大型工件特殊內(nèi)螺紋加工方法

齊齊哈爾北方機(jī)器有限責(zé)任公司 （黑龍江 161000） 李 娟

某產(chǎn)品外形是625mm×618mm×560mm的立方體，不同產(chǎn)品外形尺寸及內(nèi)螺紋中心位置不一樣，但都需要加工如圖1所示的內(nèi)螺紋。

圖1 工件

該工件外形尺寸較大，重1t左右，屬于大型工件。材料為PCrNi3MoV，屬合金鋼系列的超高強(qiáng)度鋼，具有很高的強(qiáng)度和足夠的韌性。加工中經(jīng)常粘刀，比較難加工。需要加工的內(nèi)螺紋是特殊牙型螺紋，牙型角為一側(cè)面45°，一側(cè)面3°，螺距較大，右旋螺紋，牙型兩側(cè)面表面粗糙度值要求較小。

1.車削螺紋

（1）傳統(tǒng)的加工方法在臥式車床上來完成。當(dāng)工件旋轉(zhuǎn)一周后，刀具必須移動(dòng)一個(gè)工件螺距。這是通過絲杠的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，經(jīng)開合螺母帶動(dòng)床鞍作直線移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)螺紋切削的一種方法。這種方法通過調(diào)整主軸箱到絲杠之間的掛輪的傳動(dòng)比，使機(jī)床的進(jìn)給量與主軸的轉(zhuǎn)數(shù)成符合螺紋加工要求的比例來實(shí)現(xiàn)螺紋的加工。因此，這種方法的加工精度取決于機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)的精度，即絲杠及機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差越大，加工螺紋的精度越低，在螺距誤差上表現(xiàn)的特別明顯。一般的臥式車床絲杠磨損后精度下降，加工的工件螺距累積誤差大，往往達(dá)不到使用要求。所以，在新引進(jìn)數(shù)控車床后，普通臥式車床逐漸被數(shù)控車床代替。

（2）采用數(shù)控臥式車床CK61125EX30/10AH加工完成。現(xiàn)在批量生產(chǎn)的工件多數(shù)是在數(shù)控車床上完成的。因工件較重，直接用單動(dòng)卡盤吊裝，找正比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力，也比較危險(xiǎn)。另外，工件的重心不在主軸旋轉(zhuǎn)軸線上，加工時(shí)旋轉(zhuǎn)起來不平衡，易產(chǎn)生振動(dòng)，不易保證螺紋精度及表面粗糙度的要求，也影響主軸的精度和刀具使用壽命。所以圖1工件不適合用單動(dòng)卡盤直接吊裝。同一種產(chǎn)品批量生產(chǎn)時(shí)，我們?cè)O(shè)計(jì)了車床專用夾具，如圖2所示。使用夾具目的：用夾具定位來保證螺紋孔中心位置，以及同一批產(chǎn)品的一致性。夾具上有配重保持了旋轉(zhuǎn)時(shí)的穩(wěn)定性。

圖2 車床夾具

圖3 車削螺紋工作原理

其工作原理如圖3所示。車削螺紋時(shí)，主軸帶動(dòng)夾具和工件一起旋轉(zhuǎn)作主運(yùn)動(dòng)，刀具作直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。因工件材料硬度較高，車削螺紋分粗、精加工。粗、精車螺紋車刀均采用成形刀，即刀尖角度按工件的螺紋牙型角設(shè)計(jì)。螺紋粗車刀刀片材質(zhì)采用YT15。螺紋精車刀刀片材質(zhì)采用W2Mo9Cr4VCo8。

切削參數(shù)：粗車螺紋時(shí)，因工件尺寸較大，轉(zhuǎn)速不宜過高，我們采用主軸轉(zhuǎn)速50r/min，按中徑尺寸計(jì)算切削速度

υ=πDn/1 000=3.14×385×50/1 000=60.5m/min

精加工時(shí)，轉(zhuǎn)數(shù)可以提高至60r/m i m。實(shí)際加工中，可以根據(jù)刀桿振動(dòng)情況隨時(shí)調(diào)整控制面板上的百分率調(diào)節(jié)鈕來調(diào)節(jié)主軸轉(zhuǎn)速。進(jìn)給量為12mm/r，即工件每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀具走一個(gè)螺距。吃刀深度不應(yīng)太大，粗加工時(shí)第一刀切深通常為0.5mm，以后每刀切深逐漸遞減至0.4～0.1mm，直至完成切深5mm。精加工時(shí)0切深走刀1～2次，目的是修正粗車刀加工產(chǎn)生的螺紋牙型角度誤差，修光螺紋牙型兩側(cè)面，達(dá)到螺紋精度和表面粗糙度要求。

加工圖1工件的內(nèi)螺紋，數(shù)控車床與臥式車床相比有如下優(yōu)點(diǎn)：①可以不受絲杠及機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)誤差的影響，能更好地保證螺距精度。②由程序控制螺紋加工的循環(huán)往復(fù)，比臥式車床人工控制到退刀槽時(shí)必須及時(shí)反車退刀，大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。③數(shù)控車床由于有充足的切削液，可以提高切削速度。而臥式車床用硬質(zhì)合金螺紋粗車刀不能加切削液，刀具受熱，刀尖磨損快。經(jīng)常磨刀重新對(duì)刀，效率低。

2.鏜銑螺紋

在工件的外形尺寸及螺紋孔的中心位置經(jīng)常變化的單件生產(chǎn)中，為節(jié)省設(shè)計(jì)制造車床夾具的費(fèi)用，我們采用數(shù)控鏜銑床TK6513A來完成單件生產(chǎn)。采用三軸聯(lián)動(dòng)進(jìn)行鏜銑螺紋，在加工精度方面有極大的優(yōu)勢(shì)。其中X軸和Y軸決定螺紋的直徑，而Z軸控制螺距。其銑削原理如圖4所示。刀具在自轉(zhuǎn)的同時(shí)，還繞工件內(nèi)孔旋轉(zhuǎn)作圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。X軸、Y軸走圓弧插補(bǔ)實(shí)現(xiàn)圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。刀具每繞工件內(nèi)孔旋轉(zhuǎn)一圈，Z軸向孔內(nèi)軸線方向走完一個(gè)螺距。

對(duì)于單件生產(chǎn)，為降低成本，我們與廠家設(shè)計(jì)制造了螺紋旋風(fēng)銑刀來完成螺紋的加工（見圖5）。工作時(shí)，工件放于工作臺(tái)上靜止不動(dòng)。刀具每繞工件內(nèi)孔旋轉(zhuǎn)一圈，Z軸沿軸線方向走完一個(gè)螺距。螺紋的粗、精加工都用此刀完成。旋風(fēng)銑刀一周有8個(gè)刀片，刀片材質(zhì)采用涂層硬質(zhì)合金，刀片型號(hào)為SC30。刀片角度設(shè)計(jì)成與工件螺紋牙型角度一致，每個(gè)刀片有兩個(gè)切削刃，機(jī)夾式可轉(zhuǎn)位刀片。

粗加工主軸轉(zhuǎn)速150r/min，走刀速度60mm/min。粗加工第一刀吃刀深度為0.7mm ，隨著進(jìn)刀次數(shù)增加，吃刀越深刀齒兩側(cè)面接觸面積越大，以后每刀吃刀深度逐漸遞減至0.4mm。銑削方式為順銑。

圖4 鏜銑螺紋工作原理

圖5 螺紋旋風(fēng)銑刀

整體式螺紋梳刀是高效螺紋刀具，如圖6所示。僅需一次走刀便可完成整個(gè)螺紋銑削加工。螺紋梳刀螺距與工件螺紋螺距相同，牙型與工件牙型角度一致。對(duì)于這種非標(biāo)螺紋，設(shè)計(jì)制造專用的整體螺紋梳刀費(fèi)用很大，但切削效率可以大大提高。加工完成后的螺紋如圖7所示。

圖6 整體式螺紋梳刀

圖7 加工后的螺紋

3.兩種螺紋加工方法對(duì)比

兩種加工方法各有優(yōu)點(diǎn)，不同之處在于：

（1）車削螺紋加工效率高，圖1工件車螺紋加工效率是鏜銑螺紋的4倍。但鏜銑若采用整體式螺紋梳刀，加工效率會(huì)是單牙螺紋旋風(fēng)銑刀的5倍以上。

（2）由于工件較重，車床裝夾對(duì)卡盤、主軸等要求有一定的承重。長期批量加工會(huì)使車床主軸磨損嚴(yán)重，精度下降。而鏜銑時(shí)由于工件放于工作臺(tái)上不動(dòng)，對(duì)機(jī)床精度的影響小，并且不用夾具裝夾，可以降低成本。但車削若采用數(shù)控立車，就會(huì)彌補(bǔ)數(shù)控臥車的不足。所以正待引進(jìn)數(shù)控立車用于加工此工件。

（3）車削螺紋，因切屑流向已加工表面，影響螺紋表面質(zhì)量。鏜銑螺紋，切屑流向待加工表面，可以較好地保證螺紋表面質(zhì)量。

（4）車削螺紋粗加工時(shí)吃刀深，轉(zhuǎn)速快容易使刀桿產(chǎn)生振動(dòng)，造成螺紋牙型兩側(cè)面產(chǎn)生一周振紋，精加工若消除不掉，表面粗糙度就會(huì)達(dá)不到要求。但數(shù)控車可以采用先進(jìn)的防振刀桿，只是加工成本還要增加。相對(duì)來說，鏜銑平穩(wěn)得多，但走刀快也會(huì)使刀具產(chǎn)生振動(dòng)，減慢走刀速度可以較好地保證螺紋表面質(zhì)量。

4.結(jié)語

這兩種加工方法的加工原理、加工刀具和加工中需要注意的事項(xiàng)各不相同，在使用中需要根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行選擇。實(shí)際加工中，我們對(duì)批量生產(chǎn)的工件，采取數(shù)控車削螺紋，用夾具定位，可以提高生產(chǎn)效率。對(duì)于外形尺寸及螺紋中心位置變化了的單件生產(chǎn)，采用數(shù)控鏜銑螺紋，減少了工裝的設(shè)計(jì)，可以降低生產(chǎn)成本。兩種方法在實(shí)際生產(chǎn)中，都很好地保證了螺紋的精度，完全滿足設(shè)計(jì)要求。