精密丝杆加工工艺设计

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1、精密丝杆加工工艺设计摘 要：随着工业技术的不断发展，制造工艺越来越被重视，特别是精密加工、超精密加工更是当今工业界及其重视的环节之一，零件的加工工艺直接影响了工业设备的精密程度，可以说没有完善紧密的加工工艺就不可能有精密的设备，零件精度和精密设备之间的精度关系可谓是差之毫厘谬以千里，精密丝杆的加工精度直接影响了机械传动等精度，所以精密丝杆的加工工艺设计至关重要，而丝杆加工工艺的每一个环节有直接影响到了丝杆的精度，所以丝杆加工的每一道工序都应该精心的设计，使之达到精度要求。本次设计涉及到了零件金工加工、材料热处理、精度测算等设计，从最大限度上保证了丝杆的精度达到预期目标。关键词：定位基准 工装

2、热处理 工艺过程 工序 精车 铣 精磨 钻 精度 检验1.设计任务书1.1 设计目的通过课程设计，综合运用所学基本理论以及在生产实习中学到的实践知识对精密丝杆进行工艺及结构设计的基本训练，掌握精密机械制造过程中的加工方法、加工装备等基本知识，提高学生分析和解决实际工程问题的能力，为毕业设计及今后从事科学研究、工程技术工作打下较坚实的基础。1.2 设计要求（1） 拟定精密丝杆加工工艺路线，并制定各工艺过程文件，制作各道工序的工艺卡片；（2） 加工余量和工序尺寸的确定；（3） 设计有关工装、夹具，并绘制工装夹具图。1.3 题目精密丝杆加工工艺设计测控技术与仪器课程设计21.4 设计要求1、 零件图

3、一张（A3） ；2、 毛坏图一张（A4） ；3、 编写设计说明书一份，相关图纸在说明书上要有体现。1.5 原始数据1、毛坯尺寸：=18.00mm，L=158.00mm2、工件尺寸=10.00mm，L=150.00mm，P=2.00mm，H 1=0.5P=1.00mm，D=10.00mm,D 1=7.50mm，D 2=9.00mm3、有效螺纹圈数：n=60，单头右旋螺纹。1.6 设计简图1.7 提交材料1、 零件图一张（A3） ；2、 毛坏图一张（A4） ；3、 设计说明书一份。测控技术与仪器课程设计32、总体方案设计2.1 丝杆牙型设计梯形螺纹基本牙型图中：D内螺纹大径d外螺纹大径D2内螺纹中

4、径d2外螺纹中径D1内螺纹小径d1外螺纹小径P螺距H原始三角形高度H1基本牙型高度其中：H=1.866P；H1=0.5P22 丝杆加工工艺过程设计粗磨外圆、半精车螺纹、铣键槽 去应力退火 粗车外圆及螺纹、倒角球化退火淬火、回火 粗磨外圆及螺纹 低温时效精磨外圆及螺纹下料及校直 切端面、打顶尖孔研磨两顶尖孔检验、储存测控技术与仪器课程设计43、工装设计3.1 夹具设计3.1.1 铣键槽专用夹具连杆夹紧机构连杆夹紧机构为专用的夹具，具有安装简单，使用方便等优点；安装工件的时候不需要其他的辅助工具，在实际生产中大大提高力生产效率。在进行工件安装时时配合 V 形槽和定位装置实现工件的完全定位，保证工件

5、的加工误差符合要求。3.1.2 车/磨专用夹具鸡心卡头鸡心卡头主要参数：D=28mmD1=16mmD2=8mml=24mmL=95mmd1=14mmd2=M8r=20mmr1=2mmr3=5mm测控技术与仪器课程设计5鸡心夹头是专用于车、磨等加工工序的专用夹具，它具有使用简单、体积小巧、流动安装等特点，可以跟随工件流动，实现一次装夹完成几道工序加工的功能，减少工件安装的次数，提高生产效率。3.2 工装方案设计3.2.1 工艺基准设计用两顶尖孔及大径。3.2.2 精车工装设计精车螺纹工装简图4、工艺路线设计4.1 下料及校直丝杆要求 5 级精度，材料为 9Mn2v 热轧圆钢，热处理要求硬度 HR

6、C561。9Mn2V 钢简介：9Mn2V 钢是一种综合力学性能比碳素工具钢好的低合金工具钢，它具有较高的硬度和耐测控技术与仪器课程设计6磨性。淬火时变形较小，淬透性很好。由于钢中含有一定量的钒，细化了晶粒，减小了钢的过热敏感性。同时碳化物较细小和分布均匀。9Mn2V 钢适于制造各种精密量具、样板，也用于一般要求的尺寸比较小的冲模及冷压模、雕刻模、落料模等，还可以做机床的丝杆等结构件。校直采用热校直法：用热校直时，先将毛坯加热至正火温度，保温4560min，然后使其滚入如右图所示的三个滚筒中进行热校直。丝杆毛坯在校直机中，一边完成奥氏体的向“珠光体+铁素体”的组织转变，一边进行校直，校直工作所产

7、生的内应力，由于此时的毛坯处于再结晶温度以上，会自然消除。这种方法操作简单，效率高，同时由于工件加热校直，达到正火的目的，减少了内应力，改善了切削性能。4.2 球化退火将工件加热到 Ac1+3050充分保温后缓冷，或者加热后冷却到略低于 Ac1的温度下保温,从而使珠光体中的渗碳体球状化的退火工艺。球化退火主要用于共析钢和过共析钢，目的在于降低硬度（229HBS） ，改善切削加工性能，并为后续热处理作组织准备。工艺参数将工件装入盐炉环境中，采用低温入炉随炉升温的极热方式，加热速度控制在 100/h200/h，加热至 Ac1 以下 100200，保温两小时后以 100/h200/h 的冷却速度冷却

8、至 710在保温 4h，随炉冷却至 500时直接在空气中缓慢冷却。具体处理方法如下图所示球化退火43 切端面1、 工装方法：三爪定心卡盘夹住毛坯外圆；2、 刀具选用：粗车时选用 YT15 牌号硬质合金钢用 45车刀；精车时选用 YT15牌号硬质合金钢 903、 走刀方式：由工件圆周向中心车削；4、 加工余量：粗车时 Z1=3mm，精车时 Z2=1mm，总加工余量 Z=Z1+Z2=4mm；5、 切削用量：粗车时加工质量要求不高因此在选取切削用量的时候，应优先选测控技术与仪器课程设计7取较大的背吃刀量，以减少吃刀次数，最好一次切去全部粗车余量，为提高生产率，粗车时进给量应大一些（0.31.2mm/

9、r） ，最后选用中等切削速度（1080m/min） ；精车时选取切削用量时，优先选用较高的切削速度（Vc100/min）在选择较小的进给量，最后根据工件尺寸确定背吃刀量。6、 表面粗糙度：要求 Ra 1.6m；7、 检测工具：粗糙度对比快。4.4 打顶尖孔丝杆一般都用顶尖孔定位，用带 A 型 60顶尖孔（如下图） 。顶尖孔的尺寸不宜过大，过大时工件与顶尖之间的相对线速度大，容易磨损，表面粗糙度变坏，影响定位精度，从而影响加工质量。对带有深孔的空心丝杆，最好不用其孔倒60角为顶尖孔，因为一方面孔较大，易磨损，表面质量被破坏，另一方面当壁较薄时容易变形，造成假接触现象。A 型 60优点：因为工件的

10、尺寸较小、重量也较轻，工装过程中工件径向受力较小，而且 A 型 60中心孔的接触面积比 90大，有效保证了定位精度。顶尖孔的质量十分重要，它对分螺距误差有较大影响，其表面粗糙度 Ra 值要求为 0.20.8m，并要求严格的接触面积，一般要达到 50%85%，研顶尖孔最好有专门的研顶尖孔机床。如果接触不好，有时还要在加工机床上进行研磨以保证良好的接触。工件加工时，一般多用整体硬质合金死顶尖，加二硫化钼润滑。定位基准顶尖孔和外圆十分重要，在每一次热处理后，都要修磨顶尖孔，才能加工螺纹。工艺参数（1） 工装方法：三爪定心卡盘夹住毛坯外圆；（2） 表面粗糙度：要求 Ra 0.8m；（3） 检测工具：粗

11、糙度对比快（4） 中心孔参数如右图。4.5 粗车外圆、小轴肩及倒两端倒角选用一般车床进行车加工，工件用两顶尖定位，由鸡心夹头带动工件旋转，外圆表面和小轴肩表面一次工装完成加工。工艺参数（1） 刀具：车外圆及轴肩用测控技术与仪器课程设计890刀，倒角用 45刀；（2） 外圆加工余量 Z1=2.5mm；（3） 切深不大于 0.3mm；（4） 各加工尺寸如图；（5） 测量工具：游标卡尺、粗糙度对比快。4.6 粗车螺纹直进法：直进法车削如图 8-57 所示。车螺纹时，螺纹车刀刀尖及右左两侧切削刃都直接参加切削工作。每次由中滑板作横向进给，随着螺纹深度的加深，背吃刀量相应减少，直至把螺纹车削完毕。这种车

12、削方式操作简便，车出的螺纹牙型准确，但由于车刀的两侧切削刃同时参加车削，排屑较困难，刀尖容易磨损，螺纹表面粗糙度值较大，当背吃刀量较大时容易产生“扎刀”现象，因此这种车削方法仅适用于螺距小于 3mm 或脆性材料的螺纹车削。高速车削：高速车削三角螺纹时，最好使用 YT15 牌号的硬质合金螺纹车刀，切削速度取 50100m/min。车削时，只能用直进法进刀，使切削垂直于轴线方向排出或卷成球状较理想。用硬质合金车刀高速车削螺距为 1.53mm、材料为碳钢或中碳合金钢的螺纹时，一般只要 35 次工作行程就可完成。横向进给时，开始背吃刀量大些，以后逐步减小，但最后一次不得小于 0.1mm。螺距 P=2m

13、m，总切入深度 h10.6P=1.2mm，背吃刀量的分配情况如下：第一次背吃刀量 a p1=0.55mm；第二次背吃刀量 a p2=0.35mm；第三次背吃刀量 a p3=0.20mm；第四次背吃刀量 a p4=0.10mm。工装中除了两顶尖定位，鸡心夹头带动工件旋转外，还应在刀架上增加一个随行扶套，以方式工件产生径向位移，影响加工精度，随行扶套与丝杆大径的间隙工件之间的距离应小于 0.02mm。4.7 去应力退火去应力退火是为了去除钢件内存在的残余应力，而无需发生显微组织的转变。加热温度通常选择在 Ac1 以下（Ac1-（100200） ，一般为 500650。消除钢件中的应力是在加热、保温

14、、和缓冷过程中完成的。1、 去应力退火工艺曲线见下图测控技术与仪器课程设计9去应力退火 2、 加热速度：200装炉，80/h；加热温度：550600；保温时间：1012 小时；冷却时间：炉冷至 200出炉（在 350以上冷却速度50/h） ；3、 去应力退火的温度，一般应比最后一次回火温度低 2030，以免降低硬度及力学性能。4.8 粗磨外圆及轴肩4.8.1 外圆磨削的形式粗磨外圆采用中心式外圆磨削，工件用两顶尖装夹，磨削时按其两中心孔所构成的中心轴线旋转，使外圆达到较高的加工精度。中心式外圆磨削使用的磨床有 M1432A、M1332、MMB1420 型等。磨削时，工件由夹头带动旋转 。4.8

15、.2 外圆磨削的方法纵向磨削法 纵向磨削法式最常用的磨削方法，磨削时，工作台作纵向往复进给，砂轮做周期性横向进给，工件的磨削余量要在多次往复行程中磨去。砂轮超越工件两端的长度一般为砂轮厚度的 1/31/2。如果太多，工件两端直径会背麽小。磨削轴肩旁外圆时，要细心调整工作台行程，当砂轮磨削至台肩一边时，要是工作台停留片刻，以防止产生锥度。为减小工件表面粗糙度值，可是当“光磨” ，即在不作横向进给的情况下，工作台作纵向往复运动。4.8.3 工艺参数（1） 加工余量：Z 2=0.7mm；（2） 深不大于 0.02mm，表面粗糙度 Ra0.2m，各外圆对中心的径向跳动为0.005mm，锥度、椭圆度 0

16、.005mm，工件加工完毕后送恒温室吊挂放置。测控技术与仪器课程设计104.9 半精车螺纹4.9.1 精车刀具螺纹精车刀具的质量至关重要，它对丝杆的加工质量影响很大。螺纹精车刀具应满足一下要求：1、 硬度高，耐磨性好，能长期保持刀具外形，一般 W18Cr4V 高速钢，硬度64HRC 以上，也有采用硬质合金钢的，如 YG6。2、 刀具前后表面粗糙度小，R0.040.16m。3、 刀口锋利，不会影响螺纹表面的加工质量。4.9.2 丝杆车床丝杆车床是用于丝杆的专用机床。加工的螺纹精度可达 6 级以上，表面粗糙度可达 Ra0.320.63m。丝杆采用 SC8630 型高精度丝杆车床进行精车加工。它由车身、主轴箱、刀架、尾架、经给挂轮和传动丝杆等部分组成。为减少传动误差，同一般机床相比取消了进给箱和溜板箱。刀架和主轴之间传动比用精