精密丝杆加工工艺设计

精密丝杆加工工艺设计说明书

设计任务书

设计题目

精密丝杆加工工艺设计 设计目标

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。

设计内容

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；

设计要求

1、 零件图一张（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。 4、数据：直径：15mm；

长度：300mm；

重复精度：0.05mm/100mm。

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目 录

1、设计简图 ................................................................ 4

1.1设计简图 ............................................................. 4 2、总体方案设计 ............................................................ 4

2.1丝杆牙型设计 ......................................................... 4 2．2丝杆加工工艺过程设计 ................................................ 5 3、工装设计 ................................................................ 5

3.1夹具设计 ............................................................. 5

2.1.1铣键槽专用夹具 ................................................. 5 3.1.2车/磨专用夹具 .................................................. 6 3.2工装方案设计 ......................................................... 7

3.2.1工艺基准设计 ................................................... 7 3.2.2精车工装设计 ................................................... 7

4、工艺路线设计 ............................................................ 7

4.1下料及校直 ........................................................... 7 4.2球化退火 ............................................................. 8

工艺参数 ............................................................. 8 4．3切端面 .............................................................. 8 4.4打顶尖孔 ............................................................. 9

工艺参数 ............................................................. 9 4.5粗车外圆、小轴肩及倒两端倒角 ......................................... 9

工艺参数 ............................................................. 9 4.6粗车螺纹 ............................................................ 10 4.7去应力退火 .......................................................... 10 4.8粗磨外圆及轴肩 ...................................................... 11

4.8.1外圆磨削的形式 ................................................ 11 4.8.2外圆磨削的方法 ................................................ 11 4.8.3工艺参数 ...................................................... 11 4.9半精车螺纹 .......................................................... 12

4.9.1精车刀具 ...................................................... 12 4.9.2丝杆车床 ...................................................... 12 4.9.3工艺参数 ...................................................... 12 4.10铣键槽 ............................................................. 12

工艺参数 ............................................................ 13 4.11淬火 ............................................................... 13

工艺参数： .......................................................... 13 4.12回火 ............................................................... 14

工艺参数 ............................................................ 14 4.13粗磨外圆 ........................................................... 14

外圆磨削的方法 ...................................................... 14 工艺参数 ............................................................ 14 4.14粗磨螺纹 ........................................................... 15 4.15低温时效 ........................................................... 15

工艺参数 ............................................................ 15

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4.16研磨两顶尖孔 ....................................................... 15 4.17精磨外圆 ........................................................... 15

高精度、小粗糙度磨削 ................................................ 15 工艺参数 ............................................................ 16 4.18精磨螺纹 ........................................................... 16 4.19丝杆的检验、储存 ................................................... 16 5、精密丝杆的加工精度分析 ................................................. 17

5、1车削螺纹精度分析 ................................................... 18

5.1.1螺距误差 ...................................................... 18 5.1.2牙型误差 ...................................................... 21 5.2磨削螺纹精度分析 .................................................... 21

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1、设计简图

1.1设计简图

2、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=0.5P

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2．2丝杆加工工艺过程设计

下料及校直 球化退火 切端面、打顶尖孔 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 淬火、回火 粗磨外圆及螺纹 低温时效 研磨两顶尖孔 检验、储存 精磨外圆及螺纹

3、工装设计

3.1夹具设计

2.1.1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，保证工件的加工误差符合要求。

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3.1.2车/磨专用夹具

鸡心卡头主要参数：D=28mm D1=16mm D2=8mm l=24mm L=95mm d1=14mm d2=M8 r=20mm r1=2mm r3=5mm

鸡心卡头

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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HRC561。

9Mn2V钢简介：

9Mn2V钢是一种综合力学性能比碳素工具

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钢好的低合金工具钢，它具有较高的硬度和耐磨性。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45～60min，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+30~50℃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℃/h～200℃/h，加热至Ac1以下100~200℃，保温两小时后以100℃/h～200℃/h的冷却速度冷却至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

4．3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90°

3、 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

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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（0.3～1.2mm/r），最后选用中等切削速度（10～80m/min）；精车时选取切削用量时，优先选用较高的切削速度（Vc≥100/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 1.6μm； 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0.2～0.8μm，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 0.8μm； （3） 检测工具：粗糙度对比快 （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90°

刀，倒角用45°刀；

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（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50～100m/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1.5～3mm、材料为碳钢或中碳合金钢的螺纹时，一般只要3～5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=2mm，总切入深度h1≈0.6P=1.2mm，背吃刀量的分配情况如下： 第一次背吃刀量 ap1=0.55mm； 第二次背吃刀量 ap2=0.35mm； 第三次背吃刀量 ap3=0.20mm； 第四次背吃刀量 ap4=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-（100~200）℃），一般为500~650℃。消除钢件中的应力是在加热、保温、和缓冷过程中完成的。 1、 去应力退火工艺曲线见下图

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去应力退火

2、 加热速度：≤200℃装炉，≤80℃/h；加热温度：550℃～600℃；保温时间：10～12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20～30℃，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。

4.8.2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1/3～1/2。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：Z2=0.7mm；

（2） 深不大于0.02mm，表面粗糙度Ra0.2μm，各外圆对中心的径向跳动为

0.005mm，锥度、椭圆度0.005mm，工件加工完毕后送恒温室吊挂放置。

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4.9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HRC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，R＜0.04～0.16μm。 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Ra0.32～0.63μm。

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密挂轮保证，刀架的横向切入和小刀架的移动均为手动。

丝杆车床之所以能保证高精度，主要是因为它具有以下特点： 1、 传动链短，传动元件的高精度。从主轴到丝杆只经过两队高精度挂轮的传动，传动沅江的数量减少到最小程度。降低了传动元件误差对传动精度的影响，提高了转动精度。

2、 传动丝杆的精度高，直径大，安装在床身量导轨之间。母丝杆直径大，与螺母间的接触应力小、磨损慢，可长时间保持精度。丝杆安装在两导轨间，刀架滑板不受倾倒力矩的作用，母丝杆与螺母的接触均匀。

3、 与普通卧式车床相比，丝杆车床的零部件制造精度和装配精度都有显著的提高。

4、 为了减少机床热变形对加工精度的影响，丝杆车床是在恒温车间内进行装配和调整的，机床的使用也是应在（20°±2°）C的恒温条件下。 5、 机床带有螺距校正装置。

4.9.3工艺参数

（1） 切深不大于0.03mm；

（2） 精车一次性车到丝杆小径ø=7.5mm，以后精车和精磨螺纹的时候只对螺

纹的凸缘进行磨削即可。

4.10铣键槽

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键槽铣刀：它有两个刀齿，圆柱面和端面都有切削刃，端面刃延至中心，既象立铣刀，又像钻头。用键槽铣刀铣削键槽时，先轴向进给达到槽深，然后沿键槽方向铣出键槽全长。由于切削力引起刀具和工件的变形，一次走刀铣出的键槽形状误差较大，槽底一般不是直角。为此，通常采用两步法铣削键槽，即先用小号铣刀粗加工出键槽，然后以逆铣方式精加工四周，可得到真正的直角。

键槽铣刀

工艺参数

（1） 铣刀直径d=3.0mm； （2） 工装夹具：连杆夹紧机

构、V形槽、定位销；

（3） 定位方式：工件完全定位； （4） 键槽参数如右图。

4.11淬火

真空加热至Ac1+（30~50）℃，冷却：常用的有全损耗系统用油L-A15、L-AN32、专用淬火油（如快速淬火油、光亮淬火油、分级淬火油、真空淬火油等）等。由于油在等温转变图鼻尖附近及鼻尖一下区域冷却能力均很小，因此，只能用于过冷奥氏体等温转变图靠右、过冷奥氏体稳定性较大的合金钢件的淬火。通常，油温控制在20~80℃。

工艺参数：

（1） 加热温度：780～810℃； （2） 加热时间：20～25min； （3） 保温时间：0.3～0.35min； （4） 冷却介质：油、硝盐、碱浴；

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（5） 淬后硬度：≥60（HRC）； （6） 检测工具：洛氏硬度计。

4.12回火

回火的作用在于：

1、提高组织稳定性，使工件在使用过程中不再发生组织转变，从而使工件几何尺寸和性能保持稳定。

2、消除内应力，以便改善工件的使用性能并稳定工件几何尺寸。 3、调整钢铁的力学性能以满足使用要求。

高温回火：工件在500℃以上进行回火。一般高温回火温度范围在500~650℃.所得组织为回火索氏体。其目的是为了获得强度、硬度、塑性、韧性都良好的综合力学性能。因此，习惯上将淬火后加高温回火两者相结合的复合人处理成为调制处理。

工艺参数

（1） （2） （3） （4） （5）

加热温度：130～170℃； 加热时间：20～25min； 保温时间：0.3～0.35min； 回火后硬度：≥60（HRC）； 检测工具：洛氏硬度计。

4.13粗磨外圆

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。

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1/3～1/2。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。

工艺参数

（1） 加工余量Z3=0.5mm；

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（2） 切深不大于0.02mm，表面粗糙度Ra0.2μm，各外圆对中心的径向跳动

为0.005mm，锥度、椭圆度0.005mm，工件加工完毕后送恒温室吊挂放置；

（3） 测量工具：游标卡尺。

4.14粗磨螺纹

（1） 专用磨具，砂轮粒度100～180，硬度R3～ZR1,磨切时切深小于0.03mm； （2） 精密磨削（Ra0.05～0.1μm）；

（3） 切深不大于0.02mm，表面粗糙度Ra0.2μm。

4.15低温时效

为了消除精密量具或模具、零件在长期使用中尺寸、形状发生变化，常在低温回火后（低温回火温度150～250℃）精加工前，把工件重新加热到100～-150℃，保持5～20小时，这种为稳定精密制件质量的处理，称为时效。对在低温或动载荷条件下的钢材构件进行时效处理，以消除残余应力，稳定钢材组织和尺寸，尤为重要。

工艺参数

（1） 加热温度：100～150℃； （2） 保温时间：5～20h。

4.16研磨两顶尖孔

加工过程中，工件就会被切削力推向一方，如距离a不变，中心孔的圆度就会直接反映到工件上去。由此可见，在主轴加工工艺过程中，适当地安排修研中心孔是非常重要的。在此我们采用以下方法对中心孔进行修研：

用中心孔磨床研修中心孔，使用立式磨床，立式磨床的特点是：工件由机床的顶尖、拨盘带动作回转运动。磨具作主切削运动、行星运动、往复运动三种方式的运动，这样就克服了由于砂轮各点线速度不同而产生的误差。加工出来的中心孔表面粗糙度达Ra0.1μm，圆度达0.8μm，接触面积75%。

4.17精磨外圆

高精度、小粗糙度磨削

高精度、小粗糙度磨削包括精密磨削（Ra0.05～0.1μm）、超精磨削（Ra0.012～0.025μm），和镜面磨削（Ra0.01μm以下），它可以代替研磨加工，

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提高生产效率和减轻劳动强度。磨削加工时，对磨床的精度和运动平稳性、环境条件、砂轮的选用和修整、切削液的选择和浇注方式等都有较高的要求。

切深不大于0.02mm，表面粗糙度Ra0.2μm，各外圆对中心的径向跳动为0.005mm，锥度、椭圆度0.005mm，工件加工完毕后送恒温室吊挂放置。

工艺参数

（1） 加工余量：Z3=0.3mm；

（2） 表面粗糙度：Ra0.2μm，5级精度； （3） 检测工具：粗糙度对比块。

（4） 砂轮粒度：150～180，硬度 ZR1～ZR2。

4.18精磨螺纹

精磨螺纹时为保证满足精度要求，采用高精度、小粗糙度磨削。

在恒温室内进行，室温20±1℃，磨前机床空运转2小时，砂轮粒度100～200，硬度R3～ZR1,磨切时切深小于0.03mm，工件转速3～4r/min，要求表面粗糙度Ra0.2μm，无烧伤、裂纹等缺陷，螺纹精度要求5级，加工完毕后清洗调防。

4.19丝杆的检验、储存

（1） 丝杆加工的检验项目

丝杠在加工过程中和加工完成后都要进行检验，一边发现问题及时采取措施，保证丝杆的加工质量。

测量不同精度的零件，应用不同精度的测量工具，关于测量工具的选择标准，一般以其测量的最大极限误差不得超过被测尺寸的尺寸公差1/5～1/10为标准；对精密度零件的几何参数，也可以适当放宽到1/3。

丝杆加工的总检项目有： 1）螺距误差； 2）螺距累计误差； 3）螺纹中径误差； 4）螺纹中径圆度误差； 5）牙型半角误差； 6）螺纹表面粗糙度； 7）装配基准的尺寸精度。 （2） 丝杆螺距的测量

对高精度5～6级的丝杆的螺距，多大还采用静态测量的方法。目前较先进的测量方法是丝杆螺距误差的动态测量法。

常用的测量方法有两种。一种是将被测丝杆螺距与标准螺距逐个进行比较，指示仪器的读书就是被测丝杆螺距相对标准螺距之差；另一种是将被测丝杆的螺距逐个累积与标准刻度（标准丝杆、基础刻线尺、磁尺、长光栅尺等）进行

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比较，指示仪的读数就是被测丝杆螺距的逐个累积值相对标准长度之差。两种测量方法的本质是完全相同的，后一种测量方法的单个螺距误差等于相邻两牙的累积误差之差。

检具标定对零的方法如下：先让检具体上的V形槽在标准丝杆的外圆柱面上，让固定测头和活动测头分别靠在两相邻同侧螺旋面上，然后转动千分尺表盘使指针对零。

以上叙述的测量方法都是静态测量方法，静态测量比较稳定，只要真确操作，仔细读数，并控制温差，就可以用来测量6级精度的丝杆。但这种测量方法有它自身的缺点：测量时间长，测量一根丝杆需要几个小时；静态测量方法是对静止丝杆所进行的单面断续测量，测量值反映不了丝杆螺旋线的全面情况。

要正确反映在运转条件下丝杆的螺旋线精度需对丝杆螺距误差作动态测量。 （3） 螺纹牙型半角的检验

普通丝杆的牙型半角一般可用样板检查。当用万能测角规进行检查时，测角规的刀口面要通过丝杆的中心线，精密丝杆的牙型半角可在工具显微镜上检验。 （4） 螺纹中径的检验

螺纹中径常用图5-27所示检具作相对测量。检验时，检具的V形块2置于被测丝杆3的大径上，千分表1的锥形测头压在被测丝杆的螺旋面上（测量前千分表指针可在标准丝杆上标定对零）。

千分表的读数就是螺纹中径的相对误差。螺纹中径还可用三针测量法作绝对测量：

p11sin）cot d中= M-d（ 0

222式中 d中——螺纹中径（mm）

d0——量针直径（mm）

d0=

p1

2cos2α——螺纹牙型角（°）； P——螺距（mm）；

M——用指示测量器具测出的针距尺寸（mm）。 （5） 表面裂纹检验

对丝杆进行裂纹检验时采用磁粉检验的方法。

5、精密丝杆的加工精度分析

精密丝杆中的主要加工表面是螺纹，其精度可以分为螺距、牙型、中径三方面。主要加工方法有车削和磨削。现就车削和磨削螺纹时的精度进行分析。

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5、1车削螺纹精度分析

5.1.1螺距误差

影响车削螺距误差的因素可以从机床几何精度和传动链精度、机床螺纹传动链调整误差和切削过程中的变形等几个方面进行分析。 （A）机床精度

a.传动链精度

车削螺纹的传动链包括从主轴经齿轮到母丝杆这一整个传动系统。 （a）机床工件主轴的精度

由于机床工件主轴的径向跳动和轴向窜动所引起的被加工丝杆的螺距误差，对于精密丝杆机床约为1.2μm左右。

径向（主轴）轴向（主轴）主轴 =，

22 径向（主轴）= 轴向（主轴）=式中径向（主轴）——机床主轴径向跳动间的关系如图4-1所示。

径向（主轴）tan2,

轴向（主轴）

所引起的螺距误差，两者之

径向（主轴）轴向（主轴）——机床主轴轴向窜动

轴向（主轴）所引起的螺距误差，两者是直接

关系，因此影响较大。

——螺纹牙形角。 （b）传动齿轮的精度

传动链中传动齿轮的制造误差和安装误差将影响螺距精度。传动齿轮中有固定齿轮组和交换齿轮组，制造误差和安装误差主要有齿轮周节累积误差、安装偏心和轴向窜动等。

周节（齿轮）偏心（齿轮）轴向（齿轮）齿轮 =

222式中周节（齿轮）——齿轮周节累积误差所引起的螺距误差，

偏心（齿轮）——齿轮安装偏心所引起的螺距误差， ——齿轮轴向窜动所引起的螺距误差。

轴向（齿轮）这三个误差可分别求出：

pFp•i周节（齿轮）πm•z①=

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上式是由于第i个传动齿轮油周节累积误差

Fp时所引起的螺距误差。

图4-1 机床共建主轴精度对螺距的影响

图4-2 传动齿轮误差对螺距误差的影响

公式中：p——工件的逻辑

m——传动齿轮中最终齿轮的模数， z——传动齿轮中最终齿轮的齿数，

i——传动齿轮中第i个齿轮至最终齿轮的传动比，即第i个吃了至机床母丝杆的传动比。

当第i个传动齿轮有周节累积误差时就会母丝杆的转角误差

i，

Fp

m•zi=2•i2Fp=m•z•i，

p2FpppFp•i••ii2周节（齿轮）π2πm•zπm•z == = pπ②偏心（齿轮）=2

i上式是由于第i个传动齿轮安装偏心i所引起的螺距误差。

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i2i•i4idi=2=d

p4i2pi••i•i偏心（齿轮）2πdπmz ==

式中

i——由于第i个齿轮安装偏心所引起的母丝杆转角误差；

i——第i个齿轮安装偏心，它所造成的在节圆上的周节累积误差为2i；

d——第i个齿轮的节圆直径。 ③轴向（齿轮）=

p1tan•••i轴向（齿轮）πmz

上公式是由于第i个传动齿轮油轴向窜动

轴向（齿轮）时引起的螺距误差。

公式中β——第i个齿轮的螺旋角。

从传动链的精度来看，最后一对传动齿轮中的从动轮精度影响最大，因为它将误差全部传给母丝杆，最后一对传动齿轮的传动比应尽可能小，不宜采用升速。因为传动链中的周期误差会在被加工丝杆的一转中出现多次，是误差放大。如图4-2所示螺纹车床传动链中，有四个传动齿轮a、b、c、d，最后一对传动齿轮的从动轮d，其精度影响最大，因为它将直接传给母丝杆。

为了提高传动链精度，在精密丝杆加工机床中的传动齿轮多用6级以上的高精度齿轮，最后一对齿轮的从动轮甚至用5级齿轮。齿轮的孔和轴的配合用

H6j5或H6h5，是配合间隙尽量小，以减少安装偏心。另一方面，尽量缩短

传动链，使主轴到母丝杆之间的传动件减少。所以，精密丝杆车床和磨床都是采用直接配换挂轮的结构来调整螺距，没有进给箱，甚至有的专用机床，是将母丝杆与主轴直接相连（图4-3）。

图4-3 主轴与母丝杆直接相连的专用丝杆机床

b.机床前后顶尖不同心

c.机床导轨精度

机床床身导轨的磨损和制造误差会使得刀架（车床）或工作台（磨床）倾斜，从而影响螺距精度。

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（B）机床螺纹传动链调整误差

当需要加工某一螺距时，用机床上的交换齿轮只得得到该螺距的近似值，这时将产生渐进性的螺距累计误差，是由于传动链的调整而引起的，是加工理论误差，不过这种误差一般都比较小。

（C）切削过程中的变形 a.切削过程中的受力变形 b.切削过程中的受热变形

5.1.2牙型误差

（A）切削刀具的轮廓本身不准确

刀具轮廓不准确将直接影响牙型精度。用棱柱型车刀和圆盘形车刀，刀具重磨次数多，容易保持刀具的轮廓准确，刀刃也简单。

（B）刀具的安装误差 （C）机床不准确

机床导轨在水平面使刀架倾斜产生z，或在垂直面使刀架下降产生z，都会影响牙型误差，造成机床导轨不准确的原因是由于制造精度或磨损。

（D）切削过程中的变形

5.2磨削螺纹精度分析

磨削螺纹精度分析与车削螺纹精度分析有许多相同之处，但有关刀具的一些误差在磨削时就是砂轮的一些误差，对于磨削螺纹精度，其主要的影响因素有：

A.机床的几何精度和传动精度

机床的几何精度中有砂轮主轴和工件主轴的回转精度、砂轮头架的移动精度、工作台的移动精度等。机床的传动精度中有母丝杆的精度、传动齿轮等传动链精度。它们会对螺纹的螺距、牙形和中径精度产生相应的影响，因此螺纹磨床的经典一般都比较高。

B.热变形

螺纹磨削中的热变形的影响十分突出，其热源主要是来自磨削热、相对运动元件的摩擦热（如轴与轴承、导轨、母丝杆与螺母等）、液压系统的油液和冷却润滑液等。

（A）为了减少砂轮主轴热变形对工件螺距精度的影响，通常是将机床在恒温室内空运转一段时间，使主轴轴承发热达热平衡后，再进行磨削。

(B)为了减少母丝杆与螺母摩擦热的影响，将母丝杆做成中空的，内通冷却液以保持恒温，也可以用静压丝杆或滚珠丝杆，或用温度校正尺。

(C)为了消除液压系统油温和冷却润滑液温度的影响，用一套专门的冷却系统使液压系统的油温和冷润液的温度保持一定，并将油箱放在机床外，不要用床身作油箱。

(D)为了使磨削时，工件各部分的温度一直，防止不均匀热变形的影响，将冷润液以淋浴的方式对整个工件全长进行冷却。

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