CN110757258A - 一种丝杆螺母的内螺旋滚道的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车刹车系统用丝杆螺母的内螺旋滚道的加工方法，包括以下步骤：根据内螺旋滚道的几何尺寸和形貌修整砂轮轮廓和调整进刀的轨迹，对工件进行磨削，得到具有内螺旋滚道几何形貌的丝杆螺母；再对制得的丝杆螺母进行清洗，以去除残留的磨屑和抛光液；最后采用具有振动机构和磨料流进出通道的装置连接清洗干净的丝杆螺母，使磨料流流经螺旋滚道，磨料流流经螺旋滚道的同时振动机构对装置施加振动。本方法不仅避免了只采用磨削的加工工艺易造成对表面烧伤的问题，还将丝杆螺母内的螺旋滚道的加工分为两个相对独立的步骤，彼此衔接配合，加工效率高。

Description

一种丝杆螺母的内螺旋滚道的加工方法

技术领域

本发明属于高效磨削和超精密抛光加工领域，尤其是涉及一种丝杆螺母的内螺旋滚道的加工方法。

背景技术

随着我们产业发展，各种具有内腔结构的零件在航空、航天、武器、医疗等行业中得到越来越广泛的应用。对于具有尺寸精度和形状精度要求的内腔结构，由于加工空间等的限制，在保证产生加工质量稳定性的前提下，很难实现高效、超精密的加工。比如丝杆螺母内表面的螺旋式滚道为了保证装配后的运动精度和使用寿命，其形状尺寸精度要求非常高，而且对滚道表面的粗糙度也有很高的要求。

磨削加工是实现高精度光滑表面的常用加工方法。通过选用不同粒度的砂轮可以达到不同的表面粗糙度要求。通过将砂轮修整成一定的形状，可以实现成形磨削加工。通过采用超硬砂轮，比如金刚石砂轮或立方氮化硼（CBN）砂轮，可以对超硬难加工材料进行加工。高速、超高速磨削加工技术是一种高效加工技术，其通过提高砂轮转速和砂轮直径，使磨削区的线速度达到上百米每秒。高的砂轮线速度意味着单颗磨粒的等效去除深度降低，磨削热随切屑快速去除，而且对于硬脆材料来说，高的变形速率会引起材料的脆塑转变，从而实现难加工材料的高效低损伤加工。

抛光加工是指利用机械、化学或电化学的作用，使工件表面粗糙度降低，以获得光亮、平整表面的加工方法。是利用抛光工具和磨料颗粒或其他抛光介质对工件表面进行的精密加工。但是由于抛光加工时的材料去除率非常低，所以加工效率非常低。

磨料流加工技术是以磨料介质(掺有磨粒的一种可流动的混合物)在压力下流过工件所需加工的表面，进行去毛刺、除飞边、磨圆角，以减少工件表面的波纹度和粗糙度的一种加工方法。其加工过程的材料去除速率取决于以下因素：磨料介质的流速、磨料的粘度、磨料颗粒尺寸、磨料浓度、磨料颗粒硬度和工件硬度等因素相关。

由于丝杆螺母类型的高精度半开放式螺旋滚道的空间限制，所以现有的通过提高砂轮直径来提升磨削区线速度的高速、超高速磨削加工技术难以应用于此。目前对于丝杆螺母类型的高精度半开放式螺旋滚道的加工方法是采用小尺寸成形砂轮进行磨削加工。而且为了保证磨削加工后的表面粗糙度达到要求，砂轮粒度号选择较小，在避免磨削烧伤的情况下，磨削去除量非常小，所以加工效率非常低。该丝杆螺母尤其应用于汽车的刹车系统中，市场需求大。

发明内容

本发明的目的是提供一种丝杆螺母的内螺旋滚道的加工方法，尤其是一种小尺寸高精度内螺旋滚道的加工方法。

本发明的技术方案如下：

一种内螺旋滚道的高效加工方法，包括以下步骤：

步骤1、根据内螺旋滚道的几何尺寸和形貌修整砂轮轮廓和调整进刀的轨迹，对工件进行磨削，在保证磨削表面不烧伤的前提下，尽可能的提高材料的去除率，得到具有内螺旋滚道几何形貌的丝杆螺母；

步骤2、对制得的丝杆螺母进行清洗，以去除残留的磨屑和抛光液；

步骤3、采用具有振动机构和磨料流进出通道的装置连接清洗干净的丝杆螺母，使磨料流流经螺旋滚道，磨料流流经螺旋滚道的同时振动机构对装置施加振动，从而提升磨料流的去除效率。

进一步的，所述步骤1所采用的砂轮为超硬砂轮。

进一步的，所述步骤1所采用的砂轮主轴为超高速电主轴。

进一步的，所述步骤2所采用的清洗方式为超声清洗。

进一步的，所述步骤3所采用的磨料流施加方式为高压、双向流动。

进一步的，所述步骤3所采用的磨料流为磁流体，通过施加外界磁场来改变去除效率。

进一步的，所述步骤3所采用的磨料流根据加工材料来添加一定的化学试剂，通过加强化学反应来提升去除效率和去除质量。

进一步的，所述磁流体还添加化学试剂，通过化学反应来提升去除效率和去除质量。

进一步的，所述磁流体添加化学试剂为电解抛光液，通过电化学反应来提升去除效率和去除质量。

进一步的，所述步骤3所施加的振动为超声振动。

进一步的，所述步骤3中通过调整振动频率和幅值来改变抛光效率和抛光质量。

本发明具有如下有益效果：

1.采用粗磨，不仅减少了磨削加工的工艺步骤，同时提升了材料去除率。尤其是通过采用超硬砂轮可以有效减少砂轮的更换次数、对刀次数等，节约了加工辅助时间。

2.采用磨料流与超声相结合的抛光方法，不仅可以保证加工质量的一致性、长期加工的稳定性，还可以实现单工位多工件同时装夹，从而有效减小了单个工件的加工时间。

3.与单独的精密磨削加工工艺分相比，本发明申请更有效发挥了磨床的加工潜力，提升了设备的运用效率。

4.采用磨料流与超声相结合的抛光方法，可以有效去除磨削引起的表面烧伤、表面粘附、表面残余应力或亚表面损伤的缺席，从而可以提升产品使用寿命。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：

图1是实施例一步骤一中具有初步内螺旋滚道形貌的丝杆螺母的结构示意图；

图2是实施例一中针对单个丝杆螺母进行内螺旋滚道抛光的装置的结构示意图；

图3是实施例一中部分构件的结构示意图及中心杆与丝杆螺母配合形成打磨管道的结构示意图；

图4是实施例二中针对多个丝杆螺母进行内螺旋滚道抛光的装置的拆解的结构示意图；

图5是图3中顶盖的结构示意图；

图6是图3中底座的结构示意图；

图7是图2中中心杆及中心杆与丝杆螺母配合形成打磨管道的结构示意图；

图8是实施例二中针对多个丝杆螺母进行内螺旋滚道抛光的装置的结构示意图；

图9是实施例二中F夹子的结构示意图，该F夹子设有夹紧结构，该F夹子可直接夹持顶盖和底座，中心杆、丝杆螺母、顶盖和底座在所述F夹子夹持下配合连接形成一整体结构。

具体实施方式

本发明公开了先通过采用较大粒度和大气孔的砂轮进行成形磨削，达到尺寸精度和形状精度要求后；采用磨料流和超声结合进行内螺旋滚道的抛光。本发明磨削过程磨削去除量大，磨料流和超声结合对磨削表面进行精细处理，不仅避免了只采用磨削的加工工艺易造成对表面烧伤的问题，还将丝杆螺母的内螺旋滚道的加工分为两个相对独立的步骤，彼此衔接配合，加工效率高。下面结合实施例一至四，对本发明做进一步地说明：

【实施例一】

步骤1、根据内螺旋滚道的几何尺寸和形貌修整砂轮轮廓和调整进刀的轨迹，对工件进行磨削，得到具有内螺旋滚道几何形貌的丝杆螺母，所述具有初步内螺旋滚道形貌的丝杆螺母结构如图1所示。

步骤2、对制得的丝杆螺母进行清洗，以去除残留的磨屑和抛光液。

步骤3、采用对单个丝杆螺母进行内螺旋滚道抛光的装置，对丝杆螺母进行连接后，使磨料流流经螺旋滚道，磨料流流经螺旋滚道的同时振动机构对装置施加振动。该抛光的装置如图2和图3所示，包括：一个圆柱形中心杆2，所述中心杆2外径与丝杆螺母1的内径一致，所述中心杆2的轴向长度大于所述丝杆螺母1的轴向长度；所述中心杆2设置于所述丝杆螺母1的内孔之中，从而所述中心杆2的部分外表面与所述螺旋滚道形成一仅两端开口的打磨管道；底座3，对应所述打磨管道端头的位置，设有供磨料进出的第二磨料进出口；顶盖4，对应所述打磨管道端头的位置，设有供磨料进出的第一磨料进出口；连接机构，将所述中心杆2、所述丝杆螺母1、所述底座3和所述顶盖4连接固定，以至于将所述第二磨料进出口、所述第一磨料进出口分别与所述打磨管道两端开口连通；振动机构9，与所述底座3连接，带动所述底座3、所述中心杆2和所述顶盖4及所述丝杆螺母1高频振动，从而使磨料流流经所述打磨管道时，所述磨料流与所述丝杆螺母内螺旋滚道进行充分摩擦，本实施例中，所述第二磨料进出口为一与外界管道连通的圆形凹槽；所述第一磨料进出口为一与外界管道连通的圆形凹槽，圆形凹槽的形貌保证了只要按照上述位置安装，所述第二磨料进出口和所述第一磨料进出口就可以连通所述打磨管道；采用激振器作为振动机构9。所述连接机构包括：在所述中心杆2轴向一端的第一连接体，在所述中心杆2轴向另一端的第二连接体；所述底座3上与所述第一连接体相配合的第一连接配合体；所述第一连接体和所述第一连接配合体相配合将所述中心杆2与所述底座3连接；与所述第二连接体相配合的第二连接配合体；所述第二连接体和所述第二连接配合体进一步配合使所述顶盖4和所述底座3夹紧所述丝杆螺母1。

具体的，所述第一连接体为所述中心杆2轴向一端凸起的第一螺栓；

所述第二连接体为所述中心杆2轴向另一端凸起的第二螺栓；

所述第一连接配合体为所述底座3上的螺孔；

所述第二连接配合体为螺母；

所述顶盖4设有供所述第二螺栓穿出的孔；所述螺母位于所述顶盖4外部，通过所述螺母和所述第二螺栓的配合使所述顶盖4与所述底座3夹紧所述丝杆螺母1；

本实施例中，设置一橡胶垫圈振动机构于所述中心杆2与所述顶盖4之间用于密封所述磨料流，防止该磨料流由所述顶盖4上的孔与所述第二螺栓之间的缝隙渗漏，设置一铜制涂层在所述底座3上。

连接好上述装置，以高压、双向流动的磨料流进行抛光，在抛光过程中，对工件施加振动来提升磨料流的去除效率。

【实施例二】

步骤1、根据内螺旋滚道的几何尺寸和形貌修整砂轮轮廓和调整进刀的轨迹，对工件进行磨削，得到具有内螺旋滚道几何形貌的丝杆螺母。

步骤2、对制得的丝杆螺母进行清洗，以去除残留的磨屑和抛光液。

步骤3、采用对多个丝杆螺母同时进行内螺旋滚道抛光的装置，对丝杆螺母进行连接后，使磨料流流经螺旋滚道，磨料流流经螺旋滚道的同时振动机构对装置施加振动。如图4-8所示，该装置包括：中心杆20设置于丝杆螺母10的内孔之中，所述中心杆20与所述丝杆螺母10一一对应，从而所述中心杆20的部分外表面与所述螺旋滚道形成一仅两端开口的打磨管道；顶盖40，套设在多个所述中心杆20的顶部上，所述顶盖40设有与每个所述打磨管道连通的多个第一磨料进出口；底座30，位于所述中心杆20的下方，所述底座30设有与每个所述打磨管道连通的多个第二磨料进出口；所述顶盖40、所述中心杆20、所述丝杆螺母10以及顶盖之间用以配合连接形成一整体结构；振动机构8，与所述底座30连接，用以对所述整体结构进行高频振动，从而使磨料流流经所述打磨管道时，所述磨料流与所述丝杆螺母内螺旋滚道进行充分摩擦。本实施例中，对25个所述丝杆螺母10同时进行抛光，采用超声振源作为振动机构8。

采用夹持机构夹持所述顶盖40和所述底座30上从而简单快捷的实现多个所述丝杆螺母10的安装和固定。本实施例中的夹持机构为F夹子，图9给出该F夹子的结构示意图，夹持所述顶盖40和所述底座30上从而简单快捷的实现多个所述丝杆螺母10的安装和固定，为了防止抛光过程中所述中心杆20因震动而撞击其他部件引起损伤，将每个所述中心杆20的一端均与所述底座30相连接，如实施例一中，所述固定结构采用螺栓和螺孔结构，在所述中心杆20轴向一端的第三连接体与所述底座30上的第三连接配合体将所述中心杆20与所述底座30连接，本实施例中，所述第三连接体为螺栓，所述第三连接配合体为与作为第三连接体的螺栓形貌适配的螺孔。

如图6所示，本实施例中，所述底座30由下流道盖板302和下流道板303组成；

所述下流道盖板302设置25个直径与所述中心杆20直径一致的圆柱形的凸台3024，所述凸台3024的轴心位置设有螺孔作为第三连接配合体；

对应所述凸台3024的位置，所述下流道板303设有第一圆孔3031，所述第一圆孔的直径大于所述中心杆20的直径且小于所述丝杆螺母10的外直径，以至于所述第一圆孔3031与所述中心杆20之间形成与所述打磨管道连通的第一圆环；

所述下流道板303下表层设有第一凹槽3033，所述第一凹槽3033与所述第一圆孔3031连通，对应所述第一凹槽3033的位置，所述下流道盖板302上设有贯穿其板体的第一孔道306，所述第一孔道306用于连接磨料流的进出管道，所述下流道盖板302通过胶水黏贴于所述下流道板303的下表面上，从而所述下流道盖板302的上表面与所述第一凹槽3033形成一管道，该管道连通所述第一圆孔3031及所述第一孔道306。

如图5所示，本实施例中，所述顶盖40由上流道板402和上流道盖板404组成；

对应所述中心杆20的位置，所述上流道盖板404设置25个用于容置所述中心杆20轴向另一端的圆柱形的凹台4042；

对应所述凹台4042的位置，所述上流道板402设有第二圆孔4022，所述第二圆孔4022的直径大于所述中心杆20的直径且小于所述丝杆螺母10的外直径，以至于所述第二圆孔4022与所述中心杆20之间形成与所述打磨管道连通的第二圆环；

所述上流道板402上表层设有第二凹槽4024，所述第二凹槽4024与所述第二圆孔4022连通，对应所述第二凹槽4024的位置，所述上流道盖板404上设有贯穿其板体的第二孔道406，所述第二孔道406用于连接磨料流的进出管道，所述上流道盖板404通过胶水黏贴于所述上流道板402的上表面上，从而所述上流道盖板404的上表面与第二凹槽4024同样形成一管道，该管道连通所述第二孔道406和所述第二圆环从而形成所述第二磨料进出口。

优化底座和顶盖的结构，保证磨料流从第一磨料进出口或第二磨料进出口到达各打磨管道入口的距离一致，从而保证各零件的去除效率一致性。具体如下：

所述凸台3024的圆心均位于所述下流道板303板体上多个正方形单元格子的顶点上；

所述第一圆孔3031与所述凸台3024同轴心设置，所述第一凹槽3033为十字形且将相邻的四个所述第一圆孔十字形连接，所述第一凹槽3033的十字形交叉点与其连接的四个所述第一圆孔的距离均一致，所述第一孔道306对应第一凹槽3033的十字形交叉点处设置。

所述第二圆孔4022与所述凹台4042同轴心设置；

所述第二凹槽4024为十字形且将相邻的四个所述第二圆孔十字形连接，所述第二凹槽4024的十字形交叉点与其连接的四个所述第二圆孔的距离均一致，所述第二孔道406对应第二凹槽4024的十字形交叉点处设置。

考虑到此装置的重量，为了增加稳定性，所述底座30的下表面可设有4个弹性支撑体，4个弹性支撑体均匀分布，且弹性支撑所述底座30，在进行抛光时，弹性支撑体还可以减轻激振器的驱动力，本实施例中，所述弹性体为弹簧。

【实施例三】

步骤1和步骤2均与实施例一相同。

步骤3与实施例一不同处为：1.磨料流为磁流体。2.通过向抛光的装置施加磁场，从而进一步控制磁流体对内螺旋滚道进行抛光。

【实施例四】

步骤1和2步骤均与实施例二相同。

步骤3与实施例二不同处为：1.磨料流为磁流体，且在磁流体添加电解抛光液。2.在抛光过程中，还通过向添加电解抛光液的磁流体施加在5V电压10A/dm^2电流密度进行电解抛光，负极选为铜。

上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种丝杆螺母的内螺旋滚道的加工方法，包括以下步骤：

步骤1、根据内螺旋滚道的几何尺寸和形貌修整砂轮轮廓和调整进刀的轨迹，对工件进行磨削，得到具有内螺旋滚道几何形貌的丝杆螺母；

步骤2、对制得的丝杆螺母进行清洗，以去除残留的磨屑和抛光液；

步骤3、采用具有振动机构和磨料流进出通道的装置连接清洗干净的丝杆螺母，使磨料流流经螺旋滚道，磨料流流经螺旋滚道的同时振动机构对装置施加振动，从而提升磨料流的去除效率。

2.根据权利要求1所述的丝杆螺母的内螺旋滚道的加工方法，其特征在于：所述步骤1中的砂轮为超硬砂轮。

3.根据权利要求1所述的丝杆螺母的内螺旋滚道的加工方法，其特征在于：所述步骤1中的砂轮主轴为超高速电主轴。

4.根据权利要求1所述的丝杆螺母的内螺旋滚道的加工方法，其特征在于：所述步骤2中的清洗方式为超声清洗。

5.根据权利要求1所述的丝杆螺母的内螺旋滚道的加工方法，其特征在于：所述步骤3中的磨料流施加方式为高压、双向流动。

6.根据权利要求1所述的丝杆螺母的内螺旋滚道的加工方法，其特征在于：所述步骤3中的磨料流可选择为磁流体，通过施加外界磁场来改变去除效率。

7.根据权利要求6所述的丝杆螺母的内螺旋滚道的加工方法，其特征在于：所述磁流体还添加化学试剂，还通过化学反应来提升去除效率和去除质量。

8.根据权利要求7所述的丝杆螺母的内螺旋滚道的加工方法，其特征在于：所述磁流体添加的化学试剂为电解抛光液，通过电化学反应来提升去除效率和去除质量。

9.根据权利要求1所述的丝杆螺母的内螺旋滚道的加工方法，其特征在于：所述步骤3中的振动机构为超声振动装置。

10.据权利要求1所述的丝杆螺母的内螺旋滚道的加工方法，其特征在于：所述步骤3中通过调整振动频率和幅值来改变抛光效率和抛光质量。

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