精密接长丝杠制造工艺分析研究.pdf

精密制造与自动化 2017年第2期 48 精密接长丝杠制造工艺分析研究 毕文耀（上海机床厂有限公司 上海 200093）摘 要 在没有精密长螺纹磨床的情况下，要制造一根总长 6 700 mm 丝杠，只能采取短丝杠接长的工艺。由于精密接长丝杠的工艺复杂，包括设备、测量仪器、熟练的技术工人、拼接技师等。介绍了几种常见的接长丝杠形式，丝杠的加工和拼接过程，需要克服的难点。由于接长丝杠是由多个短丝杠拼接而成，所以拼接处的受力情况直接影响丝杠的长久精度，通过分析，采取措施加以克服。在加工过程中，注意设备的热平衡，使加工设备的精度始终保持稳定，同时环境温度也要恒定。关键词 螺纹磨床 长丝杠 工艺分析 精密丝杠是螺纹磨床的关键零件，丝杠的精度直接影响着被磨零件的精度，因此丝杠的制造便成了制造螺纹磨床的关键。而要制造出一台高精度的大型螺纹磨床，则先要解决长丝杠的制造问题。一般丝杠的加工长度不超过 4m，如果超过 4m 会考虑采用接长丝杠的工艺方法。由于精密接长丝杠的工艺复杂，目前只能单件小批制造。1 1 常见的几种丝杠接长形式常见的几种丝杠接长形式 图 1 所示是由若干段短丝杠组成长丝杠的拼接元件，这些丝杠通过拼接元件相互连接。在拼接元件上作有不同方向的螺纹，由专用扳手通过丝杠端孔，使连接轴紧固，接好后结合处用螺帽固紧。这时产生的轴向压力，可以防止接好的丝杠自松。图图 1 由由拼接拼接元件相互连接短丝杠元件相互连接短丝杠 图 2 所示是由拉紧元件连接轴把丝杠连接起来的，连接后再用销钉定位。图图 2 由拉紧元件连接丝杠由拉紧元件连接丝杠 图 3 所示是长丝杠车床的接长丝杠，结构是由不同螺距的接轴把两端丝杠锁牢。图图 3 长丝杠车床的接长丝杠长丝杠车床的接长丝杠 丝杠 接轴 垫圈 螺母 丝杠 支紧螺钉 连接轴 工艺与装备 丝杠 定位销 连接轴 万方数据 毕文耀 精密接长丝杠制造工艺分析研究 49 2 2 接长丝杠受力分析接长丝杠受力分析 接长丝杠是由两段以上单段丝杠用接轴连接而成，并保持连接处牢固，精度稳定不变的丝杠。从接长丝杠的结构可以看出，要把几段丝杠连接成一根长丝杠，在连接处必须加一定的压力，这个压力的大小，必须大于使用时，防止产生使接轴松掉的扭力，这样才能保证连接处精度不变。2.1 2.1 内力分析内力分析 如图 4 所示，在丝杠连接处主要有以下三种力：(1)接轴的拉力P1。(2)丝杠内螺纹与孔不同心产生扭力P2。(3)两丝杠差位产生的扭力P3。这三个力在接好的长丝杠中处在平衡状态，保持一个统一的整体。如果处理得稍有不当，就会造成连接处螺距超差或丝杠弯曲。上面三个力中，第一个力P1是要接牢丝杠必须的力，后面二个力P2、P3是加工中产生的副作用力，应尽量消除它。影响丝杠受力情况的主要是接轴拉力P1，它对丝杠接头处产生压缩变形。从图 4 可以看出，在丝杠接牢后，就在丝杠接头处产生大小相同，方向相反的作用力“F”和反作用力“F”，这两个力引起了丝杠 A 和B 的螺距变形，这变形量的大小可根据虎克定律弹性变形关系来理解，用下面公式表示为：=FLEf 式中为丝杠压缩变形量；F为丝杠所受的压缩力；E 为弹性系数；f 为丝杠横截面积；L 为丝杠压缩部分长度。从公式中可以近似地看到丝杠的变形关系1，丝杠压缩变形量与丝杠所受的力和受力部分长度成正比，与弹性系数和丝杠横截面积成反比。图图 4 丝杠连接处受力图丝杠连接处受力图 2.2 2.2 内力消除方法内力消除方法 由于拼接丝杠结构的特殊性，它受力后变形是不均匀的，所以并不能完全按照理论上的公式来计算。丝杠把它解剖后，可以看成是由中间的光杆和绕在它外面的弹簧组合体。如果把丝杠中间部分车去，剩下的就是一根弹簧，它的横截面是厚薄不均的螺旋面，这就是它受力后变形不均匀的主要原因。要使丝杠接长后，在接头处得到均匀的受力变形有两种办法：(1)在接长前把不完整牙去掉，并用研修端面和齿面的办法来达到接长丝杠的精度。这种方法的缺点是工艺性落后，加工时间长，效率很差，接出来的丝杠不美观，通常用在精度不高的机床，并且不适用于静压螺母。(2)接长前在丝杠端面预先加上一个预加压力，这个力大小正好等于连接丝杠端面所产生均匀变形的力，然后精磨，这样精磨后精度合格的丝杠，内部已保存了一定受载能力，保证接长时均匀变化，精度长久保持不变。这种方法适用于任何丝杠螺母副的传动，接出的丝杠精度高，美观，象一根直接加工出来的丝杠，看不出接头，适用于高精度机床，如精密大型螺纹磨床等，缺点是加工工艺要求高。3 3 接长丝杠加工接长丝杠加工 某大型精密螺纹磨床，其关键零件丝杠在长度、精度均有很高的要求。要制造出这样一台高精度螺纹磨床，首先要解决长丝杠的制造问题，见图 5 所示。丝杠总长 6700mm，分成 8 段拼接而成，每段长度 810mm。图图 5