車削螺紋不完全齒的去除方法

東方電氣集團東方汽輪機有限公司（四川德陽 618000）冷進明 鄧亞弟 劉光耀

概述

螺紋是在圓柱或圓錐母體表面上制出螺旋線形的、具有特定截面的連續凸起部分。在機械加工中，螺紋加工主要有車削、攻絲及銑削三種切削方式。如圖1所示，螺紋車削加工是在一根圓柱（錐）形的軸上（或內孔表面）用刀具切削而成的，此時工件每旋轉一圈，刀具沿著工件軸向移動一定的距離，刀具在工件上切出的痕跡就是螺紋。一般來說，在外圓表面形成的螺紋稱外螺紋，在內孔表面形成的螺紋稱內螺紋。螺紋的基礎是圓軸表面的螺旋線，螺紋可以理解由刀具切削刃口在工件表面做螺旋線運動形成。在車床上車削螺紋的螺旋線運動其實是車床主軸的旋轉運動和刀具沿機床Z方向的進給運動復合形成。

圖1 外螺紋車削示意

如圖2所示，通過對車削螺紋加工原理的分析和車削實踐，我們不難看出，車削時在進刀位置和退刀位置難免會形成不完全齒，又稱為不完全螺紋。由于螺紋不完全齒齒形逐漸形成鋒利的飛邊，在入口處齒形薄如刃口，在加工過程中由于切削力的因素或者后序熱處理的影響極易變形，在裝配時會產生無法擰入或咬死的現象。在以螺紋為傳動部件的精密儀器或者量具上不完全齒對于產品精度有很大影響，要求專門工序處理。

目前，國內外對于螺紋不完全齒的去除一般采用螺紋入口處倒角、手工去除、銑床或其他專用裝置去除的方式。其中，入口處倒角的方式只是通過增大倒角尺寸或倒角角度的方法增大不完全齒的厚度，不能完全解決不完全齒，手工去除效率及加工精度較低，銑床去除的方式需要更換機床，增加了工序，降低了生產效率。針對車削螺紋去除的實際問題，本文介紹了一種在數控機床上車削螺紋完成后利用標準切槽刀具快速去除螺紋不完全齒的方法。

試驗方法

1.方法簡介

利用車削方式加工螺紋時，必須保證工件與刀具間的運動關系，即主軸每轉一圈（工件轉一圈），刀具均勻地移動一個螺距（或導程）。不完全齒的形成就是由于進刀和退刀時刀軌和工件端面相交形成的，如果想要完全去除不完全齒，必需使刀具沿著螺紋的螺旋線進入與螺紋的螺旋線完全同步運動，去除掉螺紋不完全齒后再按照拋物線的方式進行退刀。為了實現該功能，利用通用切槽刀具以螺紋加工的方式切削掉螺紋不完全齒。

2.實施方案

使用數控機床在工件的表面或內孔上車削加工螺紋，螺紋不完全齒1位于車削螺紋加工時的進刀和退刀位置處，具體如圖2所示。

為了有效去除螺紋的不完全齒，我們必須先確定要去除的螺紋是位于螺紋的入口處還是出口處，并根據螺紋的齒形截面，將數控機床的刀具更換為相應尺寸的直刃切槽刀具。

其次，根據確定的螺紋去除位置確定直刃切槽刀的進刀點位于車削螺紋加工時的始點還是終點處，具體如圖3所示。如果要去除螺紋起點處的不完全齒，切槽刀具的進刀點應位于螺紋的起點處，機床主軸轉動方向與車削螺紋時轉動方向相同，切槽刀具的走刀方向與螺紋車削時相同。要去除螺紋終點處的不完全齒，切槽刀具的進刀點應位于螺紋的終點處，機床主軸轉動方向與車削螺紋的轉動方向相反，切槽刀具的切削方向也要做相應的調整，走刀方向與車削螺紋時相反。切削時，直刃切槽刀對應螺紋軌跡運動，徑向切削深度逐漸減小，直至螺紋不完全齒1去除完畢。

圖3 螺紋方向的選擇

在整個去除螺紋不完全齒過程中必須使去除螺紋不完全齒的直刃切槽刀沿著螺紋的軌跡進入，并進行切削作業；且切削作業時，直刃切槽刀的運動軌跡在工件表面上的投影與螺紋的螺旋線完全重合。當去除掉螺紋不完全齒后，直刃切槽刀繼續以螺紋線軌跡運動，并同時沿螺紋軸向和徑向同時退刀，如此去除掉螺紋的不完全齒1。

在整個去除螺紋不完全齒的過程中必須注意以下幾點：

（1）切槽刀具的選擇：如果所加工螺紋的螺距值為P，則與選擇的槽刀切削部分寬度S之間的關系為S≥P，鑒于標準切槽刀具普遍有刀尖圓角，所以選擇的槽刀寬度S最好要大于螺紋的螺矩值P，但也不宜過大，防止由于切削過程中接觸刃長過長導致切削振動。其次在選擇切槽刀時應注意排出的切屑不要卷向螺紋齒面，以保護螺紋表面。

（2）切削參數的選擇：在去除不完全齒的過程中，要求切槽刀具的每轉進給距離fn與螺紋的螺距P相同，刀具刃口會承受較大的軸向力，所以保護刀具最好的方法是使用與螺紋加工時相同的參數，即在整個過程中采用多刀路切削的方法，并隨著切削次數逐漸減小切削深度。

（3）數控程序的設定：由于進行螺紋車削過程中螺紋的起始角度總是車削主軸C軸的零點，所以控制螺紋車刀和切槽刀的對刀點即可改變車削過程中的進刀位置，最簡單的對刀方法是將螺紋車刀與切槽刀在同一位置對刀，然后在刀具參數表中將刀具補償值向進刀方向的反向偏置半個螺距的位置，具體如圖4所示。這樣可以保證切槽刀具的Z向進刀位置和螺紋車刀相差半個螺距，使切槽刀與螺紋車削刀具的刀尖位置重合，在車削過程中切槽刀具的參考點沿螺紋小徑的螺旋線運動，去除掉螺紋的不完全齒。

由于數控機床在螺紋收尾方式的設置上有兩種形式，即退刀時沿X單方向和退刀各沿X、Z兩個方向同時退刀，如果機床現有退刀方式的設置為X、Z兩個方向同時退刀，程序的編制與普通螺紋車削編制的方法相同，切削螺紋的終點由去除螺紋的扣數確定，一般需要去除1/3～1/2個螺距。當數控機床的收尾方式為X方向單向退刀時，必須編制錐度螺紋，使刀具退刀時沿螺旋線方向繼續運動。

圖4 刀具參考點的設置

應用

本方法在我公司高溫雙頭螺栓、罩螺母等零部件的加工中已成功應用，目前可以完成外螺紋、內螺紋出口處和入口處螺紋不完齒的去除，實際去除螺紋不完全齒后的效果如圖5所示。該螺紋不完全齒的去除方法僅在原工藝方案上增加工了一把切槽刀具，在車削工序中一次裝夾完成了螺紋不完全齒的去除，工藝成本較低，單個螺紋不完全齒的去除切削時間僅20s以內，加上換刀、對刀時間，完成整個工步時間在2min以內。相比原有螺紋不完全齒的去除方法效率提高10倍以上，有效的提高了螺紋精度和生產效率，并且可以預防不完全齒變形導致螺紋零件無法正常裝配與拆卸的問題。

圖5 螺紋不完全齒去除的應用