行星滚柱丝杠粗加工路线对比分析

车铣轧磨，磨削所能达到的高精度短期难以替代。

1. 车削：传统工艺用于粗加工，“以车代磨”经济性目前较低

车削工艺使用普通车床或数控车床，按照加工流程，可分为粗车和精车（包括半精 车）两类。粗车力求在不降低切速的条件下，采用大的切削深度和大进给量以提高 车削效率，但加工精度较差（C10以下），只能满足粗加工的定形要求。半精车和精 车尽量采用高速而较小的进给量和切削深度，加工精度可略有提高（C10-C7），还 需进一步精加工。 行星滚柱丝杠的加工主要包括外径加工、内径加工和车螺纹。按照加工方法，可分 为外径加工、内径加工、车螺纹、切断加工四种基本加工方法。外径加工是将切削刀 具贴在旋转的材料外侧进行加工，用于对表面进行精加工；内径加工是通过在材料 的内侧进行切削，将通过钻孔加工等材料上钻出的孔扩大，用于调整孔的大小以及 精加工内表面；车螺纹是用于制作螺丝螺纹的加工方法，可加工外螺纹与内螺纹； 切断加工是将刀具按压在材料上以切掉不需要部分的加工方法。

硬态车削提高了车削的加工精度，可以“以车代磨”，仅使用车削就使其达到丝杠 的精度要求。在高精度车床上用精细修研的金刚石车刀高速精车有色金属件，加工 精度可达到行星滚柱丝杠的精度要求，但以车代磨有替代的局限性，长距离螺纹的 后端，夹具强度不够会导致刀具出现偏离，影响精度。因此，螺纹前端有可能用这种 加工方法。相比磨削加工，硬态车削提高了加工效率，降低了制造成本。由于加工过 程中无需冷却液，降低对环境的污染与资源的浪费，目前在发达国家已被当做代替 磨削的经济性加工工艺并得到普遍应用。但是该技术对机床和夹具的精度要求高， 并且要求刀具有足够的硬度、耐热性和耐磨性，而高强度、耐高温、耐磨的刀具普 遍制作工艺较为复杂，难以实现量产。

2. 铣削：粗加工生产效率更高，旋风铣有望大范围推广

铣削工艺使用铣床，使用旋转的多刃刀具切削固定的工件，适用于加工平面、沟槽、 各种成形面（如花键、齿轮和螺纹）和模具的特殊型面等。由于同时参加切削的齿多、切削刃长，并能采用较高的切削速度，故生产效率高。由于铣刀刀齿在离工件的 一段时间内可以得到一定的冷却，散热条件好，故刀具寿命长。 按照铣削时主运动速度方向与工件进给方向的相同或相反，又分为顺铣和逆铣。顺 铣中铣刀的旋转方向和切削的进给方向相同，在开始切削时铣刀就咬住工件并切下 最后的切屑；逆铣中铣刀的旋转方向和切削的进给方向相反，铣刀在开始切削之前 必须在工件上滑移一段，以切削厚度为零开始，到切削结束时切削厚度达到最大。 铣削螺纹质量比车削螺纹差，只适用于螺纹的粗加工。

旋风铣提高了铣削的加工精度和加工效率，使其达到行星滚柱丝杠的精度要求。旋 风铣通过安装在高速旋转刀盘上的硬质合金成型刀具，从工件上铣削出螺纹。可在 专用旋风铣床上进行，也可以在标准CNC车床上添加特殊设备。 铣削速度高，加工效率快。根据《旋风硬铣削加工技术及其在精密滚珠丝杠加工中 的应用》宋现春等，旋风铣比传统的车削效率高几倍甚至十几倍，刀具使用寿命提 高70%。与一般铣削相比，单位时间的金属切削率提高，切削中产生的大部分热量 被薄而狭长的切屑带走，精度可以达到C3，已经在很多发达国家推广使用，我国有 关旋风铣削的工艺参数还在“低精度”“软铣”范围，旋风铣床主要依赖国外引进。

3. 冷锻：材料利用率高，理论上可以满足高精度要求

冷锻工艺使用冷镦机和滚压机床，对材料进行冷挤压以达到成型目的，又叫冷滚压。 一般只能做外螺纹，在行星滚柱丝杠中可用来做滚子和丝杠轴。冷锻得到的工件表 面粗糙度小，滚压后的螺纹表面因冷作硬化而能提高强度和硬度，材料利用率高， 易于实现自动化。 按照成形方式，可分为楔横轧、径向刨扎。楔横轧是利用两个带有楔形模具（轧辊、 平板式等）配合运动，逐步将坯料轧制成变断面回转体轴类零件，用于相关齿形轴 的生产加工。径向滚压广泛应用于螺纹，按照滚压轮的数量可以分为单轮滚压、双 轮滚压以及三轮滚压三种成型工艺。双轮滚压目前应用较为广泛，两滚压轮布置于 成形工件两侧，同步同向旋转并同时相对进给，保证工件受力平衡，提高成形精度。

目前的冷滚压技术已能够达到满足C5精度等级的工件，在国外应用已经比较成熟。 根据王旭《行星滚柱丝杠滚柱冷滚压成形机理与实验研究》，美国肯尼福公司推出 的滚轧设备能够加工出精度达到C5等级的花键。但是国内对成型设备的认识、成形 精度的控制以及成形机理的理解还不足，实际生产的零件的质量和精度达不到要求， 设备也主要从国外进口。

4. 磨削：短期内无法取代的关键工艺

虽然硬态车削、旋风铣、冷锻等技术在理论上都能够做到行星滚柱丝杠的精度要求， 但是在实际应用中还没有实现广泛推广，目前磨削仍是短期内无法取代的关键工艺。 磨削包括内孔、外圆和螺纹，加工不同的部位，对应使用的磨床也不同。因为磨削过 程可以边加工边反馈，有闭环的检测过程，所以加工精度高，但是加工的周期也较 长（至少为两周），制造成本高。