滚珠弧面蜗杆加工原理及探讨
毕业论文--蜗杆零件的加工工艺综合及专业夹具设计
目录摘要 (1)Abstract (2)0 文献综述 (3)0.1蜗杆传动简介 (3)0.2蜗杆传动特点 (3)0.3蜗杆传动类型 (3)1 引言 (3)1.1蜗杆轴类零件的功用与结构 (3)2 蜗杆轴类零件的技术要求 (4)2.1加工精度 (4)2.2表面粗糙度 (5)3 蜗杆轴类零件的材料和毛坯 (5)3.1蜗杆轴类零件的材料 (5)3.2蜗杆轴类零件的毛坯 (5)3.2.1 蜗杆轴加工的工艺分析 (6)4 蜗杆轴加工的工艺路线 (6)4.1基本加工路线 (6)4.2典型加工工艺路线 (7)4.3蜗杆轴的加工工艺过程 (8)4.3.1 外圆表面的加工方法和加工精度 (8)4.3.2 外圆表面的车削加工 (8)4.3.3 外圆表面的磨削加工 (10)4.3.4 外圆表面的光整加工 (12)4.3.5 蜗杆轴的加工工总结 (16)5 专用夹具的基本要求和设计步骤 (17)5.1对专用夹具的基本要求 (17)5.2专用夹具设计步骤 (18)5.3夹具体的设计 (18)5.3.1 对夹具体的要求 (18)5.3.2 夹具体毛坯的类型 (20)5.3.3 专用夹具设计示例 (20)5.4夹具总图上尺寸、公差和技术要求的标注 (22)5.4.1 夹具总图上应标注的尺寸和公差 (22)5.4.2 夹具总图上应标注的技术要求 (23)5.4.3 夹具总图上公差值的确定 (23)5.5工件在夹具上加工厂的精度分析 (24)5.5.1 影响加工精度的因素 (24)5.5.2 保证加工精度的条件 (26)mm孔的加工精度计算 (27)5.5.3 在钢套上钻55.6夹具的经济分析 (27)5.6.1 经济分析的原始数据 (27)5.6.2 经济分析的计算步骤 (28)5.6.3 经济分析举例 (28)6 结论 (31)参考文献 (32)附录 (33)致谢 (38)蜗杆零件工艺综合及专用夹具设计苏信高西南大学工程技术学院，重庆 400716摘要：本论文主要阐述蜗杆零件工艺的指设计方法和专用夹具的设计，蜗杆是只具有一个或几个螺旋齿，并且与蜗轮啮合而组成交错轴齿轮副的齿轮。
蜗杆轴零件的加工工艺
蜗杆轴的加工工艺一、概述1 蜗杆轴类零件的功用与结构蜗杆轴是组成机械的重要零件，也是机械加工中常见的典型零件之一。
它支撑着其它转动件回转并传递扭矩，同时又通过轴承与机器的机架连接。
蜗杆轴类零件是旋转零件，其长度大于直径，由外圆柱面、圆锥面、内孔、螺纹及相应端面所组成。
加工表面通常除了内外圆表面、圆锥面、螺纹、端面外，还有花键、键槽、横向孔、沟槽等。
根据功用和结构形状，蜗杆轴类有多种形式，如光轴、空心轴、半轴、阶梯轴、花键轴、偏心轴、曲轴、凸轮轴等。
如图1图1 蜗杆轴2 蜗杆轴类零件的技术要求2.1 加工精度1)尺寸精度蜗杆轴类零件的尺寸精度主要指轴的直径尺寸精度和轴长尺寸精度。
按使用要求，主要轴颈直径尺寸精度通常为IT6-IT9级，精密的轴颈也可达IT5级。
轴长尺寸通常规定为公称尺寸，对于阶梯轴的各台阶长度按使用要求可相应给定公差。
2)几何精度蜗杆轴类零件一般是用两个轴颈支撑在轴承上，这两个轴颈称为支撑轴颈，也是轴的装配基准。
除了尺寸精度外，一般还对支撑轴颈的几何精度（圆度、圆柱度）提出要求。
对于一般精度的轴颈，几何形状误差应限制在直径公差X围内，要求高时，应在零件图样上另行规定其允许的公差值。
3)相互位置精度蜗杆轴类零件中的配合轴颈（装配传动件的轴颈）相对于支撑轴颈间的同轴度是其相互位置精度的普遍要求。
通常普通精度的轴，配合精度对支撑轴颈的径向圆跳动一般为0.01-0.03mm，高精度轴为0.001-0.005mm。
此外，相互位置精度还有内外圆柱面的同轴度，轴向定位端面与轴心线的垂直度要求等。
2.2 表面粗糙度根据机械的精密程度，运转速度的高低，轴类零件表面粗糙度要求也不相同。
一般情况下，支撑轴颈的表面粗糙度Ra值为0.63-0.16 μm ；配合轴颈的表面粗糙度Ra值为2.5-0.63μm3 蜗杆轴类零件的材料和毛坯3.1蜗杆轴类零件的材料蜗杆轴类零件材料的选取，主要根据轴的强度、刚度、耐磨性以及制造工艺性而决定，力求经济合理。
滚珠丝杠的结构和原理
滚珠丝杠的结构和原理滚珠丝杠的结构和原理力为使用滚动丝杠副的1/3。
在省电方面很有帮助。
2、高精度的保证滚珠丝杠副是用日本制造的世界最高水平的机械设备连贯生产出来的，特别是在研削、组装、检查各工序的工厂环境方面,对温度、湿度进行了严格的控制，由于完善的品质管理体制使精度得以充分保证。
3、微进给可能滚珠丝杠副由于是利用滚珠运动,所以启动力矩极小,不会出现滑动运动那样的爬行现象,能保证实现精确的微进给。
4、无侧隙、刚性高滚珠丝杠副可以加予压,由于予压力可使轴向间隙达到负值,进而得到较高的刚性(滚珠丝杠内通过给滚珠加予压力,在实际用于机械装置等时,由于滚珠的斥力可使丝母部的刚性增强)。
5、高速进给可能滚珠丝杠由于运动效率高、发热小、所以可实现高速进给(运动)。
◎精度公差:P5 .P7 --编辑本段世界主要滚珠丝杠生产制造商德国博士·力士乐（BOSCH-REXROTH）滚珠丝杠，德国布里斯（BLIS）滚珠丝杠，德国A·曼内斯曼(A·MANNESMANN)滚珠丝杠，日本NSK滚珠丝杠、日本THK滚珠丝杠、日本黑田精工(KURODA)滚珠丝杠、南京工艺装备制造厂滚珠丝杠（商标“中国艺工”），汉江机床厂滚珠丝杠，台湾上银HIWIN滚珠丝杠、台湾ABBA滚珠丝杠、韩国SBC滚珠丝杠等。
编辑本段THK滚珠丝杠系列产品与应用超高DN值滚珠丝杠：高速工具机，高速综合加工中心机端盖式滚珠丝杠：快速搬运系统，一般产业机械，自动化机械高速化滚珠丝杠：CNC机械、精密工具机、产业机械、电子机械、高速化机械精密研磨级滚珠丝杠：CNC机械，精密工具机，产业机械，电子机械，输送机械，航天工业，其它天线使用的致动器、阀门开关装置等螺帽旋转式（R1）系列滚珠丝杠：半导体机械、产业用机器人、木工机、雷射加工机、搬送装置等轧制级滚珠丝杠：低摩擦、运转顺畅的优点，同时供货迅速且价格低廉重负荷滚珠丝杠：全电式射出成形机、冲压机、半导体制造装置、重负荷制动器、产业机械、锻压机械滚珠丝杠副故障诊断滚珠丝杠副故障大部分是由于运动质量下降、反向间隙过大、机械爬行、润滑序号故障现象故障原因排除方法1 加工件粗糙度值高导轨的润滑油不足够，致使溜板爬行加润滑油，排除润滑故障滚珠丝杠有局部拉毛或研损更换或修理丝杠丝杠轴承损坏，运动不平稳更换损坏轴承伺服电动机未调整好，增益过大调整伺服电动机控制系统2 反向误差大，加工精度不稳定丝杠轴联轴器锥套松动重新紧固并用百分表反复测试丝杠轴滑板配合压板过紧或过松重新调整或修研，用0.03mm塞尺不入为合格丝杠轴滑板配合楔铁过紧或重新调整或修研，使接触率达70％以过松上，用0.03mm赛尺不入为合格滚珠丝杠预紧力过紧或过松调整预紧力，检查轴向窜动值，使其误差不大于0.015mm滚珠丝杠螺母端面与结合面不垂直，结合过松修理、调整或加垫处理丝杠支座轴承预紧力过紧或过松修理调整滚珠丝杠制造误差大或轴向窜动用控制系统自动补偿能消除间隙，用仪器测量并调整丝杠窜动润滑油不足或没有调节至各导轨面均有润滑油其他机械干涉排除干涉部位3 滚珠丝杠在运转中转矩过大二滑板配合压板过紧或研损重新调整或修研压板，使0.04mm塞尺塞不入为合格滚珠丝杠螺母反向器损坏，滚珠丝杠卡死或轴端螺母预紧力过大修复或更换丝杠并精心调整丝杠研损更换伺服电动机与滚珠丝杠联接不同轴调整同轴度并紧固连接座无润滑油调整润滑油路超程开关失灵造成机械故障检查故障并排除伺服电动机过热报警检查故障并排除4 丝杠螺母润滑不良分油器是否分油检查定量分油器油管是否堵塞清除污物使油管畅通5 滚珠丝杠副噪声滚珠丝杠轴承压盖压合不良调整压盖，使其压紧轴承滚珠丝杠润滑不良检查分油器和油路，使润滑油充足滚珠产生破损更换滚珠电动机与丝杠联轴器松动拧紧联轴器锁紧螺钉What about Material and Heat-Treatment?(材料和热处理)The hardness of ball groove on the shaft largely influences life expectancy of a ball screw. In addition, the shaft must possess a strength required as a drive shaft.滚道的硬度大大影响丝杠的寿命。
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。
滚珠螺杆工作原理
滚珠螺杆工作原理滚珠螺杆（Ball Screw）是将滚珠把力传递到螺母的一种传动机构。
它的工作原理是利用滚球的滚动轮廓与螺杆的滚动轮廓性质，实现高精度、高效率的传动。
其优点是传动效率高、轮廓精度高、摩擦力小、能量损耗少、稳定性好，并且使用寿命长。
在现代机械制造业中得到了广泛应用。
一、滚珠螺杆的结构滚珠螺杆主要由螺纹轴、螺杆母、滚珠、保持器和端盖组成。
螺纹轴是一个左旋和右旋的螺杆，被称为有螺纹的轴心。
螺杆母是一种具有同轴度的圆柱体，中间开有螺孔，用于通过螺纹轴的转动与它结合。
滚珠是用来承载、传递力量和减少摩擦的小球体。
保持器是把滚珠按照一定方式固定在螺杆母内部的构件。
端盖是安装在滚珠螺杆的两端，防止滚珠脱落和进入灰尘、水分等。
滚珠螺杆的工作原理是利用滚珠的滚动和滑动特性，将转动运动转换成线性运动。
当有力在螺母上作用时，滚珠会顺着螺杆的螺纹轮廓向前滚动，从而带动螺母沿轴线方向移动。
因为滚珠的滚动摩擦力小，所以滚珠螺杆的转换效率高，可精准传输大量的力量和扭矩。
详细来说，当输入装置（如电机）带动螺纹轴转动时，螺纹轴带动滚珠一起向前滚动，由于滚珠的形状和螺杆池相同，所以在进入螺母后可以顺着螺杆陆廓滚动。
滚珠滚动时带动螺母向前移动，使线性运动完成。
由于滚珠的半径很小，所以在滚动时的接触面积也非常小，因此摩擦小、寿命长、精度高。
三、滚珠螺杆的分类和特点1. 根据进给方式进行分类（1）单螺杆滚珠螺杆单螺杆滚珠螺杆是最常见的一种滚珠螺杆。
它有一个螺纹蜗杆，一个螺杆母和几个滚珠。
由于它的结构简单、易于制造，成本较低，所以在一般传动系统中应用较广泛。
双螺杆滚珠螺杆由两个螺纹蜗杆、两个螺杆母和几个滚珠组成。
它的双螺旋结构使得传动更加平稳，且进给速度比单螺杆滚珠螺杆大。
外滚珠式滚珠螺杆的外壳设有几个板孔，将滚珠放入然后再将螺杆套入自由滚动的滚珠中。
其特点是传动功率大、传动效率高、寿命长、精度高、噪声小。
（2）内滚珠式滚珠螺杆内滚珠式滚珠螺杆是指滚珠放在螺杆内部，螺母将滚珠压在轨道上，保持其与螺杆的接触，实现传递动力的装置。
蜗杆传动工作原理
蜗杆传动工作原理蜗杆传动是一种常用的传动方式，它由蜗杆和蜗轮组成。
蜗杆是一种螺旋线形状的齿轮，蜗轮则是一种圆盘状的齿轮。
蜗杆传动主要通过蜗杆的螺旋线与蜗轮的齿轮咬合来传递动力。
蜗杆传动具有传动比大、传动平稳、噪音小等优点，因此广泛应用于各个领域。
蜗杆传动的工作原理如下：1.螺旋线齿形：蜗杆的齿形是螺旋线形状的。
螺旋线的角度越大，齿数越少，蜗杆传动的传动比就越大；反之，传动比较小。
螺旋线的螺距越大，传动效率就越高。
2.齿轮齿形：蜗轮的齿形是圆柱面的。
蜗轮的齿数越多，传动效率就越高。
蜗轮的齿数与蜗杆的螺旋线角度呈正比，与蜗杆的螺距呈反比。
3.咬合过程：当蜗杆转动时，蜗轮受到蜗杆螺旋线作用力的影响，开始进行旋转。
蜗轮的旋转产生的力会使蜗杆进行推动，从而实现动力传递。
4.传动比：传动比是指蜗轮转一圈，蜗杆转动的圈数。
传动比等于蜗轮的齿数除以蜗杆的齿数。
蜗杆传动具有以下几个特点：1.传动比大：蜗杆传动的传动比一般较大，通常为1:20至1:300之间。
这使得蜗杆传动适用于需要减速的场合。
2.传动平稳：由于螺杆的齿数较少，蜗杆传动的传动平稳，减小了机械设备的振动和冲击。
因此，蜗杆传动常被用于需要平稳传动的场合。
3.传动效率低：蜗杆传动的咬合面积较小，齿面摩擦力大，因此传动效率低。
一般情况下，蜗杆传动的传动效率约为30%至80%之间。
4.可逆性：蜗杆传动具有较好的不可逆性。
在停机状态下，蜗杆无法迅速被蜗轮带动，相反，蜗轮却可以被蜗杆带动。
5.噪音小：由于蜗杆传动的咬合面积小，齿面摩擦力小，因此产生的噪音也较小。
总结起来，蜗杆传动是一种通过螺旋线齿形的蜗杆和圆齿轮的蜗轮进行咬合来传递动力的传动方式。
它具有传动比大、传动平稳、噪音小等优点，因此被广泛应用于各个领域。
然而，由于传动效率较低，蜗杆传动常常需要与其他传动方式进行组合使用，以提高效率。
蜗杆加工方法
当 蜗 杆 的螺 旋 升 角 较 大 时 （ 其 是 多 头 蜗 杆 ） 其 加 工 难 尤 ，
收稿 日期 ：０ ０ ０ — ８ ２ １ － ７ ０
度 相 应 增 加 。如 将 车 刀 刃 放 于水 平 位 置 ， 并且 与蜗 杆 轴 线 在 同
１ ８
２１ ０ ０年第 ４期
Ｔ ＡＮ Ｉ Ｉ Ｊ Ｎ ＳＣｌ Ｃ Ｅ ＴＥ ＥＮ ＆ ＣＨＮＯ Ｌ ＯＧ Ｙ
力 大 ， 扎 刀 ： 削 用 量 低 ， 尖 易 磨 损 。 采 用 斜 向 进 刀 时 单 刃 易 切 刀 切 削 ， 削 用 量 较 高 ， 屑 顺 利 ， 削 力 小 ， 易 扎 刀 ， 牙 型 切 排 切 不 但 精 度 差 ， 杆 表 面 粗 糙 度 差 ， 工 作 刃 磨 损 大 。 采 用 轴 向 进 刀 蜗 非
杆 的加工 ； 削蜗杆也是蜗杆螺纹加 工的一种 重要 方法 ， 铣 并且 ２ 用螺纹切 头切 削蜗杆的方法广泛应用 于大批量流 水 采
生 产 中。
【 关奠词 】 大螺旋升 角 法 向车削 旋风铣 削法 螺纹切 头
１ 背 景
蜗 杆 传 动 是 在 空 间 交 错 的 两 轴 间传 递 运 动 和 动 力 的 一 种 传 动 ， 轴 间 的 夹 角 可 以 为 任 意 值 ， 用 的 为 ９ 。 。 蜗 ｔ－ 动 两 常 ０ Ｔ －传
图 １ 径 向进 刀
图 ２ 斜 向进 刀
图 ３ 轴 向进 刀
车 削 平 蜗 杆 的 进 刀 方 式 包 括 ： 向 进 刀 ， 图 １： 向 进 径 如 斜
刀 ， 图 ２： 向 进 刀 ， 图 ３ 如 轴 如 。采 用 径 向 进 刀 有 操 作 简 单 、 型 牙 精 度 较 高 的 优 点 ， 车 刀 所 有 刀 刃 同 时工 作 ， 屑 困难 ， 削 但 排 切 图 ７ Ｐ＞ １ 时 进 刀 ６
机械原理蜗杆传动
b)蜗杆法面齿形
c主要参数及几何尺寸
★中间平面（主平面）
——通过蜗杆轴线并垂 直 于蜗轮轴线的平面 ：
蜗杆的轴（x面）
蜗轮的端面（t面）
主要参数
1、模数m、压力角 α ★标准参数——∵中间平
面内→相当于齿轮齿条啮
合∴取中间平面的参数为
标准参数※
① 标准压力角 = 20
1、润滑油及其添加剂
为提高蜗杆传动的抗胶合性能，常采用黏度较大的矿物油、或在润滑油中加入适量 的添加剂，如抗氧化剂、抗磨剂、油性极压添加剂等。在表11-20中列出了蜗杆传动常用 的润滑油牌号。
2、润滑油粘度及给油方法
在表11-21中列出了不同滑动速度时推荐选用的润滑油运动粘度值，供设计时选用。
闭式蜗杆传动常用润滑方法主要有油池浸油润滑、循环喷油润滑等方式。具体选择可根 据蜗杆传动的滑动速度大小确定。若采用压力喷油润滑，应注意控制油压，并应使喷油 嘴对准蜗杆啮入端；蜗杆正反转时两边都要装喷油嘴。
⒉ 蜗杆轴刚度计算
影响蜗杆传动性能的弹性变形主要是蜗杆的挠曲变形。引起蜗杆产生挠取 变形的作用力主要有径向力Fr和圆周力Ft。在这两个力的作用下，蜗杆将在两 个方向上产生弹性变形。为简化计算，通常把蜗杆螺纹部分视为以蜗杆齿根圆 直径为直径的轴段。于是可得
y
yt21
yt22
l3 48EI
Ft21 Fr21 y
滑动轴承为 η3＝0.9７~0.9８
vs
v21
v1
cos
v1
d1n1
60 1000
mz1n1
60 1000
v2
d2n2
60 1000
mz2n2
60 1000
γ
（二）蜗杆传动的润滑