淺談一種基于數(shù)控車床的螺紋滾壓方法

摘 要：螺紋滾壓的目的是利用滾壓刀具對工件表面施加一定的壓力，使工件表層金屬產(chǎn)生塑性流動，填入到原始?xì)埩舻牡桶疾ü戎?，而達(dá)到工件表面粗糙度降低。由于被滾壓的表層金屬塑性變形，使表層組織冷硬化和晶粒變細(xì)，形成致密的纖維狀，并形成殘余應(yīng)力層，硬度和強(qiáng)度提高，從而改善了工件的各種特性。應(yīng)用普通車床對螺紋進(jìn)行滾壓的方式比較常見，本文基于數(shù)控車床，對螺紋滾壓提供了一種新的工藝解決方法。

關(guān)鍵詞：螺紋滾壓；螺紋角度；滾壓刀具；數(shù)控車床

1 前言

背景技術(shù)：使用數(shù)控臥車設(shè)備加工長軸類螺紋（如液壓機(jī)拉桿）后，由于車刀不能滿足螺紋底部加工要求或者加工精度的問題，在螺紋底部存在直角或粗糙度大，導(dǎo)致在受力時應(yīng)力集中容易斷裂，需要對螺紋底部進(jìn)行滾壓，被滾壓的表層金屬塑性變形。對螺紋底部進(jìn)行滾壓后，使螺紋底部為圓角，降低粗糙度，減少螺紋底部的應(yīng)力，改善提高螺紋段的受力，提高零件的硬度和強(qiáng)度。目前對螺紋底部進(jìn)行滾壓加工時，多采用普通車床手工操作滾壓，這種方式較簡單，容易在加工過程進(jìn)行調(diào)整，但是，人手操作容易誤操作產(chǎn)生損壞，比較依賴人工經(jīng)驗，生產(chǎn)質(zhì)量也難一致。雖然數(shù)控車床為自動化加工，只要開始加工后便可按照預(yù)設(shè)的加工程序進(jìn)行加工，減少人工操作，生產(chǎn)質(zhì)量較統(tǒng)一，但是，由于當(dāng)數(shù)控車床執(zhí)行加工程序后，不能中途停止，需要加工完才能停止，而且滾壓加工不同于切削加工，這樣對于螺紋滾壓加工的要求比較高，若滾壓方法不正確時，則損壞零件和刀具，甚至損壞數(shù)控車床，存在較大的風(fēng)險。所以，目前行業(yè)內(nèi)很少采用數(shù)控車床進(jìn)行螺紋滾壓，本領(lǐng)域技術(shù)人員希望有一種基于數(shù)控車床的螺紋滾壓方法，能夠?qū)崿F(xiàn)自動滾壓加工，降低加工風(fēng)險。

2 實現(xiàn)方案

為了更清楚地說明整個螺紋滾壓方案的實現(xiàn)過程，下面利用附圖做簡單地介紹。

3 具體實現(xiàn)方式

在數(shù)控機(jī)床上加工前先把滾刀2和待滾壓工件1的螺紋段11對刀，使?jié)L刀2在加工過程中能夠精確地在螺槽111內(nèi)移動。對刀步驟是先將滾刀2移動至螺紋段11的一側(cè)，設(shè)為加工時的刀具起始點的Z軸坐標(biāo)；然后沿Z軸按照螺距的整數(shù)倍移動滾刀2，在對刀過程中不再沿Z軸移動滾刀2；接著，手動轉(zhuǎn)動工件1和沿X軸移動滾刀2，使螺槽111能正對滾刀2，滾刀2進(jìn)入螺槽111內(nèi)并與牙底接觸，此時設(shè)置刀具起始點的X軸坐標(biāo)，設(shè)置主軸當(dāng)前的角度為加工起始角度，即改變了主軸原來加工工件的起始角度。

對刀方法通過把滾刀2從刀具起始點移動至螺距倍數(shù)的位置后不再沿Z軸移動，手動轉(zhuǎn)動工件1和螺槽111適應(yīng)滾刀2的位置，轉(zhuǎn)動工件1時螺槽111在Z軸上移動距離較短方便控制和調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)動工件1相比于在Z軸上移動滾刀2更精確和方便，減少滾刀2在螺槽111中時沿Z軸移動過多而造成螺紋的損傷。

由于滾刀2從刀具起始點的移動距離為螺距的整數(shù)倍，當(dāng)在該位置對好螺槽111后，在加工時滾刀2能進(jìn)入到螺槽111內(nèi)，對刀具起始點的位置要求較低，不需把刀具對準(zhǔn)螺紋段11的端部，實現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床上方便地使?jié)L刀2與螺紋對刀，提高對刀精度，當(dāng)實現(xiàn)精準(zhǔn)對刀后，執(zhí)行加工程序開始滾壓加工，滾刀2能順利地沿著螺紋滾壓牙底，實現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床上滾壓加工螺紋，降低加工風(fēng)險。

在一些具體實施例中，刀具起始點位于螺紋段11的退刀槽12，退刀槽12的直徑小于螺紋的牙底的直徑，螺紋段11與退刀槽12之間存在過渡斜面13，螺紋的末端在過渡斜面13上，如此形成了過渡斜面13到螺紋末端的牙底之間為斜面過渡，而且，在過渡斜面13上的螺紋部分的牙頂會隨著過渡斜面13傾斜，即在過渡斜面13的牙頂?shù)窖赖椎纳疃戎饾u變淺，在靠近退刀槽12的方向上螺槽111的截面大小會逐漸變小，參照圖3和圖5。當(dāng)滾刀2從退刀槽12的一側(cè)靠近螺紋段11時，滾刀2先經(jīng)過過渡斜面13逐漸靠近螺槽111的牙底，逐漸增加與牙底的接觸和壓力，而且，螺槽111的截面大小逐漸變大，滾刀2剛進(jìn)入螺槽111時，螺槽111兩側(cè)的螺牙高度很小，滾刀2很容易便可進(jìn)入螺槽111內(nèi)，參照圖5，圖5表示螺槽111沿延伸方向的靠近退刀槽12一側(cè)的截面示意圖。如果從螺紋段11的切削加工的起始一側(cè)開始滾壓，該側(cè)為端面時，參考圖4，圖4表示螺槽111沿延伸方向的靠近端面一側(cè)的截面示意圖，牙底的高度可能偏高，滾刀2可能直接與牙底碰撞，剛接觸時壓力就很大，另外，螺紋段11在該側(cè)的端部沒有倒角或倒角很小，螺槽111兩側(cè)的螺牙高度比較高，滾刀2需要直接進(jìn)入到兩側(cè)螺牙之間，滾刀2與螺槽111的位置需要非常的精確才能進(jìn)入，否則容易出現(xiàn)撞刀損傷螺紋和設(shè)備。本方案可減少或避免滾刀2在剛進(jìn)入螺槽111時與牙底或螺牙直接碰撞，使加工更順利，進(jìn)一步降低在數(shù)控車床上滾壓螺紋的風(fēng)險。

在一些具體實施例中，滾刀2在沿Z軸移動的同時，沿X軸遠(yuǎn)離螺紋段11的方向傾斜移動。滾刀2過程中，連接滾刀2的軸承，以及主軸的軸承受到的壓力較大而發(fā)熱，長時間使用后可能燒壞軸承，或者主軸受力過大而出現(xiàn)過載報警停機(jī)，影響加工甚至造成設(shè)備故障。所以，設(shè)置滾刀2在加工過程中沿X軸遠(yuǎn)離螺紋段11，即滾刀2在Z軸移動過程中向外傾斜，如圖1形成角度α，逐漸減小滾壓深度，最后遠(yuǎn)離牙底，這樣滾刀2對螺紋段11的滾壓加工為靠近退刀槽12的一段，并非整個螺紋段11，參照圖1中長度M為實際滾壓的長度，可縮短加工時間，而且加工過程中滾壓壓力也整體上呈減少趨勢，而由于工件1的螺紋段11與螺母配合受力時，螺母主要連接在螺紋段11靠近退刀槽12的一側(cè)，即螺紋段11的主要受力位置在靠近退刀槽12的一段，所以只滾壓靠近退刀槽12的一段不影響工件1的正常使用，從而減少滾刀2和主軸的承壓時間和壓力，進(jìn)一步降低數(shù)控車床上滾壓螺紋的風(fēng)險。

在一些具體實施例中，滾刀2可分多次滾壓至所需深度，減小每次滾壓的壓力，降低數(shù)控車床的負(fù)載。多次進(jìn)給加工可以為：滾壓第一刀至第四刀時，每次增加0.1mm，逐步使?jié)L刀深入至需要的深度；當(dāng)滾壓第五刀以上，比如第五刀至第十刀時，不增加滾刀深度，滾刀按照第四刀的深度空走，修整整個螺紋的牙底在該深度。

在一些具體實施例中，滾刀2包括滾壓座和與滾壓座轉(zhuǎn)動連接的滾壓輪，滾壓輪與滾壓座之間具有擺動間隙，以供滾壓輪在滾壓過程中適應(yīng)螺槽111而擺動，減少因加工誤差而造成對螺牙的損傷。由于滾壓輪與滾壓座之間具有擺動間隙，所以對數(shù)控車床開始加工后滾壓輪進(jìn)入螺槽111時的配合精度要求更高，通過此對刀方法，以及從退刀槽12的一側(cè)為起始點減少進(jìn)入時的位置精度要求，能使?jié)L刀2更精度地進(jìn)入到螺槽111內(nèi)。

4 結(jié)語

數(shù)控車床的應(yīng)用已越來越普及，普通機(jī)床終將慢慢退出歷史舞臺，本文詳述一種基于數(shù)控車床的螺紋滾壓方法，解決現(xiàn)實應(yīng)用中無適合的普通車床又需要用到螺紋滾壓的應(yīng)用場合；解決現(xiàn)有應(yīng)用中采用普通機(jī)床手工操作時，容易誤操作，生產(chǎn)質(zhì)量難一致的問題；解決現(xiàn)有應(yīng)用中采用數(shù)控車床加工風(fēng)險較大的技術(shù)問題，最終提供了一種更高效且質(zhì)量更有保障的螺紋滾壓加工解決方案，推動機(jī)械加工工藝的進(jìn)步。

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