大螺距高精度緊固連接螺紋車削加工探究

孟艷玲，王良，陳強，張玉金，崔文東，劉亞玲，劉行

（沈鼓集團核電泵業有限公司，遼寧 沈陽 110000）

由于螺紋具有裝配容易和可拆性，因此被廣泛應用于機械制造領域。螺紋是一個復雜空間曲面體，它的加工精度保證是設備能否正常裝配的基礎。該主泵主螺栓的螺紋尺寸為M125×6-6f，螺距為6mm，螺紋車削過程中，出現振動大、讓刀情況嚴重，導致螺紋尺寸不合格和螺紋表面質量不好，不能滿足使用。所以，針對大螺距螺紋的車削加工工藝、刀具及切削參數進行研究、試驗，最終實現了大螺距高精度螺紋的車削加工。

1 螺紋種類及牙型

機械行業中，廣泛應用的螺紋種類如下。

（1）緊固連接螺紋：米制普通螺紋(M)；美制統一螺紋(UN)；英制惠氏螺紋（B.S.W./B.S.F./Whit.S./Whit.）；米制小螺紋（S）；米制航空航天螺紋（MJ）；美制航空航天螺紋（UNJ）。（2）傳動連接螺紋：米制梯形螺紋（30°/Tr）；美制梯形（愛克母）螺紋（29°/ACME）；米制鋸齒形螺紋（3°/30°/B）；美制和英制鋸齒形螺紋（7°/45°/B）。（3）管螺紋：英制管螺紋（55°/R/G）；美制管螺紋（60°/NPT/NPTF/NPSM）；米制管螺紋（60°/ZM/M）。

螺紋的五要素包括牙型、公稱直徑、線數、螺距、旋向。

螺紋的牙型包括三角形、梯形、鋸齒形、矩形。

2 螺紋的加工方法

機械行業中，螺紋的加工方法有車削、銑削、磨削、攻絲/套絲和滾壓等。車削、銑削和磨削螺紋時，工件每轉一轉，機床的傳動鏈保證車刀、銑刀或砂輪沿工件軸向準確而均勻地移動一個導程。在攻絲或套絲時，刀具(絲錐或板牙）與工件作相對旋轉運動，并由先形成的螺紋溝槽做定位導向，引導著刀具（或工件）作軸向移動。

2.1 車削螺紋

在車床上車削螺紋可采用成形車刀或螺紋梳刀。

成形車刀車削螺紋：由于刀具結構簡單，是單件和小批生產螺紋工件的常用方法。

螺紋梳刀車削螺紋：生產效率高，但刀具結構復雜，只適于中、大批量生產中車削細牙的短螺紋工件。

2.2 銑削螺紋

在螺紋銑床上用盤形銑刀或梳形銑刀進行銑削。

盤形銑刀：主要用于銑削絲桿、蝸桿等工件上的梯形外螺紋。

梳形銑刀：用于銑削內、外普通螺紋和錐螺紋，由于是用多刃銑刀銑削，其工作部分的長度又大于被加工螺紋的長度，故工件只需要旋轉1.25～1.5轉就可完成加工，生產率很高，適用于成批生產的一般精度螺紋工件或磨削前的粗加工。

2.3 磨削螺紋

在螺紋磨床上加工淬硬工件的精密螺紋，按砂輪截面形狀不同分單線砂輪和多線砂輪磨削兩種。

單線砂輪磨削：適于磨削精密絲杠、螺紋量規、蝸桿、小批量的螺紋工件和鏟磨精密滾刀。

多線砂輪磨削：分縱磨法和切入磨法兩種。生產率較高，但精度稍低，砂輪修整比較復雜。

2.4 攻絲和套絲加工螺紋

加工精度取決于絲錐或板牙的精度，適用于小直徑的內/外螺紋加工，可用手工操作，也可用車床。

2.5 滾壓螺紋

用成形滾壓模具使工件產生塑性變形以獲得螺紋的加工方法，螺紋滾壓一般在滾絲機搓絲機或在附裝自動開合螺紋滾壓頭的自動車床上進行，適用于大批量生產標準緊固件和其他螺紋聯接件的外螺紋。

3 大螺距螺紋的車削加工

3.1 設計要求

主 螺 栓 外 形 尺 寸：φ125×1450； 一 端 是M125×6-6f螺紋，為米制普通螺紋，60°三角形牙型（如圖1）；表面粗糙度≥Ra3.2。

圖1 米制普通螺紋外螺紋的牙型

圖紙的要求，螺紋尺寸必須同時滿足標準螺紋量規和全螺紋量規的檢查。這樣就要求我們螺紋加工時，除了要保證牙型、螺距合格外，還要保證螺紋中徑的圓柱度和全部牙型中徑的積累誤差均在螺紋中徑公差范圍內，加工難度大。

3.2 設備選擇

依據零件的結構特點，加工設備需具備以下功能：應用數控程序進行車削螺紋；具備一定壓力切削液冷卻功能；加工范圍：最大回轉直徑≥D200mm；長度≥1500mm；具備自動夾持的中心架；具備尾部支承功能；根據公司的現場設備加工能力狀況，選擇CTX gamma2000臥式車銑中心。

3.3 螺紋的加工

（1）試切條件：同材質1：1樣件加工試驗。

（2）螺紋車削刀片的優選：選擇適合螺紋車削的M槽及F槽刀片進行車削試驗。

M槽型螺紋刀片：適合大范圍應用，牙型由刀片形狀決定。

F槽型螺紋刀片：適合大螺距螺紋車削，牙型由刀片決定。

（3）車削螺紋方法：直進刀法；斜進刀法；左右切削法。

直進刀法：低速車削，中滑板橫向進給，適于車削螺距小于3的螺紋。

斜進刀法：當螺距較大、螺紋槽較深、切削余量較大時，采用除中滑板直進外，小滑板只向一個方向移動的斜進刀法車削螺紋。此法只用于螺紋的粗車，且每邊留精車余量。

左右切削法：中滑板橫向進給，同時小滑板將車刀向左或向右作微量移動。適于車削梯形以外的各類螺紋的粗、精車。車削外螺紋時，大部分余量在順向走刀方向一側切去；車削內螺紋時，為了改善刀柄受力變形，大部分余量應在尾座一側切去。

3.4 切削參數設計

直進刀車削時切削參數：第1次切深0.3mm；最后1次切深0.03mm；轉速200轉/分；輸入螺距，中間每次切深由設備自動控制。

斜進刀車削時切削參數：第1次切深0.3mm；最后1次切深0.06mm；轉速200轉/分；輸入螺距，中間每次切深由設備自動控制。

右左進刀車削時切削參數：第1次切深0.2mm；最后1次切深0.02mm；轉速200轉/分；輸入螺距，中間每次切深由設備自動控制。

3.5 螺紋車削驗證結果

經對國內/外螺紋車削刀具權威生產廠家的刀具優、缺點進行比較/分析/論證，選擇三家的刀具，且每家選擇兩種槽形刀片（M槽/F槽），進行18種方案進行試切。從試切過程及結果來看，選擇“刀具1”廠家M型槽螺紋刀片+直進車削方案，按3.4中的切削參數，成功車削出合格的大螺距螺紋。

4 車削試驗中出現的問題及解決方案

4.1 出現問題

樣件加工試驗過程中，發現車削M125×6-6f大螺距螺紋時，螺紋表面出現嚴重振紋。經對可能產生振紋的原因進行分析/排查，總結如下：（1）由于螺距大，刀具與零件接觸面大，切削力大，尾部活頂尖有間隙，導致零件在車削過程中發生微量的軸向串動。（2）刀片松動，造成零件表面質量不好。

4.2 解決方案

（1）限位工藝基準：車削大螺距螺紋時，在靠近螺紋端的非螺紋部位設計一個工藝限位基準，限制零件在切削過程中產生軸向串動（如圖2）。（2）尾部支承改進：將活頂尖改為死頂尖，從而限制零件軸向串動。（3）選用帶刀片定位槽和壓板固定的雙重夾緊式刀具：加強刀片在刀體上裝夾剛性，減少由于刀片引起的振動。

圖2 限位工藝基準圖示

5 結語

綜上，采用M槽型/雙重夾緊式螺紋刀片、直進的車削螺紋方法、設計科學合理的工藝基準和裝夾定位方案，在臥式車床上成功實現大螺距高精度螺紋的車削。為同行業展現一款大螺距高精度螺紋車削加工的成功案例，也為公司在重大裝備的科研項目中儲備了技術力量。