蝸桿或大導(dǎo)程螺紋車(chē)削工藝改進(jìn)

彭熙熙 張波 羅飛俠

摘要：針對(duì)大導(dǎo)程蝸桿、梯形螺紋和鋸齒螺紋，工件導(dǎo)程大、齒形深，傳統(tǒng)的加工工藝是在普通車(chē)床上采用高速鋼成型刀完成加工，但工件加工精度和表面粗糙度差、效率低、刀具耗損大。針對(duì)以上不足，文章提出了工藝改進(jìn)方法，即在數(shù)控車(chē)床上利用切槽刀通過(guò)編制數(shù)控宏程序來(lái)實(shí)現(xiàn)大螺距螺紋的車(chē)削成形，大幅提高了所述螺紋的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。

Abstract： For large lead worm， trapezoidal thread and serrated thread， the workpiece has large lead and deep tooth shape. The traditional processing technology is to use high speed steel forming knives on ordinary lathes， but the workpiece processing precision and surface roughness are poor， the efficiency is low and the tool wear is high. In view of the above deficiencies， the paper proposes a process improvement method， which is to realize the turning forming of large pitch thread by using a grooving knife on a numerically controlled lathe by programming a numerical control macro program， which greatly improves the processing quality and production efficiency of the thread and reduces the production cost.

關(guān)鍵詞：大導(dǎo)程螺紋;成型刀;切刀;硬質(zhì)合金;數(shù)控宏程序

Key words： large lead thread;forming knife;cutter;cemented carbide;numerical control macro program

中圖分類(lèi)號(hào)：TG519.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）29-0173-02

1? 傳統(tǒng)蝸桿或大導(dǎo)程螺紋車(chē)削工藝

螺紋車(chē)削的進(jìn)刀方法有多種，如直進(jìn)法、斜進(jìn)式切削法、切槽法等。

G92螺紋切削循環(huán)即采用直進(jìn)法進(jìn)刀方式，由于刀具兩側(cè)刃同時(shí)切削工件，切削力較大，排削困難，切削刃容易磨損。在車(chē)削大螺距螺紋時(shí)，因切削深度大，刀刃磨損快，造成螺紋中徑誤差。因其加工的牙型精度高，一般適用于小螺距高精度螺紋的加工[1]。

對(duì)于車(chē)削大導(dǎo)程蝸桿或螺紋工件，傳統(tǒng)的加工方式是在普通車(chē)床上用高速鋼成型刀，采用斜進(jìn)式切削法進(jìn)刀，結(jié)合較低的切削速度加工。但實(shí)際加工中，受齒深的影響，經(jīng)常出現(xiàn)“悶車(chē)”、“扎刀”、“發(fā)震”等現(xiàn)象，成品出現(xiàn)牙型及尺寸不精確、表面粗糙度差等質(zhì)量問(wèn)題，且生產(chǎn)效率低下，刀具耗損嚴(yán)重，工人勞動(dòng)強(qiáng)度很大。

1.1 加工質(zhì)量方面

①采用車(chē)床加工螺紋時(shí)，是通過(guò)機(jī)床長(zhǎng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)開(kāi)合螺母移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)床鞍和刀具的移動(dòng)。因長(zhǎng)絲杠的軸承處、與開(kāi)合螺母連接處存在軸向間隙，若采用斜進(jìn)式切削法進(jìn)刀，刀具右主刀刃受到螺紋側(cè)面給它的力P（見(jiàn)圖1左），可以把力P分解成軸向和徑向分力P1和P2，其中刀具的進(jìn)給方向和軸向分力P1一致，機(jī)床設(shè)備的床鞍承受了刀具傳給力P1，推動(dòng)床鞍向有間隙側(cè)來(lái)回竄動(dòng)，刀具產(chǎn)生“發(fā)震”，工件表面產(chǎn)生波紋;加工螺紋反方向時(shí)，刀具左主刀刃受到與進(jìn)給方向相反的軸向分力，相應(yīng)地，床鞍向消除間隙的一側(cè)運(yùn)動(dòng)，車(chē)削過(guò)程平穩(wěn)，這一側(cè)的切削質(zhì)量良好。這就是采用斜進(jìn)式進(jìn)刀法加工出的蝸桿或大導(dǎo)程螺紋兩側(cè)面粗糙度有明顯差異的原因。

②受刀具切削深度的影響，采用成型車(chē)刀加工時(shí)，刀具多個(gè)切削刃同時(shí)參與切削，沿工件軸向看，可將刀具主切削前刀面受到工件作用力P分解為軸向和徑向分力P1和P2（如圖1右），其中徑向分力P2的方向是由刀具指向工件，與刀具切深進(jìn)給方向相同，且前刀面前角α的變化會(huì)帶來(lái)P2力的大小變化，致使刀具受到工件的作用力后拉動(dòng)中滑板向間隙側(cè)竄動(dòng)，可能造成刀具突然扎入工件，帶來(lái)切削力陡增，產(chǎn)生“悶車(chē)”、“扎刀”等情況。

③成型刀具切削工件時(shí)，單側(cè)刀刃受到工件較大的作用力，從而加速刀具發(fā)熱和磨損，致使刀刃尖角變化，從而影響螺紋加工表面質(zhì)量。

④用成型刀車(chē)削，必須采用較低的線(xiàn)速度才能獲得良好的表面光潔度，但由于普通車(chē)床的轉(zhuǎn)速限制，工人無(wú)法選擇較為理想的轉(zhuǎn)速，從而不能很好的保證加工質(zhì)量。

⑤普車(chē)加工時(shí)，進(jìn)刀和退刀都是手動(dòng)進(jìn)給，而且重復(fù)定位精度也不是很高，加上工人多次高強(qiáng)度的往復(fù)趕刀，極大地增加了勞動(dòng)強(qiáng)度，工人的技術(shù)水平及責(zé)任心等人為因素也影響了最終產(chǎn)品的加工質(zhì)量。

1.2 生產(chǎn)效率及成本方面

①普通車(chē)床加工，必須采用較低的切削速度才能獲得良好的表面光潔度，但這種加工方式耗時(shí)耗力，操作復(fù)雜，生產(chǎn)效率低下，不符合高速、輕快地現(xiàn)代化機(jī)加工工藝特點(diǎn)。

②成型刀在切削過(guò)程中由于經(jīng)常出現(xiàn)“悶車(chē)”、“扎刀”、“發(fā)震”等現(xiàn)象，對(duì)刀具、工件乃至機(jī)床都會(huì)造成一定的損傷，特別是成型刀具的大量消耗，增加了刀具成本;由于加工效率低下，機(jī)床占用率較高，耗費(fèi)的人力成本也較大;由于無(wú)法很好的保證成品合格率，致使工件廢品數(shù)目增大，極大地浪費(fèi)了坯料和加工費(fèi)用，增加了生產(chǎn)成本。

2? 改進(jìn)后的蝸桿或大導(dǎo)程螺紋車(chē)削工藝

為解決傳統(tǒng)車(chē)削方法產(chǎn)生的問(wèn)題，必須從刀具材料、刀具幾何形狀及角度和車(chē)削方法等幾方面入手，找到一種優(yōu)化車(chē)削大導(dǎo)程蝸桿或螺紋的方法。改進(jìn)后的大導(dǎo)程螺紋車(chē)削工藝是在數(shù)控車(chē)床上利用硬質(zhì)合金切刀通過(guò)編制數(shù)控宏程序來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)螺紋牙型的分層成型，這種方法為大導(dǎo)程蝸桿或螺紋的加工提供了一條嶄新的思路。

①為改善傳統(tǒng)高速鋼成型刀車(chē)削受力情況，從刀具形狀分析，可以采取以下方法：改變刀具刀尖角，使其小于蝸桿或螺紋的齒型角，車(chē)削時(shí)可以避免多個(gè)刀刃同時(shí)參與切削，減少了摩擦及切削阻力;合理選擇車(chē)刀主切削刃前角，前角的選擇受到刀具鋒利性和刀具徑向分力兩方面的制約，若盲目增大前角以保持刀具的鋒利性，刀具可能會(huì)因過(guò)大的前角而受到不合理的分力作用，增大了扎刀和斷刀的風(fēng)險(xiǎn);合理選擇刀具后角，兼顧刀具剛性的同時(shí)考慮螺紋的螺旋升角及排屑散熱，防止發(fā)生側(cè)碰;合理選擇刀具右主切削刃的前角，兼顧刀具剛性的同時(shí)考慮適當(dāng)增大前角，以減小刀具所承受的軸向分力，降低“發(fā)震”的可能性。

②刀具材料方面，以改善刀具受力情況為前提，可以選用硬度高、熱硬性好、耐磨性好的硬質(zhì)合金刀具，車(chē)削時(shí)，適當(dāng)增大切削速度，工件加工表面質(zhì)量與刀具切削線(xiàn)速度息息相關(guān)，當(dāng)車(chē)削大直徑、大導(dǎo)程螺紋時(shí)，刀具切削點(diǎn)的線(xiàn)速度更高，從而可以極大改善螺紋表面加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率，也從根本上避免了傳統(tǒng)車(chē)削工藝切削速度慢、加工質(zhì)量差的弊端。

③車(chē)削方法方面，利用數(shù)控車(chē)床精度高、定位準(zhǔn)的特性，用分層車(chē)削型線(xiàn)的方法代替成形刀車(chē)削蝸桿或螺紋[2]。具體是根據(jù)齒形型線(xiàn)編制數(shù)控宏程序來(lái)保證蝸桿或螺紋的齒形精度。螺紋齒型車(chē)削的具體路徑是：先通過(guò)刀尖以工件軸線(xiàn)剖面的牙側(cè)上A點(diǎn)為起點(diǎn)，經(jīng)過(guò)循環(huán)車(chē)削，依次向深度方向進(jìn)給車(chē)削出B、C至N點(diǎn)，這樣將ACEN連線(xiàn)形成齒型的左側(cè)面型線(xiàn)，BDF等點(diǎn)連線(xiàn)形成齒型的右側(cè)面型線(xiàn)，從而完成蝸桿或大導(dǎo)程螺紋兩側(cè)齒面和齒形角。（如圖2）

這里以一個(gè)加工實(shí)例說(shuō)明改進(jìn)后螺紋車(chē)削工藝的優(yōu)越性，閥桿零件端部螺紋參數(shù)：螺距P=12.7mm，齒形高度H=6.6mm，牙形角α=60°，調(diào)用3mm×25mm切刀，刃磨刀具主切削刃前、后角，在數(shù)控車(chē)床上調(diào)用宏程序車(chē)削螺紋，用刀補(bǔ)控制齒根寬度，加工后成品和傳統(tǒng)的車(chē)削方法對(duì)比效果見(jiàn)表1。

可見(jiàn)，采用新型的螺紋車(chē)削工藝有以下優(yōu)勢(shì)：

①利用數(shù)控程序完成螺紋加工，大大降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

②利用數(shù)控車(chē)床的精度高、定位準(zhǔn)的特性，采用結(jié)構(gòu)合理的硬質(zhì)合金切刀，增大切削線(xiàn)速度，提高了螺紋齒形及表面粗糙度的加工質(zhì)量，提高了加工質(zhì)量和效率。

③利用硬質(zhì)合金切刀的優(yōu)良性能，用切刀代替成型刀，節(jié)約了大量成型刀的費(fèi)用，大幅度降低了生產(chǎn)成本。

3? 結(jié)語(yǔ)

文章所述螺紋車(chē)削工藝改進(jìn)方法相對(duì)傳統(tǒng)成型刀具普通車(chē)床加工方法而言，順應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械加工自動(dòng)化、高效化、精準(zhǔn)化的特點(diǎn)，改善了蝸桿或大導(dǎo)程螺紋型面的加工質(zhì)量，突破生產(chǎn)設(shè)備限制，完善了數(shù)控車(chē)床加工所述類(lèi)別螺紋的方法，有利于提高生產(chǎn)質(zhì)量和效率[3]。

采用文章所述方法加工蝸桿或大導(dǎo)程螺紋，不僅需要工人具備一定的數(shù)控宏程序識(shí)別和編輯能力，還需具備合理刀具選擇的能力。這種加工方法實(shí)用的前提是刀具具備一定的線(xiàn)速度，當(dāng)工件回轉(zhuǎn)直徑過(guò)小時(shí)，刀具切削點(diǎn)線(xiàn)速度響應(yīng)減小，可能會(huì)影響成型表面質(zhì)量，這種情況下可綜合數(shù)控和普車(chē)的有點(diǎn)，先采用數(shù)控粗車(chē)，留下較小的精車(chē)余量，通過(guò)普車(chē)成型刀加工方法完成最終精車(chē)工序，從而保證工件的表面加工質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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[3]宋秀峰.數(shù)控車(chē)床螺紋加工的實(shí)用調(diào)節(jié)方法[J].價(jià)值工程，2019，38（10）：133-135.