大導程螺紋鏈車削加工刀具理論分析

何小虎， 尚 琪， 趙金寧， 王尊義

（西安航天發動機有限公司， 陜西 西安 710000）

引言

液體火箭發動機上存在著許多大導程螺紋件，如螺旋套，這些螺紋件為非標準件，具有軸線距離長、導程大、牙型精度和表面粗糙度要求高等特點。采用車削加工會導致轉速低、進給量大、受力大等，因此車削加工大導程螺紋件對機床的精度和剛性要求比較高，且切削過程受力大、溫度高，會使刀具加快磨損和變形；整個系統剛性差，會使加工出來的螺紋表面產生震紋和接刀痕，這些都會影響工件的表面加工質量，造成產品一致性差，質量不穩定。

1 數控車削螺紋原理

數控車削螺紋與使用普通車床車削螺紋在原理上有著本質區別，普通車床車削螺紋時，由于采用的是主軸箱齒輪與絲杠聯動的方式，即主軸旋轉一圈，刀具加工一個螺距，因此加工時的傳動鏈條應保證是一個連續的過程。若傳動鏈條斷開，會導致螺紋加工精度降低，甚至出現亂扣的現象。而數控車床車削螺紋采用的是主軸編碼器通過脈沖信號控制數控系統的方式，由數控系統通過指令控制伺服電機，從而實現對刀具的控制。

數控車削螺紋時，螺紋的起始加工位置可以通過數控系統檢測脈沖信號來確定，二次車削螺紋時，可以利用主軸編碼器的同步信號，將刀具回位到上次的螺紋車削起始位置，這就可以保證多次對刀加工的螺紋始終保持螺旋線軌跡重合，提高了加工精度，避免出現亂扣現象。如果要在不帶c 軸功能的數控車床上加工多頭螺紋，實現螺紋在圓周方向上的分度，是通過改變螺紋加工的循環起始點Z 點的坐標（螺紋的起始加工位置）來實現分度，每次起始點Z 點的坐標沿Z 軸偏移一個螺距來實現分度，也就是變化螺紋的起始位置，終點坐標不變，來完成零件的分度加工。

2 數控車削螺紋裝刀及對刀方法

在螺紋車削時，隨著時間的推移，經常會出現刀具磨損、崩刃現象，此時需要重新磨刀、裝刀以及對刀。二次裝刀會導致螺紋車削的精度下降；另外，在螺紋修復過程中，也會破壞產品與刀具之間的相對位置關系。這兩種情況對數控車床上的螺紋加工效率影響很大，對于精度要求較高的矩形螺紋精加工，還需要采用先粗后精的加工策略，粗去余量后對矩形螺紋的兩側和槽底進行精加工。如果不能有效解決加工過程中二次裝刀對刀問題，該類產品在數控車床上將得不到很好的應用。

2.1 數控車床車削螺紋裝刀對刀中存在的問題

首次裝夾刀具車削螺紋。在第一次裝夾螺紋刀時經常會出現螺紋刀刀尖與工件回轉中心線不等高的現象，一般常用的刀具通常為焊接刀。由于制造精度差，刀桿尺寸不精確，刀尖的中心高必須通過加墊片進行調整，刀尖中心高低與工件回轉中心高影響刀具車削的實際幾何角度。在首次裝夾刀具車削螺紋過程中，如果刀具刀尖點和零件回轉中心不等高，會造成車出來的螺紋牙型角不正確，影響螺紋裝配使用。若螺紋刀桿長度過長，車削螺紋極易振刀，影響螺紋表面粗糙度。

粗精車兩把刀對刀。加工精度高的螺紋，通常將粗精車分開加工，如果粗加工和精加工刀具在裝夾時產生位移，會造成加工出來的螺紋精度不滿足要求。

修復工件時的對刀。修復工件相當于二次裝夾對刀，如果第二次裝夾相比第一次產生誤差，使得加工出來的螺紋亂扣，造成螺紋報廢。

2.2 解決以上問題的方法

1）車削刀具進行二次裝夾刃磨后，使用螺紋對刀樣板將刀具刀尖調整至與螺紋回轉軸線等高，裝刀時刀刃的前刀面必須與主軸回轉中心線等高，裝刀時用對準中心高的對刀塊嚴格對準中心。由于制造技術不斷提高，螺紋刀桿的精度也越來越高，如果加工時螺紋刀桿過長，可以通過緊靠刀架側邊來解決。

2）對刀時利用試切的方法，將螺紋車削的粗、精加工刀具刀尖調整至同一基準點。加工過程中可以通過調整刀補實現。

3）車削過程中，若出現刀具磨損或偶然崩刃導致需要重新裝夾對刀時，在產品固定位置未發生變化的前提下，僅需保證該把刀具的二次裝夾位置與修磨刀具之前的位置不變即可。

4）產品加工時原則上應保證產品的固定位置不變，若因特殊情況，產品出現二次裝夾或相對位置改變時，必須重新確認產品的加工起點位置。要確定產品加工起點和控制信號的起點位置，可以利用另外一根螺紋試驗棒進行淺螺紋的加工（螺紋深度0.08～0.15 mm），螺紋試驗棒的切削參數必須與產品螺紋的加工參數一致。Z 軸坐標設為螺紋起點端面右側的整數螺距倍數。在試棒表面加工出螺旋線后，在主軸卡盤圓周刻線記錄螺旋線起始位置，保證刻線位置和試棒螺旋線起點在圓周上共面。此時，可以實現伺服信號位置的記錄。再次加工產品時，將刀具轉到加工位置，使刀具主切削刃與主軸卡盤刻線位置重合，讓刀具刀尖點完整走過一個螺紋，記錄z坐標值，再通過計算修改編制程序中的坐標值。

式中：m 為當前刀具所在螺紋槽到螺紋起點的螺紋槽的個數；f 為螺距。例：設當前z 值為-8，m 為4，f為3，則：z'=z+（m+2）f=10。新的螺紋加工起點的z 向值為10。

3 結語

利用數控車削技術加工大導程螺紋件，控制對刀和裝刀至關重要，特別是需要二次車削（修復）螺紋，最重要的是保證工件上已有螺紋螺旋線起點與主軸零點信號位置一致，從而避免加工出的螺紋不合格，影響產品質量穩定性和可靠性[1-2]。