車削非標準螺距螺紋方法的研究

朱文韜　李紅巖　李松　周博

摘 要：用通用車床加工螺紋，除刀具符合牙型以外，掛輪非常重要。針對零件結構需要，設計中往往有一些非標準螺距的螺紋。在通用車床加工奇數螺距的螺紋難度較大。本文對螺紋加工的方法進行初步探討，根據多年現場實踐和理論研究，利用普通車床的傳動鏈計算，變更掛輪的方法，解決普通車床上無法加工非標準螺距的螺紋車削。

關鍵詞：車削;螺距;掛輪;非標

1. 引言

螺距大于4mm的螺紋定義為大螺距螺紋。尤其在螺距20mm以上的非標大螺距的螺紋的車削更為困難。因此，研究利用普通車床銘牌表上查不到對應的螺距的螺紋車削方式，提出大螺距螺紋的加工工藝方法對保障和提高零件精度至關重要。

2. 問題的提出及主要技術難點

隨著科學技術發展，螺旋類零件在機械設備上應用越來越廣泛，使得螺紋類型和種類更多、也更復雜，其加工難度也越來越大。內燃起重機上應用部分零件多為大螺距的非標準零件。此類零件除各部尺寸精度及位置精度要求高以外，在距大且為非標準為主要的特點，并且左、右旋向均有應用。因此，更加需要將螺紋車削作為零件加工過程中的關鍵控制工步。歸納加工難點在于：1）零件為大型工件，且位置精度要求高、同軸度高。2）零件的螺距為奇數，屬于非標準螺距，機床設備銘牌內查詢不到，無直接加工可能。

3. 加工工藝分析

此類零件材質多為塑性較好的45#材質，針對現通用車床設備進行加工可行性分析，大螺距螺紋零件直徑較大，往往以軸類、筒類零件為主。我國生產的CA6140、C620-1、CW61100等型號車床，其銘牌螺距調配表上的螺距數量和螺距大小，是和國內外制造的普通車床螺距表基本一致，都可以解決標準螺距螺紋的加工。因此，加工標準的螺距螺紋利用普通車床是最佳選擇。但是，將原有掛輪齒數進行調整，可以衍生出新的螺距，根據不同型號的車床，掛輪箱內齒數各部相同，掛出的螺距大小變化也不一樣。因此，適當的選擇機床型號是可以滿足不同非標準螺距螺紋加工的需求。

在工藝準備階段，首先通過增加工藝系統剛性滿足車削加工基本條，提高大螺距螺紋在車效率。變更傳動比實現可掛輪：如25mm螺距不在機床標準螺距加工范圍內，現只有通過對機床設備結構的改造才能實現正常的加工過程。分析了車床進給箱的內部結構以后，發現只要調整傳動比即可達到將螺距變換到25mm的目的。在不改變原車床進給箱內部結構基礎上，在掛輪箱更換兩個齒數為50和48的齒輪，即可。經過計算得出傳動比計算公式：

J=t*Z/I*T

J—換掛輪傳動比;I—進給傳動比;T—絲杠螺距;t—工件螺距;Z—車削螺紋模數。

利用此計算公式改制掛輪可以加工車床銘牌上所沒有的螺距，如：螺距等于12.5mm、25mm、50mm、100mm等，一系列非標準螺距工件的加工。

4.確定螺紋刀具及切削用量

考慮加工經濟性和加工成本，選用合適的刀具和切削用量至關重要。硬質合金是用硬度和熔點很高的碳化物粉末和金屬粘接劑，高壓壓制成型，再高溫燒結而成的。其具有較高的硬度、足夠的強度、高的耐磨性，適用于粗加工。由于加工螺紋時切削較平穩，所以在粗加工時根據其特性采用刀具材料為YT5硬質合金車刀。切削用量：v=38m/min;αp=0.6—1mm，用于粗車。刀具特點：前刀刃具有0.4mm×15°的負倒棱，刀刃強度大，不易崩裂;刀具前面磨有圓弧形前角，能減少切削力。裝刀時，刀尖可略高于中心（0.1——0.2mm）并應裝夾牢固，以防止產生振動。

高速鋼（W18Cr4V）的工藝性能好，能滿足工件的切削加工的要求。常用的有鎢系和鉬系高速鋼，我們這里主要采用鎢系，其特點是有較好的硬度、足夠的強度和韌性，更主要的是刀具在切削時刃口非常鋒利，可以獲得較低的表面粗糙度，所以精加工時采用刀具材料為W18Cr4V（高速鋼）車刀。按照磨刀樣板將刀具磨成符合齒型的刀刃，螺紋樣板切削用量：V=8m/min;αp=0.05—0.1mm。刀具特點：高速鋼刀具刃口鋒利，采用低速加工，可以獲得較好的表面粗糙度。

5.加工過程及控制要點

螺紋加工時使用定位工裝，多數采用一夾一頂的裝夾方法分粗、精加工一次加工完成。

粗加工螺紋：（為盡快去除余量）利用YT5的硬質合金車刀車削，在零件的起始端留有2mm的軸向距離處開始車削。首先采用直進式車削，這種方法操作簡單，耗用的輔助時間短，切削效率高，但切削力較大，排屑不夠順利。所以在切深至3mm時改用斜進式車削，每次車削徑向進給0.3mm、軸向進給為0.4mm，這種方式切削由于參加切削的長度減短，切削面積相應減小，故切削力較小，排屑也較順暢，車削穩定。由于螺紋牙槽大而深，繼續加工刀具的強度將不能承受，故在車深至7mm時改用分層式車削法加工，將剩余的深度分成兩個層，每層均先斜進至層高，再改由軸向進給車到預定寬度后轉入下一層車削，直至達到槽深，這種方式亦可以減小切削力，提高切削效率，但每層槽寬控制不當可能會造成廢品，須仔細把握。最后留0.3mm的精加工余量，粗加工完成。

精加工螺紋：使用W18Cr4V（高速鋼）車刀，為保證切削順利獲得較高的表面質量，較清晰的牙型，用直進法進行加工，采用較低的切削速度、較小的切削用量，配合使用切削液來完成精加工。

切削液的使用：切削液的正確選用，對所車螺紋質量有著至關重要的作用。由于粗加工使用硬質合金車刀，故一般不使用切削液，精車時采用硫化切削油或植物油，也可以使用機油+氧化石蠟的混合油潤滑。

6.加工時注意事項

在車削過程中需要確保工件夾緊。如果夾緊力不夠，零件可能會在車削時松動報廢。關于夾緊力問題，我們在粗加工時夾緊些，精加工時松些，保證零件變形在可控范圍內即可。

用高速鋼刀具低速精加工時，要充分澆注切削液，保證其潤滑和冷卻的性能，可以減少切削力，也可以使刀具延長是用來壽命，可以降低切削熱引起的工件變形，保證零件的加工質量。

在吃刀一定深度時候，車刀的后面頂住工件，使摩擦力增大、切屑排除不順暢、刀具磨損嚴重等原因，導致極易造成扎刀現象。因此，及時調整刀具高度，使刀尖工件軸線等高，在切削力增大時，及時修磨刀具，保證刀具鋒利。

在螺紋牙型表面粗糙度達不到圖紙上的要求時，首先考慮刀具刃口是否光潔、切削液選用是否恰當，工件材料與切削速度是否匹配等。如產生振動，及時調整車床床鞍壓板、中溜板絲母間隙、小溜板燕尾導軌鑲條間隙等，保證各部間隙的準確性，防止振動。

7.結語

以上闡述了非標準大螺紋加工的工藝方法，通過以上各個過程的控制，可順利地完成了工件的加工工作。在生產的每一個過程當中，讓我們對機床設備，輔助工裝卡具，加工工藝過程都有了更深層次的理解和認識，我們相信這些都將成為今后工作生活中一筆巨大的無形財富，雖然還有很多不足的方面，可我們相信在不斷努力當中一定會取得很大的收獲。

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