滚珠丝杠CBN旋铣刀片刃磨齿形设计.pdf

第 5期 2 0 1 5年 5月 组 合 机 床 与 自 动 化 加 工 技 术 M o d u l a r M a ch ine To o l Au t o m a t ic M a nu f a c t u r in g Te chn iq ue No 5 M a y 2 0 1 5 文章 编号 1 0 0 1 2 2 6 5 2 0 1 5 0 5 0 1 0 2 0 2 D O I 1 0 1 3 4 6 2 j cn k i m m t a m t 2 0 1 5 0 5 0 2 8 滚珠丝杠 C B N旋铣刀片刃磨齿形设计 王向 东 张广明 刘 丹 大连高金数控集团有限公司 数控功能部件研究所 辽宁 大连 1 1 6 0 2 2 摘要 C B N硬态旋铣刀片是滚珠丝杠螺纹滚道高效加工的关键 其形状轮廓 尺寸精度直接 决定着被 加工件的加工精度及刀具自身的使用寿命 刃磨齿形参数是硬态旋铣加工 C B N硬态旋铣刀片形状 轮廓 尺寸精度的主要控制因素 关键词 滚珠丝杠 硬 态旋铣 C B N刀片 刃磨齿形参数 中图分类号 T H1 6 6 T G 5 0 6 文献标识码 A Th e De s ig n of CBN W hi r l ing To o l S To o t h Pr o f i l e f o r Ba l I Scr e w W ANG Xia n g d o n g Z HANG Gu a n g min g L I U Da n I n s t it u t e o f NC F u n ct io n P a n s Da l ia n G o l d e n C N C Gr o u p C o L t d Da l ia n L ia o n in g l 1 6 0 2 2 C h in a Abs t r a ct CBN ha r d wh i r l i n g t o o l is t h e k e y t o p r o ce s s i n g o f t h e b a l l s cr e w t h r e a d t h e S h a p e s d ime n s io n a l a ccu r a cy d ir e ct l y d e t e r min e s t h e p r e cis io n o f the b a l l s cr e w a n d the s e r v ic e l if e o f t h e h a r d wh ir l in g t o o l t h e t o o th p r o fi l e p a r a me t e r s f o r g r in d in g is the ma in l y f a ct o r s o f t h e t o o l s h a p e s a n d d ime n s io n a l a cc u r a c y Ke y wo r ds b a l l s cr e w h a r d wh i r l in g CBN t o o l t h e t o o t h p r o fi l e para me t e r s f o r g r i n d in g 0 引言 滚珠丝杠的硬态旋风铣削技术是当今机械加工领 域以铣代磨高效加工的典范 它是滚珠丝杠加工制造 最为高效 精密 经济 绿色环保的先进制造技术 是未 来最具发展前景的绿色制造技术之一 硬态旋风铣 削技术已广泛应用于汽车转向螺杆 数控机床滚珠丝 杠 医疗机械滚珠丝杠等的高效 批量加工制造 1 现状 硬态旋风铣削技术属于一种先进的成型加工技 术 被认为是生产大长径 比零件 的最佳选择 C B N 旋铣刀片的形状轮廓精度 尺寸精度直接决定滚珠丝 杠螺纹滚道的加工精度 受 C B N刀片材料技术影响 硬态旋风铣削技术在国内起步应用较晚 由于对旋铣 刀 片结构 研 究欠 缺 基 于 刀 片 制 造 难 度 较 大 旋 铣 刀 片的加 工制 造一 直 以来 为 国 外 制 造 厂 商 控 制 C B N旋铣刀 片的加工 制 造 刃 磨 测 量 维 护 已成 为硬态旋风铣削技术发展 图1 特种旋铣C B N刀片刀块 的瓶颈 刀具的结构不合理 会使刀具磨损加剧 难以 达到高效加工的目的 为了实现旋风铣削 C B N刀片国产化 结合滚珠丝 杠螺纹滚道齿形的特点 研究适应旋风铣削 C B N刀片 的齿形加工 磨削 编程 测量要求的刃磨齿形参数势 在必行 从而为滚珠丝杠外螺纹高效 精密旋铣 刀片 检测提供重要保障 使我国滚珠丝杠螺纹制造技术向 高效 低耗 绿色方向发展 2 C B N旋铣刀片刃磨齿形设计研究 滚珠丝杠螺纹滚道的几何轮廓形状 尺寸精度对滚 珠螺旋传动的承载能力 摩擦特性 轴向刚度和轴隙调 整均有较大影响 通常 为了使滚珠丝杠副获得稳定 的传动效率 承载能力和轴向刚度 滚珠丝杠螺纹滚道 的齿形采用歌德式沟槽形状 滚道法向型面齿形如图2 钢球 一 图 2滚 道 法 向 型 面齿 形 图 2所示滚珠丝杠滚道法 向型面齿形 它分别 由 首尾相接的4段圆弧组成 左 右两端两段圆弧相切光 滑连接并相互对称分布 半径为 R的两段圆弧为滚 珠丝杠承载钢球的圆弧 其与钢球接触点的位置直接 决定 了滚珠丝杠副产 品的品质 接触点位置用接触角 考量 欲保证滚珠丝杠副正确 的接触角 O l 必须严 收稿 日期 2 0 1 5 0 1 1 0 i修回日期 2 0 1 5 0 4 1 5 作者简介 王向东 1 9 5 7 一 男 陕西勉县人 大连高金数控集 团公司工程师 研究方 向为滚动功能部件的研 发及制造 E m a i l w a n g x d ch d l 1 2 6 co in 2 0 1 5年 5月 王 向东 等 滚珠丝杠 C B N旋铣刀片刃磨齿形设计 1 0 3 格控制滚道半径 尺及双弧沟槽偏心 e 另外 丝杠齿 顶部分半径为 r 的圆弧是过渡 圆弧 该 圆弧一端与半 径为 R的承载 圆弧相切 另一端与滚珠丝杠外 圆相 切 它的好坏直接影响滚珠丝杠的手感和外观 根据滚珠丝杠滚道法向型面齿形的要求 旋风铣 削 C B N刀片设计应 以滚珠丝杠滚道法 向型面齿形为 依据 对图 2各尺寸进行满足需求的参数转变设计和 刀具结构设计 图3是根据经近几年 C B N刀片使用经验及与国 内外刀具制造商多次交流 从刀片齿形 的修磨 检测 使用等诸多方面综合考虑 给出的 C B N刀片的修磨编 程 加工 检测齿形参数用图 确保 C B N刀片刃磨 编 程的准确性与可靠性 图 3 CBN 刀片 齿 形 参数 图 基于刀具刃磨数控编程需要 图 3在 图 2滚珠螺 纹齿形的基础上 给出了参数 日 F D C 以利于 C B N 刀片刃磨和精度检测 各参数计算过程如下 H h r F D 一t a n 9 0 一 e H C R r 一 t a n 9 0 一 e 日 一e 其 中 h一 滚动体钢球球心至滚珠螺纹外径的距离 r 一 滚珠螺纹齿顶倒角圆弧半径 一 歌德式齿形滚道圆弧半径 e一 歌德式齿形滚道圆弧半径中心与滚动体球心 偏置距 离 一 滚动体与滚道圆弧接触点的公法线与过滚动 体中心横剖面在过接触点的轴平面上的夹角 图 3中的 l 5 角是 为 了避 免 滚珠丝 杠旋 铣 时丝 杠 外圆由于中径变化引起的外圆过切或欠切给出的过渡 角度结构 可有效弥补 由于滚珠丝杠中径 外圆大小 不一导致的外圆缺陷 另外 刀片的倒棱是刀片切削的主体部分 倒棱过 小 刀具比较锋利 容易蹦刃 倒棱过大 易产生振动 蹦 刀 加工零件表面产生振纹较重 经试验 确立了刀片的 倒棱倾角在负 1 5 倒棱大小在0 1 5 时的倒棱结构 3 结论 采用图 3的旋铣 C B N刀片齿形设计图 极大的方 便 了刀具刃磨编程工作 避免了采用 图 1编程的换算 误差及检测误差 同时给刃磨后的检测放大图的样板 设计提供了极大的便利条件 确保 了 C B N刀片刃磨 编程的准确性与可靠性 使 国产 C B N旋铣刀片满足 了滚珠丝杠生产的需要 并完全替代进口 参考文献 1 朱红雨 李迎 P C B N刀具硬态旋风铣削切屑宏观形貌研 究 J 制造技术与机床 2 0 1 1 9 1 0 1 1 0 4 2 C h r is t e r R i ch t 新技术大幅提升螺纹旋 风铣性 能 J WME M世界制造技术与装备市场 2 0 1 2 1 9 0 9 2 3 冯虎田 大型 重载 精密滚珠丝杠副设计及硬旋铣加工 装备关键技术 J 金属加工 2 0 1 0 6 1 2 1 5 4 黄祖尧 关于振兴滚动功能部件产业的思考 J 制造技 术与机床 2 0 0 3 6 6 3 6 6 5 程光仁 施祖康 张超鹏 滚珠传动设计基础 M 北京 机械工业出版社 1 9 8 7 编辑李秀敏 上接第9 4页 的标准差0 2 9大于 M a m d a n i型模糊控 制器下的0 1 8 说明 F P I D型模糊控制器下误差 的波 动较大 这是 由于在运动过程中 系统的耦合指标在 不断变化 P I D控制器对参数变化比较敏感 5 结束语 本文基 于模 糊 控制 策 略 利用 3 R欠 驱 动 机 器人 的主 被动关节的动力学耦合作用 设计 了Ma md a n i型 和 F P I D复合型模糊控制器 完成了对水平运动的3 R 欠 驱 动 机 器 人 的 末 端 点 的 轨 迹 跟 踪 的 控 制 利 用 M A T L A B和 A D A MS联合仿 真进行控制算法的验证 避免了繁琐的动力学方程推导 仿真结果表明 这两 种模糊控制器都能较好完成欠驱动机器人末端的轨迹 跟踪控制 相 比之下 F P I D型复合模糊控制器 由于 具有积分环节 消除了系统的稳态误差 使系统具有更 高的控制精度 本文所用的复合型模糊控制器为欠驱 动机器人的轨迹跟踪的优化控制提供了新思路 参考文献 1 陈炜 余跃庆 张绪平 欠驱动机器人研究综述 J 机 械设计 与研究 2 0 0 5 4 2 2 2 6 2 S p o n g M U n d e r a e t u a t e d m e ch a n ica l s y s t e ms M S ie il ia n o B Va l a v a n is K S p ri n g e r Be r l in He id e l b e r g 1 9 9 8 3 B r o e k e t t R W A s y mp t o t i c s t a b il i t y a n d f e e d b a ck s t a b i l iz a t i o n d if f e r e n t ia l g e o me t ric co n t r o l t h e o r y M N e w Y o r k US A B ir k a u s e r 1 9 8 3 4 A r a i H T a n ie K S h i r o ma N N o n h o l o n o m ie co n t r o l o f a t h r e e DOF p l a n a r u n d e r a ct u a t e d ma n i p u l a t o r J 1 Ro b o t i cs a n d A u t o m a t i o n I E E E T r a n s a ct i o n s o n 1 9 9 8 1 4 5 6 81 6 95 5 D e L u ca A O r io l o G Mo t io n p l a n n in g a n d t r a j e ct o r y co n t r o l o f a n u n d e r a e t u a t e d t h r e e l in k r o b o t v ia d y n a mic f e e d b a ck l i n e a r iz a t io n C S an F r a n ci s co C A U S A I E E E 2 0 0 0 6 D e L u ca A I a n n i t t i S A s i mp l e S T L C t e s t f o r m e ch a n i ca l s y s t e ms u n d e r a ct u a t e