高品质丝杠高效硬态切削和滚道表面高精研磨工艺优化

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为结合高效硬态切削及高精研磨工艺以制造高品质丝杠,对丝杠滚道高速硬态旋铣及滚道研磨工艺进行研究。为探究丝杠旋铣工艺,对丝杠滚道高效硬态切削建立一次及二次仿真模型并分析了不同切削参数对加工的影响。为探究丝杠研磨工艺,对基于自制研磨工装的丝杠滚道研磨工艺进行验证试验及分析,再通过正交研磨试验优化研磨参数,最后对旋铣丝杠进行研磨试验,为高品质丝杠加工提供了一定借鉴意义。  对丝杠滚道高效硬态切削过程建立有限元仿真模型并进行验证试验。进而分析了不同切削速度、切削深度和刀具前角对切削力、Mises应力、PEEQ、切削温度和残余应力的影响。鉴于丝杠滚道旋铣为断续切削,进一步建立二次切削仿真模型,结果表明若第一次切削残留的应力场或温度场越大,则二次切削时切削力越小,切削温度越大。此外,建立锯齿切屑仿真模型,分析表明淬硬轴承钢GCr15的锯齿切屑由绝热剪切带造成。  对丝杠滚道研磨工艺进行试验验证与分析。分别检测了研磨前后行程误差、丝杠齿型半径、滚道表面残余应力、粗糙度、表面微观形貌及金相组织的变化。结果表明,研磨后丝杠行程误差得到改善,滚道表面粗糙度Ra保持较小量值,齿型半径及表面微观形貌发生改变,滚道表面残余压应力增大2~3倍,有利于丝杠疲劳寿命。进一步分析表明残余压应力增大原因在于磨粒对滚道表面的塑性变形作用。  对丝杠研磨工艺参数进行优化。通过正交试验研究研磨摩擦力矩、研磨转速、磨粒大小及研磨时间对丝杠行程误差、滚道表面残余应力及表面粗糙度的影响程度。以综合平衡法及综合评分法确定优参数组合,并通过验证试验验证了优组合参数的有效性。最后以优参数组合对前期采用高速硬态旋铣的丝杠进行研磨试验,结果表明丝杠行程误差及滚道表面残余应力得到显著改善。
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