非標準螺紋零件的制造方法與加工工藝設計

李京遠

(遼寧職業(yè)學院，遼寧 鐵嶺 112001)

0 引言

螺紋零件是機械生產和裝配過程中的常用零件，其主要作用是起固定和連接作用，螺紋零件在機床、汽車、農機、工程機械等各個行業(yè)的機械裝備中應用十分廣泛。通常情況下，我們對于常規(guī)的軸類零件、內螺紋零件等都會采用標準螺紋的形式，這種零件在數(shù)控車床上利用固有的程序便可實現(xiàn)快速加工。在復雜的機械設計和特殊的要求下，也會不可避免設計和加工非標準零件，例如軍工產品、航空航天產品、航海設備和某些定制設備均需要使用特制的螺紋零件，因此，研究特殊螺紋零件的加工工藝和批量生產技術具有現(xiàn)實意義。

1 非標準零件的特點

非標準零件是相對于標準零件而言的，標準零件主要是指在結構、尺寸、技術要求等方面具有統(tǒng)一的標準要求，其特點是通用性良好，標準零件采用規(guī)范的加工后具有良好的通用性，例如標準螺紋、標準鍵、軸承等，標準零件在緊固、連結、傳動、密封等機械功能設計上應用十分廣泛。非標準零件是在某些特殊要求的條件下生產的，有別于標準零件要求或無法采用標準技術生產的零部件，這類零件由于種類繁多、應用量相對較少，因此沒有相關的標準參數(shù)規(guī)定。以螺紋類非標準零件為例，其主要用于客戶圖紙制造、非圓柱螺紋加工、三螺旋及以上螺紋加工等領域，非標準零件往往不存在統(tǒng)一的公差、光潔度等要求，需要在設計過程進行約束，通常情況下制造成本遠高于標準零件。

2 典型非標準螺紋零件的加工方法

2.1 非圓柱表面螺紋加工

如圖1所示，為典型倒圓臺形的表面螺紋零件，此外還有很多其他的變徑螺紋件，類似這種零件的加工應按照以下步驟實施。

圖1 非圓柱表面螺紋零件示例

(1)合理選擇加工設備，對于非標準圓柱表面的螺紋加工，通常不能通過簡單地數(shù)控車床或數(shù)控銑床來完成，對于機床需要具有一定的先進性要求，一般需要三軸聯(lián)動以上的數(shù)控機床進行加工。

(2)三維分析非標準螺紋的加工表面特點，將機械設計的螺紋零件導入數(shù)控設備，將其加工表面進行提取，并自動賦予螺紋走刀路徑，對于在成品零件上加工螺紋的需求，最好能夠利用反求技術獲得零件三維模型，在精確的輪廓形狀下確定加工路徑。在三維分析與設計過程中，針對螺紋牙形特點和螺距要求對走刀過程進行優(yōu)化和調整。對于邊境過程尺寸或角度出現(xiàn)突變的位置，要確定加工的合理性，必要時手動編程控制路徑轉折點位置的螺紋狀態(tài)。

(3)利用仿真加工來驗證程序編制的合理性，并再次驗證關鍵位置加工狀態(tài)。

(4)根據(jù)螺紋牙形要求設計并制作加工用刀具，簡單牙形通常設計一套主加工專用刀具，配套一套專用輔助加工刀具，并合理選擇磨削、拋光等刀具。

(5)非典型螺紋零件的制造最好先進行試制，對于貴重金屬材料的零件，為節(jié)約成本，應選擇尼龍等材料代替試制。試制完成后，要詳細測量螺紋參數(shù)是否符合生產要求，對于有配套零件的情況，要在試安裝無問題后再進行批量化的制造。

(6)非圓柱表面螺紋加工工藝可參考以下步驟進行：①首先科學裝夾毛坯工件，多采用一夾一頂?shù)男问剑b夾完成后主軸旋轉；②利用主加工刀具車削螺紋主體，刀具自動移動至起始安全位置并隨后空走一段工藝錐螺紋，主體加工可分3～4次逐步完成，直至車削量達到要求為止；③換輔助刀，再空走一段工藝錐螺紋，然后一次性進行深加工；④若有其他去毛表、拋光等要求，需再次更換刀具，進行相應加工；⑤加工完成后主軸停止。

在上述制造步驟中，空走工藝螺紋的步驟具有必要性，制造過程不應舍棄。若需要大批量生產這一類的非標準螺紋件，由于螺紋材料通常具有較高的硬度和強度，因此需利用主控技術批量制造標準化刀具，以供長期生產使用。螺紋零件的加工過程必須要重視檢查刀具狀態(tài)，避免出現(xiàn)刀具磨損影響加工質量的問題。

2.2 多線程螺紋零件加工

相對于非圓柱表面螺紋加工，多線程的螺紋零件加工在實際生產過程中更為常見，其中以3線螺紋制造較為典型，而利用常規(guī)的數(shù)控車床加工3線螺紋具有一定的難度，這主要是因為3線的螺紋加工需要加工專用的掛輪進行配合，而這種加工方式會在一定程度上提高生產制造的成本。因此，為優(yōu)化多線程螺紋零件的制造過程，可以考慮從以下工藝思路出發(fā)進行優(yōu)化制造。

針對標準螺紋的螺距特點，其螺距可通過機械手冊查出，可知標準螺距是按分段等差數(shù)列的規(guī)律排列的，若在加工的過程中不希望重新制造掛輪，則需要通過計算獲得合理的導程變換方案，此計算應根據(jù)2線程的導程為基礎進行計算，也可根據(jù)其他直接加工的多線程進行計算，并結合數(shù)控機床實際的已有掛輪變換特點進行考慮。以2線程為例，利用2線程螺紋制造導輪來加工3線程螺紋，應使其導程值為2線程的3/4倍，將此值設置準確，即可通過利用已有導輪完成對奇數(shù)項線程的螺紋零件的制造，并有效節(jié)約生產成本和時間。

2.3 變螺距螺紋零件的加工

變螺距螺紋零件在食品、運輸?shù)刃袠I(yè)應用較為廣泛，多用于調整物料運輸速度或產生逐步擠壓力等情況，如圖2所示，為食品擠壓螺旋結構。該結構中采用了變螺距的螺紋結構，需要一定的加工技巧才能實現(xiàn)快速制造。

圖2 變螺距螺紋零件加工

變螺距螺紋的制造需要在主軸轉動的過程中，刀具按照數(shù)控機床的功能實施勻加速或勻減速運動，這對于現(xiàn)代化的數(shù)控車床只需要編寫好合適的程序即可實現(xiàn)，只是在實際的生產過程中，由于加工車削量的逐步加大，為避免出現(xiàn)刀具磨損過快和刀具損壞問題，必須合理設計車削量并采取分層車削方法進行加工。此外，對于等槽寬變螺距螺紋加工可按照等螺距螺紋先進行加工，再利用數(shù)控機床使刀具向后移動槽寬距離進行反復加工，也可制造出符合要求的變螺距螺紋零件。

3 結語

本文針對生產中常見的三種非標螺紋零件的加工方法和可行工藝進行了分析，提供了非標零件制造的常用思路，有利于典型非標螺紋件加工問題的解決。在機械制造過程中，同一類零件的制造會因為結構要求和細節(jié)的不同使生產制造方式存在較大的差異，螺紋類零件作為生產過程中常見的零件，在實際應用中的種類繁雜，尤其是非標類的螺紋零件，在不同的設計中會根據(jù)功能和尺寸等要求存在典型的差異性特點，對制造工藝的設計和制造過程的實施加大了難度。要進一步提高非標類螺紋零件的加工質量，就要求加工人員根據(jù)設計要求積極開闊思路，設計巧妙而又可行的加工工藝，確保非標類螺紋零件的加工質量。同時，針對非標螺紋件的設計，也必須充分考慮加工過程的簡便性和可行性，加強設計與制造程序之間的交流溝通，進一步提高非標螺紋件的設計科學性和制造可行性。