工艺工序卡滚珠丝杆剖析
一目了然的滚珠丝杆的基础入门知识
一目了然的滚珠丝杆的基础入门知识滚珠丝杠的应用滚珠丝杠机构作为一种高精度的传动部件,大量应用在数控机床、自动化加工中心电子精密机械进给机构、伺服机械手、工业装配机器人、半导体生产设备、食品加工与包装、医疗设备等各种领域。
滚珠丝杠机构的结构如果将滚珠丝杠机构沿纵向剖开,可以看到它主要由丝杠、螺母、滚珠、滚珠回流管防尘等组成。
在图13-4中,各部分结构的作用如下:丝杠属于转动部件,是一种直线度非常高、上面加工有半圆形螺旋槽的螺纹轴,半圆形螺旋槽是滚珠滚动的滚道。
丝杠具有很高的硬度,通常在表面淬火后再进行磨削加工保证具有优良的耐磨性能。
丝杠一般与驱动部件连接在一起,丝杠的转动由电机直接或间接驱动。
既可以采用直联的方法,即将电机输出轴通过专用的弹性联轴器与丝杠相联传动比为1;也可以通过其他的传动环节使电机输出轴与丝杠相连,例如同步带、齿轮等(2) 螺母螺母是用来固定需要移动的负载的,其作用类似于直线导轨机构的滑块。
一般将所需要移动的各种负载(例如工作台、移动滑块)与螺母连接在一起,再在工作台或移动滑块上安装各种执行机构螺母内部加工有与丝杠类似的半圆形滚道,而且设计有供滚珠循环运动的回流管,螺母是滚珠丝杠机构的重要部件,滚珠丝杠机构的性能与质量很大程度上依赖于螺母。
(3)防尘片防尘片的作用为防止外部污染物进入螺母内部。
由于滚珠丝杠机构属于精密部件如果在使用时污染物(例如灰尘、碎屑、金属渣等)进入螺母,可能会使滚珠丝杠运动副严重磨损,降低机构的运动精度及使用寿命,甚至使丝杠或其他部件发生损坏,因此必须对丝杠螺母进行密封,防止污染物进入螺母4 滚珠在滚珠丝杠机构中,滚珠的作用与其在直线导轨、直线轴承中的作用是相同的,滚珠作为承载体的一部分,直接承受载荷,同时又作为中间传动元件,以滚动的方式传递运动。
由于以滚动方式运动,所以摩擦非常小。
(5) 油孔滚珠丝杠机构运行时需要良好的润滑,因此应定期加注润滑油或润滑脂。
机械系统设计 (滚珠丝杠)PPT课件
2 机械系统设计--机械传动装置滚珠丝杠副
双推—自由
1．轴向刚度低，与螺母位置有关； 2．双推端可预拉伸安装； 3．适宜中小载荷与低速，更适宜垂直安装，短丝杠。
固定可以用深沟球轴承和双向推力轴承组合或用圆锥滚子轴承
2 机械系统设计--机械传动装置滚珠丝杠副
(2) 轴承的组合安装支承示例
2 机械系统设计--机械传动装置滚珠丝杠副
2 机械系统设计--机械传动装置滚珠丝杠副
滚珠丝杠副的特点
传动效率高 运动平稳 工作寿命长 定位精度和重复定位精度高 同步性好 可靠性高 不能自锁 制造工艺复杂
2 机械系统设计--机械传动装置滚珠丝杠副
滚珠丝杠副的典型结构类型
从螺纹滚道的截面形状、滚珠的循环方式和消除轴 向间隙的调整方法进行区别。
1，产生的轴向位移（即间隙）为：
1 (
Z1
1 )np
Z2
其中：n为螺母同方向转过的齿数
p为丝杠的导程
例：若Z1=99，Z2=100，n=1, p=6mm 则d=0.6μm
2 机械系统设计--机械传动装置滚珠丝杠副
（3） 垫片调隙式
调整垫片厚度，使螺母产生轴向位移，该形式结构简单，调整较为 方便，应用广，但仅适用于一般精度机构。
滚珠丝杠在工作负载fn和转矩tnm共同作用下引起每个导程的变形量esie38001038机械系统设计机械传动装置滚珠丝杠副按最不利的情况即取ffm则丝杠在工作长度上的弹性变形所引起的导程误差为通常要求丝杠的导程误差应小于其传动精度的12即edpfgjeapf1075216045910206143800101310107521503机械系统设计机械传动装置滚珠丝杠副试设计一数控机床工作台进给用滚珠丝杠副
1．轴向刚度最高； 2．预拉伸安装时，须加载荷较小，轴承寿命较高 3．适宜高速、高刚度、高精度。
工艺工序卡滚珠丝杆
数控车床
YT15硬质合金刀，割槽刀，游标卡尺
8
车螺纹
双顶尖装夹，车一端螺纹M33х1.5-4g，调头，双顶尖装夹，车另一端螺纹M39х1.5-4g
金
数控车床
游标卡尺、螺纹刀
9
钻孔
钻孔，半精铰孔Φ10
金
Z5125
专用夹具Φ8钻头、Φ10铰刀
10
时效
使用300%低温烘箱,在140~160%,保温8-20h,出炉空冷
电阻炉
2h
2
然后680±10°回火，保温3-4h，空冷
电阻炉
3-4h
3
硬度在235-265HBS
布氏硬度计
4
检验变形量,要求不大于1.5mm/全长
滚轮托架、百分表
设计（日期）
校对（日期）
审核（日期）
标准化（日期）
会签（日期）
标记
处数
更改文件号
签字
日期
标记
处数
更改文件号
签字
日期
机械加工工序卡片
产品型号
工序号
工名序称
工 序 内 容
车间
工 段
设 备
工 艺 装 备
工 时
单件
准终
14
清洗检
清洗检验入库
洗
清洗机
百分表，游标卡尺，洛氏硬度计，
设 计（日 期）
校 对（日期）
审 核（日期）
标准化（日期）
会 签（日期）
标记
处数
更改文件号
签字
日期
标记
处数
更改文件号
签字
日期
机械加工工序卡片
机械加工工序卡片
产品型号
零件图号
滚珠丝杠的热处理工艺概述
滚珠丝杠的热处理工艺概述姚可夫，鲁思渊（清华大学机械工程系，北京，100084）摘要：随着机械制造业的发展，滚珠丝杠由于其所具有的小摩擦阻力和高的传动效率，逐渐取代了滑动丝杠，并被广泛应用于各种机械仪器的制造。
对于丝杠性能的获得，热处理工艺起到了关键作用。
本文概要介绍了滚珠丝杠的材料选择及热处理工艺，认为GCr15等轴承钢可作为滚珠丝杠的材料；滚珠丝杠一般须经球化退火等预先热处理，才能进行淬硬及低温回火。
滚珠丝杠的淬硬工艺是整个丝杠热处理的关键步骤，一般有渗碳淬硬、中频感应淬硬、浸液淬硬和激光表面淬硬等方法。
其中感应淬硬等表面淬硬工艺已广泛应用于丝杠的生产，而激光淬硬技术则由于其具有的耗时少，生产效率高等特点，有着很好的发展前景。
关键词：滚珠丝杠；热处理工艺；表面淬硬；Summaries of heat treatment procedure of steel ball screwYao Ke-fu，Lu Si-yuan（Department of Mechanical Engineering，Tsinghua University，Beijing 100084，China）Abstract: As the development of manufacturing industry, steel ball screw, which have the characteristic of little frictional resistance and high transmission efficiency, have gradually replaced the sliding lead screw. The properties of ball screw are mainly determined by the heat treatment procedure. This paper has summarized the steel type and heat treatment technical of steel ball screw, it shows that the proper steel type of ball screw is GCr15 steel, and some alloy tool steel such as 9Mn2V also can be chosen in manufacturing of ball screw. The pre-heat treatment is necessary before quenching, and as the crucial step, quenching technical mainly determined the mechanical properties and hardness of screw. Typical quenching technical contain carburizing quenching, medium frequency induction hardening, soaking liquid hardening, and laser transition hardening.Keywords: ball screw；heat-treatment technical；quenching technical；丝杠是由不同齿形的牙齿呈螺旋线围绕细长圆柱形轴心而构成的细长零件，它通过螺纹齿所形成的螺旋线传递等分精度与力距，从而实现回转运动与直线运动的相互转化。
加工中心滚珠丝杠的定位误差分析与对策研究
加工中心滚珠丝杠的定位误差分析与对策研究摘要：加工中心广泛用于加工复杂形状零件和孔系零件。
对于复杂形状零件的加工，主要是控制刀具相对工件的运动轨迹；对于孔系零件的加工，除了保证孔的加工精度外，还要保证相应的孔距达到加工要求。
不管是对运动轨迹的控制，还是对孔距的控制，都要求加工中心具有较高的定位精度。
而滚珠丝杠作为加工中心进给系统中重要的传动件，其自身产生的定位误差对加工中心定位精度的影响甚大。
基于此，本文主要对加工中心滚珠丝杠的定位误差与对策进行分析研究。
关键词：加工中心；滚珠丝杠；定位误差；对策研究1、滚珠丝杠定位误差产生的原因1.1滚珠丝杠制造时产生的定位误差该误差是指滚珠丝杠螺旋滚道的螺距误差，可用滚珠丝杠的行程精度来描述，包括：2π行程内允许行程变动量V2πp；300mm行程内允许行程变动量V300p；有效行程Lu内允许行程变动量Vup；目标行程公差ep；有效行程Lu内补偿值C；实际平均行程偏差esa。
如图1所示为滚珠丝杠行程精度的各项指标。
滚珠丝杠的精度等级不同，各项指标的值也不相同。
图1 滚珠丝杠的行程精度1.2滚珠丝杠螺母副组装和受载时产生的定位误差该误差的表现形式是丝杠与螺母之间的间隙。
该间隙是滚珠丝杠相对螺母无相对转动时，丝杠相对螺母的最大轴向窜动量。
该窜动量由滚珠丝杠螺副组装时产生的游隙和滚珠丝杠受轴向载荷作用而产生的拉压变形两部分组成。
1.3滚珠丝杠热伸长产生的定位误差滚珠丝杠工作时因发热使温度升高而产生的热膨胀将导致丝杠导程增大，将直接影响机床坐标轴的定位精度。
丝杠温升产生的热伸长ΔL可用式（1）计算：ΔL=αLΔT（1）式中：α为膨胀系数，取1.1×10-5/℃；L为丝杠长度；ΔT为丝杠与床身之间的温差，一般取2～3℃。
由式（1）可知，当丝杠长度L为一定时，温升ΔT与热伸长ΔL成正比。
1.4滚珠丝杠扭转变形产生的定位误差滚珠丝杠受扭矩作用引起的扭转变形量θ可按式（2）计算：式中，L0为丝杠的基本导程，mm。
滚珠丝杆介绍分析
定位精度的探讨
旋转扭矩的探讨
计算外部负荷引
驱动马达的探讨
起的摩擦扭矩 计算由滚珠丝杠的
预压产生的扭矩
安全设计、润滑防尘 计算加速时所
需要的扭矩
结束
第四章、滚珠丝杠的选型
第二节、高速水平搬送装置的选型例子
例：高速搬送装置（水平使用）
1、选择条件：
工作台质量：m1=60kg 行程长度：ls=1000mm 加速时间：t1=0.15s 每分钟往返次数：n=8min-1
2、容许转速
a) 丝杠轴的危险速度（N1）； b) DN值(N2)；
3、静态安全系数（fs） 4、滚珠丝杠的寿命
a) 额定寿命（总转数L） b) 工作时间寿命（Lh） c) 运行距离寿命（Ls）
① 滚珠丝杠的额定寿命是指，一批相同的滚珠丝杠在相同的条件下分别运行时，
其中90%不产生表面剥落（金属表面的鳞状片剥落）所能达到的总转数。
第二章、滚珠丝杠的基本参数
第一节、滚珠丝杠的主要尺寸参数…………………………14 第二节、滚珠丝杠计算中的基本参数………………………15
第三章、滚珠丝杠的精度
第一节、滚珠丝杠的导程精度………………………………16 第二节、影响滚珠丝杠精度的因素…………………………16
第四章、滚珠丝杠的选型
第一节、滚珠丝杠的选型流程………………………………17 第二节、高速水平搬送装置的选型例子……………………19
第五章滚珠丝杠的维护
第一章、滚珠丝杠的分类
第一节、滚珠丝杠的分类
1、按钢球的循环方式分：弯管式、循环器式、端盖式大导 程螺母；
2、按预压方法分类：（1）：定位预压方式 a：双螺母方式 b：变位预压方式
（2）：定压预压方式
滚珠丝杠的加工工艺
滚珠丝杠的加工工艺滚珠丝杠是工具机和精密机械上最常使用的传动元件，其主要功能是将旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转换成轴向反复作用力，同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点。
由于具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。
滚珠丝杠的特点：1、摩擦损失小、传动效率高，2、精度高，3、高速进给和微进给可能，4、轴向刚度高，5、不能自锁、具有传动的可逆性。
丝杆分为磨削滚珠丝杠和冷轧滚珠丝杠，以下只介绍磨削滚珠丝杠的加工工艺。
磨削滚珠丝杠的加工工艺路线：毛坯下料—球化退火—粗车外圆，螺纹—半精车外圆，螺纹—铣键槽—热处理淬火—粗磨外圆，螺纹—精磨外圆，螺纹—检验入库。
下面就详细的介绍一下加工磨削滚珠丝杠的工艺路线。
（1）毛坯下料：就是根据工件所需的尺寸从整批材料上截取下与工件尺寸相符的材料的操作过程。
（2）球化退火：使钢中碳化物球化而进行的退火，得到在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物的组织。
球化退火的目的在于降低硬度，改善切削加工性能，并未后续热处理作组织准备。
（3）粗车外圆，螺纹：可选择普通车床和数控车床进行加工，大批量生产选择数控车床较经济，车螺纹选择直进法，所谓的直进法就是在加工过程中对刀具的Z轴（轴向方向）不进行改变，分次进给（直径方向），来完成螺纹的切削，此方法简单易操作，车出来的螺纹牙型准确。
一般粗车之后留有2-3mm，（4）半精车外圆，螺纹：使磨削滚珠丝杠的尺寸更接近图纸尺寸，并且精度的得到提高，一般半精车之后留有0.3mm的余量，为了后来的磨削加工，提高磨削滚珠丝杠的精度。
（5）热处理淬火：中频淬火，通过淬火使滚珠丝杠表面得到较高的硬度，提高滚珠丝杠的耐磨性和使用寿命，滚珠丝杠常采用的材料为40CrMo钢和GCr15钢，就如GCr15钢淬透性好，可满足中频淬火硬化层要求，其中频淬火的关键问题是解决淬火变形。
（6）粗磨外圆，螺纹：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，使外圆达到较高的精度要求。
滚珠丝杠图解
• 滚珠丝杠:
• 是丝杠轴与丝母间以钢球为滚动体,将回转运动转变为直线运 动的机械元件。可以将直线运动转变为回转运动,也可以将回转 运动转化为直线运动。
压板 固定压板用螺钉
垫片
弹簧卡 密封圈
钢球 丝母A
丝杠
弯管 丝母B
固定键用螺钉 键
• 钢球在丝母与丝杠间的沟道中边自转滚动边向前滚动，通过循环机构做 无限循环运动。 • 因为滚珠丝杠是滚动运动，与滑动丝杠相比效率较高，所以回转运动转 化为直线运动、直线运动转化为回转运动效率可达到88%~96%。另经磨削加 工的精密滚珠丝杠，因为是精密加工，可以达到微米级的进给精度。
滚珠丝杠副的工作原理
回转
运动
直线
滑动 滚动 滑动
滚动
滑动型轴承 回转型轴承 滑动直线运动
ＴＨＫ ＬＭ ＳＹＳＴＥＭ
回转和直线
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
工艺装备
主轴转速
切削速度
进给量
切削深度
进给次数
工步工时
r/min
m/min
mm/r
mm
机动
辅助
1
球化退火800°（+/-10°）保温4~6h
电阻炉
2
保温结束,以≤30%/h速度缓慢降温至(720±10°),保温6~8h
电阻炉
3
保温结束,随炉冷却至500%以下,将工件出炉空冷
电阻炉
4
退火后应进行质量检验要求在179~207HBS
设 计（日 期）
校 对（日期）
审 核（日期）
标准化（日期）
会 签（日期）
处数
更改文件号
签字
日期
标记
处数
更改文件号
签字
日期
机械加工工艺过程卡片
产品型号
零件图号
产品名称
滚珠丝杆
零件名称
滚珠丝杆
共
2
页
第
2
页
材 料 牌 号
9Mn2V
毛 坯 种 类
冷轧型钢
毛坯外形尺寸
Φ70x1717mm
每 台 件 数
1
备 注
工序号
工名序称
工 序 内 容
车间
工 段
设 备
工 艺 装 备
工 时
单件
准终
14
清洗检
清洗检验入库
洗
清洗机
百分表，游标卡尺，洛氏硬度计，
设 计（日 期）
校 对（日期）
审 核（日期）
标准化（日期）
会 签（日期）
标记
处数
更改文件号
签字
日期
标记
处数
更改文件号
签字
日期
机械加工工序卡片
机械加工工序卡片
产品型号
零件图号
2
热
球化退火800°（+/-10°）
热
电阻炉
变形量,要求不大于1.5mm/全长滚轮托架、百分表
10~14h
3
粗车
三爪卡盘夹持工件，车端面见平，钻中心孔，用尾架顶尖顶住，粗车Φ45、Φ35、及螺纹段三个台阶，直径、长度均留余量2mm
金
CA6140
游标卡尺，90°外圆车刀，钻头
4
粗车
调头，三爪卡盘夹持工件另一端，车端面保证总长1715mm，钻中心孔，用尾架顶尖顶住，粗车另外五个台阶，直径、长度均留余量2mm
热
低温烘箱、塞尺
变形量≤0.1mm/全长;检测工具:检测平台
8~20h
11
钳
修研两端中心孔
CA6140
钻头
12
磨
磨外圆Φ35，并用砂轮端面靠磨台Φ60两端面。调头，磨外圆Φ35，磨Φ30和Φ35槽台阶面。
金
M1432A
顶尖装夹，游标卡尺，砂轮
13
磨
粗精磨滚珠丝杆
金
丝杆磨床
游标卡尺，BN-S20氮化硼刀具
机械加工工艺过程卡片
机械加工工艺过程卡片
产品型号
零件图号
产品名称
滚珠丝杆
零件名称
滚珠丝杆
共
2
页
第
1
页
材 料 牌 号
9Mn2V
毛 坯 种 类
冷轧型钢
毛坯外形尺寸
Φ70x1717mm
每 台 件 数
1
备 注
工序号
工名序称
工 序 内 容
车间
工 段
设 备
工 艺 装 备
工 时
单件
准终
1
毛坡
型钢毛坯Φ70x1717mm
金
CA6140
游标卡尺，90°外圆车刀，钻头
5
调质
调质处理250HBW
热
电阻炉滚轮托架、百分表
检验变形量,要求不大于1.5mm/全长
3~4h
6
钳
修研两端中心孔
CA6140
钻头
7
半精车
车Φ35直径上留余量0.5mm、加工螺纹段二个台阶至尺寸要求，车槽三个,倒角五个，
车Φ35台阶及φ60外圆端面直径上留余量0.5mm,车槽两个,倒角三个锥面一个
450
80
1
2
1
，
设计（日期）
校对（日期）
审核（日期）
标准化（日期）
会签（日期）
标记
处数
更改文件号
签字
日期
标记
处数
更改文件号
签字
日期
机械加工工序卡片
产品型号
零件图号
产品名称
滚珠丝杆
零件名称
滚珠丝杆
共（13）页
第（4）页
车间
工序号
工序名称
材料牌号
热
5
调质处理
9Mn2V
毛坯种类
毛坯外形尺寸
每毛坯可制件数
布氏硬度计
5
全长变形量≤1.5mm
滚轮托架、百分表
设计（日期）
校对（日期）
审核（日期）
标准化（日期）
会签（日期）
标记
处数
更改文件号
签字
日期
标记
处数
更改文件号
签字
日期
机加工工序卡片
产品型号
零件图号
产品名称
滚珠丝杆
零件名称
滚珠丝杆
共（13）页
第（2）页
车间
工序号
工序名称
材料牌号
金
3
粗车
9Mn2V
毛坯种类
1
夹具编号
夹具名称
切削液
专用家具
工位器具编号
工位器具名称
工序工时(分)
准终
单件
工步号
工步内容
工艺装备
主轴转速
切削速度
进给量
切削深度
进给次数
工步工时
r/min
m/min
mm/r
mm
机动
辅助
1
调头，三爪卡盘夹持工件另一端，车端面保证总长1715mm
478
110
0.7
2
1
2
，钻中心孔
450
80
1
2
1
3பைடு நூலகம்
用尾架顶尖顶住，粗车另外五个台阶，直径、长度均留余量2mm
产品名称
滚珠丝杆
零件名称
滚珠丝杆
共（13）页
第（1）页
车间
工序号
工序名称
材料牌号
热
2
热处理
9Mn2V
毛坯种类
毛坯外形尺寸
每毛坯可制件数
每台件数
冷轧型钢
Φ70x1717mm
1
1
设备名称
设备型号
设备编号
同时加工件数
电阻炉
1
夹具编号
夹具名称
切削液
专用家具
工位器具编号
工位器具名称
工序工时(分)
准终
单件
工步号
毛坯外形尺寸
每毛坯可制件数
每台件数
冷轧型钢
Φ70x1717mm
1
1
设备名称
设备型号
设备编号
同时加工件数
普通车床
CA6140
1
夹具编号
夹具名称
切削液
专用家具（顶尖装夹）
工位器具编号
工位器具名称
工序工时(分)
准终
单件
工步号
工步内容
工艺装备
主轴转速
切削速度
进给量
切削深度
进给次数
工步工时
r/min
m/min
mm/r
mm
机动
辅助
1
三爪卡盘夹持工件，车端面见平
90°外圆车刀
478
110
0.7
2
1
2
钻中心孔
钻头
450
80
1
2
1
3
用尾架顶尖顶住，粗车Φ45、Φ35、及螺纹段三个台阶，直径、长度均留余量2mm
游标卡尺，90°外圆车刀
450
80
1
2
1
设计（日期）
校对（日期）
审核（日期）
标准化（日期）
会签（日期）
标记
金
数控车床
YT15硬质合金刀，割槽刀，游标卡尺
8
车螺纹
双顶尖装夹，车一端螺纹M33х1.5-4g，调头，双顶尖装夹，车另一端螺纹M39х1.5-4g
金
数控车床
游标卡尺、螺纹刀
9
钻孔
钻孔，半精铰孔Φ10
金
Z5125
专用夹具Φ8钻头、Φ10铰刀
10
时效
使用300%低温烘箱,在140~160%,保温8-20h,出炉空冷
处数
更改文件号
签字
日期
标记
处数
更改文件号
签字
日期
机械加工工序卡片
产品型号
零件图号
产品名称
滚珠丝杆
零件名称
滚珠丝杆
共（13）页
第（3）页
车间
工序号
工序名称
材料牌号
热
4
粗车
9Mn2V
毛坯种类
毛坯外形尺寸
每毛坯可制件数
每台件数
冷轧型钢
Φ70x1717mm
1
1
设备名称
设备型号
设备编号
同时加工件数
车床
Ck6140
每台件数
冷轧型钢
Φ70x1717mm
1
1
设备名称
设备型号
设备编号
同时加工件数
电阻炉
1