化钢。低碳合金钢经渗碳淬火处理后，具有很高的表面硬度、抗冲击韧性和心部强度，热处理变形却很小。2、轴类零件的毛坯轴类零件的毛坯最常用的是圆棒料和锻件，只有某些大型的、结构复杂的轴才采用铸件。因而结合题目给定车床丝杠零件的作用及工作要求，材料可选用45钢，也可用题中所给的Y40Mn（高硫中碳切削钢），毛坯应采用锻件，以保证机械性能。

2.2基面的选择
2.2.1粗基准的选择
因为φ9轴上的螺纹精度要求较高，所以先以φ9轴作为粗基准加工φ15轴及端面。
利用三角卡盘加紧φ9轴颈作为定位面以消除、z、、z四个自由度，再用一对顶尖压紧毛坯用以消除x、x两个自由度，达到完全定位。
2.2.2精基准的选择
轴颈：双顶尖孔
选择已加工的φ15轴作为精基准加工φ9轴和φ9轴上的螺纹及φ15轴上的φ2孔和φ1.5孔。
2.3制定工艺路线1．工艺路线方案一
毛坯（热处理）—校直—车端面打中心孔—外圆粗加工—校直热处理—重打中心孔（修正）—外圆半精加工—加工螺纹—校直、低温时效—修正中心孔—外圆、螺纹精加工。
工序1  毛坯（热处理） 
工序2  校直 
工序3 车端面打中心孔
工序4 外圆粗加工
工序5 校直热处理
工序6 重打中心孔（修正）
工序7 外圆半精加工
工序8  加工螺纹
工序9 校直、低温时效
工序10 修正中心孔
工序11 钻φ15轴颈螺纹孔
工序12 外圆、螺纹精加工
2．工艺路线方案二
工序1 锻造（弯曲度不超过5mm）
工序2 球面退火
工序3 车端面打中心孔
工序4 车外圆
工序5  粗车梯形螺纹槽
工序6  半精车外圆
工序7  粗磨外圆
工序8  车梯形螺纹
工序9  半精磨外圆
工序10  半精车螺纹
工序11  研磨外圆5 
工序12  终磨外圆
工序13 打φ15轴颈的孔
3．工艺方案的比较与分析
1、丝杠的校直及热处理：丝杠工艺除毛坯工序外，在粗加工及半精加工阶段，都安排了校直及热处理工序。校直的目的是为了减少工件的弯曲度，使机械加工余量均匀。时效热处理以消除工件的残余应力，保证工件加工精度的稳定性。一般情况下，需安排三次。一次是校直及高温时效，它安排在粗车外圆以后，还有两次是校直及低温时效，它们分别安排在螺纹的粗加工及半精加工以后。
2、定位基准面的加工：丝杠两端的中心孔是定位基准面，在安排工艺路线时，应一首先将它加工出来，中心孔的精度对加工质量有很大影响，丝杠多选用带有120。保护锥的中心孔。此外，在热处理后，最后精车螺纹以前，还应适当修整中心孔以保持其精度。丝杠加工的定位基准面除中心孔外，还要用丝杠外圆表面作为辅助基准面，以便在加工中采用跟刀架，增加刚度。
3、螺纹的粗、精加工粗车螺纹工序一般安排在精车外圆以后，半精车及精车螺纹工序则分别安排在粗磨及精磨外圆以后。不淬硬丝杜一般采用车削工艺，经多次加工，逐渐减少切削力和内应力；对于淬硬丝杠，则采用“先车后磨”或“全磨”两种不同的工艺。后者是从淬硬后的光杜上直接用单线或多线砂轮粗磨出螺纹，然后用单线砂轮精磨螺纹。
4、重钻中心孔：工件热处理后，会产生变形。其外圆面需要增加的加工余量，为减少其加工余量，而采用重钻中心孔的方法。在重钻中心孔之前，先找出工件上径向圆跳动为最大值的一半的两点，以这两点后作为定位基准面，用个端面的方法切去原来的中心孔，重新钻中心孔。当使用新的中心孔定位时，工件所必须切会的额外的加工余量将减少到原有值。由于该丝杠为单件生产，要求较高，故加工工艺过程严格按照工序划分阶段的原则，将整个工艺过程分为五个阶段：准备和预先热处理阶段(工序1—6)，粗加工阶段(工序7—13)，半精加工阶段(工序14—23)，精加工阶段(工序24—25)，终加工阶段(工序26—28)。为了消除残余应力，整个工艺过程安排了四次消除残余应力的热处理，并严格规定机械加工和热处理后不准冷校直，以防止产生残余应力。为了消除加工过程中的变形，每次加工后工件应垂直吊放，并采用留加工余量分层加工的方法，经过多道工序逐步消除加工过程中引起的变形。所以选择方案一为最佳方案。

2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定

2.5确定切削用量及基本工时
1、粗车外圆（1）确定背吃刀量粗车外圆，加工余量为2mm，一次走刀。Asp=2/2=1mm。（2）确定进给量 刀杆尺寸16 25，as3，工件直径为15mm，则f=0.5-0.7.由《简明手册》表4.2-3查取f=0.56mm。根据《切削用量简明手册》表1.11查取：VC=1.33（由182-199HBS、asp=2.5、f=0.56mm/r、车刀为YG硬质合金），由于实际车削过程使用条件的改变，查取切削速度修正系数：K=1.0，K=0.73，K=（190/HBS）1.25=1.0，KSV=0.85，Kkv=1.0.则VC=VC 60 V=VC K K K K KSV K=1.33 60 1.0 1.0 0.73 1.0 0.85 1.0=49.5 n=157.6r/min，按CA6140车床转速（《机械制造工艺设计简明手册》表4.2-2）选择与157.5r/min相近似的车床转速n=183r/min，则实际切削速度V=n/1000=3.14100183/1000=57.5m/min。综上，次工步的切削用量为：a=2.5mm，f=0.56,n=183r/min，V=57.5m/min。2、精车外圆 （1）确定背吃刀量 粗车外圆，加工余量为1.1mmm，一次走刀。Asp1.1/2=0.55mm。（2）确定进给量 刀杆尺寸16 25，as1.1，工件直径为15mm，则f0.2-0.4.由《简明手册》表4.2-3查取f=0.26mm。根据《切削用量简明手册》表1.11查取：VC=1.33（由182-199HBS、asp=2.5、f=0.26mm/r、车刀为YG硬合金），由于实际车削过程使用条件的改变，查取切削速度修正系数：K=1.0，K=0.73，K=（190/HBS）1.25=1.0，KSV=0.85，Kkv=1.0.则VC=VC 60 V=VC K K K K KSV K=1.33 60 1.0 1.0 0.73 1.0 0.85 1.0=49.5 n=157.6r/minCA6140车床转速（《机械制造工艺设计简明手册》表4.2-2）选择与157.5r/min相近似的车床转速n=183r/min，则实际切削速度V=n/1000=3.14100183/1000=57.5m/min。综上，次工步的切削用量为：a=2.5mm，f=0.56,n=183r/min，V=57.5m/min。按CA6140车床转速（《机械制造工艺设计简明手册》表4.2-2）选择与157.5r/min相近似的车床转速n=183r/min，则实际切削速度V=n/1000=3.14100183/1000=57.5m/min。综上，次工步的切削用量为：a=1.1mm，f=0.26,n=183r/min，V=57.5m/min。3.倒角切削用量：背吃刀量asp=0.5，手动进给，一次走刀。
2.5.1工序3：粗车四轴颈并倒角
2.5.2.3计算切削工时
机动工时为其中，进给路程，停顿时间，快速移动时间
则机动时间为
辅助时间为
数控机床来加工丝杆的部分程序
- 1 -

CA6140 数控车床
钢件毛坯：长77mm,d=16mm的圆柱45号刚。
O0001
T0101 G99;
M03 S500;
M08; G00 X16.2.Z2.;
G71 U2. R0.5;
G71 P10 Q20 U0.8 W0. F0.2;
N10 G00 X8.Z0.;
G01 X9.Z-2.;
G01 X9.Z-70.;
G00 X11.;
G00 X100.Z100.;
M30;
O0002
T0303 G99;
M03 S300;
G00 X11.Z2.;
G92 X8.5Z-69.F5;
X8.25;
X8.;
X7.75;
X7.5;
X7.25;
X7.;
X6.75;
X6.5;
X6.25;
X6.;
X5.75;
X5.5;
X5.25;
X5.3;
X5.2;
X5.15;
X5.1;
X5.05;
X5.0;
G00 X100.Z100.;
M30;

参考文献：
[1]、王先逵主编,机械制造工艺学(第2版),机械工业出版社,2011年.
[2]、吴拓主编,机械制造工艺与机床夹具课程设计指导（第二版），机械工业出版社,2009年.
[3]、侯德政主编，机械制造工艺课程设计指导书，北京理工大学出版社，2010年.
[4]、朱耀祥、浦林祥主编,现代夹具设计手册,机械工业出版社,2009年.
[5]、金属切削机床夹具设计手册.上海柴油机厂工艺设备研究所编,机械工业出版社，1987年.