CN116099967A - 一种螺杆滚压加工用的滚丝轮组及其加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺杆滚压加工用的滚丝轮组，包括：三副滚丝轮，每副所述滚丝轮包括依次设置的第一齿形段、第二齿形段和第三齿形段，所述第一齿形段、第二齿形段和第三齿形段同中心轴设置，并在中心轴位置处开设安装孔，所述第二齿形段的直径小于第一齿形段直径和第三齿形段直径，三副滚丝轮独立设置，且三副滚丝轮的第一齿形段和第二段齿形段相邻齿定轴向距离依次递增，三副滚丝轮的第二齿形段的轴向距离相同，第三齿形段和第二齿形段之间相邻齿定轴向距离依次递减，将行星滚柱的设计从磨削加工变形滚压加工，提高了行星滚柱的加工效率和尺寸稳定性，并提高了齿形强度。

Description

一种螺杆滚压加工用的滚丝轮组及其加工工艺

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，具体是一种螺杆滚压加工用的滚丝轮组及其加工工艺。

背景技术

目前大径公差对轴向有严格要求的三组、三段不等径、高精度环形齿的行星滚柱螺杆件加工方法是：螺杆毛坯件加工好后，齿形部分通过螺纹磨床磨齿保证，此种加工方法对三组螺杆之间轴向3/p螺距不好保证，齿形部分牙底强度低且加工尺寸稳定性差。

如果可以采用滚压法对行星螺杆进行加工，能够有效解决磨齿的缺点，带来可观的效益与精度保持性。

滚压法加工中重要的滚压工具就是滚丝轮，因此对于滚丝轮的设计和加工就是滚压法加工行星螺杆的关键。而要满足三组杆件轴向尺寸±0.005、并且轴线相差P/6要求，靠调整螺杆和滚丝轮相对位置很难实现，使用其它方式比如磨削、车削、铣削等方法加工这种批量较大的螺杆的效率低，难度大、不易实现，因此，滚压用滚丝轮的设计制造较为关键，而现有滚压法无法高精度的滚压出高强度齿形的行星滚柱的螺杆。

发明内容

本发明的目的是提供一种螺杆滚压加工用的滚丝轮组及其加工工艺，以解决上述问题。

本发明的技术方案是：

一种螺杆滚压加工用的滚丝轮组，包括：三副滚丝轮，每副所述滚丝轮包括依次设置的第一齿形段、第二齿形段和第三齿形段，所述第一齿形段、第二齿形段和第三齿形段同中心轴设置，并在中心轴位置处开设安装孔，所述第二齿形段的直径小于第一齿形段直径和第三齿形段直径，三副滚丝轮独立设置，且三副滚丝轮的第一齿形段和第二段齿形段相邻齿定轴向距离依次递增，三副滚丝轮的第二齿形段的轴向距离相同，第三齿形段和第二齿形段之间相邻齿定轴向距离依次递减。

进一步的，每副所述滚丝轮装入滚丝机轴后靠里面的端面与基准面一致性≤0.002，每副所述滚丝轮的环峰齿数Z均为9，螺距D为：1mm，牙纹之间的角度为55°-60°，三副滚丝轮的倒角均为R≤0.05。

进一步的，三副所述滚丝轮第一段和第二段相邻齿定轴向距离分别为：2mm、2.167mm、2.333mm，三副所述滚丝轮第二段和第三段相邻齿定轴向距离分别为：2.833mm、2.667mm、2.5mm。

进一步的，三副所述滚丝轮第一齿形段和第二齿形段相邻齿定轴向距离分别为：2mm、2.167mm、2.333mm，三副所述滚丝轮第二齿形段和第三齿形段相邻齿定轴向距离分别为：2.833mm、2.667mm、2.5mm。

进一步的，滚丝轮材料为：W₆Mo₅Cr₄V₂Al。

进一步的，为避免连接处螺纹大径因圆弧偏大造成尺寸超差，对连接处滚丝轮牙底进行清根处理，三副滚丝轮的倒角均为R≤0.05，螺纹磨对牙型磨削结束完成后，对砂轮顶部修尖，通过挂螺距准确清根。

进一步的，三副所述滚丝轮第一段和第二段相邻齿定轴向距离分别为：2mm、2.167mm、2.333mm，三副所述滚丝轮第二段和第三段相邻齿定轴向距离分别为：2.833、2.667mm、2.5mm。

进一步的，在滚压过程中，三段螺杆同时滚压，由于直径不同、滚压力相同，因此变形程度不同，滚压过程中两段齿交界处受力向内弯曲，滚压结束后回弹，相比滚丝轮的螺距，螺杆上的螺距会轻微变，考虑到数控螺纹磨床控制轴向尺寸很容易实现，将滚丝轮上的齿定轴向距离去掉上公差，滚丝轮公差取-0.003。

进一步的，一种螺杆滚压加工用的滚丝轮组的加工工艺，包括以下步骤：

锻坯，坯料的参数为：φ166+1.5*45+1.5，锻坯碳化物不均匀度≤3.5级；车坯料，车外圆，外圆的参数为φ160.6+0.15，车内孔，内孔的参数为φ53.6+0.15，内孔倒角1.5*45°，坯料的厚度为40.5+0.15mm；粗磨胚料，将三副滚丝轮按副平磨一面见光；胚料热处理，淬火HRC64-66，退火应充分、均匀，退火硬度不大于HB269，一致性＜HB15；吹砂；精平磨两面，平磨滚丝轮两端面，磨两面至H＝40+0.10，以光面为基准见光另一面，再平磨见光另一面，保证三个滚丝轮厚度相同，两端面平行度≤0.02，磨至表面粗糙度Ra0.8，退磁充分；内孔磨，先靠磨端面全部见光，找正端面跳动≤0.01，内孔跳动≤0.01，靠磨端面见光，保证端面跳动≤0.005，磨内孔至φ54.0+0.019，表面粗糙度保持Ra0.8；精平磨一面，以靠磨端面为基准，平磨另一面，保证同滚丝轮厚度相同，平行度≤0.015，并记录两片滚丝轮实际厚度尺寸，保证三副滚丝轮厚度尺寸一致性在0.002内；切键槽，键槽参数为：12+0.275/+0.095*58+0.74；外圆磨，磨至外圆参数为：φ160.0+0.05；粗磨螺纹，调整机床和修整砂轮，在工件上粗磨齿形，并留0.1～0.14mm精磨余量；精磨，在粗磨的齿形余量上再精磨齿形；平磨，确保三副滚丝轮环峰齿数尺寸的一致性≤0.002；倒角，去芯轴，找正端面跳动≤0.02，三副滚丝轮倒角一致，倒角长度差≤0.05mm；去应力，低温回火，温度140-160℃，保温时间10-12h。

进一步的，选取粒度保持性好的砂轮，因为是单齿磨削，避免走到最后，砂轮脱粒造成齿形无法保证，但如果选择更高标号砂轮，则会导致砂轮脱离太慢，齿部磨钝，磨削区温度升高，造成工件烧伤退火，硬度降低，无法滚压工件，修整砂轮选取240绿碳化硅砂轮和1～1.25树脂砂轮中的一种。

一种螺杆滚压加工用的滚丝轮组加工螺杆的工艺，包括以下步骤：

下料

选取参数为直径为8mm的工件；

数控车加工

平端面，在工件上打中心孔A1.0，车光杆部分外圆，齿形部分车至直径为6.2±0.01mm，外圆部分车至直径为5.0±0.01mm，将棒材切断，打另一端中心孔；

无心磨

分别穿磨齿形部分外圆至φ5.9_-0.005，φ4.7_-0.005尺寸；

滚压螺杆

按行星滚柱的螺杆参数，选择对应参数的滚丝轮，将滚丝轮安装在滚丝机上，螺杆放在支撑板上，调整支撑板高度，使得零件中心低于滚丝轮中心0.3-0.5mm，调整滚压参数，主轴转速为16r/min，滚压压力为50kgf/cm²，滚压时间为3min。

进一步的，螺杆的螺距长度公差为：25±0.015，牙型角度公差为：±0.5°，螺纹的大、小径的公差为0.03mm。

进一步的，对滚压好的螺杆进行渗透探伤，渗透探伤按GJB2367A标准进行100％荧光探伤。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

磨齿法一般使用砂轮进行磨齿，砂轮的粒度无法保持完美，使得磨削出的齿形前后不一致及螺杆之间齿形不一致，导致磨削的齿形精度差，并且在传动时出现噪音及不平稳现象，另外，磨削机床精度要求相对较高，调整机床精度造成单件滚柱加工时间变长，一般的，磨齿法制备一件螺杆平均需要三分钟，而使用本发明的滚丝轮加工一件螺杆只需要30秒，大大提高了行星滚柱的加工效率，并且滚压属于塑性变形，无铁屑产生，一次滚压成型，不仅能够保证齿形的精度，还可以提高螺杆的齿形强度和表面质量，实现了高精度、轴向要求严格的非等径环形齿行星滚柱组件批量滚压加工问题，对行业内滚压精度、范围、能力进行了提升。

本发明一副滚丝轮可以滚压上万行星螺杆，而磨削的砂轮需要不断的修整和更换，在大批量生产中，效率大大增加的同时又降低了加工材料的消耗，使得单件滚柱加工成本大大降低。

附图说明

图1为本发明滚丝轮结构示意图；

图2为本发明滚丝轮齿形段局部图；

图3为本发明的螺杆结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图1到附图2，对本发明的具体实施方式进行详细描述。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

需要说明的是，本发明中涉及的长度距离的尺寸单位均为毫米。

实施例1

一种螺杆滚压加工用的滚丝轮组，包括：三副滚丝轮，每副所述滚丝轮包括依次设置的第一齿形段2、第二齿形段3和第三齿形段4，第一齿形段2、第二齿形段3和第三齿形段4同中心轴设置，在中心轴位置开设安装孔1，所述第二齿形段3的直径小于第一齿形段2直径和第三齿形段4直径，三副滚丝轮独立设置，主丝杠上均匀分布6个行星滚柱的螺杆，螺距为1，旋转一周360°为1个螺距，则圆周上1/6的位置就差P/6，滚丝轮的安装孔1在主丝杠上轴向位置固定，为保证在主丝杠上滚丝轮能够精确旋转无卡滞，左右两边分别以0.167mm的数值递增递减，即三副滚丝轮的第一齿形段2和第二齿形段3相邻齿定轴向距离依次递增，通过每段轴向精确的尺寸差值与主丝杠连接，将旋转运动转换为线性运动，三副滚丝轮的第二齿形段3的轴向距离相同，均为15.833mm，第三齿形段4和第二齿形段3之间相邻齿定轴向距离依次递减0.167，为了在滚压时，三副滚丝轮在滚丝机上随意装夹、拆卸，加工的螺杆尺寸都能保证，滚丝轮在设计和加工中滚丝轮与基准面尺寸的一致性，基准面是指装入滚丝机轴后，靠里面的端面，由于滚丝轮环峰数Z为9，留余隙，因此实际加工时，设定加工尺寸为9.5，并且三副滚丝轮与基准面尺寸的一致性≤0.002。

优选的，每副所述滚丝轮的螺距D为：1mm，牙纹之间的角度为60°，三副滚丝轮的倒角均为R≤0.05。

优选的，三副所述滚丝轮第一齿形段2和第二齿形段3相邻齿定轴向距离分别为：2mm、2.167mm、2.333mm，三副所述滚丝轮第二齿形段3和第三齿形段4相邻齿定轴向距离分别为：2.833mm、2.667mm、2.5mm。

优选的，滚丝轮材料为：W₆Mo₅Cr₄V₂Al。

优选的，为避免连接处螺纹大径因圆弧偏大造成尺寸超差，对连接处滚丝轮牙底进行清根处理，三副滚丝轮的倒角均为R≤0.05，螺纹磨对牙型磨削结束完成后，对砂轮顶部修尖，通过挂螺距准确清根。

优选的，三副所述滚丝轮第一段和第二段相邻齿定轴向距离分别为：2mm、2.167mm、2.333mm，三副所述滚丝轮第二段和第三段相邻齿定轴向距离分别为：2.833mm、2.667mm、2.5mm。

优选的，在滚压过程中，三段螺杆同时滚压，由于直径不同、滚压力相同，因此变形程度不同，滚压过程中两段齿交界处受力向内弯曲，滚压结束后回弹，相比滚丝轮的螺距，螺杆上的螺距会轻微变，考虑到数控螺纹磨床控制轴向尺寸很容易实现，将滚丝轮上的齿定轴向距离去掉上公差，滚丝轮公差取-0.003mm。

优选的，一种螺杆滚压加工用的滚丝轮组的加工工艺，包括以下步骤：

锻坯，坯料的参数为：φ166+1.5*45+1.5，锻坯碳化物不均匀度≤3.5级；车坯料，车外圆，外圆的参数为φ160.6+0.15，车内孔，内孔的参数为φ53.6+0.15，内孔倒角1.5*45°，坯料的厚度为40.5+0.15；粗磨胚料，将三副滚丝轮按副平磨一面见光；胚料热处理，淬火HRC64-66，退火应充分、均匀，退火硬度不大于HB269，一致性＜HB15；吹砂；精平磨两面，平磨滚丝轮两端面，磨两面至H＝40+0.10，以光面为基准见光另一面，再平磨见光另一面，保证三个滚丝轮厚度相同，两端面平行度≤0.02，磨至表面粗糙度Ra0.8，退磁充分；内孔磨，先靠磨端面全部见光，找正端面跳动≤0.01，内孔跳动≤0.01，靠磨端面见光，保证端面跳动≤0.005，磨内孔至φ54.0+0.019，表面粗糙度保持Ra0.8，滚丝轮的内孔与滚丝机配合，内孔与端面高的跳动要求，滚丝轮径向和轴向精度高，保证加工出的螺杆的齿向精度；精平磨一面，以靠磨端面为基准，平磨另一面，保证同滚丝轮厚度相同，平行度≤0.015，并记录两片滚丝轮实际厚度尺寸，保证三副滚丝轮厚度尺寸一致性在0.002内，三副滚丝轮厚度一致性及环峰齿数的一致性要求，保证了滚丝轮滚压滚柱时不需要调整滚丝机床就实现了滚柱轴向p/6(0.167±0.003)精度要求；切键槽，键槽参数为：12+0.275/+0.095*58+0.74；外圆磨，磨至外圆参数为：φ160.0+0.05；粗磨螺纹，调整机床和修整砂轮，在工件上粗磨齿形，并留0.1～0.14mm精磨余量；精磨，在粗磨的齿形余量上再精磨齿形；平磨，确保三副滚丝轮环峰齿数尺寸的一致性≤0.002；倒角，去芯轴，找正端面跳动≤0.02，三副滚丝轮倒角一致，倒角长度差≤0.05；去应力，低温回火，温度140-160℃，保温时间10-12h。

优选的，选取粒度保持性好的砂轮，因为是单齿磨削，避免走到最后，砂轮脱粒造成齿形无法保证，但如果选择更高标号砂轮，则会导致砂轮脱离太慢，齿部磨钝，磨削区温度升高，造成工件烧伤退火，硬度降低，无法滚压工件，修整砂轮选取240绿碳化硅砂轮和1～1.25树脂砂轮中的一种。

一种螺杆滚压加工用的滚丝轮组加工螺杆的工艺，包括以下步骤：

下料

选取参数为φ8*的工件；

数控车加工

平端面，在工件上打中心孔A1.0，车光杆部分外圆，齿形部分车至φ6.2±0.01，外圆部分车至φ5.0±0.01，将棒材切断，打另一端中心孔；

无心磨

分别穿磨齿形部分外圆至φ5.9_-0.005，φ4.7_-0.005尺寸；

滚压螺杆

按行星滚柱的螺杆参数，选择对应参数的滚丝轮，将滚丝轮安装在滚丝机上，螺杆放在支撑板上，调整支撑板高度，使得零件中心低于滚丝轮中心0.3-0.5，调整滚压参数，主轴转速为16r/min，滚压压力为50kgf/cm²，滚压时间为3min。

优选的，螺杆的螺距长度公差为：25±0.015，牙型角度公差为：±0.5°，螺纹的大、小径的公差为0.03mm。

优选的，对滚压好的螺杆进行渗透探伤，渗透探伤按GJB2367A标准进行100％荧光探伤。

实施例2,

实施例2与实施例1的不同之处在于：

牙纹之间的角度为55°，55°环形齿相比于60°齿，与主丝杠接触高度增加，承载增加，更能提高滚压精度。

以上公开的仅为本发明的较佳地几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种螺杆滚压加工用的滚丝轮组，其特征在于，包括：三副滚丝轮，每副所述滚丝轮包括依次设置的第一齿形段(2)、第二齿形段(3)和第三齿形段(4)，所述第一齿形段(2)、第二齿形段(3)和第三齿形段(4)同中心轴设置，并在中心轴位置处开设安装孔(1)，所述第二齿形段(3)的直径小于第一齿形段(2)直径和第三齿形段(4)直径，三副滚丝轮独立设置，且三副滚丝轮的第一齿形段(2)和第二段齿形段(3)相邻齿定轴向距离依次递增，三副滚丝轮的第二齿形段(3)的轴向距离相同，第三齿形段(4)和第二齿形段(3)之间相邻齿定轴向距离依次递减。

2.根据权利要求1所述的一种螺杆滚压加工用的滚丝轮组，其特征在于，每副所述滚丝轮装入滚丝机轴后靠里面的端面与基准面一致性≤0.002，每副所述滚丝轮的环峰齿数Z均为9，螺距D为：1mm，牙纹之间的角度为55°-60°，三副滚丝轮的倒角均为R≤0.05。

3.根据权利要求1所述的一种螺杆滚压加工用的滚丝轮组，其特征在于，三副所述滚丝轮第一齿形段(2)和第二齿形段(3)相邻齿定轴向距离分别为：2mm、2.167mm、2.333mm，三副所述滚丝轮第二齿形段(3)和第三齿形段(4)相邻齿定轴向距离分别为：2.833mm、2.667mm、2.5mm。

4.根据权利要求1所述的一种螺杆滚压加工用的滚丝轮组，其特征在于，三副滚丝轮独立设置，且三副滚丝轮的第一齿形段和第二段齿形段相邻齿定轴向距离依次递增0.167mm，三副滚丝轮的第二齿形段的轴向距离相同，均为15.833mm，第三齿形段和第二齿形段之间相邻齿定轴向距离依次递减0.167mm。

5.根据权利要求1所述的一种螺杆滚压加工用的滚丝轮组，其特征在于，滚丝轮材料为：W₆Mo₅Cr₄V₂Al。

6.根据权利要求1所述的一种螺杆滚压加工用的滚丝轮组的加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：

锻坯；

车坯料；

粗磨胚料，将三副滚丝轮按副平磨一面见光；

胚料热处理，并淬火；

吹砂；

精平磨两面，平磨滚丝轮两端面，以光面为基准见光另一面，再平磨见光另一面，保证三个滚丝轮厚度相同，两端面平行度≤0.02，磨至表面粗糙度Ra0.8，退磁充分；

内孔磨；

精平磨一面，以靠磨端面为基准，平磨另一面，保证同滚丝轮厚度相同，平行度≤0.015，并记录两片滚丝轮实际厚度尺寸，保证三副滚丝轮厚度尺寸一致性在0.002内；

切键槽；

外圆磨；

粗磨螺纹，调整机床和修整砂轮，在工件上粗磨齿形，并留0.1～0.14mm精磨余量；

精磨，在粗磨的齿形余量上再精磨齿形；

平磨，确保三副滚丝轮环峰齿数尺寸的一致性≤0.002；

倒角，去芯轴，找正端面跳动≤0.02，三副滚丝轮倒角一致，倒角长度差≤0.05；

去应力，低温回火，温度140-160℃，保温时间10-12h。

7.根据权利要求6所述的一种螺杆滚压加工用的滚丝轮组的加工工艺，其特征在于，修整砂轮选取240绿碳化硅砂轮和1～1.25树脂砂轮中的一种。

8.根据权利要求1所述的一种螺杆滚压加工用的滚丝轮组加工螺杆的工艺，其特征在于，包括以下步骤：

将工件下料；

数控车加工工件，在工件上打中心，车光杆部分外圆和齿形部分；

无心磨，穿磨齿形部分；

滚压螺杆，按行星滚柱的螺杆参数，选择对应参数的滚丝轮，将滚丝轮安装在滚丝机上，螺杆放在支撑板上，调整支撑板高度，使得零件中心低于滚丝轮中心0.3-0.5，调整滚压参数，主轴转速为16r/min，滚压压力为50kgf/cm²，滚压时间为3min。

9.根据权利要求8所述的一种螺杆滚压加工用的滚丝轮组加工螺杆的工艺，其特征在于，螺杆的螺距长度公差为：25±0.015，牙型角度公差为：±0.5°，螺纹的大、小径的公差为0.03mm。

10.根据权利要求8所述的一种螺杆滚压加工用的滚丝轮组加工螺杆的工艺，其特征在于，还包括：对滚压好的螺杆进行渗透探伤，渗透探伤按GJB2367A标准进行100％荧光探伤。

Images