零件数控加工工艺分析
高梅
摘 要：动力循环球螺母是汽车上循环球式动力转向器的重要组成部件，本文利用AUTOCAD软件完成零件的图形设计，根据动力循环球螺母的特点制定了合理的加工工艺，包括加工刀具的选择、切削参数的设定、定位方法、装夹方式、加工方式等，并利用FANUC仿真软件完成仿真加工。该加工工艺能够确保动力循环球螺母加工的稳定性和一致性，提高了加工效率。
关键词：动力循环球螺母 数控加工 工艺分析
中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）02（c）-0099-02
数控技术及数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益，显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。数控技术及数控机床的广泛应用，给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。数控机床是现代加工车间最重要的装备。它的发展是信息技术（IT）与制造技术（MT）结合发展的结果。现代的CAD/CAM、FMS、CIMS、敏捷制造和智能制造技术，都是建立在数控技术之上的。现代数控机床的发展趋向是高速化、高精度化、高可靠性、多功能、复合化、智能化和开放式结构。主要发展动向是研制开发软、硬件都具有开放式结构的智能化全功能通用数控装置。
1 产品介绍
进行数控加工的动力循环球螺母主要运用在循环球式动力转向器上。循环球式转向器是目前国内外应用最广泛的结构型式之一，一般有两级传动副，第一级是螺杆螺母传动副，第二级是齿条齿扇传动副。为了减少转向螺杆转向螺母之间的摩擦，二者的螺纹并不直接接触，其间装有多个钢球，以实现滚动摩擦。转向螺杆和螺母上都加工出断面轮廓为两段或三段不同心圆弧组成的近似半圆的螺旋槽。二者的螺旋槽能配合形成近似圆形断面的螺旋管状通道。螺母侧面有两对通孔，可将钢球从此孔塞入螺旋形通道内。转向螺母外有两根钢球导管，每根导管的两端分别插入螺母侧面的一对通孔中。导管内也装满了钢球。这样，两根导管和螺母内的螺旋管状通道组合成两条各自独立的封闭的钢球“流道”。
循环球式转向器是汽车上一种常用的转向器，主要由螺杆、螺母、钢球（64颗）、转向器壳体等组成。因螺母与螺杆之间没有滑动摩擦，只有钢球与螺杆及螺母之间的滚动摩擦，所以循环球式转向器具有较高的传动效率（一般球面蜗杆滚轮式转向器的传动效率为50%～70%，循環球式转向器的传动效率最高可达到90%），操纵轻便，磨损较小，使用寿命长，因此被一些车辆采用，如BJ2020、茶花、红叶等车型。
2 工艺分析
零件图纸如图1所示，其表面由内外圆柱面、圆弧面等表面组成，其中有几个直径尺寸有较高的尺寸精度、表面粗糙度要求（0.8）。零件图尺寸标注完整，符合数控加工尺寸标注要求；轮廓描述清楚完整；零件材料为20CrMnTi，切削加工性能较好。零件渗碳淬火后回火，渗碳层深度：0.8～1.2，淬火表面硬度HRC56～62，心部硬度不低于HRC33，淬火后表面需喷丸处理；100%磁力探伤检查，不允许裂纹和其他缺陷，同时磁力探伤后要去磁；椭圆度不大于0.01，装配时进行选配。
零件材料是20CrMnTi。20CrMnTi是合金结构钢：抗拉强度σb（MPa）：≥1080（110），屈服强度σs（MPa）：≥835（85），伸长率δ5（%）：≥10，冲击功Akv（J）：≥55。其是一种性能良好的渗碳钢，淬透性较高，经渗碳淬火后具有硬而耐磨的表面与坚韧的心部，具有较高的低温冲击韧性，焊接性中等，正火后可切削性良好。用于制造截面<30cm的承受高速、中等或重载荷、冲击及摩擦的重要零件，如齿轮、齿圈、齿轮轴十字头等。
20CrMnTi钢材化学成分和力学性能如下：
成分：碳C：0.17～0.23；硅Si：0.17～0.37；锰Mn：0.80～1.10；硫S：允许残余含量≤0.035；磷P：允许残余含量≤0.035；铬Cr：1.00～1.30；镍Ni：允许残余含量≤0.030；铜Cu：允许残余含量≤0.030；钛Ti：0.04～0.10。退火硬度：小于230HB；正火硬度：小于217HB。
螺纹底径：d=d-0.65p=36-0.65×1.5=35.025。
（1）加工余量为36-35.025=0.975。
（2）考虑到刀片刀尖弧度0.5。
3 刀具的选择
刀具选择的原则是：粗车时，选强度高、耐用度好的刀具，以便满足粗车时大背吃刀量、大进给量的要求；精车时，要选精度高、耐用度好的刀具，以保证加工精度的要求。为减少换刀时间和方便对刀，应尽量采用机夹刀和机夹刀片。
刀具的选择如表1所示。
（1）由于表面精度要求较高且储油槽的特殊形状，所以选用30°硬质合金精菱形精车刀，进行外表面粗、精加工。
（2）粗镗内孔选内孔镗刀。
（3）内孔精加工选精镗刀（由于孔精度要求很高，所以粗镗和精镗用同一种刀）。
（4）车螺纹选用螺纹成型刀。
（5）切槽选用宽2.5mm的切槽刀。
（6）掉头。
（7）由于表面精度要求较高且储油槽的特殊形状，所以选用30°硬质合金精菱形精车刀，进行外表面粗、精加工。
（8）粗镗内孔选内孔镗刀。
（9）内孔精加工选精镗刀。（由于孔精度要求很高，所以粗镗和精镗用同一种刀）
（10）R2mm圆弧加工选用外圆精车刀。
4 夹具的设计
对于轴类零件，轴心线为工艺基准，本零件需掉头加工，先用三爪自动定心卡盘夹紧，使工件伸出卡盘外80mm，一次完成粗精加工外圆、内孔、倒角、圆弧及切槽加工，掉头后用三爪自动定心卡盘夹紧φ90.5mm外圆柱面进行另一端粗精加工及圆弧加工。
5 工艺路线
（1）车端面。
（2）粗车外圆（90.7、储油槽、88）。
（3）粗镗各孔（42、38、34.5）。
（4）精车端面。
（5）精车外圆（90.5、储油槽、88），并倒R2圆弧角。
（6）精镗各孔（42、38、34.5），倒角。
（7）车螺纹。
（8）切槽。
（9）掉头。
（10）车端面。
（11）粗车外圆（90.7、储油槽、88）。
（12）粗镗各孔（46、26.6）。
（13）精车端面。
（14）精车外圆（90.7、储油槽、88）。
（15）精镗各孔（46、26.6）。
6 结语
我国数控技术不断发展和革新，在新型的装备制造业中，复杂型面数控加工工艺应用越来越广泛。数控加工工艺灵活多样，其信息化、智能化以及开放化，必将提高整体加工效率，降低企业成本，实现高质量、高效率、低成本的加工。
参考文献
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